Способ и устройство для обнаружения начала гипогликемии
METHOD AND DEVICE FOR EARLY HYPOGLYCEMIA DETECTION

Приоритетные документы
[0001] По настоящей заявке испрашивается приоритет согласно предварительной заявке на патент Австралии №2011905150 «Устройство для обнаружения начала гипогликемии», поданной 12 декабря 2011 года, содержание которой полностью включено в настоящий документ путем ссылки.
Область техники
[0002] Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обнаружения начала гипогликемии.
Предпосылки создания изобретения
[0003] Сахарный диабет представляет собой заболевание, при котором повышается уровень глюкозы в крови, что без соответствующего лечения приводит к коме и смерти. Больному диабетом сложно управлять уровнем глюкозы в крови, при этом он, как правило, хронически находится в состоянии гипергликемии или повышенного уровня глюкозы в крови. Существуют два основных вида устойчивого и в настоящее время неизлечимого диабета - диабет 1-го типа диабет 2-го типа. Больные диабетом 1-го типа теряют способность вырабатывать гормон инсулин в результате поражения островков Лангерганса в поджелудочной железе. Причиной их поражения является аутоиммунное состояние, однако механизм запуска этого состояния остается неизвестным. Больные диабетом 1-го типа должны получать регулярные инъекции инсулина, до 6 раз в день, чтобы снабжать свой организм достаточным количеством инсулина, которое позволит клеткам тела корректно перерабатывать глюкозу. Управление инсулином в комбинации с внимательным контролем диеты и физических нагрузок позволяет диабетикам иметь относительно нормальную жизнь. Диабетом 1-го типа страдают около 140000 австралийцев и более 24 миллионов людей во всем мире. Около 4400 детей в Австралии имеют диабет 1-го типа, при этом каждый год диагностируется 800 новых случаев. В мире от диабета 1-го типа страдает 430000 детей, при этом каждый год диагностируется 65000 новых случаев. Ежегодно коэффициент заболеваемости диабетом 1-го типа среди детей растет приблизительно на 3%. Диабет 2-го типа, который называют также диабетом зрелого возраста, возникает вследствие преждевременной неспособности островков Лангеранса производить адекватные уровни инсулина для управления уровнем глюкозы в крови. Диабетом 2-го типа болеют от 6 до 8% людей после 50 лет. Больные диабетом обоих типов страдают от одних и тех же осложнений в результате долгой гипергликемии.
[0004] Хроническая гипергликемия в долгосрочной перспективе может вызывать множество осложнений, включая слепоту, хроническую почечную недостаточность (в настоящее время это является самой распространенной причиной диализа в долгосрочном периоде), изъязвление нижних конечностей, которое может приводить к ампутации, сердечные приступы, инсульт и невропатические заболевания. Для снижения частоты возникновения, появления и серьезности таких осложнений диабетикам рекомендуется поддерживать уровень глюкозы в крови в нормальном диапазоне значений. Больные диабетом 1-го типа осуществляют это при помощи управления введением инсулина, а также тщательного планирования и контроля приемов пищи и физических нагрузок. Однако это может повысить (и повышает) риск возникновения состояния гипогликемии, когда уровень глюкозы в крови (blood glucose level, BGL) опускается до слишком низкого значения (то есть ниже приблизительно 3-3,5 ммоль/л). Гипогликемия имеет ряд симптомов, включающих головокружение, раздражительность, невнятную речь и потоотделение. Без надлежащего лечения, гипогликемия может приводить к обмороку, потере сознания, припадкам и, в некоторых случаях, к смерти. Во время тяжелого эпизода гипогликемии больной может получить повреждение мозга, что после ряда приступов может привести к заметным и устойчивым повреждениям мозга. Синдром «смерть в постели» приводит к смерти около 6% больных диабетом 1-го типа в возрасте до 40 лет; предполагается, что причиной смерти является ночная гипогликемия.
[0005] Диабетом 2-го типа сначала управляют при помощи диеты и оральных гипогликемических лекарственных средств, но после приблизительно 10 лет для около половины страдающих диабетом в целях управления уровнем глюкозы в крови становятся необходимыми инъекции инсулина, при этом такие пациенты также могут иметь гипогликемию.
[0006] Помимо медицинских осложнений гипогликемия представляет для больных прямую физическую угрозу. Каждый день, находясь за рулем автомобиля или просто совершая прогулку по улице, больные с гипогликемией подвергаются опасности потери сознания. Гипогликемия может возникать непредсказуемо в результате нарушений диеты (пропуск приема пищи), повышенных физических нагрузок и неуправляемого всасывания подкожного инсулина. Из-за риска тяжелых эпизодов гипогликемии, возникающих вследствие лечения инсулином (или оральными гипогликемическими средствами), многие диабетики избегают использовать «жесткий контроль» уровней глюкозы в крови, что делает их более подверженными осложнениям в долгосрочной перспективе, как от гипергликемии, так и от гипогликемии.
[0007] Несмотря на серьезные последствия длительной гипогликемии, диабетики при раннем ее обнаружении способны просто и эффективно ее устранить, просто приняв богатую сахаром (или глюкозой) пищу (например, съев несколько мармеладных драже), чтобы поднять уровень глюкозы в крови.
[0008] Хотя описанные выше симптомы могут предупредить диабетика о начале гипогликемии (или о протекании гипогликемии), они не надежны и не всегда могут быть обнаружены (например, когда диабетик спит). Кроме того, со временем у около 17% больных диабетом 1-го типа развивается нечувствительность к гипогликемии, когда они не способны определять начало гипогликемии. Уровень нечувствительности к гипогликемии растет со временем наличия диабета у пациента.
[0009] Хеллеру и др. принадлежит ранняя публикация в этой области (Heller et al. "Influence of Sympathetic Nervous System on Hypoglycaemic Warning Symptoms", («Влияние симпатической нервной системы на симптомы, предупреждающие о гипогликемии»), The Lancet, 15 августа 1987 года, с. 359-363), в которой проанализировано влияние вызванной инсулином гипогликемии средней тяжести на симптомы, физиологические изменения и реакции адреналина у чувствительных к гипогликемии диабетиков, нечувствительных к гипогликемии диабетиков и контрольной группы. В данном исследовании уровень глюкозы в крови поддерживался в течение 30 минут на уровне 4,4 ммоль/л, 3,2 ммоль/л, 2,5 ммоль/л, и снова 4,5 ммоль/л в течение 30 мин. На каждом этапе измерялись оценки симптомов, уровни адреналина и физиологических параметров, включая тремор, потоотделение, частоту сердечных сокращений и время реакции кровяного давления. Статистически значимые изменения для всех трех групп наблюдались только для времени реакции и уровней адреналина, когда уровень глюкозы в крови опускался до предельного уровня 2,5 ммоль/л. Значительные изменения оценок симптомов, уровней тремора, кровяного давления и потоотделения были обнаружены только для контрольной группы и для чувствительных к гипогликемии диабетиков, когда уровень глюкозы в крови опускался до предельного уровня 2,5 ммоль/л. Начало гипогликемии (основанное на статистически значимом изменении от 4,5 ммоль/л до 3,2 ммоль/л) обнаруживалось только для чувствительных к гипогликемии диабетиков и контрольной группы в отношении уровней адреналина и для всех трех групп на основе времени реакции. Данная работа показала, что начало гипогликемии нельзя предсказать с помощью тремора.
[0010] Из-за подобных сложностей устройства для обнаружения начала гипогликемии или фактической гипогликемии основывались на постоянном контроле уровней глюкозы в крови. Такие устройства, как правило, являются дорогими и инвазивными, то есть требующими введения иглы под кожу пользователя для контакта с кровью или внутритканевой жидкостью для регистрации уровней глюкозы в крови. Предпринимались также попытки создания неинвазивных устройств, обнаруживающих начало гипогликемии косвенным образом при помощи измерения комбинации физиологических параметров, таких как температура кожи, сопротивление кожи (например, уровни потоотделения), частота дыхания, частота сердечных сокращений, двигательное беспокойство или тремор. Однако подобные устройства имели ограничения при их применении во время сна пользователя вследствие проблем, связанных с чувствительностью, портативностью и надежностью.
[0011] Соответственно, имеется потребность в недорогом и надежном портативном устройстве для обнаружения начала гипогликемии и предупреждения об этом пользователя или по меньшей мере в предложении таким пользователям полезной альтернативы.
