УЧЕТ ОСТАТОЧНОГО КОЛИЧЕСТВА АКТИВНОГО ИНСУЛИНА В СИСТЕМЕ ИСКУССТВЕННОЙ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
ACCOUNTING FOR RESIDUAL AMOUNT OF ACTIVE INSULIN IN ARTIFICIAL PANCREAS SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Изобретение относится по существу к области систем контроля уровня глюкозы в крови, более конкретно, к системе контроля уровня глюкозы в крови с обратной связью, такой как система искусственной поджелудочной железы, в которой используется контроллер, использующий более одной модели для учета остаточного количества активного инсулина.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Сахарный диабет является хроническим метаболическим расстройством, вызванным неспособностью поджелудочной железы производить достаточное количество гормон инсулина, что приводит к снижению способности организма метаболизировать глюкозу. Это расстройство может привести к чрезмерной концентрации глюкозы в кровотоке или к гипергликемии. Постоянная гипергликемия сама по себе или в комбинации с гипоинсулинемией связана с различными серьезными симптомами и угрожающими жизни долгосрочными осложнениями. В настоящее время восстановление эндогенного производства инсулина пока невозможно. В результате этого требуется терапия для поддержания концентрации глюкозы в крови в пределах нормального диапазона. Такой гликемический контроль достигается за счет регулярной подачи внешнего инсулина в организм пациента с целью снижения уровней глюкозы в крови.
[0003] Значительные улучшения в лечении и терапии диабета были достигнуты благодаря разработке устройств для введения лекарственных средств, которые освобождают пациента от необходимости использовать шприцы или ручки для лекарственных средств для введения множества ежедневных инъекций инсулина. Такие устройства для введения лекарственных средств позволяют вводить инсулин способом, который имеет большее сходство с происходящим в естественных условиях выделением инсулина человеческой поджелудочной железой, и который может контролироваться в соответствии с различными стандартами или индивидуально модифицированными протоколами, чтобы обеспечить пациенту более индивидуализированный гликемический контроль.
[0004] Такие устройства для введения лекарственных средств могут быть выполнены в виде имплантируемых устройств. Альтернативно устройство может представлять собой внешнее устройство с инфузионным набором для подкожной инфузии в организм пациента посредством чрескожной вставки катетера, канюли или трансдермального средства введения лекарственного средства, например, через пластырь. Внешние устройства для введения лекарственных средств устанавливаются на одежде или, более предпочтительно, прячутся под одежду или внутри одежды, или устанавливаются на теле и, как правило, управляются посредством пользовательского интерфейса, встроенного в устройство или обеспеченного на отдельном удаленном устройстве.
т. е.
[0005] Для достижения приемлемого уровня гликемического контроля в устройствах требуется контроль уровня глюкозы в крови или тканевой среде. Например, введение подходящего количества инсулина с помощью устройства для введения лекарственного средства требует, чтобы пользователь часто, эпизодически, определял свой уровень глюкозы в крови путем тестирования. Уровень вводят в насос или контроллер, после чего подходящая модификация может быть рассчитана в соответствии с текущим протоколом введения инсулина по умолчанию ( с дозировкой и периодичностью). Такая модификация используется для соответствующей регулировки работы устройства для введения лекарственного средства. Альтернативно или в сочетании с такими эпизодическими определениями с устройством для введения лекарственного средства применяется непрерывный контроль гликемии (CGM), который обеспечивает управление введением инсулина в организм пациента, страдающего диабетом, с обратной связью.
[0006] Кроме того, для обеспечения управления с обратной связью автономная модуляция вводимого пользователю лекарственного средства обеспечивается контроллером с использованием одного или более алгоритмов управления. Например, можно использовать алгоритмы пропорционально–интегрально–дифференциального регулирования (PID), которые реагируют на наблюдаемые уровни глюкозы. PID может быть настроен на основании простых правил математических моделей метаболических взаимодействий между глюкозой и инсулином у человека. Альтернативно могут использоваться контроллеры на основе прогнозирующих моделей (MPC). MPC является преимущественным, поскольку MPC заранее учитывает эффекты изменения контроля в ближайшем будущем, и иногда подвержен ограничениям при определении результата MPC, в то время как PID, как правило, включает только прошлые результаты при определении будущих изменений. В MPC могут быть реализованы ограничения таким образом, что решение в ограниченном «пространстве», т. е. в пределах установленных ограничений введения, гарантировано и система не может превысить достигнутый предел.
et al
Closed–Loop Control and Advisory Mode Evaluation of an Artificial Pancreatic Beta Cell: Use of Proportional–Integral–Derivative Equivalent Model–Based Controllers
et al
MPC Based Artificial Pancreas; Strategies for Individualization and Meal Compensation,
et al
"Artificial Pancreas: Past, Present, Future"
et al
Run–to–Run Tuning of Model Predictive Control for Type 1 Diabetes Subjects: In Silico Trial
et al
A Closed–Loop Artificial Pancreas Using Model Predictive Control and a Sliding Meal Size Estimator
et al
A Closed–Loop Artificial Pancreas based on MPC: Human Friendly Identification and Automatic Meal Disturbance Rejection,
et al., "Model Predictive Control of Type 1 Diabetes: An in Silico Trial"
et al
Automatic Bolus and Adaptive Basal Algorithm for the Artificial Pancreatic β–Cell
et al
Closed–Loop Control of an Artificial Pancreatic β–Cell Using Multi–Parametric Model Predictive Control,
et al
"Control to Range for Diabetes: Functionality and Modular Architecture,"
et al
"MD–Logic Artificial Pancreas System,"
th
[0007] Известные MPC описаны в следующих документах: Патент США № 7060059; Публикации патентов США № 2011/0313680 и 2011/0257627; Международная публикация WO 2012/051344; Percival ., "" J. Diabetes Sci. Technol., том 2, выпуск 4, июль 2008 г.; Paola Soru ., "" Annual Reviews in Control 36, стр. 118–128 (2012); Cobelli ., Diabetes том 60, ноябрь 2011 г.; Magni ., "" J. Diabetes Sci. Techn., том 3, выпуск 5, сентябрь 2009 г.; Lee ., "" J. Diabetes Sci. Techn., том 3, выпуск 5, сентябрь 2009 г.; Lee ., "" Proceedings of the 17 World Congress, The International Federation of Automatic Control, Seoul Korea, 6–11 июля 2008 г.; Magni J. Diabetes Sci. Techn., том 1, выпуск 6, ноябрь 2007 г.; Wang ., "" Diabetes Techn. Ther., том 12, № 11, 2010 г.; Percival ., "" Diabetes Res. 2008 г.; Kovatchev ., J. Diabetes Sci. Techn., том 3, выпуск 5, сентябрь 2009 г.; and Atlas ., Diabetes Care, том 33, № 5, май 2010 г. Все статьи или документы, упомянутые в настоящей заявке, включены в настоящую заявку путем ссылки, как если бы они были полностью изложены в настоящем документе.
