Ανάπτυξη Αναλογικού-Ολοκληρωτικού-Διαφορικού και Αναλογικού-Διαφορικού Ελεγκτή Γλυκόζης για Άτομα με Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου Ι

Abstract

Τα τελευταία χρόνια, εξαιτίας των ταχύτατων εξελίξεων στον τομέα της επιστήμης και της τεχνολογίας, καθίσταται εφικτή η ανάπτυξη εξωτερικού «Τεχνητού Παγκρέατος». Το «Τεχνητό Πάγκρεας», είναι ένα σύστημα γλυκαιμικού ελέγχου κλειστού βρόχου και εφαρμόζεται κυρίως σε άτομα με Σακχαρώδη Διαβήτη τύπου Ι, τα οποία χαρακτηρίζονται από ελλιπή παραγωγή ινσουλίνης. Αποτελείται από τρία μέρη: α)την Διάταξη Συνεχούς Μέτρησης Γλυκόζης, β)την αντλία έγχυσης ινσουλίνης, και γ)τον ελεγκτή γλυκόζης. Ο αλγόριθμος ελέγχου γλυκόζης λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με τις πρόσφατες καταγραφές γλυκόζης και τους ρυθμούς έγχυσης ινσουλίνης και εκτιμά τους απαραίτητους ρυθμούς έγχυσης ινσουλίνης ώστε τα επίπεδα της γλυκόζης στο αίμα να διατηρούνται εντός των αποδεκτών ορίων. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση, ανάπτυξη και σύγκριση ενός Αναλογικού-Ολοκληρωτικού-Διαφορικού(ΑΟΔ) ελεγκτή και ενός Αναλογικού-Διαφορικού(ΑΔ) ελεγκτή. Οι παραπάνω ελεγκτές γλυκόζης χρησιμοποιούν την υποδόρια οδό για την μέτρηση της γλυκόζης και την χορήγηση ινσουλίνης. Για την in silico αξιολόγηση των αλγορίθμων ελέγχου γλυκόζης χρησιμοποιήθηκε το υπολογιστικό μοντέλο UVa Simulator, το οποίο έχει λάβει έγκριση από τον οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ για προκλινικές δοκιμές σε ζώα. Συγκεκριμένα, εξετάστηκαν ως προς την ικανότητά τους να διαχειρίζονται περιόδους νηστείας, διαταραχές γευμάτων, καθυστερήσεις και ανακρίβειες στις μετρήσεις γλυκόζης, καθώς και τη διαφορετική συμπεριφορά του μεταβολισμού γλυκόζης που υφίσταται ανάμεσα στα άτομα με ΣΔ Τύπου Ι.

In recent years, due to the rapid developments in science and technology, it becomes feasible the development of external «Αrtificial Pancreas». The «Αrtificial Pancreas» is a closed-loop glucose regulatory system and is mainly applied in subjects with type I Diabetes Mellitus, who encounter lack of insulin production. It consists of three parts: a) the Continuous Blood Glucose Measuring Device, b) the insulin infusion pump and c) the glucose controller. The glucose control algorithm gets information about the recent glucose levels and insulin infusion rates and estimates the appropriate insulin infusion rates so that the levels of blood glucose in the blood are maintained within acceptable limits. The scope of the present thesis is the design, the development and the comparison of a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller and a Proportional-Derivative (PD) controller. These glucose controllers use the subcutaneous route for measurement of glucose and insulin. For the in silico evaluation of glucose control algorithms, it has been used the computational model UVa simulator, which has been accepted by Food and Drug Administration of USA for preclinical testing in animal. Specifically, these controllers were tested for their ability to handle fasting conditions, meal disturbances, time tags and uncertainties during glucose measuring and inter-patient variability.