人工胰腺制造技术

本发明专利技术涉及一种用于控制胰岛素注射装置的方法和一种用于在有需要的患者中递送胰岛素的系统。该方法包括：定义时间间隔；接收血糖水平；计算在下一个时间间隔内待注射的胰岛素剂量，并将经计算的待注射的胰岛素剂量传输到胰岛素注射装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】人工胰腺
本专利技术涉及与胰腺功能不全有关的仪器的领域，尤其是与糖尿病更具体地是I型糖尿病有关的仪器的领域。实际上，本专利技术提出了一种新方法和一种新系统，其实现了一种新颖的控制策略，用于在禁食情况下补偿高血糖症，同时确保控制的正性，并确保无低血糖发生。该新颖的控制策略也专用于混合闭环，患者在进餐时选择其推注。
技术介绍
胰岛素大约在100年前被发现。直到今天，它是1型糖尿病的唯一治疗方法。该治疗方法包括每日多次注射胰岛素。基础推注方案被广泛使用。推注顾问旨在帮助患者计算推注剂量。功能性胰岛素治疗在一天的同一时间吃同样的食物、进行同样的注射是1型糖尿病治疗的一种选择，但这并不十分令人满意。功能性胰岛素治疗是一项教导计划，其帮助患者计算胰岛素注射。功能性胰岛素治疗将工具定义为胰岛素敏感因子(ISF)和碳水化合物比率(CR)。根据临床方案的经验估计，这些工具用于根据血糖(BG)水平、血糖目标、膳食中的碳水化合物(CHO)和先前的推注计算胰岛素推注。这些工具的定义如下：-ISF，也称为校正因子(CF)，是由1单位速效胰岛素引起的血糖下降；-CR，是补偿1单位速效胰岛素引起的血糖下降的CHO的量。ISF和CR允许计算膳食以及校正推注：-依赖于患者的CF、BG水平和BG目标的校正推注UBG是：-依赖于患者的CR和膳食中碳水化合物CHO的量的膳食推注UCarb是：在糖尿病患者的日常生活中，这些工具被用于计算由以下公式给出的胰岛素推注：UBo1＝UBG+UCarb(3)然而，患者在计算准确胰岛素剂量方面存在困难，因为：-CF可能随着一天中的时间、身体活动、压力或疾病而变化；-CR随膳食成分而变化。因此，对于大多数1型糖尿病人而言，每餐都会成为令人紧张的数学问题。推注精灵如今，血糖仪和胰岛素泵包括推注精灵。医生根据一天中的时间通知这些计算器CR、CF或血糖目标的个性化的值。因此，糖尿病患者仅需输入CHO的估计量便获得胰岛素推注剂量建议。然而，最常见的错误之一是过度校正餐后血糖的上升。当没有适当考虑体内仍然具有活性的胰岛素量时，就会发生这种情况。该量称为体内胰岛素(InsulinOnBoard，IOB)。大多数推注精灵包括IOB以避免低血糖。推注计算如下：UBol＝UBG+UCarb-IOB(4)IOB是胰岛素作用持续时间(DIA)和先前推注量的函数。根据不同的推注精灵，IOB以不同的方式计算。然而，对DIA的不准确的估计会导致IOB和胰岛素注射不匹配。因此，当DIA被低估时发生低血糖，而高估DIA导致高血糖。确定个性化DIA仍然是关键点。自过去50年以来，1型糖尿病中的血糖闭环控制，即所谓的人工胰腺(AP)，仍然是一个挑战。1977年，生物控制器(Biostator)首次实现了人工胰腺。设计了许多控制器系列，其中包括比例-积分-微分(PID)、具有胰岛素反馈的PID、生物激素(Biohormonals)、滑动模型、模糊逻辑和模型预测控制器(MPC)。由于后者包括对控制和安全算法的限制，它们变得流行。如今，对住院患者和门诊患者进行了闭环临床试验。然而，不能使用动态人工胰腺系统，因为需要进行许多改进。其中，对于MPC控制算法：-必须扩大预测范围；-必须提高模型给出的预测准确性；-需要工程专家的工作对控制器进行个性化；因此，仍然需要提供一种人工胰腺，以确保控制的正性，同时避免低血糖发作。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术涉及一种用于向有此需要的患者递送胰岛素的方法。该方法包括：-确定时间间隔；-在每个时间间隔的最终端点测量患者的血糖水平；-使用处理器计算在每个时间间隔的最终端点待注射的全局胰岛素注射速率，所述注射速率的计算考虑了患者自身的参数，例如体内胰岛素和血糖；以及-将所计算的在每个时间间隔的最终端点待注射的全局胰岛素注射速率递送给患者。根据一个实施方案，所述时间间隔为1毫秒至3小时、0.1秒至1小时或1秒至15分钟。根据一个实施方案，所计算的全局胰岛素注射速率包括恒定的胰岛素注射速率，例如基础速率，以及可变的胰岛素注射速率。根据一个实施方案，计算在每个时间间隔的最终端点待注射的全局胰岛素注射速率，以调节患者血糖降低的速度而不达到低血糖水平。