т. е.
т. е.
[0008] В системах контроля глюкозы традиционно используют меру остаточного количества активного инсулина, которая учитывает весь введенный болюсный инсулин без учета разницы между инсулином, введенным для целей, связанных с приемом пищи, и инсулином, введенным с целью коррекции (, снижения концентрации глюкозы). В системах, где нет модели приема пищи, предлагаются две модели для учета остаточного количества активного инсулина для улучшения контроля глюкозы: ориентированное на пациента остаточное количество активного инсулина и ориентированное на систему остаточное количество активного инсулина. Под «ориентированным на пациента остаточным количеством активного инсулина» или PFIOB понимается остаточное количество активного инсулина, включающий инсулин, связанный с приемом пищи, и инсулин, связанный с коррекцией, но обычно исключающий базальный инсулин; хорошо известное значение, легко понятное пациентам. Под «ориентированным на систему остаточным количеством активного инсулина» или SFIOB подразумевается, в системе без модели приема пищи, остаточное количество активного инсулина, обладающее потенциалом снижения концентрации глюкозы,  инсулин, связанный с коррекцией; это значение исключает как инсулин, связанный с приемом пищи, так и базальный инсулин, ни один из которых не предназначен для снижения концентрации глюкозы. Использование этих отдельных моделей является проблематичным в том смысле, что существует потребность в отделении инсулина, связанного с приемом пищи, от болюсов, которые могут включать как инсулин, связанный с приемом пищи, так и инсулин, связанный с коррекцией. Системы решают эту проблему за счет использования точных терапевтических параметров, таких как соотношение инсулина и углеводов и коэффициент чувствительности к инсулину, наряду с надлежащим использованием калькулятора болюса. Однако если пользователь системы не информирует систему о пищевых болюсах или корректирующих болюсах или пропускает углеводы и/или уровень глюкозы в крови во время использования калькулятора болюса, или увеличивает или уменьшает расчетную болюсную дозу без предоставления системе обоснования увеличения или уменьшения, может произойти ошибочное увеличение, уменьшение или приостановление введения инсулина.
[0009] Таким образом, в данной области существует потребность в создании системы управления течением диабета, в которой может использоваться набор правил для преодоления этого недостатка.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0010] На Фиг. 1 представлен схематический вид варианта осуществления системы управления течением диабета на основе искусственной поджелудочной железы (AP).
[0011] На Фиг. 2 представлена схема основной части системы управления течением диабета на основе AP, показанной на Фиг. 1.
[0012] На Фиг. 3 представлен график введения инсулина в варианте осуществления системы АР после введения инициированного пациентом инсулинового болюса, при котором никакая часть инсулина не представлена как остаточное количество активного инсулина.
[0013] На Фиг. 4 представлен график введения инсулина в варианте осуществления системы АР после введения инициированного пациентом инсулинового болюса, при котором весь инсулин представлен как остаточное количество активного инсулина.
[0014] На Фиг. 5 представлен график введения инсулина для варианта осуществления заявленной системы AP после введения инициированного пациентом инсулинового болюса, при котором часть инсулина представлена как остаточное количество активного инсулина.
[0015] На Фиг. 6 представлена блок–схема логики анализа болюса для варианта осуществления системы управления течением диабета на основе AP.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] Ключевым требованием для эффективного внедрения системы введения инсулина с обратной связью с использованием алгоритма управления на основе прогнозирующих моделей (MPC) является определение и точный учет инсулина, вводимого пользователю, который в данный момент активен в организме и еще не вступил в действие, известного как остаточное количество активного инсулина (IOB) у пациента или пользователя. В настоящем изобретении предложены системы и способы для применения в системах, в которых учитывается болюсный инсулин таким образом, чтобы IOB, ориентированный на систему (SFIOB), как можно точнее поддерживал только и весь корректирующий инсулин (т. е. инсулин, который вводят для снижения уровня глюкозы в крови), таким образом обеспечивая дозирование инсулина системой, которое является безопасным и эффективным.
[0017] Система контроля уровня глюкозы в крови, составляющая предмет настоящего изобретения, включает в себя: глюкометр, который определяет значение глюкозы в крови (BG) для биологического образца; инсулиновую помпу, которая находится в соединении с глюкометром и запрограммирована на введение пользователю инициированного пользователем инсулинового болюса; контроллер, который соединен с пользовательским интерфейсом и включает в себя процессор, запрограммированный на: (i) определение того, вводил ли пользователь значение уровня глюкозы в крови в пользовательский интерфейс, (ii) расчет корректирующего компонента, т. е. болюсного компонента, вводимого для снижения уровня глюкозы в крови, болюса на основании значения уровня глюкозы в крови; (iii) определение того, ввел ли пользователь количество углеводов в пользовательский интерфейс; и (iv) расчет компонент болюса на основании количества углеводов (пищевого компонента болюса). В системе, составляющей предмет настоящего изобретения, SFIOB затем определяют на основании по меньшей мере одного из корректирующего компонента и пищевого компонента болюса. Когда значение уровня глюкозы и значение уровня углеводов не вводятся в контроллер, эти компоненты могут быть рассчитаны на основании последнего значения CGM. Если значение CGM также недоступно, то одну половину (50%) общего инсулинового болюса приписывают значению SFIOB.