Сущность изобретения
[0012] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ предупреждения пользователя о начале гипогликемии, включающий следующие шаги:
i) прием сигнала физиологического тремора от портативного датчика, носимого пользователем;
ii) анализ сигнала физиологического тремора в течение первого периода времени и
iii) формирование предупреждения, когда обнаружено изменение сигнала физиологического тремора, указывающее на начало гипогликемии у пользователя.
[0013] В одном из аспектов настоящего изобретения упомянутый портативный датчик включает акселерометр.
[0014] В одном из аспектов настоящего изобретения начало гипогликемии соответствует падению уровня глюкозы в крови (BGL) ниже 5 м моль/л.
[0015] В одном из аспектов настоящего изобретения упомянутое изменение определяют относительно заранее заданного базового уровня. Заранее заданный базовый уровень может задаваться заранее для пользователя на основе процедуры калибровки.
[0016] Альтернативно, упомянутое изменение может определяться относительно динамического порога, определяемого на основе анализа сигнала физиологического тремора в течение второго периода времени, предшествующего первому периоду времени.
[0017] Упомянутый шаг анализа сигнала физиологического тремора в течение первого периода времени может включать:
фильтрацию сигнала от датчика;
вычисление спектра мощности упомянутого сигнала в моменты времени первого периода времени для получения результатов измерения мощности и
обнаружение изменения результатов измерения мощности в течение первого периода времени;
или, в другом варианте, шаг анализа включает:
фильтрацию сигнала отдатчика;
вычисление спектра мощности упомянутого сигнала непрерывно в течение первого периода времени для получения непрерывного измерения (или измерений) мощности и
обнаружение изменения результатов измерения (или измерений) мощности в течение первого периода времени.
[0018] Упомянутое изменение может представлять собой увеличение мощности во времени и/или увеличение скорости изменения мощности во времени. Фильтрация сигнала может включать отфильтровывание сигналов вне диапазона 0-50 Гц или, более конкретно, 7-15 Гц.
[0019] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается носимое устройство для обнаружения начала гипогликемии у пользователя, содержащее:
датчик для измерения физиологического тремора у пользователя;
модуль анализа сигнала физиологического тремора от упомянутого датчика в течение первого периода времени для формирования сигнала предупреждения, инициирующего предупреждение пользователя, когда обнаружено изменение сигнала физиологического тремора, указывающее на начало гипогликемии у пользователя.
[0020] В одном из аспектов настоящего изобретения упомянутый датчик включает акселерометр.
[0021] В одном из аспектов настоящего изобретения упомянутый модуль анализа формирует сигнал предупреждения, инициирующий предупреждение пользователя о начале гипогликемии, при падении уровня глюкозы в крови (BGL) ниже 5 ммоль/л.
[0022] В одном из аспектов настоящего изобретения упомянутое изменение определяется относительно заранее заданного базового уровня. Заранее заданный базовый уровень может задаваться заранее для пользователя на основе процедуры калибровки.
[0023] Альтернативно, упомянутое изменение может определяться относительно динамического порога, определяемого на основе анализа сигнала физиологического тремора в течение второго периода времени, предшествующего первому периоду времени.
[0024] Упомянутое устройство может содержать модуль предупреждения, при этом упомянутый модуль предупреждения принимает сигнал предупреждения и формирует предупреждение для пользователя, когда обнаружено изменение сигнала физиологического тремора, указывающее на начало гипогликемии у пользователя.
[0025] Настоящее изобретение может быть выполнено в виде машиночитаемого носителя, содержащего машиночитаемые инструкции, которые обеспечивают выполнение процессором способа согласно первому аспекту настоящего изобретения. Аналогично, настоящее изобретение может быть выполнено в виде устройства, содержащего память и процессор, сконфигурированный для выполнения способа согласно первому аспекту настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
[0026] Ниже будет рассмотрен предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи.
[0027] На фиг. 1 представлена блок-схема способа обнаружения начала гипогликемии у пользователя в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0028] На фиг. 2 представлена схема носимого устройства для обнаружения начала гипогликемии у пользователя в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0029] На фиг. 3 представлены графики зависимости уровней адреналина и глюкозы (BGL) в крови от времени для контрольной группы, группы чувствительных к гипогликемии и группы нечувствительных к гипогликемии для описанного в настоящем документе первого исследования.
[0030] На фиг. 4 представлены графики зависимости мощности (при поднятой руке) и BGL от времени для контрольной группы, группы чувствительных к гипогликемии и группы нечувствительных к гипогликемии для описанного в настоящем документе первого исследования.
[0031] На фиг. 5 представлены графики зависимости оценок симптомов и BGL от времени для контрольной группы, группы чувствительных к гипогликемии и группы нечувствительных к гипогликемии для описанного в настоящем документе первого исследования.
[0032] На фиг. 6 представлены графики зависимости уровня адреналина и мощности (при поднятой руке) от времени для группы чувствительных к гипогликемии для описанного в настоящем документе первого исследования.
[0033] На фиг. 7 представлены графики зависимости мощности (при поднятой руке) от BGL для группы чувствительных к гипогликемии для описанного в настоящем документе первого исследования.
[0034] На фиг. 8 представлены графики зависимости мощности (при поднятой руке) от BGL для группы нечувствительных к гипогликемии для описанного в настоящем документе первого исследования.
[0035] На фиг. 9 представлены графики зависимости BGL и тремора (при измерении с запястьем в вертикальном положении) от времени во втором исследовании, описанном в настоящем документе.
[0036] На фиг. 10 представлены графики зависимости BGL, систолического и диастолического кровяного давления от времени во втором исследовании, описанном в настоящем документе.
[0037] На фиг. 11А-11I показаны отдельные графики процентного изменения тремора относительно базового уровня и графики зависимости BGL от времени для девяти испытуемых (А-I) во втором исследовании, описанном в настоящем документе.
[0038] На фиг. 12 показаны графики зависимости мощности и BGL от времени для испытуемого из контрольной группы в исследовании №4.
[0039] На фиг. 13-18 показаны графики зависимости мощности и BGL от времени для шести испытуемых с диабетом в исследовании №4.
[0040] В последующем описании аналогичными символами обозначены аналогичные или соответствующие элементы.
Подробное описание изобретения
[0041] Было найдено, что несмотря на ранние исследования, свидетельствующие об обратном, начало гипогликемии в действительности может быть обнаружено путем анализа сигнала физиологического тремора от датчика, носимого пациентом. Лабораторные данные и эксплуатационные испытания, описанные в настоящем документе, показали, что этот сигнал может быть обнаружен ночью и, что более важно, тогда, когда пациент бодрствует и выполняет обычные повседневные действия. Следовательно, могут быть разработаны надежный способ и носимое (и, таким образом, портативное) устройство (или прибор) для обнаружения начала гипогликемии и предупреждения об этом пользователя.
[0042] Физиологический мышечный тремор (также называемый физиологическим тремором или просто тремором) представляет собой быстрые непроизвольные ритмические колебания части тела. Физиологический тремор в нормальных условиях невидим, и большинство людей не знают о наличии у них физиологического тремора. Он может проявляться косвенным образом, например, как заметное колебание пятна лазерной указки, которую держит лектор. Некоторые люди имеют физиологический мышечный тремор большой амплитуды, известный как «эссенциальный тремор», который может быть заметным для этих людей или для окружающих, вызывает стеснение перед окружающими и мешает при приеме таких людей на работу. Настоящее изобретение относится в основном к обнаружению нормального физиологического мышечного тремора у людей в качестве индикатора начала гипогликемии, однако оно может также применяться для обнаружения более сильного эссенциального тремора в качестве индикатора.
[0043] Точная причина физиологического тремора не известна, однако предполагается, что он является результатом колебаний с частотой 8-12 Гц колебательной системы нейронов центральной нервной системы. Из-за механических воздействий диапазон физиологического тремора зависит от точки измерения, однако, как правило, он составляет около 0-50 Гц. Например, тремор обычно имеет диапазон 8-12 Гц при измерении на запястье, 3-5 Гц при измерении на локте и 17-30 Гц при измерении на пястно-фаланговом суставе.