根据该方法的一个实施方案，-定义包括多个时间间隔的至少一个时间窗口；-针对时间窗口，确定待注射的胰岛素的总量；并且-由处理器计算的在每个时间间隔的最终端点的全局胰岛素注射速率是体内胰岛素和血糖参数的函数。根据一个实施方案，所述时间窗口是高于12小时的时间段，能够是24小时至72小时，还能够持续几个月至几年。根据第二方面，本专利技术涉及一种包括非暂时性有形计算机可读介质的计算机程序产品，该非暂时性有形计算机可读介质中包含计算机可读程序代码，该程序代码适于被执行以实现用于递送胰岛素的方法。该方法包括：-定义时间间隔；-在每个时间间隔的最终端点测量患者的血糖水平；-使用处理器计算在每个时间间隔的最终端点待注射的全局胰岛素注射速率，所述注射速率的计算考虑了体内胰岛素和血糖的参数；以及-将所计算的在每个时间间隔的最终端点待注射的全局胰岛素注射速率递送给患者。根据第三方面，本专利技术还涉及一种用于递送胰岛素的系统，该系统包括：根据本专利技术第二方面的计算机程序产品；胰岛素泵；以及用于测量患者体内患者的血糖水平或连续测量葡萄糖的器件，例如葡萄糖传感器；其中，该系统能够执行根据本专利技术第一方面的方法。根据一个实施方案，所述用于连续测量葡萄糖的器件连接到所述计算机程序产品。根据第四方面，本专利技术还涉及一种用于控制糖尿病患者的胰岛素注射装置的计算机实现的方法，其包括迭代地执行以下步骤：-确定时间间隔Ts；-接收血糖水平；-计算在下一个时间间隔内待注射的胰岛素剂量u(nTs)；以及-将所计算的待注射的胰岛素剂量传输到糖尿病患者的胰岛素注射装置。根据以下公式计算待注射的胰岛素剂量u(nTs)：在该公式中，UBas是糖尿病患者的特异性基础胰岛素注射速率，且Ts×UBas对应于通常注射的基础剂量以更接近真正的胰腺。通过“迭代地”，必须理解的是，接收、计算和传输的步骤(以及可选地确定步骤)是连续重复的。是校正胰岛素剂量，其对应于为达到参考血糖水平的待注射的胰岛素剂量。该校正胰岛素剂量计算为：其中，uBG(nTs)是在不考虑先前的胰岛素注射的情况下使血糖水平x1(nTs)达到血糖水平目标x1ref所需的胰岛素剂量；并且IOB(nTs)是在糖尿病患者体内仍然具有活性的胰岛素剂量。以这种方式，所计算的待注射胰岛素剂量u(nTs)总是正的，并且如果血糖水平则不需要设置为零。kd系数是严格为正且小于或等于1的调整参数。当kd严格小于1时，该方法仅注射所需剂量的一部分，以在注射胰岛素剂量的时间内扩散。此调整参数的作用类似于安全参数。实际上，如果由于参数错误或糖尿病患者的体力活动导致血糖水平低于预期，则一部分胰岛素注射的时间变化允许避免糖尿病患者的低血糖症状。根据一个实施方案，在不考虑先前的胰岛素注射的情况下，使血糖水平x1(nTs)达到血糖水平目标所需的胰岛素剂量计算如下：其中，是目标血糖水平；θ2是糖尿病患者的特异性胰岛素敏感因子。根据一个实施方案，IOB(Ts)计算如下：IOB(nTs)＝θ3×(x2(nTs)+x3(nTs))其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制用户的胰岛素注射装置的方法，其包括迭代地(n)执行以下步骤：‑确定时间间隔Ts；‑接收血糖水平x1(nTs)；‑计算在下一个时间间隔内待注射的胰岛素剂量u(nTs)；其中待注射的胰岛素剂量u(nTs)至少包括：■第一项，是接收的血糖水平x1(nTs)与在该方法的预备步骤中预定义的血糖水平目标

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.13 US 62/407,7231.一种用于控制用户的胰岛素注射装置的方法，其包括迭代地(n)执行以下步骤：-确定时间间隔Ts；-接收血糖水平x1(nTs)；-计算在下一个时间间隔内待注射的胰岛素剂量u(nTs)；其中待注射的胰岛素剂量u(nTs)至少包括：■第一项，是接收的血糖水平x1(nTs)与在该方法的预备步骤中预定义的血糖水平目标之间的比较的函数；■第二项，该第二项是在用户体内仍然具有活性的胰岛素剂量IOB(nTs)的估计值；在该方法的每次迭代中，第二项大于或等于第一项。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述待注射的胰岛素剂量u(nTs)的第一项和第二项是小于或等于1的校正因子(kd)的函数，所述校正因子(kd)被配置来使注射的持续时间适应预定义的持续时间参考。