人工胰岛系统中的胰岛素残余活性含量计算技术方案

一种人工胰腺系统，包括连续葡萄糖监测装置、被配置为与连续葡萄糖监测装置交换数据并且包含控制算法的药物递送装置、以及可能有被配置为与药物递送装置交换数据的远程控制器。算法包含胰岛素‑葡萄糖模型，但在数学上与由用户注射的胰岛素分离以抵消摄入的碳水化合物。控制算法被设计为用于计算两种版本的胰岛素残余活性含量：患者对接的胰岛素残余活性含量(PFIOB)和系统对接的胰岛素残余活性含量(SFIOB)，以正确解析剂量，并且向系统仅告知用于修正高葡萄糖而非抵消碳水化合物的胰岛素。

Calculation of residual activity of insulin in artificial islet system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】人工胰岛系统中的胰岛素残余活性含量计算
本专利技术整体涉及血糖管理系统领域，更具体地，本专利技术涉及一种闭环血糖管理系统，例如采用使用不止一个模型的控制器来计算胰岛素残余活性含量的人工胰岛系统。
技术介绍
糖尿病是一种慢性代谢紊乱，是由于胰腺不能产生足量的胰岛素激素而导致身体代谢葡萄糖的能力降低引起的。葡萄糖代谢能力的降低会导致血流中葡萄糖含量过高或高血糖症。单独的持续性高血糖或持续性高血糖与低胰岛素血症联合与多种严重症状和危及生命的长期并发症相关。目前，还没有恢复内源性胰岛素生产的方法。因此，需要对患者进行治疗，使患者血糖浓度保持在正常范围内。这种血糖控制是通过定期向患者提供外部胰岛素来实现的，其目的是降低血糖水平。随着药物递送装置的发展，糖尿病诊断和治疗方面已经取得了相当大的进步，药物递送装置减轻了患者使用注射器或药笔每日多次进行胰岛素注射的需要。这些药物递送装置以与人类胰腺自然释放胰岛素更相似的方式递送胰岛素，并且可被控制遵循不同的标准或个别修改的方案，从而为患者提供更加个性化的血糖控制。这些药物递送装置可以被构造为植入式装置。可选地，装置还可以是带有输液器的外部装置，用于通过经皮插入导管、套管或经皮药物传输(例如通过贴片)向患者进行皮下输注。外部药物递送装置安装在衣物上，或更优选地，隐藏在衣物下面或衣物里面，或者安装在身体上，并且通常通过内置于装置中或设置在独立的远程装置上的用户界面来控制。需要对血液或间质葡萄糖进行监测，以通过装置实现可接受的血糖控制。例如，由药物递送装置递送适量的胰岛素要求用户频繁地、不定期地通过检测确定其血糖水平。将水平输入到泵或控制器中，之后可计算对默认或当前使用的胰岛素递送方案(即用量和定时)的适当修改。此类修改用于相应地调节药物递送装置的操作。可选地，或结合此类不定期测定，连续葡萄糖监测(“CGM”)与药物递送装置一起使用，并且允许对注入到糖尿病患者体内的胰岛素进行闭环控制。此外，为了实现闭环控制，由使用一种或多种控制算法的控制器来进行用户给药的自主调节。例如，可使用比例-积分-微分算法(“PID”)，该算法对观察到的葡萄糖水平具有反应性。PID可基于人体中葡萄糖和胰岛素之间的代谢相互作用的数学模型的简单规则进行调节。可选地，还可以使用模型预测控制器(“MPC”)。MPC具有优势，因为MPC主动地考虑控制变化的近期效应，并且有时在确定MPC的输出方面受到约束，而PID通常仅通过过去的输出来确定未来的变化。可在MPC中实现约束，使得在受限“空间”(即，在强制递送限制内)中的解决方案得到保证，并且防止系统超过已达到的限制。已知的MPC在以下文献中有所描述：美国专利第7,060,059号；美国专利公开第2011/0313680号和第2011/0257627号；国际公开第WO2012/051344号；Percival等，“，人工胰腺β细胞的闭环控制和咨询模式评价：基于比例-积分-微分等效模型的控制器的应用”，《糖尿病科学技术杂志》，第2卷，第4期，2008年7月；PaolaSoru等，“基于MPC的人工胰腺；个性化和膳食补偿策略”，《控制年度评论》，第36卷，第118-128页(2012)；Cobelli等，“人工胰腺：过去、现在、未来”，《糖尿病》，第60卷，2011年11月；Magni等，“1型糖尿病受试者模型预测控制的逐段调节：硅中试验”，《糖尿病科学技术杂志》，第3卷，第5期，2009年9月；Lee等，“根据模型预测控制和可调节摄食量估算器的闭环人工胰腺”，《糖尿病科学技术杂志》，第3卷，第5期，2009年9月；Lee等，“基于MPC的闭环人工胰腺：人性化识别与自动膳食干扰抑制”，第17届世界大会会议记录，国际自动控制联合会，韩国首尔，2008年7月6-11日；Magni等，“1型糖尿病的模型预测控制：硅中试验”，糖尿病科学技术杂志，第1卷，第6期，2007年11月；Wang等，“人工胰腺β细胞的自动推注和自适应基础算法”，《糖尿病科学理论》，第12卷，第11期，2010年；Percival等，“根据多参数模型预测控制的人工胰腺β细胞闭环控制”，《糖尿病研究》，2008年；Kovatchev等，“糖尿病范围的控制：功能化和模块化架构”，《糖尿病科学技术杂志》，第3卷，第5期，2009年9月；以及Atlas等，“MDLogic人工胰腺系统”，《糖尿病护理》，第33卷，第5期，2010年5月。