[0044] В статье (Е Geoffrey Walsh (Эдинбургский университет)) «Finger Tremor in Medical Students and Others» (Физиологический тремор пальцев у студентов-медиков и других), Handbook of Tremor Disorders (Справочник по заболеваниям с тремором), 1995, под ред. Leslie Findley and William Koller; изд. Marcel Dekker INC, глава 5, стр. 63-78) был проанализирован тремор пальцев у группы студентов-медиков, и было найдено, что на тремор не влияли такие факторы как уровни гормонов щитовидной железы, курение, кофе, алкоголь и пол. Было также найдено, что амплитуда тремора увеличивается (~25%) после физических нагрузок, а также у пилотов во время посадки самолета. Была также исследована связь между уровнями адреналина и тремором. Адреналин не участвует напрямую в возбуждении мышц, но является основной составляющей реакции «борьба или бегство» и имеет ряд эффектов, стимулирующих мышцы. Влияние уровней адреналина на тремор изучалось с использованием введения адреналина и изопреналина, которые оба увеличивали амплитуду тремора пальцев, которую затем удавалось снизить с помощью бета-блокаторов (то есть пропраналола). Дозы адреналина в этих исследованиях, однако, значительно превышали нормальные физиологические уровни. Последующие исследования Хеллера (Heller) и др. (1987), в которых у контрольной группы и диабетиков (как чувствительных к гипогликемии, так и нечувствительных к гипогликемии) была вызвана гипогликемия, показали, что при вызове экстремальной гипогликемии (2,5 ммоль/л) имелось значительное повышение концентрации адреналина у всех трех групп, а также значительное увеличение тремора у контрольной группы и у чувствительных к гипогликемии диабетиков (но не у нечувствительных к гипогликемии диабетиков). Изменения тремора не наблюдались при начале гипогликемии (от 4,5 ммоль/л до 3,2 ммоль/л), однако имелось значительное изменение (р<0,05) уровней адреналина для контрольной группы и чувствительных к гипогликемии диабетиков (но не у нечувствительных к гипогликемии диабетиков). Эти предшествующие исследования позволяют предположить, что адреналин можно считать главным стимулом изменения амплитуды физического тремора.
[0045] Поскольку их результаты показали, что начало гипогликемии нельзя предсказать с помощью мышечного тремора, то дальнейших исследований по использованию тремора пальцев для предсказания начала гипогликемии, по-видимому, не предпринималось до тех пор, пока не были проведены исследования, описанные в настоящем документе. Эти дальнейшие лабораторные исследования и эксплуатационные испытания предоставили новую информацию о связи между физическим тремором и началом гипогликемии, при этом в отличие от предыдущих исследований Хеллера (Heller) и др. (1987), они успешно показали, что физиологический тремор действительно может быть использован как индикатор начала гипогликемии. Кроме того, этот сигнал может обнаруживаться во время обычной повседневной деятельности, что позволяет разработать носимое и, следовательно, портативное устройство.
[0046] Далее описаны четыре исследования.
[0047] Первое исследование было предпринято для:
1. Определения, происходят ли изменения физиологического мышечного тремора плеча при гипогликемии у пациентов с инсулинозависимым сахарным диабетом;
2. Определения, является ли мышечный тремор сходным у пациентов, чувствительных к гипогликемии и нечувствительных к гипогликемии;
3. Определения, имеется ли значительное изменение мышечного тремора, которое может быть использовано для обнаружения наличия гипогликемии у пациентов с диабетом и
4. Корреляции изменений мышечного тремора с уровнями адреналина и норадреналина.
2
2
[0048] В первом исследовании принимали участие 18 испытуемых, равномерно распределенных в контрольную группу, группу чувствительных к гипогликемии и группу нечувствительных к гипогликемии. Испытуемые сидели, откинувшись в кресле, при этом к указательному пальцу недоминантной руки испытуемого крепился акселерометр. Акселерометр был подключен к портативному компьютеру, а сигнал акселерометра анализировался при помощи оцифровки сигнала, его полосовой фильтрации, преобразования Фурье и затем измерения мощности сигнала, прошедшего полосовую фильтрацию (в единицах (см/с)). Измерения проводились, когда рука находилась в состоянии покоя и в поднятом положении. При этом также контролировались оценки симптомов, частота пульса, кровяное давление, уровни адреналина, уровни норадреналина и уровни глюкозы в крови (как в венозной крови, так и в крови, взятой из пальца с помощью «прецизионного измерителя»).
[0049] Осуществлялось управление уровнями глюкозы в крови (BGL), которые понижались до тех пор, пока их значение, измеренное с помощью взятия крови из пальца, не опускалось до 2,4-2,8 ммоль/л. Образцы брались каждые 10 минут до тех пор, пока BGL не достигал около 5 ммоль/л, и еще через 5 минут после этого до завершения исследования.
Таблица 1
Информация об испытуемых
Чувствительные к гипогликемии
Нечувствительные к гипогликемии
Контрольная группа
Пол
4 м., 2 ж.
3 м., 3 ж.
4 м., 2 ж.
Возраст
45,5
49,3
45,5
Вес
82,4
83,7
69
Рост
172,8
174
Индекс массы тела
27,1
26,5
24,5
Продолжительность
20.5
29
HbA1C
8,4
8,9
[0050] На фиг. 3, 4 и 5 представлены графики адреналина, мощности (при поднятой руке) и оценок симптомов (соответственно), а также зависимости BGL от времени для контрольной группы, группы чувствительных к гипогликемии и группы нечувствительных к гипогликемии. На фиг. 6 представлены графики зависимости уровня адреналина и мощности (при поднятой руке) от времени для группы чувствительных к гипогликемии, показывающие корреляцию между адреналином и мощностью (при поднятой руке); на фиг. 7 и 8 представлены графики зависимости мощности (при поднятой руке) от BGL для группы чувствительных к гипогликемии и группы нечувствительных к гипогликемии, соответственно.
[0051] В таблицах 2-4 показаны BGL, при которых получено увеличение >25% от базовых значений, разница между базовым и пиковым значениями и различные корреляции, соответственно, для каждой из трех групп.
Таблица 2
Уровень BGL для увеличения >25% от базовых значений для симптомов, мощности и адреналина
BGL (ммоль) Чувствительные к гипогликемии
BGL (ммоль) Нечувствительные к гипогликемии
BGL (ммоль) Контрольная группа
Оценка симптомов
3,5
4,1
4,1
Мощность при поднятой руке
3,66
3,0
2,3
Мощность при руке в состоянии покоя
3,26
2,9
3,18
Адреналин
3,0
2,7
2,66
Таблица 3
Значения от базового до пикового (±СКО). Пиковое значение BGL.
Чувствительные к гипогликемии
Базовоезначение
Пиковое значение
BGL
Изменение(%)
Р
Систолическое давление
132±8
152±7
2,8
15,9
0,01
Диастолическое давление
67±5
78,5±6
2,8
17,6
0,23
Частота сердечных сокращений
70,8±2
94±6
2,8
32,7
0,003
Мощность при поднятой руке
9,2±2,4
38,1±6,1
2,8
310
0,0003
Мощность в покое
1,3±0,5
12,4:12,5
2,7
790
0,02
Адреналин
54,6±11
572±118
2,8
947,0
0,003
Норадреналин
497±83
743±144
2,8
49,3
0,01
Нечувствительные к гипогликемии
Базовое значение
Пиковое значение
BGL
Изменение (%)
Р
Систолическое давление
129,8±9
149,2±4,8
2,7
14,9
0,01
Диастолическое давление
71,6±3,9
80,2±2,9
2,7
12,0
0,03
Частота сердечных сокращений
68±5,6
79±6,2
2,7
15,1
0,04
Мощность при поднятой руке
2,3±1,1
5,2±1,6
2,7
138,0
0,041
Мощность в покое
1,18±1
3,3±1,5
2,6
210
0,02
Адреналин
22±36
133±36
2,2
2248,0
0,01
Норадреналин
348,8±59
648±62
2,1
100,1
0,004
Контрольная группа
Базовое значение
Пиковое значение
BGL
Изменение (%)
Р
Систолическое давление
127±9,3
142±6,1
2,9
12,1
0,0007
Диастолическое давление
73±2,3
86±2,9
2,9
7,7
0,43
Частота сердечных сокращений
68±2,5
86±2,9
2,9
32,0
0,04
Мощность при поднятой руке
15,2±4,4
26±7,7
2,3
76,0
0,03
Мощность в покое
4,8±1,8
7,72±2,3
2,4
63,0
0,045
Адреналин
29,3±2,7
312,6±141
2,2
966,0
0,05
Норадреналин
437,9±103
644±129
2,1
47,1
0,001
Таблица 4
Корреляции
Чувствительные к гипогликемии
Нечувствительные к гипогликемии
Контрольная группа
BGL относительно адреналина
0,0073
0,0072
>0,0001
Адреналин относительно норадреналина
0,30923
0,089539
0,670308
Адреналин относительно симптомов
>0,0001
0,0053
0,0432
Адреналин относительно систолического давления
0,0371
0,2532
0,233652
Адреналин относительно диастолического давления
0,184995
0,208795
0,288869
Адреналин относительно частоты пульса
0,00006
0,000559
0,003278
BGL относительно норадреналина
0,5834
0,0071
0,2843
Норадреналин относительно симптомов
0,8182
0,0002
0,795
Норадреналин относительно систолического давления
0,0009
0,004
0,03
Норадреналин относительно диастолического давления
0,241008
0,342184
0,068969
Норадреналин относительно частоты пульса
0,187766
0,909045
0,185293
BGL относительно мощности в поднятом состоянии
0,00000
0,00000
0,03771
Адреналин относительно мощности в поднятом состоянии
0,00000
0,01128
0,04085
Норадреналин относительно мощности в поднятом состоянии
0,6611
0,003459
0,643245
BGL относительно мощности в состоянии покоя
0,00004
<0,0001
0,03771
Адреналин относительно мощности в состоянии покоя
0,002094
0,7934
0,006977
Норадреналин относительно мощности в состоянии покоя
0,921084
0,0034
0,686058
[0052] На основании исследования №1 был сделан ряд выводов. Основной вывод из первого исследования заключается в том, что существует значительное увеличение мощности сигнала при гипогликемии с рукой как в поднятом положении, так и в положении покоя, которое коррелирует с уменьшением уровней глюкозы в крови. Это изменение более выражено в группе испытуемых, чувствительных к гипогликемии. Однако не было выявлено изменение частоты тремора при гипогликемии.