[0018] Изобретение также относится к способу учета остаточного количества активного инсулина в системе для измерения уровня глюкозы, в котором дозируют инициированный пациентом инсулиновый болюс, после чего выполняют определение того, вводит ли пользователь данные в контроллер, относящиеся к предыдущему значению концентрации глюкозы в крови, измеренному системой. Если было введено предыдущее значение концентрации глюкозы в крови, то на основании этого значения рассчитывают компонент коррекции уровня глюкозы в крови для болюса. Второе определение выполняется относительно того, ввел ли пользователь входные данные в контроллер, относящиеся к количеству углеводов. Если количество углеводов было введено, то рассчитывают пищевой компонент болюса, основанный на этом количестве углеводов. Третье определение выполняется относительно того, корректировал ли пользователь инициированный пользователем инсулиновый болюс. Затем SFIOB определяют на основании по меньшей мере одного из рассчитанных болюсных компонентов и третьего определения или скорректированного количества. Заданный компонент одной половины (50%) общего инсулинового болюса, связанного с приемом пищи, приписывают остаточному количеству активного инсулина, когда предыдущее значение уровня глюкозы в крови и количество углеводов не вводят в контроллер и последнее значение CGM недоступно.
[0019] Изобретение также относится к системе контроля уровня глюкозы в крови, имеющей датчик, который автоматически определяет значение уровня глюкозы в крови для биологической текучей среды, и инсулиновую помпу, которая принимает данные, полученные датчиком, и запрограммирована на введение пользователю инициированного пациентом или пользователем болюсного инсулина. Система также включает в себя контроллер, который обменивается данными с помпой и имеет пользовательский интерфейс и процессор. Процессор запрограммирован на: определение того, ввел ли пользователь данные в пользовательский интерфейс, относящиеся к предыдущему значению уровня глюкозы в крови, измеренному системой; расчет корректирующего компонента болюса на основании предыдущего значения уровня глюкозы в крови; определение того, ввел ли пользователь данные в пользовательский интерфейс, относящиеся к количеству углеводов; и расчет пищевого компонента болюса на основании количества углеводов. Затем определяют значение SFIOB на основании по меньшей мере одного из компонентов болюса. Заданный корректирующий компонент одной половины (50%) общего инсулинового болюса, связанного с приемом пищи, приписывают остаточному количеству активного инсулина, когда предыдущее значение уровня глюкозы в крови и количество углеводов не вводят в контроллер и последнее значение CGM недоступно.
[0020] Как показано на Фиг. 1, система 100 управления течением диабета на основе искусственной поджелудочной железы (AP) включает в себя контроллер 110 и устройство для введения лекарственного средства или инсулиновую помпу 130. Устройство 130 для введения лекарственного средства соединено с инфузионным набором 135 посредством гибкой трубки 134. Контроллер 110 включает в себя корпус 111, пользовательский интерфейс 112, алгоритм автономной модуляции (или управления), который может представлять собой любой подходящий алгоритм управления, и предпочтительно представляет собой MPC 150 (Фиг. 2) и устройство памяти (не показано). Устройство 130 для введения лекарственного средства выполнено с возможностью передачи данных контроллеру 110 и приема данных от него, например, посредством канала 122 связи, такого как радиочастотный канал, Bluetooth и т. п. В одном варианте осуществления устройство 130 для введения лекарственного средства представляет собой устройство для инфузии инсулина, или помпу, а контроллер 110 может представлять собой портативный контроллер или пользовательское электронное устройство, такое как смартфон, компьютер, устройство мониторинга упражнений или пользователя и т. п. В таком варианте осуществления данные, переданные от устройства 130 введения лекарственного средства контроллеру 110, могут включать информацию, такую как, например, данные о введении инсулина, уровень глюкозы в крови, данные о базальном/болюсном режиме, соотношение инсулина и углеводов или коэффициент чувствительности к инсулину. Контроллер 110 может быть выполнен с возможностью включения в себя контроллера с обратной связью, запрограммированного на непрерывное получение показаний глюкозы от датчика 117 CGM по каналу 123 связи. Данные, переданные от контроллера 110 устройству 130 для введения лекарственного средства, могут включать в себя результаты измерения уровня глюкозы и базу данных пищевых продуктов, чтобы устройство 130 для введения лекарственного средства могло рассчитать количество инсулина, подлежащего введению. Альтернативно контроллер 110 может выполнять расчет базальной дозы или болюса и отправлять результаты таких расчетов на устройство 130 для введения лекарственного средства. Расчет болюса может быть выполнен вручную после запуска субъектом или может быть автоматизирован таким образом, что система способна вводить управление введением инсулина как в болюсном, так и базальном режиме.
например
например
[0021] Как показано на Фиг. 1, глюкометр 160 (, глюкометр для эпизодического измерения уровня глюкозы в крови), отдельно или в сочетании с датчиком 117 CGM, предоставляет данные контроллеру 110 и/или устройству 130 для введения лекарственного средства, , по соответствующим каналам 123, 124 связи. Глюкометр 160 может измерять образец текучей среды, помещенный на тест–полоску 170. Контроллер 110 может представлять информацию и принимать команды через пользовательский интерфейс, такой как показанный сенсорный экран 113, или другие устройства.
