Ανάπτυξη Διορμονικού Ελεγκτή Γλυκόζης για Άτομα με Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 1

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η σχεδίαση, η ανάπτυξη και η αξιολόγηση ενός αλγορίθμου ελέγχου γλυκόζης για άτομα με Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 1 (ΣΔΤ1). Ο ελεγκτής γλυκόζης είναι διορμονικός και υβριδικός (ημι-κλειστού βρόχου), χρησιμοποιεί την υποδόρια οδό και εκτιμά σε πραγματικό χρόνο τον απαιτούμενο ρυθμό έγχυσης ινσουλίνης και γλυκαγόνης σε άτομα με ΣΔΤ1 που εφαρμόζουν Διάταξη Συνεχούς Μέτρησης Γλυκόζης (ΔΣΜΓ), Αντλία Συνεχούς Έγχυσης Ινσουλίνης (ΑΣΕΙ) και Αντλία Συνεχούς Έγχυσης Γλυκαγόνης (ΑΣΕΓ). Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο Σακχαρώδης Διαβήτης (ΣΔ) χαρακτηρίζεται από υψηλά επίπεδα γλυκόζης αίματος, γεγονός που οφείλεται στη διαταραχή του μεταβολισμού της γλυκόζης, κύριο στόχο του αλγορίθμου ελέγχου γλυκόζης αποτελεί η ρύθμιση και η διατήρηση των επιπέδων γλυκόζης αίματος εντός φυσιολογικών ορίων. Ο ελεγκτής γλυκόζης, η ΔΣΜΓ και οι αντλίες συνεχούς έγχυσης ορμονών (ινσουλίνης και γλυκαγόνης) συνθέτουν το «Τεχνητό Πάγκρεας», ένα σύστημα ελέγχου γλυκόζης κλειστού βρόχου, που αποσκοπεί στην υποκατάσταση της λειτουργίας του φυσιολογικού παγκρέατος, η οποία είναι προβληματική στα άτομα με ΣΔ. Ο προτεινόμενος ελεγκτής γλυκόζης βασίζεται στη συνδυασμένη χρήση ενός Προβλεπτικού Ελεγκτή (Model Predictive Control - MPC) για την εκτίμηση του βέλτιστου ρυθμού έγχυσης ινσουλίνης και ενός Αναλογικού - Διαφορικού Ελεγκτή (Proportional Derivative Control – PD Control) για τον υπολογισμό του προτεινόμενου ρυθμού έγχυσης γλυκαγόνης. Το μοντέλο προσομοίωσης του μεταβολισμού γλυκόζης - ινσουλίνης που ενσωματώνεται στον ΜPC ελεγκτή είναι ένα αυτοπαλινδρομικό μοντέλο εξωγενούς εισόδου (Autoregressive Exogenous Input - ARX Model). Ο ελεγκτής δέχεται ως εισόδους προηγούμενες καταγραφές γλυκόζης, προηγούμενους ρυθμούς έγχυσης ινσουλίνης και γλυκαγόνης και πληροφορίες για τα λαμβανόμενα γεύματα, και εξάγει κατάλληλο ρυθμό έγχυσης ινσουλίνης και γλυκαγόνης. Για την αξιολόγηση της απόδοσης του αλγορίθμου ελέγχου γλυκόζης χρησιμοποιήθηκε ο προσομοιωτής UVa T1DM, ο οποίος περιλαμβάνει πληθυσμό 30 εικονικών ασθενών (10 Ενήλικες, 10 Έφηβοι και 10 Παιδιά). Ο ελεγκτής εξετάστηκε ως προς την ικανότητά του να διαχειρίζεται διαταραχές γευμάτων, καταστάσεις νηστείας, καθυστερήσεις λόγω της χρήσης της υποδόριας οδού, ανακρίβειες στις μετρήσεις γλυκόζης και διαφορετική συμπεριφορά του μεταβολισμού γλυκόζης που παρατηρείται μεταξύ των ατόμων με ΣΔΤ1.