[0053] Также наблюдался значительный рост уровней адреналина в группе чувствительных к гипогликемии и в контрольной группе. Изменение было меньшим в группе нечувствительных к гипогликемии, которая имела более выраженное увеличение норадреналина, чем остальные две группы, что позволяет считать его основным индикатором гипогликемии в данной группе. Разница в катехоламиновой реакции отражена в физиологических параметрах с меньшим ростом систолического кровяного давления и частоты сердечных сокращений в группе нечувствительных к гипогликемии. Существует значительная корреляция катехоламинов с уровнем BGL.
2
2
[0054] Затем было проведено второе исследование для выявления в реальном времени мышечного тремора как реакции на гипогликемию и для подтверждения информации о мышечном треморе, полученной на основе первого исследования. Исследования проводилось с 14 испытуемыми, двое из которых позже были исключены (1 из-за вазовагальной реакции и один из-за ошибки регистрации), то есть осталась группа из четырех чувствительных к гипогликемии и восьми нечувствительных к гипогликемии испытуемых. Испытуемые сидели, откинувшись в кресле, при этом к указательному пальцу недоминантной руки испытуемого крепился первый акселерометр, а второй акселерометр был установлен на его запястье (на радиальном бугорке недоминантной руки). Акселерометр был подключен к портативному компьютеру, при этом сигнал акселерометра анализировался при помощи оцифровки сигнала, его полосовой фильтрации, преобразования Фурье и затем измерения мощности сигнала, прошедшего полосовую фильтрацию (в единицах (см/с)). Измерения проводились с рукой в положении покоя и в поднятом положении. При этом также контролировались оценки симптомов, частота пульса, кровяное давление и уровни глюкозы в крови (как в венозной крови, так и в крови, взятой из пальца).
[0055] Осуществлялось управление уровнями глюкозы в крови (BGL), которые понижались до тех пор, пока их значение, измеренное при взятии крови из пальца, не опускалось до 2,4-2,8 ммоль/л, после чего вводилась доза глюкозы для устранения гипогликемии. Образцы брались каждые 10 минут до тех пор, пока BGL не достигал около 5 ммоль/л, и каждые 5 минут после этого в течение 40 минут после устранения гипогликемии. В таблице 5 приведена информация о 12 испытуемых.
Таблица 5
Испытуемые во втором исследовании (2 испытуемых исключены из рассмотрения: 1 из-за вазовагальной реакции и 1 из-за ошибки регистрации.)
Параметр
Группа (4) чувствительных к гипогликемии
Группа (8) нечувствительных к гипогликемии
Возраст, лет
54,8
51,2
Длительность диабета, лет
12
32
Индекс массы тела
27,7
27,4
HbAlc
8,7
8,5
Доза инсулина, ед./24 ч
105
42
[0056] На фиг. 9 представлены графики зависимости BGL и тремора (при измерении с запястьем в вертикальном положении) от времени. Фиг. 9 показывает явную тенденцию увеличения мощности тремора по сравнению с базовым уровнем при понижении BGL приблизительно между 6 и 3 ммоль/л (что соответствует началу гипогликемии). При BGL около 6,5 наблюдается явный скачок мощности. Такое увеличение тремора считается соответствующим выбросу адреналина в ответ на падение BGL. С началом гипогликемии (ниже около 3 ммоль/л) появляется еще более резкий рост тремора до внутривенного введения глюкозы. На фиг. 10 представлены графики зависимости BGL, систолического и диастолического кровяного давления от времени, которые показывают, что с падением BGL не происходит значительного изменения кровяного давления. В таблице 6 приведены BGL при 50% увеличении физиологического тремора и при максимальной реакции. На фиг. 11A-11L приведены отдельные графики процентного изменения тремора у девяти испытуемых (A-L) относительно базового уровня, а также зависимость BGL от времени.
Таблица 6
Уровни BGL при 50% увеличении физиологического тремора и при максимальной реакции (среднее значение ±СКО) во втором исследовании.
Уровень глюкозы в крови, ммоль/л
Увеличение тремора, %
От базового значения до >50% тремора
4
±1,36 (R 2,3-5,9)
31
±234 (R 83-867)
От базового значения до пикового
2
±0,92 (R 1,4-4,5)
84
±678 (R 83-1889)
[0057] Для анализа зависимости изменения тремора запястья от времени были проведены испытания 3-х сегментной регрессионной модели. На основе графиков данных (отдельных и средних графиков) можно выделить 3 периода: период, в котором присутствуют сравнительно малые устойчивые изменения (сегмент №1); период, в котором наблюдается рост тремора (сегмент №2), и период, в котором тремор уменьшается (сегмент №3). Тот же подход был использован для анализа всей выборки в целом, а также для группы чувствительных к гипогликемии и группы нечувствительных к гипогликемии.
[0058] Изменение в каждом сегменте определялось как линейное с независимыми оценкой отрезка, отсекаемого на координатной оси, и оценкой наклона. Единственным прогностическим параметром было время. Также выполнялась оценка для точек перехода (моментов времени, в которых сегменты пересекаются). Вычислялись три уравнения:
[0059] Оценивались также точки перехода, с тем ограничением, что сегменты должны быть непрерывными в точках перехода. Соответственно, точки перехода были определены как:
[0060] Также исследовалась мощность сигнала при нахождении запястья в положении покоя. Результаты распределялись относительно времени введения глюкозы. Это позволило получить фиксированную точку в эксперименте, так как времена падения уровня глюкозы в крови, скорость его падения и исходные начальные уровни BGL были различными у всех испытуемых. Время до введения глюкозы представлено отрицательными значениями, а время после введения глюкозы - положительными.
[0061] Исследование было разделено на 3 этапа: 40 минут перед введением глюкозы (сегмент 2), все значения до этого момента времени (сегмент 1) и результаты после введения глюкозы (сегмент 3). В этом периоде времени (сегмент 2) присутствовала значительная связь уровней глюкозы в крови с мощностью (р=0,03). Имелось заметное, но статистически не значимое, увеличение мощности сигнала для данной группы за 40 минут до введения глюкозы. Сравнение между «чувствительными к гипогликемии» и «нечувствительными к гипогликемии» испытуемыми показало, что увеличение мощности сигнала в группе чувствительных к гипогликемии было более близким к статистически значимому (р=0,052). Несмотря на то, что 11 из 12 испытуемых показали устойчивое увеличение мощности сигнала, это не всегда происходило в течение 40-минутного интервала, используемого для анализа. В течение этого времени (сегмент 2) наблюдались также колебания значений уровня мощности. В среднем увеличение мощности начиналось за 19 минут до введения глюкозы, что соответствует, с учетом* различий между испытуемыми, уровню глюкозы в крови, равному 3 ммоль/л. Также наблюдалось значительное ослабление тремора после введения глюкозы, который снова увеличивался с ростом BGL. Исследование не продолжалось для определения того, когда тремор возвращался к нормальному уровню.