[0022] Контроллер 110, устройство 130 для введения лекарственного средства и датчик 117 CGM могут быть интегрированы в многофункциональные блоки в любой комбинации. Например, контроллер 110 может быть интегрирован в устройство 130 для введения лекарственного средства с образованием комбинированного устройства с одним корпусом. Инфузионные, сенсорные и контролирующие функции также могут быть интегрированы в цельную искусственную поджелудочную железу. В различных вариантах осуществления контроллер 110 объединен с глюкометром 160 в комплексное цельное устройство, имеющее корпус. В других вариантах осуществления контроллер 110 и глюкометр 160 представляют собой два отдельных устройства, которые могут соединяться друг с другом с образованием комплексного устройства. Каждое из устройств 130, 110 и 160 имеет подходящий микропроцессор (не показан для краткости), запрограммированный на выполнение различных функций.
[0023] Устройство 130 для введения лекарственного средства или контроллер 110 также могут быть выполнены с возможностью двусторонней связи с удаленной станцией мониторинга состояния здоровья посредством, например, сети 119 связи. Один или более серверов 128 или запоминающих устройств 126 могут быть соединены с возможностью связи с контроллером 110 посредством сети 119. В одном примере устройство 130 для введения лекарственного средства и/или контроллер 110 могут обмениваться данными с персональным компьютером 127 по каналу связи, такому как радиочастотный канал, Bluetooth и т. п. Контроллер 110 и удаленная станция также могут быть выполнены с возможностью двусторонней проводной связи посредством, например, сети связи на основе стационарной телефонной связи. Примеры станций удаленного мониторинга могут включать в себя, помимо прочего, персональный или сетевой компьютер 127, сервер 128, запоминающее устройство 126, карманный персональный компьютер, другой мобильный телефон, станцию мониторинга больницы или специальную удаленную станцию мониторинга клиники. Альтернативно, хотя это не показано на Фиг. 1, хранение данных может дополнительно обеспечиваться в облаке.
[0024] Как показано на Фиг. 1, контроллер 110 также включает в себя пользовательский интерфейс 112. Как показано, пользовательский интерфейс 112 имеет экран 113 дисплея и одну или более функциональных кнопок 115, которые позволяют пользователю включать и выключать контроллер 110, а также вводить данные вручную и выбирать различные функции контроллера 110. В одном варианте осуществления пользовательский интерфейс 112 также может включать в себя звуковой сигнал тревоги, вибратор или голосовую подсказку для уведомления пользователя о конкретном рабочем состоянии или запроса данных от пользователя. В другом варианте осуществления пользовательский интерфейс 112 включает в себя дисплей с сенсорным экраном в дополнение к одной или более функциональным кнопкам.
например
например
[0025] Алгоритм управления может находиться в удаленном контроллере 110 и/или в устройстве 130 для введения лекарственного средства в конфигурациях, показанных на Фиг. 1. В одной конфигурации контроллер 110 будет беспроводным образом собирать необходимую информацию (, историю введения инсулина) от устройства 130 для введения лекарственного средства, а также от датчика 117 глюкозы (, данных об уровне глюкозы), чтобы позволить устройству 130 для введения лекарственного средства с помощью алгоритма управления рассчитать количество инсулина, которое должно быть модулятивно введено устройством 130 для введения лекарственного средства. Альтернативно контроллер 110 включает в себя алгоритм управления и может выполнять расчет базальной дозы или болюса и отправлять результаты таких расчетов вместе по каналу 122 связи с инструкциями по введению устройству 130 для введения лекарственного средства. В альтернативном варианте осуществления глюкометр 160 для эпизодического измерения уровня глюкозы в крови и биодатчики 170 также могут использоваться отдельно или в сочетании с датчиком 117 CGM для предоставления данных об уровне глюкозы в крови на контроллер 110 и/или устройство 130 для введения лекарственного средства.
[0026] В соответствии с одним вариантом осуществления контроллер 110 дополнительно включает в себя MPC 150 (Фиг. 2), который запрограммирован на получение непрерывных данных от датчика 117 CGM посредством передатчика 118, соединенного с датчиком 117 CGM, и по каналу 123 связи. Передатчик 118 передает данные, полученные от датчика 117 CGM, относящиеся к концентрации глюкозы в интерстициальной жидкости пользователя. В другом варианте осуществления контроллер 110 принимает данные от приемника CGM, размещенного в устройстве 130 для введения лекарственного средства, по каналу 122 связи. Контроллер 110 может обрабатывать полученные данные и передавать дополнительные данные устройству 130 для введения лекарственного средства, которые могут включать в себя данные, относящиеся к результатам измерения глюкозы и базе данных пищи. Устройство 130 для введения лекарственного средства может использовать данные, полученные от контроллера 110, для расчета количества инсулина, которое должно быть введено пользователю в заданный момент времени. Контроллер 110 может также выполнять расчет базальной дозы или инсулинового болюса и передавать такие расчеты устройству 130 для введения лекарственного средства.
[0027] В одном варианте осуществления контроллер 110 принимает сигналы от передатчика 118, подключенного к датчику 117 глюкозы CGM, по каналу 123 связи. Контроллер 110 имеет центральный процессор (ЦП), запрограммированный на выполнение различных функций и расчетов. MPC 150 (Фиг. 2) запрограммирован на использование данных, полученных от датчика 117 CGM, для определения, в одном случае, надлежащего количества инсулина для введения пользователю через заданные периодические интервалы времени. Затем контроллер 110 передает команды дозирования на устройство 130 для введения лекарственного средства, которое вводит рассчитанное количество инсулина через инфузионный набор 135. Концентрация глюкозы в интерстициальной жидкости может быть соотнесена с концентрацией глюкозы в крови таким образом, что для измерения уровня глюкозы в крови пользователю не нужно выполнять много манипуляций пальцами. Поскольку контроллер 110 запрограммирован на прием данных от передатчика 118 или приемника CGM (не показан), контроллер 110 также может быть запрограммирован на аппроксимацию значений концентрации глюкозы в крови с использованием данных, а также прогнозирование тенденций уровня глюкозы в крови и скорости изменения уровня глюкозы в крови с течением времени.