本申请中列出的所有文章或文档通过引用并入本申请中，如同本申请中列明阐述一样。葡萄糖控制系统通常使用胰岛素残余活性含量加以衡量，在不考虑膳食相关目的的胰岛素注射和修正目的(即降低葡萄糖浓度)的胰岛素注射之间的差异的前提下，该衡量值考虑了所有注射的胰岛素剂量。在没有膳食模型的系统中，提出了两种用于计算胰岛素残余活性含量的模型来改善葡萄糖控制：患者对接的胰岛素残余活性含量和系统对接的胰岛素残余活性含量。所谓“患者对接的胰岛素残余活性含量”或“PFIOB”是指包括膳食相关胰岛素和修正相关胰岛素，但通常不包括基础胰岛素的胰岛素残余活性含量，患者容易理解的众所周知的值。所谓“系统对接的胰岛素残余活性含量”或“SFIOB”是指在无膳食模型的系统中，具有降低葡萄糖浓度(即修正相关胰岛素)的潜能的胰岛素残余活性含量；该值不包括膳食相关胰岛素和基础胰岛素，两者均不能降低葡萄糖浓度。这些独立模型的使用是有难度的，因为需要将膳食相关的胰岛素从可能包括膳食和修正相关胰岛素的剂量中分离出来。系统通过使用准确的治疗参数，如胰岛素与碳水化合物的比值和胰岛素敏感因子，以及正确使用剂量计算器来解决该问题。然而，如果系统用户在使用剂量计算器的同时未告知系统膳食剂量或修正剂量或漏记碳水化合物、血糖或以上两者同时漏记，或者在系统不知道增加或减少的原因的情况下增加或减少计算的用量，则可能发生胰岛素的错误的增加、减少或延期。因此，有必要在该领域提供一种糖尿病管理系统，该系统可利用一组规则来克服这一缺点。附图说明图1是人工胰腺(“AP”)糖尿病管理系统的实施方案的示意图。图2是图1AP糖尿病管理系统的核心的示意图。图3是在患者发起的胰岛素剂量递送后，AP系统的一个实施方案中的胰岛素递送图，在本实施方案中，没有报告为胰岛素残余活性含量的胰岛素。图4是在患者发起的胰岛素剂量递送后，AP系统的一个实施方案中的胰岛素递送图，在本实施方案中，所有胰岛素均报告为胰岛素残余活性含量。图5是在患者发起的胰岛素剂量递送后，AP系统的一个实施方案中的胰岛素递送图，在本实施方案中，部分胰岛素报告为胰岛素残余活性含量。图6是AP糖尿病管理系统的实施方案的剂量解析逻辑的流程图。具体实施方式使用模型预测控制算法(“MPC”)有效实现闭环胰岛素递送系统的关键要求是确定并准确计算施用至用户的胰岛素剂量，该剂量指当前在体内已激活和尚未激活的胰岛素的量，从患者或用户角度称为胰岛素残余活性含量(“IOB”)。本专利技术提供了系统以及在系统中使用的方法，其中，胰岛素剂量以确保系统对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在葡萄糖测量系统中计算胰岛素残余活性含量的方法，所述方法包括：/n计算剂量；/n由用户施用用户发起的胰岛素剂量；/n确定所述用户是否将血糖浓度值(BG)输入到控制器中；/n基于所述血糖浓度值计算所述用户发起的剂量的血糖修正分量；/n确定所述用户是否将碳水化合物值(CHO)输入到所述控制器中；/n基于所述碳水化合物值计算所述用户发起的胰岛素剂量的膳食分量；/n确定系统计算的剂量和所述用户发起的胰岛素剂量是否为相等的量，或者所述用户发起的胰岛素剂量是否为不同于所述系统计算的剂量的经调节的剂量；以及/n基于所述血糖修正分量、膳食分量以及所述经调节的剂量中的至少一者来确定系统对接的胰岛素残余活性含量值，/n其中，如果所有所述先前的血糖浓度值、碳水化合物值以及连续葡萄糖测量值均不可用，则将所述用户发起的剂量的预先确定的百分比用作所述系统对接的胰岛素残余活性含量值；以及/n其中，所述系统对接的胰岛素残余活性含量值用于预测所述用户的未来葡萄糖值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170407 US 15/4815141.一种在葡萄糖测量系统中计算胰岛素残余活性含量的方法，所述方法包括：
计算剂量；
由用户施用用户发起的胰岛素剂量；
确定所述用户是否将血糖浓度值(BG)输入到控制器中；
基于所述血糖浓度值计算所述用户发起的剂量的血糖修正分量；
确定所述用户是否将碳水化合物值(CHO)输入到所述控制器中；
基于所述碳水化合物值计算所述用户发起的胰岛素剂量的膳食分量；
确定系统计算的剂量和所述用户发起的胰岛素剂量是否为相等的量，或者所述用户发起的胰岛素剂量是否为不同于所述系统计算的剂量的经调节的剂量；以及
基于所述血糖修正分量、膳食分量以及所述经调节的剂量中的至少一者来确定系统对接的胰岛素残余活性含量值，
其中，如果所有所述先前的血糖浓度值、碳水化合物值以及连续葡萄糖测量值均不可用，则将所述用户发起的剂量的预先确定的百分比用作所述系统对接的胰岛素残余活性含量值；以及
其中，所述系统对接的胰岛素残余活性含量值用于预测所述用户的未来葡萄糖值。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述血糖浓度值是已知的，所述碳水化合物值是未知的，并且所述血糖修正分量计算为：