[0062] Основной вывод, который позволило сделать исследование №2, заключается в наличии значительной корреляции тремора с изменением BGL (p=0,03). Изменения тремора определялись с помощью его регистрации «в реальном времени». Большая доля испытуемых (66%) были нечувствительными к гипогликемии. Испытуемые этой группы были меньше других способны иметь значительный мышечный тремор. Следовало ожидать, что другие испытуемые с диабетом, которые были либо чувствительны к гипогликемии, либо имели диабет более короткое время, имели реакцию со значительно большим тремором.
[0063] Несмотря на то, что в общей группе мышечный тремор не достиг статистически значимого значения, в «группе чувствительных к гипогликемии» значимость увеличения мышечного тремора составляла (р=0,052). Вероятно, если бы в группе чувствительных к гипогликемии было больше испытуемых (были включены только 4), результат мог бы быть статистически значимым. Не наблюдалось никакой корреляции между продолжительностью диабета и тремором запястья. Присутствовали также статистически незначимые изменения кровяного давления и пульса при гипогликемии для всех групп. Уменьшение мышечного тремора при низших уровнях BGL позволяют предположить, что для функционирования мышц необходимо наличие критического уровня глюкозы в крови, и что возвращение BGL к норме восстанавливает тремор (и работу мышц), хотя тремор и сохраняется до снижения уровней адреналина. Чувствительность к гипогликемии связана с повышенными уровнями адреналина, которые меньше в группе нечувствительных к гипогликемии. Один из испытуемых имел значительное увеличение мышечного тремора, будучи при этом «нечувствительным к гипогликемии».
[0064] Выводы из описанных выше первого и второго исследований указывают на то, что начало гипогликемии может быть предсказано на основе измерения физиологического тремора. Затем было проведено третье исследование для выявления и документального подтверждения изменений физиологического тремора (physiological tremor, PT) предплечья у здоровых испытуемых, не имеющих диабета, во время обычной повседневной активности.
[0065] В данном исследовании 10 человек, не имеющих диабета, носили на запястье акселерометр, который был соединен проводом с регистратором данных, носимым на поясе. Средний возраст испытуемых составлял 41 год (в диапазоне от 13 до 67 лет), а средний вес составлял 76 кг (в диапазоне от 40 до.128 кг). Во время нормальной повседневной деятельности не было зарегистрировано никаких изменений физиологического тремора. Такая деятельность включала сон, умеренные физические нагрузки (2 испытуемых ездили на велосипеде), прием пищи, работу по дому и работу в офисе. Также восемь студентов-медиков (средний возраст 23,5 лет) носили акселерометр в течение 3 часов. Не наблюдалось каких-либо изменений физиологического тремора в результате приема кофе (растворимый, 1 или 2 чайные ложки), чая (1 или 2 чайных пакетика), голодания в течение ночи или приема углеводов (10 или 20 мл сладкого напитка). Результат: не было обнаружено изменений физиологического мышечного тремора у испытуемых, не имеющих диабета, во время нормальной повседневной деятельности.
[0066] Затем было проведено четвертое исследование для измерения изменений физиологического тремора предплечья у испытуемых с диабетом 1-го типа во время повседневной деятельности, а также для сопоставления его с уровнями глюкозы в сыворотке крови (в ткани), полученными с помощью системы непрерывного контроля уровня глюкозы.
[0067] Для участия в данном исследовании было набрано 14 испытуемых с диабетом 1-го типа, а также контрольная группа из одного человека, не имеющего диабета, при этом каждый из испытуемых носил акселерометр на запястье в течение двух или трех дней. Акселерометр был установлен на запястье (на бугорке недоминантной руки) и подключен к регистратору данных МЕ6000 компании Меда Electronics. Испытуемые осуществляли обычную повседневную деятельность (то есть запястье могло находиться в движении или в покое), при этом гипогликемия возникала спонтанно. Испытуемые вели дневники своей активности и распознавали эпизоды гипогликемии. Контроль пульса и кровяного давления не осуществлялся. Испытуемые выполняли измерения BGL путем взятия крови из пальца, а также измерения уровней глюкозы в тканях с помощью системы непрерывного контроля уровня глюкозы MiniMed. Система Minimed регистрирует уровни глюкозы с 5-минутными интервалами, тогда как регистратор МЕ6000 осуществляет непрерывную запись данных. Данные регистрировались (считывались) с 5-минутными интервалами между моментами времени измерения уровня глюкозы в крови и анализировались по завершении исследования.
[0068] Исследование было сильно осложнено частыми отказами системы мониторинга уровней глюкозы. У шести испытуемых потребовалась замена датчика. При этом испытуемые часто нарушали работу регистратора, случайно выдергивая провода, изгибая контакты, а также включая и выключая устройство. В одном случае исследование пришлось прекратить раньше времени из-за того, что испытуемый не снял акселерометр, принимая душ, что привело к короткому замыканию в регистраторе данных.
Таблица 7
Испытуемые в исследовании №4 (данные были получены только для шести испытуемых)
Испытуемые
12
Пол
М. 6, Ж. 6
Возраст
51
Длительность диабета, лет
26
Вес, кг
84
Приступов гипокликемии в неделю
1
Общая доза инсулина/день
76
Кровяное давление
127/76
Препараты
(Количество)
Антилипиды
6
Гипотензивное средство
5
Аспирин
4
Антидепрессанты
1
Тироксин
3
Другие (кальций, омперидон)
2
[0069] Базовый уровень среднего значения мощности сигнала для испытуемых 1-5 в среднем был равен 12, в диапазоне от 11 до 13. Среднее абсолютное увеличение мощности сигнала над базовым уровнем при начале гипогликемии, определяемом как нахождение значения BGL между 4-5 ммоль/л, составляло 19,46 (увеличение на 72%). Далее оно увеличивалось до 20,66 (увеличение на 78,9%) при падении BGL ниже 4 ммоль/л, что соответствовало эпизоду гипогликемии. Испытуемый 6 находился под действием Золофта (транквилизатора), поэтому его результаты анализировались отдельно, при этом базовый уровень мощности сигнала для него составлял 3,5. Возникла спонтанная гипогликемия, но с медленным началом и более длительным восстановлением. Чтобы более детально определить различия, необходимы дальнейшие исследования испытуемых, принимающих антидепрессанты.
[0070] На фиг. 12 показаны графики зависимости мощности и BGL от времени для испытуемого из контрольной группы в исследовании №4. На фиг. 13-18 показаны графики зависимости мощности сигнала и BGL от времени для шести испытуемых с диабетом в исследовании №4. Измерения выполнялись каждые 5 минут регистратором данных, и для получения измерения мощности сигнала выполнялась их оцифровка, полосовая фильтрация и преобразование Фурье. Затем они были усреднены по времени и представлены в виде графиков. На всех чертежах периоды сна обозначены горизонтальными стрелками.
[0071] На фиг. 12 показано, что базовый уровень мощности сигнала составлял около 12 без значительных изменений. На фиг. 13-18 видно, что измерения мощности сигнала были значительно более изменчивыми у испытуемых с диабетом. На этих графиках показано развитие эпизодов гипогликемии, как во время бодрствования, так и во время сна, во всех из которых мощность сигнала увеличивается при уменьшении BGL. Например, на фиг. 14 показан пример эпизода 20 гипогликемии, возникшего около полуночи (0:00) первого дня, при котором увеличение мощности сигнала составляло 22. На фиг. 15 также проиллюстрированы несколько эпизодов 30, 32, 34 гипогликемии, как во время бодрствования, так и во время сна, в которых мощность сигнала увеличивается при уменьшении BGL (31, 33, 35). При этом в дополнение к проиллюстрированным эпизодам гипогликемии не было соответствующих ложных распознаваний эпизода, связанных с нормальной повседневной деятельностью. Особый интерес представляет фиг. 14, так как испытуемый (испытуемый 2) являлся строителем и подвергался широкому диапазону физических нагрузок.
[0072] В данном исследовании была выявлена прямая связь между снижением уровня глюкозы в крови и ростом мощности сигнала, при этом мощность сигнала увеличивалась на 72% выше базового уровня при значении уровня глюкозы в тканях между 4-5 ммоль/л. При этом рост мощности наблюдался независимо от того, бодрствовал испытуемый или спал, и независимо от его физической активности.