[0028] Как показано на Фиг. 1, глюкометр 160 дополнительно включает в себя интерфейс 166 пользователя глюкометра, который может включать в себя одну или более функциональных кнопок 168 и экран 169 дисплея. В дополнительном варианте осуществления экран 169 дисплея может иметь возможности сенсорного экрана. Порт 162 для тест–полоски выполнен с возможностью приема электрохимической тест–полоски или биодатчика 170. Электрохимическая тест–полоска 170 выполнена с одного конца с возможностью реагирования на биологический образец, такой как кровь, с реагентом и установления электрического соединения с глюкометром 160 на противоположном конце.
[0029] Как показано на Фиг. 2, MPC 150 обращается к данным о концентрации глюкозы, полученным датчиком 117 CGM или (и предпочтительно) глюкометром 160 (Фиг. 1), и рассчитывает значение корректирующего болюса, который будет передан устройству 130 для введения лекарственного средства, из которого пользователю будет веден рассчитанный болюс. В одном варианте осуществления концентрацию глюкозы получают от глюкометра по каналу 126 связи. Контроллер 110 также может включать в себя устройство памяти (не показано), которое находится в соединении с MPC 150. Устройство памяти (не показано), которое может включать в себя энергозависимую и энергонезависимую память, может хранить набор значений уровня глюкозы в крови и другие связанные данные, к которым MPC 150 может обращаться для расчета тенденций уровня глюкозы в крови и средних значений уровня глюкозы в крови в течение заданного периода времени и через заданные интервалы времени. В соответствии с одним вариантом осуществления заданный интервал времени составляет 5 (пять) минут. В одном варианте осуществления устройство памяти сохраняет заданную информацию, относящуюся к коэффициенту чувствительности к инсулину пользователя (ISF), соотношению углеводов (CR), целевой концентрации глюкозы в крови (T) и другим заданным метаболическим параметрам. Устройство памяти может включать в себя энергозависимую и энергонезависимую память. MPC 150 запрограммирован на автоматическое регулирование скорости введения инсулина пользователю на основании результатов измерения глюкозы, обеспечиваемых датчиком 117 CGM, введенных пользователем данных и любых параметров, сохраненных в устройстве памяти в каждый заданный интервал времени.
[0030] Устройство 130 для введения лекарственного средства дополнительно включает в себя ЦП и приемник CGM. ЦП запрограммирован на выдачу надлежащей дозы инсулина на основании команд, полученных от контроллера 110. Приемник CGM запрограммирован на получение данных от передатчика 118 и передачу или ретрансляцию указанных данных контроллеру 110. В одном варианте осуществления устройство 130 для введения лекарственного средства имеет одну или более функциональных кнопок или круговых шкал 136, которые позволяют пользователю вводить данные в устройство 130 для введения лекарственного средства. Устройство для введения лекарственного средства также может включать в себя экран 140 дисплея введения лекарственного средства, который ретранслирует визуальную информацию пользователю, причем экран 140 дисплея может иметь возможности сенсорного экрана. Ввод данных в устройство 130 для введения лекарственного средства пользователем может включать программирование инициированного пациентом инсулинового болюса.
[0031] Датчик 117 глюкозы представляет собой электрохимический датчик, который измеряет концентрацию глюкозы в интерстициальной жидкости пользователя через заданные интервалы времени и передает эти данные обратно контроллеру 110 (или приемнику CGM, размещенному в отдельном устройстве 130 для введения лекарственного средства) посредством передатчика 118. Концентрации глюкозы в крови можно аппроксимировать с помощью данных, полученных датчиком 117 глюкозы и передаваемых посредством передатчика 118 контроллеру 110 или приемнику CGM, размещенному в отдельном устройстве 130 для введения лекарственного средства. Контроллер 110 принимает информацию от передатчика 118 и рассчитывает надлежащую дозу инсулина для введения пользователю и передает эти команды дозирования устройству 130 для введения лекарственного средства. Контроллер 110 также может передавать и принимать данные по сети 119 связи таким образом, что данные, относящиеся к терапии пользователя, могут быть доступны медицинским специалистам или другим физическим или юридическим лицам по сети Интернет или любой другой информационной сети.
[0032] Как показано на Фиг. 2, первый выход 151 MPC 150 может представлять собой команды для инсулиновой помпы или устройства 130 для введения лекарственного средства для введения желаемого количества инсулина 154 для достижения желаемой концентрации глюкозы в организме пользователя в следующее заданное время (причем такие интервалы времени могут составлять, например, пять минут). Как отмечено, датчик 117 глюкозы измеряет уровни глюкозы в интерстициальной жидкости пользователя, и эта информация используется для оценки фактического уровня глюкозы в крови пользователя.
[0033] Логическая схема, описанная выше и показанная схематически на Фиг. 2, основывается на прогнозируемых уровнях концентрации глюкозы на основании предыдущей информации, введенной в систему 100 AP (Фиг. 1) посредством связи с другими компонентами системы 100 AP или пользователем. Если требуемая информация отсутствует, MPC 150 не может обеспечить точные прогнозы и, следовательно, может привести к неправильным коррекциям или настройкам устройства 130 для введения лекарственного средства. Например, существующие системы AP, имеющие алгоритм управления на основе прогнозирующих моделей, не точно анализируют IOB, связанные с приемом пищи, в сравнении с IOB, связанными с коррекцией, что приводит к фундаментально ошибочному прогнозированию будущих концентраций глюкозы в крови.