其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，“目标值”是目标血糖值，“ISF”是预先确定的胰岛素敏感因子，并且“PFIOB”是患者对接的胰岛素残余活性含量值。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述血糖浓度值是未知的，所述碳水化合物值是已知的，并且所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：



其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，并且“CR”是碳水化合物克数与胰岛素单位数的预先确定的比值。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，给定BG和CHO，所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：



其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，“目标值”是目标血糖值，“ISF”是预先确定的胰岛素敏感因子，并且“CR”是碳水化合物克数与胰岛素单位数的预先确定的比值。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，BG值和CHO值均不可用，并且基于连续葡萄糖测量值，所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：



其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，“目标值”是目标血糖值，“CGM”是所述连续葡萄糖测量值，“ISF”是预先确定的胰岛素敏感因子，并且“PFIOB”是患者对接的胰岛素残余活性含量值。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，BG、CHO和CGM值不可用，并且所述用户发起的剂量的所述校正分量计算为：



其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量。


7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述目标血糖浓度由所述控制器预先确定并存储在所述控制器的存储单元中。


8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预先确定的胰岛素敏感因子存储在所述控制器的存储部件中。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用户手动调节所述用户发起的胰岛素剂量。


10.一种在葡萄糖测量系统中确定胰岛素残余活性含量的修正分量的方法，所述方法包括：
通过泵递送用户发起的胰岛素剂量；
确定控制器是否已从所述泵接收到与血糖浓度值(BG)有关的数据；
基于由所述控制器接收的所述血糖浓度值计算所述用户发起的胰岛素剂量的血糖修正分量；
确定所述控制器是否已接收到与碳水化合物值(CHO)有关的数据；
基于所述碳水化合物值计算所述用户发起的胰岛素剂量的膳食分量；以及
至少基于所述血糖修正分量和所述用户发起的胰岛素剂量的所述膳食分量来确定系统对接的胰岛素残余活性含量值，
其中，当所述控制器未接收到所述血糖浓度值和所述碳水化合物值时，将用户发起的胰岛素剂量的总量的预先确定的百分比用作所述系统对接的胰岛素残余活性含量值。


11.根据权利要求10所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：D芬南，P韦雷什切丁，
申请(专利权)人：生命扫描知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US