[0073] Результаты этих четырех исследований позволили сделать вывод о том, что при начале гипогликемии увеличиваются частота и амплитуда физиологического тремора. На основе этих результатов, увеличение мощности сигнала на 25% может обнаруживаться и использоваться как пороговое значение для срабатывания предупреждения для уведомления пользователя измерительного устройства. Кроме того, эти исследования показали, что такое изменение может обнаруживаться во время нормальной повседневной деятельности и не подвержено ложным обнаружениям, что делает такой подход надежным.
[0074] На фиг. 1 показан способ 100 обнаружения начала гипогликемии у пользователя. Способ включает прием сигнала физиологического тремора от портативного датчика, носимого пациентом (шаг 110). Затем упомянутый сигнал физиологического тремора анализируют в течение первого периода времени (шаг 120). Затем, на шаге 130, формируют предупреждение, если обнаружено изменение сигнала физиологического тремора, указывающее на начало гипогликемии у пользователя.
[0075] Гипогликемия не имеет строго определенного диапазона, но, в общем, считается, что она соответствует уровню глюкозы в крови (BGL), меньшему 3,5 ммоль/л или 3 ммоль/л. Аналогично, началом гипогликемии считается не конкретный диапазон, а диапазон, приблизительно соответствующий падению ниже около 5 ммоль/л (или в диапазоне 3-5 ммоль/л). Обнаружение начала гипогликемии может включать анализ сигнала на более высоких уровнях (например, 7-8 ммоль/л) и его понижения во времени.
[0076] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутым датчиком является акселерометр, формирующий непрерывный сигнал, который указывает на амплитуду и частоту физиологического тремора. Подходящие акселерометры включают пьезоэлектрические, пьезорезистивные, емкостные устройства, микроэлектромеханические системы (МЭМС) и т.п., которые могут быть сконфигурированы или способны обнаруживать ускорения в частотном диапазоне 0-50 Гц и, предпочтительно, в диапазоне 7-15 Гц. Например, компания Measurement Specialties Incorporated (http://www.meas-spec.com) производит ряд подходящих пьезоэлектрических акселерометров, включающий акселерометр модели Model 3031 (устанавливаемый на печатную плату и работающий в диапазоне ±50g и с частотной характеристикой в диапазоне 0-1000 Гц) и акселерометр модели Model 3022 (имеющий ножки или площадки для пайки и работающий в диапазоне ±2g и с частотной характеристикой в диапазоне 0-150 Гц).
[0077] Анализ сигнала физиологического тремора может включать фильтрацию, пропускающую только частоты в диапазоне, соответствующем физиологическому тремору. Например, фильтр высоких частот может отфильтровывать частоты свыше 50 Гц, или может использоваться полосовой фильтр для пропускания сигнала только в диапазоне 0-50 Гц. Диапазон пропускания полосового фильтра может быть выбран исходя из предполагаемого местоположения, в котором будет носиться датчик, или на основе пользовательского ввода, указывающего место ношения датчика. Например, для носимого на запястье датчика может применяться полосовой фильтр с диапазоном частот 7-15 Гц или 8-12 Гц для ограничения сигналов до конкретной полосы частот для этого местоположения.
[0078] Затем может быть выполнено подходящее преобразование, например, преобразование Фурье (или дискретное преобразование Фурье) и вычислен спектр мощности сигнала в диапазоне фильтрации. Могут применяться также и другие преобразования, включая преобразования Хартли, вейвлет-преобразования, оконные преобразования Фурье и т.п., а также их дискретные варианты. Могут также применяться оконные функции и другие способы обработки сигналов. Измерения могут непрерывно собираться, обрабатываться и сохраняться во времени для получения временной последовательности измерений мощности (то есть может быть получено множество измерений мощности). Эти измерения мощности могут впоследствии анализироваться для обнаружения изменений результатов измерения мощности за определенный период времени (или временной диапазон), предшествующий текущему измерению. Например, может применяться скользящее временное окно. Измерения могут выполняться непрерывно или отсчитываться с определенной частотой, например, 0,1 Гц, 1 Гц, 10 Гц и т.д. Альтернативно, в целях энергосбережения группы отсчетов могут браться периодически, например, каждую минуту, каждые пять минут, и использоваться для получения измерения мощности. Измерения могут комбинироваться и усредняться как до, так и после вычисления измерений спектра мощности. Может проводиться анализ трендов или регрессионный анализ, помогающий обнаруживать изменения сигнала мощности, например постепенное повышение мощности. Может также анализироваться скорость изменения (то есть производная) измерений мощности. Анализ скорости изменения и обнаружение точки перегиба может использоваться для указания на быстрое падение BGL. Могут также использоваться и более сложные методы анализа, в которых сигнал тремора разбивают на частотные диапазоны (например, на интервалы 0,5, 1, 2 Гц в полосе частот) и анализируют мощность (или другую меру, такую как амплитуда) в каждом диапазоне. Аналогично, обнаружение изменений может быть основано на анализе другой величины, основанной на измерениях мощности или являющейся их функцией (например, квадратного корня из мощности, логарифма мощности и т.п.).
2
2
2
2
2
2
2
[0079] Сигнал тремора и/или мощность могут измеряться в любых подходящих единицах (например, см/с, (см/с), м/с, (м/с), g, g). Величина и единицы измерения сигнала тремора и/или измерений мощности могут зависеть от таких факторов как тип выбранного датчика, его чувствительность и местоположение датчика, а также от выполняемой обработки сигнала, например, от степени усиления сигнала, фильтрации, применения оконной функции, усреднения и т.п. Независимо от применяемых единиц измерения и абсолютных значений, измерения мощности, полученные от датчика, анализируются для определения изменений этих измерений (или изменений скорости изменения) и, следовательно, не являются чувствительными к выбору этих факторов. При анализе изменения сигнала тремора (или измерений мощности), например, относительно базового уровня, или скорости изменения (то есть производной) сигнала тремора, обнаружение начала гипогликемии является нечувствительным к этим факторам. Может выполняться процедура калибровки (или конфигурации) для задания, определения или компенсации любых подобных факторов для конкретных реализации, например, для выбора подходящих коэффициентов усиления, фильтров и пороговых значений конкретного датчика и его предполагаемого местоположения.
[0080] Сигнал может анализироваться для определения изменения относительно заранее заданного базового уровня. Заранее заданный базовый уровень может задаваться заранее для пациента на основе процедуры калибровки. Например, считывание может выполняться одновременно с прокалыванием кожи, при этом измеренный уровень BGL может вводиться в устройство. Эта процедура может периодически выполняться в течение нескольких часов или дней для калибровки сигнала тремора.(или измерений мощности) в соответствии с фактическими показаниями BGL пациента. Калибровка может выполняться при начале работы пользователя с устройством или в любое другое время. Калибровка может также быть непрерывной, при этом каждый раз, когда пользователь выполняет прокалывание кожи (или измерение BGL другим способом), у него есть возможность сохранить сигнал тремора и ввести соответствующий уровень BGL. В этом случае возможна непрерывная коррекция пороговых значений. Альтернативно, данные могут сохраняться или регистрироваться и анализироваться впоследствии с использованием более мощного вычислительного устройства, исполняющего модули калибровки или анализа. Такой анализ может выполняться врачом или лицом, осуществляющим уход. Процедура внешнего анализа может использоваться для вычисления обновленных пороговых значений, которые могут быть впоследствии загружены в устройство. Также могут применяться динамические пороговые значения, которые определяются с помощью анализа сигнала физиологического тремора за предшествующий период времени. Например, таким предшествующим периодом времени может быть несколько предшествующих часов (например, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. 10, 11, 12 предшествующих часов) или предшествующий час (или несколько часов), или предшествующие дни (например, 1, 2, 3, 4, 5 или более предшествующих дней). Описанные выше исследования показали, что увеличение мощности сигнала на 25% является обнаруживаемым и может использоваться как пороговое значение для срабатывания предупреждения для уведомления пользователя измерительного устройства (или прибора). Однако могут применяться также и другие пороговые значения или меры, основанные на увеличении мощности, связанном с увеличением амплитуды сигнала тремора, и/или увеличении скорости изменения амплитуды или мощности. Чувствительность системы может зависеть от расположения (помещения) датчика, а также от выбора фактического датчика. Соответственно, в зависимости от подобных факторов могут быть выбраны другие пороговые значения. Пороговое значение может быть задано как увеличение мощности на 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50% или более относительно опорного значения. Альтернативно, увеличение может представлять собой увеличение скорости изменения мощности (то есть производную мощности). Упомянутое опорное значение может быть фиксированным, например заранее запрограммированным, или может определяться на основе физиологических данных пациента (например, пола, возраста, роста, веса, состояния болезни, принимаемых лекарств и т.п.) или может определяться процедурой калибровки. Упомянутое опорное значение может быть динамическим, учитывающим прошлые значения или другие факторы, например, время дня или физическую нагрузку.