[0034] В настоящее время существует 3 (три) признанных способа расчета IOB после введения инициированного пациентом инсулинового болюса: (1) не классифицировать ни один из инсулиновых болюсов как IOB; (2) классифицировать весь инсулиновый болюс как IOB; или (3) классифицировать одну половину (50%) инсулинового болюса как IOB. Тем не менее, в настоящем изобретении предлагается способ более точного определения или классификации количества инсулинового болюса, необходимого для коррекции потребления углеводов (CHO), и количества, необходимого для коррекции неоптимальной концентрации глюкозы в крови (BG).
[0035] Способ 1, как показано на Фиг. 3, характеризуется тем, что пользователь вводит инсулиновый болюс 300 в сочетании с приемом пищи и не сообщает его MPC 150 (Фиг. 2) как IOB. Соответственно, система 100 AP (Фиг. 1) не учитывает инсулиновый болюс 300 и, следовательно, не прогнозирует снижение концентрации глюкозы в крови в ближайшем будущем 310 после введения инсулинового болюса 300 и обеспечивает неправильное прогнозирование для системы 100 AP (Фиг. 1). Термин «ближайшее будущее» или «период после введения» определяется как период времени непосредственно после введения инсулинового болюса 300, в течение которого абсорбция соответствующей пищи оказывает существенное влияние на концентрацию глюкозы. Прогнозирование, обеспечиваемое MPC 150 (Фиг. 1) для системы 100 (Фиг. 1), будет представлять собой переоценку количества инсулина, которое должно быть введено устройством 130 для введения лекарственного средства (Фиг. 1) в период после введения. Соответственно, коррекция или настройка введения инсулина пользователю, определенная системой, не приведет к надлежащему снижению введения инсулина и может привести к гипергликемическому событию, вызванному инсулином, поскольку пользователю вводится слишком большое количество инсулина и его уровни глюкозы в крови опустятся ниже заданного диапазона или целевого значения. Как показано на Фиг. 3, введение системой инсулина по–прежнему остается высоким в ближайшем будущем 310 после несообщенного инсулинового болюса.
[0036] Способ 2, как показано на Фиг. 4, характеризуется тем, что пользователь вводит инсулиновый болюс 400 в сочетании с приемом пищи и сообщает весь инсулиновый болюс 400 MPC 150 (Фиг. 2) как IOB. Однако только часть инсулинового болюса 400 является пищевым компонентом, необходимым для коррекции потребления углеводов, а другая часть используется для корректирующего компонента для коррекции уровня глюкозы в крови пользователя в обычном режиме. Таким образом, MPC 150 (Фиг. 2) распознает искусственно высокое значение SFIOB и спрогнозирует резкое снижение концентрации глюкозы в крови в течение периода 410 после введения. Следовательно, модификация базального введения инсулина пользователю, обеспечиваемая системой 100 AP (Фиг. 1), будет означать уменьшение (или даже приостановление) введения инсулина в ближайшем будущем после введения инсулинового болюса 400. Это приведет к повышению уровней глюкозы в крови пользователя выше T и может вызвать гипергликемическое событие. Как показано на Фиг. 4, введение инсулина в ближайшем будущем 410 системой значительно снижается после сообщенного инсулинового болюса 400. Также видно, что количество инсулина, введенного в ближайшем будущем 410, колеблется, что соответствует колебанию уровней глюкозы в крови пользователя, так как система 100 (Фиг. 1) пытается восстановить базальные уровни введения инсулина.
[0037] Способ 3 классифицирует одну половину (50%) или какое–либо другое заданное процентное значение инициированного пациентом инсулинового болюса, как IOB. Однако система 100 (Фиг. 1) может по–прежнему вводить намного больше или меньше инсулина, чем требуется для поддержания контроля уровня глюкозы в крови пользователя во время периода после введения. Соответственно, пользователь по–прежнему будет испытывать более высокую частоту неоптимальных уровней глюкозы, чем при использовании описанного способа. Результаты каждого альтернативного способа сравнивают с результатами настоящего способа в примерах 1–6, которые более подробно обсуждаются ниже.
[0038] В текущей системе 100 AP (Фиг. 1) используется MPC 150 (Фиг. 2), запрограммированный на учет SFIOB для предотвращения значительного увеличения и уменьшения концентрации глюкозы в крови, возникающих в системах, показанных на Фиг. 3 и 4, описанных ранее. Как показано на Фиг. 5, MPC 150 (Фиг. 2) запрограммирован на классификацию только части инсулинового болюса 500, которую вводят пользователю как SFIOB, и, следовательно, учитывает только эту часть инсулина при прогнозировании уровней глюкозы в ближайшем будущем 510. При сравнении введения инсулина в ближайшем будущем 310, 410 и 510 от систем, показанных на Фиг. 3–5, введение инсулина после введения на этапе 510 более регламентировано и находится между уровнями, наблюдаемыми на этапе 310 (что, возможно, приведет к гипогликемическому событию) и этапе 410 (что, возможно, приведет к гипергликемическому событию).
[0039] MPC 150 (Фиг. 2) определяет, какие данные были получены от других частей системы 100 (Фиг. 1), и какие предположения, если таковые имеются, необходимо выполнить, чтобы классифицировать часть инициированного пациентом инсулинового болюса как приписанную SFIOB. Как показано на блок–схеме 600, изображенной на Фиг. 6, инициированный пациентом болюс вводят на этапе 602. На этапе 604 алгоритм затем определяет, доступно ли значение BG – либо введенное пользователем вручную, либо автоматически переданное глюкометром по каналу 126 связи (Фиг. 1). После того как MPC 150 (Фиг. 2) определит, доступно ли значение BG, MPC затем определяет, был ли пользователем выведен CHO на этапе 608. Значение CHO соответствует оценке количества углеводов в пище, которую пользователь собирается принять или в настоящее время принимает.
