Ευφυή Συστήματα Υποστήριξης Εξατομικευμένων Ιατρικών Αποφάσεων Για Τη Διαχείριση Του Σακχαρώδους Διαβήτη

Abstract

Στην παρούσα διατριβή σχεδιάζονται, αναπτύσσονται και αξιολογούνται ευφυή συστήματα υποστήριξης εξατομικευμένων ιατρικών αποφάσεων που στοχεύουν στη βελτιστοποίηση της θεραπείας των ατόμων με Σακχαρώδη Διαβήτη (ΣΔ). Συγκεκριμένα, οι μέθοδοι που αναπτύσσονται χρησιμοποιούνται για την ανάλυση και την επεξεργασία δεδομένων Ηλεκτρονικού Ιατρικού Φακέλου, Εργαστηριακών Μετρήσεων καθώς και συνεχών καταγραφών γλυκόζης και ινσουλίνης, με σκοπό i) τη σχεδίαση και ανάπτυξη Συμβουλευτικού Συστήματος Έγχυσης Ινσουλίνης (ΣΣΕΙ), το οποίο εκτιμά σε πραγματικό χρόνο τον απαιτούμενο ρυθμό έγχυσης ινσουλίνης σε άτομα με ΣΔ Τύπου Ι, που χρησιμοποιούν Διάταξη Συνεχούς Μέτρησης Γλυκόζης (ΔΣΜΓ) και αντλία έγχυσης ινσουλίνης («Τεχνητό Πάγκρεας»), ώστε τα επίπεδα γλυκόζης αίματος, να διατηρούνται εντός φυσιολογικών ορίων και ii) την ανάπτυξη μοντέλων αποτίμησης της πιθανότητας εμφάνισης μακροπρόθεσμων επιπλοκών του ΣΔ Τύπου Ι και Τύπου ΙΙ, εστιάζοντας στη διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια. Στο πρώτο μέρος της διατριβής εφαρμόζονται προηγμένες μέθοδοι μοντελοποίησης, που βασίζονται στη συνδυασμένη χρήση Διαμερισματικών Μοντέλων (ΔΜ) και Νευρωνικών Δικτύων (ΝΔ) για την προσομοίωση του μεταβολικού συστήματος γλυκόζης-ινσουλίνης σε άτομα με ΣΔ Τύπου Ι. Το τελικό μοντέλο ενσωματώνεται σε έναν ελεγκτή που βασίζεται σε μοντέλο πρόβλεψης (Model Predictive Control-MPC), για τον μετέπειτα υπολογισμό των συνιστώμενων ρυθμών έγχυσης ινσουλίνης. Για τον λεπτομερή έλεγχο ορθής λειτουργίας του ΣΣΕΙ, πραγματοποιήθηκε σειρά υπολογιστικών πειραμάτων. Επιπλέον, διεξήχθη κλινική δοκιμή σε νοσοκομείο υπό ελεγχόμενες συνθήκες, τα αποτελέσματα της οποίας ανέδειξαν αδυναμίες του ΣΣΕΙ και οδήγησαν στη βελτίωσή του. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκε προσαρμοστικός αλγόριθμος αυτόματης και σε πραγματικό χρόνο, ενημέρωσης των παραμέτρων του ελεγκτή χρησιμοποιώντας τεχνικές ασαφούς λογικής. Το βελτιωμένο ΣΣΕΙ εξετάστηκε ως προς την ικανότητά του να διαχειρίζεται διαταραχές γευμάτων, καταστάσεις νηστείας, καθυστερήσεις, ανακρίβειες στις μετρήσεις γλυκόζης, διαφορές στο μεταβολισμό γλυκόζης που υφίστανται μεταξύ ατόμων με ΣΔ Τύπου Ι (inter-patient variability), καθώς και λανθασμένες εκτιμήσεις της περιεχόμενης ποσότητας των υδατανθράκων στα λαμβανόμενα γεύματα. Το δεύτερο μέρος της εργασίας αφορά στην ανάπτυξη μοντέλων εκτίμησης της πιθανότητας ατόμων με ΣΔ Τύπου Ι και Τύπου ΙΙ να εμφανίσουν σε βάθος χρόνου μακροπρόθεσμες επιπλοκές του ΣΔ, εστιάζοντας στη διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια. Για το σκοπό αυτό, εφαρμόστηκαν τεχνικές ταξινόμησης των δεδομένων, με χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων με κυματιδιακές συναρτήσεις ενεργοποίησης. Για την ανάπτυξη και την αξιολόγηση των συστημάτων χρησιμοποιήθηκαν ιατρικά δεδομένα ατόμων με ΣΔ Τύπου Ι και Τύπου ΙΙ, που παραχωρήθηκαν από την Α’ Παιδιατρική Κλινική, Διαβητολογικό Κέντρο του Νοσοκομείου Π & Α Κυριακού, καθώς και από το Διαβητολογικό Κέντρο του Ιπποκράτειου Νοσοκομείου Αθηνών.