[0081] Для выполнения измерений, анализа сигналов и выдачи предупреждения может быть изготовлено портативное носимое устройство (или прибор). На фиг. 2 показано носимое устройство 200 для обнаружения начала гипогликемии и предупреждения об этом пользователя в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Носимое устройство 200 содержит датчик 210, модуль 220 анализа, модуль 230 предупреждения и средства 240 крепления. Упомянутый датчик может представлять собой акселерометр для измерения физиологического тремора у пациента (пользователя). Модуль анализа, который может быть выполнен в виде аппаратного обеспечения, программного обеспечения или их комбинации, анализирует сигнал от датчика в течение определенного периода времени для обнаружения изменения сигнала тремора, указывающего на начало гипогликемии у пользователя. Модуль предупреждения предназначен для формирования предупреждения для уведомления пользователя, когда такое изменение будет обнаружено модулем анализа. Средства крепления, например, запястный браслет, часовой ремешок, ремешки с креплениями на «липучке» (Velcro), пуговицах, запонках, клее, присосках и т.п., предназначены для обеспечения возможности ношения устройства пользователем. Устройство может носиться на запястье, на голени, на поясе и т.п. Устройство может представлять собой распределенное устройство (или прибор), компоненты которого функционально связаны проводными или беспроводными соединениями, при этом отдельные компоненты одеваются или носятся пациентом в различных местоположениях. Устройство может также включать дополнительные компоненты, например, аккумулятор, функциональность измерения времени, порт для данных, интерфейс связи и т.п.
[0082] На фиг. 2В проиллюстрировано вычислительное устройство 250, которое включает процессорный блок 260, например, центральный процессорный блок (central processing unit, CPU), микропроцессор или микроконтроллер; память 270; одно или более устройств 280 вывода, например, схему предупреждения и ЖК-дисплей; и устройства 290 ввода, например, акселерометр или датчик тремора, а также кнопки пользовательского ввода. Процессорный блок 260 может включать интерфейс 262 ввода-вывода, арифметико-логическое устройство (АЛУ) 264 и элемент 266 с блоком управления и программным счетчиком, который связан с устройствами ввода-вывода (например, акселерометром или датчиком тремора, кнопками пользовательского ввода и устройством предупреждения и отображения) через интерфейс ввода-вывода. Интерфейс ввода-вывода может включать сетевой интерфейс и/или модуль связи для связи с эквивалентными модулями связи в перчатке для пользовательского ввода с использованием заранее заданного протокола связи (например, протоколов Bluetooth, Zigbee, IEEE 802.15, IEEE 802.11, TCP/IP, UDP, IR и т.п.) Упомянутая память функционально связана с процессором (процессорами) и может включать компоненты RAM-памяти или ROM-памяти. Память может использоваться для хранения операционной системы и дополнительных программных модулей и инструкций, которые могут загружаться и исполняться процессором (процессорами).
[0083] Упомянутое вычислительное устройство (или прибор) может представлять собой единое вычислительное или программируемое устройство или распределенное устройство, включающее несколько устройств, компонентов или модулей, функционально связанных при помощи проводных или беспроводных соединений. Разбиение устройства на отдельные компоненты позволяет размещать датчик в требуемом местоположении на теле пациента, например, на руке или ноге для повышения чувствительности к сигналу тремора, или дает возможность раздельного размещения датчика и модуля анализа, и/или модуля предупреждения в различных местоположениях, например, на бедре, на запястье или в кармане, или в сумочке пользователя. В таком случае компоненты могут взаимодействовать по беспроводному соединению, например, с использованием протокола Bluetooth, Zigbee или других протоколов связи по стандартам IEEE или фирменным стандартам. Модуль анализа может быть выполнен как единое устройство, или может быть распределен между двумя или более составными устройствами. Аналогично, устройство предупреждения может быть встроено в модуль анализа или выполнено как отдельный блок. Процессор и модуль анализа могут размещаться и исполняться в вычислительном устройстве, например, в мобильном телефоне пациента, который исполняет модули связи и анализа для связи с датчиком для загрузки данных и выгрузки конфигурационных настроек, а также для анализа загруженных данных. Схема или модуль предупреждения может располагаться совместно с модулем анализа или в отдельном компоненте, при этом модуль анализа может формировать сообщение или сигнал предупреждения, который передается в устройство, формирующее предупреждение, например, мобильное устройство или часы для уведомления пациента или другого лица.
[0084] Предупреждения могут быть визуальными (например, мерцание световой сигнализации), звуковыми, текстовыми сообщениями или их комбинацией. В зависимости от изменения сигнала тремора могут формироваться различные предупреждения. Например, при увеличении мощности сигнала тремора (указывающего на падение BGL) может увеличиваться частота и/или громкость звукового предупреждения. Аналогично, может увеличиваться интенсивность и частота импульсов, посылаемых на светодиод (или другой световой индикатор). Текст в упомянутом сообщении может постепенно становиться все более «убедительным». Для измерений мощности может быть определен ряд шагов или диапазонов (соответствующих уровням BGL) с возможностью назначения отличающегося предупреждения для каждого диапазона. Диапазоны и связанные с ними предупреждения могут быть заданы заранее или конфигурироваться пользователем. Аналогично, если анализ скорости изменения указывает на быстрое падение BGL (то есть возрастание скорости увеличения мощности), может быть выдан другой сигнал предупреждения, указывающий на необходимость срочного реагирования.
[0085] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения измерительный компонент может носиться на пальце или на запястье и может также включать аккумулятор и устройство беспроводной связи, например, приемопередатчик Bluetooth. В этом случае модуль анализа может быть выполнен как отдельное устройство, носимое пациентом на ремне или переносимое пациентом. Альтернативно, модуль анализа может быть распределенным, при этом часть функциональности может быть реализована в датчике (например, оцифровка и/или фильтрация), а другая часть - в отдельном устройстве (например, преобразование Фурье, вычисление спектра мощности, контроль тенденций или изменений). При этом может также обеспечиваться отдельный модуль предупреждения. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения вместе с модулем анализа может применяться Bluetooth-гарнитура, которая при подключении может применяться для выдачи предупреждения в ухо пользователя. В модуле анализа может также обеспечиваться резервное предупреждение. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения модуль анализа может представлять собой программный модуль, исполняемый на мобильном телефоне пациента. Датчик может передавать сигнал измерений или обработанную форму сигнала измерений в Bluetooth-приемник в мобильном телефоне пациента. Программное приложение может выполнять анализ этого сигнала и уведомлять пациента в случае обнаружения гипогликемии. В дополнение к этому, в упомянутом приложении могут использоваться функции связи мобильного телефона для передачи текстового сообщения (SMS) или телефонного звонка назначенному лицу.
[0086] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутое устройство может быть выполнено как единое носимое устройство в форме кольца (для пальца) или, в другом случае, в форме часов. Например, различные компоненты, такие как акселерометр, сигнальный процессор и модуль предупреждения могут быть объединены вместе на одной печатной плате. При этом устройство может дополнительно включать дисплей и выполнять стандартные функции часов. Подобная конфигурация может предоставлять неброское измерительное устройство.
[0087] Одним из типов устройств, которые могут быть модифицированы соответствующим образом, является модельная линейка Actiwatch, производимая компанией Philips Respironics (www.healthcare.philips.com/main/homehealth/sleep/actiwatch/default.wpd).