[0040] Если значение BG доступно, тогда как количество углеводов недоступно, то количество инсулина, предназначенное для коррекции высокого уровня BG, или количество инсулина для коррекции BG, определяют на этапе 606 с использованием приведенной ниже формулы:
(1)
где «мин.» представляет собой минимальную функцию;
«макс.» представляет собой максимальную функцию;
«общее количество» представляет собой общий болюс; «целевое значение» представляет собой целевое значение глюкозы у пациента; и
ISF представляет собой коэффициент чувствительности к инсулину пациента.
[0041] Если значение CHO предоставляется пользователем, тогда как значение BG недоступно, то количество инсулина, предназначенное для коррекции высокого уровня BG, рассчитывают на этапе 610 с использованием приведенной ниже формулы:
(2) макс.
где CR представляет собой соотношение углеводов у пользователя.
[0042] При наличии как значения BG, так и значения CHO количество инсулина, предназначенное для коррекции, рассчитывают на этапе 612 с использованием следующей формулы:
(3)
[0043] Является преимуществом, если количество инсулина, вводимое пользователю, несколько занижено, чтобы предотвратить гипогликемические события, вызванные инсулином. Например, при наличии двух или более способов расчета IOB способ, дающий большее количество, приведет к тому, что MPC 150 (Фиг. 2) обеспечит более прогноз более низкого уровня глюкозы в крови для точки A. В результате контроллер 110 (Фиг. 1) предложит более консервативную схемой введения инсулина или корректирующий компонент в ближайшем будущем (т. е. введение меньшего количества инсулина, чем может потребоваться).
[0044] Если не было получено ни количество BG, ни количество CHO, значение CGM может быть заменено на этапе 614 для BG. Полученное корректирующее значение для SFIOB затем определяют с использованием следующего отношения:
(4)
[0045] Если данные CGM также недоступны, алгоритм возвращается к подходу 50%/50% и рассчитывает предполагаемую коррекцию с использованием следующего отношения (этап 616, показанный на Фиг. 6):
(5)
Следующие примеры приведены для демонстрации описанной методики:
Примеры
Пример 1
[0046] Следующие значения заданы и сохранены в устройстве памяти (не показано) устройства 130 для введения лекарственного средства:
CR пользователя составляет 10 грамм на единицу инсулина;
ISF пользователя составляет 50 мг/дл на единицу инсулина;
Целевое значение уровня глюкозы в крови пользователя составляет 120 мг/дл; и
Текущее значение PFIOB равно 0.
[0047] В соответствии с этим примером пользователь не ввел значение уровня глюкозы в крови (BG), но предоставил оценку количества углеводов, полученных при приеме пищи как 20 г. MPC 150 (Фиг. 2) рассчитывает количество инсулина CHO следующим образом:
= 2 единицы инсулина
[0048] Однако после этого пользователь вручную увеличивает дозу до 3 единиц инсулина. Контроллер 110 запрограммирован таким образом, что он считает, что пользователь оценит введенную им величину углеводов как можно более правильно. Таким образом, MPC 150 (Фиг. 2) может правильно отнести 2 единицы инсулина с учетом увеличения уровня глюкозы, которое ожидается после того, как пользователь потребляет 20 г углеводов. В этом случае алгоритм определяет корректирующий инсулин, который представляет собой разницу между общим количеством болюса и углеводным болюсом, рассчитанным контроллером на основании введенного пользователем количества углеводов.
Коррекция: введенные 3 единицы – рассчитанные 2 единицы=1 единица
[0049] Таким образом, MPC 150 (Фиг. 2) классифицирует 1 (одну) единицу инсулина как корректирующий компонент для коррекции значения BG пользователя и 2 (две) единицы инсулина как пищевой компонент для приема пищи. Соответственно, только одна единица инсулина классифицируется как SFIOB на будущее и учитывается MPC 150 (Фиг. 2) при прогнозировании концентрации глюкозы для целей введения инсулина в ближайшем будущем или в период после введения. Этот результат можно сравнить со способами 1–3, которые были обсуждены ранее и примеры которых показаны на Фиг. 3–5. Как показано ниже, использование любого из предыдущих способов приводит к введению инсулина ниже оптимального или выше оптимального количества в ближайшем будущем по сравнению с заявленным способом.
Способ 1
Способ 2
Способ 3
Заявленный способ
0 единиц
3 единицы
1,5 единицы
1 единица
Пример 2
[0050] Используя те же сохраненные параметры, что и в примере 1, пользователь снова оценивает, что потребление углеводов составляет 20 г. Как и в примере 1, контроллер 110 рассчитывает, что 2 (две) единицы инсулина являются инсулином CHO и должны быть введены пользователю для учета значения CHO. Однако в этом случае пользователь уменьшает болюс от 2 (двух) единиц до 1 (одной) единицы.
Коррекция: введенная 1 единица – рассчитанные 2 единицы = –1 единица
[0051] Полученный болюс представляет собой отрицательное число, что означает, что никакая часть инсулина, подлежащего введению пользователю, не будет классифицирована MPC 150 (Фиг. 2) как коррекция, поскольку количество инсулина не может быть меньше нуля. Как показано ниже, только способ 1 относит то же количество единиц инсулина как SFIOB для целей прогнозирования MPC 150 (Фиг. 2) уровней глюкозы в ближайшем будущем по сравнению с заявленным способом.