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述待注射的胰岛素剂量u(nTs)的第一项和第二项是所述校正因子(kd)的线性函数。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述待注射的胰岛素剂量u(nTs)包括：■基于预定义的用户概况的至少一个特异性注射速率所计算的第三项。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述待注射的胰岛素剂量u(nTs)是以下预定义用户概况参数中的至少一个的函数：○特异性胰岛素反应时间θ3；和/或○特异性胰岛素敏感因子θ2。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，第一项是以下公式的函数：7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，第二项是以下公式的函数：θ3×(x2(nTs)+x3(nTs))其中-x2(nTs)是血浆胰岛素速率；并且-x3(nTs)是皮下胰岛素速率。8.根据权利要求7所述的方法，其中-x2(nTs)计算为并且-x3(nTs)计算为其中，是血糖水平x1(nTs)的时间导数，是血糖水平x1(nTs)的二阶时间导数，其中UBas是用户特异性基础胰岛素注射速率。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述待注射的胰岛素剂量u(nTs)至少包括：血糖水平x1(nTs)的比例分量、血糖水平x1(nTs)的导数分量和血糖水平x1(nTs)的二阶导数分量。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述待注射的胰岛素剂量u(nTs)不包括作为血糖水平x1(nTs)积分的函数的项。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述待注射的胰岛素剂量u(nTs)包括：■作为第二胰岛素剂量uCarb的函数的第四项，所述第二胰岛素剂量对应于补偿用户的预定义摄入葡萄糖量的待注射的胰岛素剂量。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述校正因子(kd)为正且严格小于1。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中计算胰岛素剂量的步骤由计算器执行。14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述方法由计算机实现。15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：-将所计算的待注射的胰岛素剂量u(nTs)传输到胰岛素注射装置。16.一种用于递送胰岛素的系统，所述系统包括：-处理器，其包括操作根据权利要求14所述的方法的指令；-胰岛素注射装置；和-传感器，其用于测量用户的血糖水平。17.根据权利要求16所述的系统，所述系统还包括：接口，其被配置为定义至少一个以下参数：-特异性胰岛素反应时间θ3；和/或-特异性胰岛素敏感因子θ2；和/或-特异性用户基础胰岛素注射率UBas。18.一种用于控制用户的胰岛素注射装置的计算机实现的方法，所述方法包括迭代地执行以下步骤：-确定时间间隔Ts；-接收血糖水平x1(nTs)；-计算在下一个时间间隔内待注射的胰岛素剂量u(nTs)；其中，其中：■kd是严格为正且小于或等于1的调整参数；■是校正胰岛素剂量，计算为其中，uBG(nTs)是在不考虑先前的胰岛素注射的情况下，使血糖水平x1(nTs)达到血糖水平目标所需的胰岛素剂量；且IOB(nTs)是用户体内仍然具有活性的胰岛素剂量；■UBas是用户的特异性基础胰岛素注射速率；-将计算的待注射的胰岛素剂量u(nTs)传输到胰岛素注射装置。19.根据权利要求18所述的计算机实现的方法，其中，uBG(nTs)计算如下：其中-是目标血糖水平；并且-θ2是用户的特异性胰岛素敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳德·莫格，尼古拉斯·马格德莱娜，圣地亚哥·里瓦德内拉，露西·沙尤，米歇尔·肯普夫，
申请(专利权)人：法国国家科学研究中心，南特中央理工学院，南特大学医疗中心，南特大学，国家科学和技术研究委员会CONICET，国立卫生研究所，
类型：发明
国别省市：法国,FR