Устройства линейки Actiwatch представляют собой носимые регистраторы данных, предназначенные для долгосрочных (на протяжении недель или месяцев) исследований активности пациента во сне и в бодрствующем состоянии и включающие акселерометр, регистратор данных, аккумулятор и интерфейс связи в виде портативного устройства, напоминающего по форме часы. В линейке Actiwatch имеется модель Actiwatch 2, представляющая собой типичный регистратор данных, модель Actiwatch Spectrum, включающая ЖК-дисплей времени/даты и трехцветные световые датчики, а также модель Actiwatch Score, имеющая ЖК-дисплей и предупреждение, приглашающее пользователя ввести оценку от 0 до 15. В моделях Actiwatch 2 и Actiwatch Spectrum применяются твердотельные пьезоэлектрические акселерометры, способные измерять ускорения в диапазоне 0,5-2 g (с разрешением 0,025 g) с частотным диапазоном от 0,35 до 7 Гц и частотой отсчета, равной 32 Гц. В модели Actiwatch Score применяется пьезоэлектрический акселерометр с консольной балкой, способный измерять ускорения в диапазоне 0,5-2 g с частотным диапазоном от 3 до 11 Гц и частотой отсчетов, равной 32 Гц. Такие устройства могут быть соответствующим образом модифицированы путем включения в них модуля анализа сигнала от датчика в течение заданного периода времени и формирования предупреждения (с помощью модуля предупреждения) при обнаружении изменения, указывающего на начало гипогликемии. Модуль анализа может быть выполнен в форме микропроцессора и связанной с ним памяти, сконфигурированной с использованием соответствующих инструкций, или специализированного сигнального процессора, сконфигурированного с использованием соответствующих инструкций для выполнения анализа и формирования предупреждения в соответствии с предшествующим описанием. Альтернативно, модуль анализа может включать специализированную интегральную схему (application specific integrated circuit, ASIC) или цифровой сигнальный процессор (digital signal processor, DSP), предназначенный для выполнения необходимой обработки, такой как фильтрация, преобразование и сравнительный или временной анализ.
[0088] Система обнаруживает начало гипогликемии и выдает предупреждение или иным образом уведомляет о необходимости выполнения соответствующего действия пациентом или лицом, осуществляющим за ним уход. Например, после формирования предупреждения пациент может выполнить измерение путем взятия крови из пальца (или другой диагностический тест) для определения уровня сахара в крови. Если этим тестом подтверждается начало гипогликемии, то пациент может предпринять соответствующее действие, например, принять богатую сахаром пищу, чтобы поднять уровень глюкозы в крови.
[0089] Настоящее изобретение имеет следующие преимущества по сравнению с существующим уровнем техники.
[0090] Возможность ношения (и, следовательно, портативность) и неинвазивность. Устройство касается кожи пользователя (или одевается на одежду) и не требует использования внутренних зондов, доступа к межтканевой жидкости или выполнения инвазивных или полуинвазивных действий.
[0091] Обеспечивает ранее предупреждение о гипогликемии. Система обеспечивает возможность обнаружения гипогликемии в точке, когда ее сравнительно просто устранить, например, съев леденец или выпив фруктовый сок.
[0092] Незаметность. Устройство может быть относительно небольшим и компактным и может быть скрыто под другими устройствами или внутри них. Это дает пользователю возможность применять устройство, не привлекая внимания окружающих.
[0093] Непрерывный контроль. Традиционный контроль выполняется с помощью взятия крови из пальца три или более раз ежедневно. Несмотря на очень точные измерения, между ними уровень глюкозы в крови пациента может изменяться непредсказуемо (например, из-за непредвиденной физической активности или факторов окружающей среды). За счет непрерывного контроля состояния пациента устройство является ценным вспомогательным средством к существующим технологиям контроля.
[0094] Долговечность. Устройство может быть спроектировано так, чтобы иметь длительный срок работы между заменами аккумуляторов и техническим обслуживанием. Многие устройства непрерывного контроля имеют малое время работы от аккумулятора, составляющее, как правило, менее недели.
[0095] Простота использования. Устройство является очень простым в эксплуатации без необходимости каких-либо изменений после покупки либо с небольшой калибровкой. Это позволяет использовать устройство для контроля пациентами с ограниченными возможностями (например, детьми или инвалидами).
[0096] Недорогое и простое в производстве. Основные компоненты являются относительно недорогими и доступны у поставщиков стандартных электронных компонентов.
[0097] Измеряет фундаментальные биологические параметры. Устройство измеряет физиологическое состояние, которое косвенно является следствием гипогликемии, но которое не подвержено влиянию внешних факторов (например, изменений температуры).
[0098] Увеличивает эффективность лечения. Способность надежно обнаруживать и предотвращать начало гипогликемии у диабетиков (и других людей) дает пользователям возможность осуществлять более строгий контроль уровня глюкозы в крови без опасности вызвать гипогликемию и, следовательно, снизить или полностью исключить долговременные последствия, связанные с плохим контролем уровня сахара в крови.
[0099] Специалисты в настоящей области техники должны понимать, что информация и сигналы могут быть представлены с использованием любых технологий и методов. Например, данные, инструкции, команды, информация, сигналы, биты, символы и чипы, которые могли упоминаться в приведенном выше описании, могут быть представлены с помощью напряжений, токов, электромагнитных волн, магнитных полей или частиц, оптических полей или частиц или с помощью любой их комбинации.
[00100] Специалисты в настоящей области техники должны также понимать, что различные приведенные для иллюстрации логические блоки, модули, схемы и шаги алгоритмов, описанные в связи с вариантами осуществления настоящего изобретения, рассмотренного в настоящем документе, могут быть реализованы в виде электронного аппаратного обеспечения, компьютерного программного обеспечения или их комбинации. Чтобы подчеркнуть такую взаимозаменяемость аппаратного и программного обеспечения, различные примеры компонентов, блоков, модулей, схем и шагов были описаны выше в общем виде в отношении их функциональности. В какой форме, аппаратной или программной, эта функциональность будет реализована, зависит от конкретного применения и конструктивных ограничений, налагаемых на систему в целом. Специалисты в настоящей области техники могут реализовывать описанную функциональность для каждого конкретного применения различными способами, однако такие решения находятся в пределах сущности настоящего изобретения.
[00101] Шаги способа или алгоритма, описанного в связи с вариантами осуществления настоящего изобретения, рассмотренного в данном документе, могут быть реализованы непосредственно в аппаратном обеспечении, в программном модуле, исполняемом процессором, или их комбинации. В случае аппаратной реализации обработка может быть реализована в одной или более специализированных интегральных схемах (ASIC), цифровых сигнальных процессорах (DSP), цифровых устройствах обработки сигналов (digital signal processing devices, DSPD), программируемых логических устройствах (programmable logic devices, PLD), электрически программируемых вентильных матрицах (field programmable gate arrays, FPGA), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных блоках, предназначенных для исполнения описанных в настоящем документе функций, или их комбинации. Программные модули, также называемые компьютерными программами, компьютерными кодами или инструкциями, могут содержать сегменты или инструкции исходного кода или объектного кода и могут располагаться на любом машиночитаемом или читаемом процессором носителе, например, в RAM-памяти, флэш-памяти, ROM-памяти, памяти EPROM, в регистрах, на жестком диске, на съемном диске, CD-ROM, DVD-ROM или на машиночитаемом или читаемом процессором носителе любого другого типа. Альтернативно, упомянутый машиночитаемый носитель может быть встроенным в процессор. Процессор и машиночитаемый носитель могут быть размещены в схеме ASIC или соответствующем устройстве. Программные коды могут храниться в блоке памяти и исполняться процессором. Упомянутый блок памяти может быть реализован внутри процессора или может быть внешним по отношению к процессору, в последнем случае он может быть соединен с процессором с возможностью связи при помощи различных средств, известных в данной области техники.
[00102] В настоящем описании и приложенной формуле изобретения, если обратное не следует из контекста, слова «содержит» и «включает» и их варианты, такие как «содержащий» и «включающий», следует понимать как предполагающие включение перечисленных элементов или групп элементов, но не исключающие какие-либо другие элементы или группы элементов. Аналогично, термины «прибор» и «устройство» следует рассматривать как синонимы, при этом прибор может пониматься как состоящий из функционально связанных отдельных компонентов.
[00103] Ссылки на известный уровень техники в настоящем описании не являются и не должны рассматриваться как утверждение или предположение о том, что упомянутые решения являются общеизвестными.
[00104] Специалисты в настоящей области техники должны понимать, что изобретение не ограничено конкретным описанным применением. Также настоящее изобретение не ограничено в его предпочтительном варианте осуществления в отношении конкретных элементов и/или свойств, описанных или проиллюстрированных в настоящем документе. Нужно понимать, что настоящее изобретение не ограничено описанным вариантом или вариантами его осуществления и допускает изменения, модификации и замены в пределах сущности настоящего изобретения, определяемой приложенной формулой изобретения.