Способ 1
Способ 2
Способ 3
Заявленный способ
0 единиц
1 единица
0,5 единицы
0 единиц
Пример 3
[0052] Используя ту же сохраненную информацию, что и в примерах 1 и 2, пользователь вводит в контроллер значение BG, составляющее 270 мг/дл, и не вводит значение CHO. MPC 150 (Фиг. 2) определяет корректирующий BG инсулин следующим образом:
единицы инсулина
[0053] Затем пользователь вручную увеличивает общий болюс до 5 (пяти) единиц инсулина. MPC 150 (Фиг. 2) запрограммирован таким образом, что он считает, что пользователь правильно определил значение уровня глюкозы в крови, введенное в контроллер 110. Таким образом, MPC 150 (Фиг. 2) может правильно отнести 3 (три) единицы инсулина, которые являются корректирующим компонентом для коррекции повышенного уровня глюкозы в крови пользователя. В данном случае корректирующая величина представляет собой минимальную величину между общим болюсом (5 единиц) и корректирующим компонентом на основании введенного пользователем значения BG (3 единицы):
Коррекция: мин.(общее количество 5 единиц, рассчитанные 3 единицы) = 3 единицы
[0054] 2 (две) единицы инсулина не учитываются MPC 150 (Фиг. 2) на будущее, поскольку система считает, что пользователь увеличил общую дозу с целью возможного потребления углеводов и запланировал коррекцию только в соответствии со значением BG, введенным пользователем (или значением BG, переданным глюкометром беспроводным образом). Как показано ниже, использование любого из предыдущих способов приводит к введению инсулина ниже оптимального или выше оптимального количества в ближайшем будущем по сравнению с заявленным способом.
Способ 1
Способ 2
Способ 3
Заявленный способ
0 единиц
5 единиц
2,5 единицы
3 единицы
Пример 4:
[0055] Используя ту же сохраненную информацию, что и в примерах 1–3, и то же значение BG, что и в примере 3, пользователь затем вручную уменьшает общий болюс, который должен быть введен, до 1 (одной) единицы инсулина. MPC 150 (Фиг. 2) запрограммирован таким образом, что он считает, что пользователь правильно определил значение уровня глюкозы в крови, введенное в контроллер 110. Однако, поскольку количество общего болюса представляет собой 1 (одну) единицу инсулина, MPC 150 (Фиг. 2) может классифицировать только 1 (одну) единицу как корректирующий компонент, а не рассчитанные 3 единицы коррекции, рассчитанные на основе значения BG, значения CF и целевого значения пользователя. В этом примере только способ 2 классифицирует то же количество единиц инсулина как коррекцию для целей прогнозирования MPC 150 (Фиг. 2) уровней глюкозы в ближайшем будущем по сравнению с заявленным способом.
Способ 1
Способ 2
Способ 3
Заявленный способ
0 единиц
1 единица
0,5 единицы
1 единица
Пример 5
[0056] Используя ту же сохраненную информацию, что и в приведенных выше примерах, пользователь вводит значение BG, равное 170 мг/дл и значение углеводов, равное 20 г. MPC 150 (Фиг. 2) определяет корректирующий BG инсулин следующим образом:
1
– 0=единица инсулина
[0057] MPC 150 (Фиг. 2) определяет количество инсулина CHO следующим образом:
= 2 единицы инсулина
[0058] На основании приведенных выше расчетов общий инсулиновый болюс, определенный MPC 150 (Фиг. 2), составляет 3 (три) единицы. Однако в этом примере пользователь увеличивает количество общего болюса от 3 (трех) до 5 (пяти) единиц. MPC 150 (Фиг. 2) определяет корректирующий компонент как максимальное значение между коррекцией, рассчитанной на основе BG и CF, которое составляет 1 единицу, и разницу между общим инсулиновым болюсом (5 единиц) и рассчитанным количеством инсулина CHO (2 единицы), которая составляет 3 единицы. Эти 3 (три) единицы инсулина классифицируются как SFIOB, двигающиеся вперед на будущее, и учитываются, когда система прогнозирует концентрацию глюкозы для целей введения инсулина в период после введения. В этом примере ни один из способов не классифицирует то же количество единиц инсулина как коррекцию для целей прогнозирования MPC 150 уровней глюкозы в ближайшем будущем по сравнению с заявленным способом.
Способ 1
Способ 2
Способ 3
Заявленный способ
0 единиц
5 единиц
2,5 единицы
3 единицы
Пример 6
[0059] Используя ту же сохраненную информацию, что и в приведенных выше примерах, пользователь вводит значение BG, равное 220 мг/дл и значение углеводов, равное 20 г. MPC 150 (Фиг. 2) определяет коррекцию BG следующим образом:
2
– 0=единицы инсулина
[0060] MPC 150 (Фиг. 2) определяет количество инсулина CHO следующим образом:
= 2 единицы инсулина
[0061] На основании приведенных выше расчетов общий инсулиновый болюс, определенный MPC 150 (Фиг. 2), составляет 4 (четыре) единицы. В этом примере пользователь снижает количество болюса от 4 (четырех) единиц до 3 (трех) единиц. Поскольку пользователь ввел значение BG, алгоритм предполагает, что это значение BG является точным, и классифицирует 2 (две) единицы как корректирующий компонент на будущее, и это значение учитывается, когда система прогнозирует концентрацию глюкозы для целей введения инсулина в течение периода после введения. Как показано ниже, использование любого из предыдущих способов приводит к введению инсулина ниже оптимального или выше оптимального количества в ближайшем будущем по сравнению с заявленным способом.
Способ 1
Способ 2
Способ 3
Заявленный способ
0 единиц
3 единицы
1,5 единицы
2 единицы
[0062] Дополнительные варианты осуществления включают в себя любой из вариантов осуществления, описанных выше и описанных во всех приложениях и других материалах, представленных в настоящем документе, где один или более из их компонентов, функциональных возможностей или структур взаимозаменяются, заменяются или дополняются одним или более компонентами, функциональными возможностями или структурами другого варианта осуществления, описанного выше.
[0063] Следует понимать, что специалистам в данной области будут очевидны различные изменения и модификации вариантов осуществления, описанных в настоящем документе. Такие изменения и модификации могут быть внесены без отступления от сущности и объема настоящего описания и без уменьшения его предполагаемых преимуществ. Таким образом, предполагается, что такие изменения и модификации охватываются прилагаемой формулой изобретения.