Ανάπτυξη διορμονικού ελεγκτή γλυκόζης βασισμένου σε προβλεπτικό έλεγχο
για άτομα με σακχαρώδη διαβήτη τύπου 1

Κουντουρής, Γεώργιος; Kountouris, Georgios

dc.contributor.author	Κουντουρής, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Kountouris, Georgios	en
dc.date.accessioned	2020-05-26T14:02:22Z
dc.date.available	2020-05-26T14:02:22Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50660
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18358
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Σακχαρώδης διαβήτης	el
dc.subject	Ινσουλίνη	el
dc.subject	Τεχνητό πάγκρεας	el
dc.subject	Ελεγκτής βασισμένος σε μοντέλο πρόβλεψης	el
dc.subject	Diabetes mellitus	en
dc.subject	Insulin	en
dc.subject	Artificial pancreas	en
dc.subject	MPC	en
dc.subject	Γλυκαγόνη	el
dc.subject	Glucagon	en
dc.title	Ανάπτυξη διορμονικού ελεγκτή γλυκόζης βασισμένου σε προβλεπτικό έλεγχο για άτομα με σακχαρώδη διαβήτη τύπου 1	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιοϊατρική τεχνολογία	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-07
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση, η ανάπτυξη και η αξιολόγηση ενός αλγορίθμου ελέγχου γλυκόζης για άτομα με Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 1 (ΣΔΤ1). Ο ελεγκτής γλυκόζης χρησιμοποιεί την υποδόρια οδό και εκτιμά σε πραγματικό χρόνο τον βέλτιστο ρυθμό έγχυσης ινσουλίνης και γλυκαγόνης σε άτομα με ΣΔΤ1, που εφαρμόζουν Διάταξη Συνεχούς Μέτρησης Γλυκόζης (ΔΣΜΓ), Αντλία Συνεχούς Έγχυσης Ινσουλίνης (ΑΣΕΙ) και Αντλία Συνεχούς Έγχυσης Γλυκαγόνης (ΑΣΕΓ). Ο αλγόριθμος ελέγχου είναι υβριδικός, καθώς σε καταστάσεις νηστείας εκτιμά τον βασικό ρυθμό έγχυσης ινσουλίνης με βάση τον δυορμονικό, κλειστού βρόχου νόμο ελέγχου, ενώ ενσωματώνει ανακοινώσεις γευμάτων και υπολογίζει τις προγευματικές δόσεις ινσουλίνης με βάση την αναλογία ινσουλίνης-υδατανθράκων και την περιεχόμενη ποσότητα υδατανθράκων στα λαμβανόμενα γεύματα. Ο αλγόριθμος ελέγχου, η ΔΣΜΓ, η ΑΣΕΙ και η ΑΣΕΓ συνθέτουν το Τεχνητό Πάγκρεας (ΤΠ), ένα σύστημα ελέγχου γλυκόζης κλειστού βρόχου που διατηρεί τα επίπεδα γλυκόζης εντός των επιτρεπτών ορίων και υποκαθιστά την ελαττωματική λειτουργία του φυσιολογικού παγκρέατος στα άτομα με ΣΔ. Η ανάπτυξη του διορμονικού ελεγκτή γλυκόζης βασίζεται σε προβλεπτικό ελεγκτή (Model Predictive Control –MPC). Ο ελεγκτής λαμβάνει ως είσοδο πληροφορίες σχετικά με τις πρόσφατες καταγραφές γλυκόζης, τους πρόσφατους ρυθμούς έγχυσης ινσουλίνης και γλυκαγόνης και τα λαμβανόμενα γεύματα. Για την ανάπτυξη του ενσωματωμένου μοντέλου πρόβλεψης των μελλοντικών επιπέδων γλυκόζης εφαρμόζονται τεχνικές μοντελοποίησης βασισμένες στη χρήση προσαρμοστικού αυτοπαλινδρομικού μοντέλου κινητού μέσου όρου με εξωγενή είσοδο και φίλτρου Kalman. Οι προβλέψεις γλυκόζης εισέρχονται στον βελτιστοποιητή, όπου ελαχιστοποιείται κατάλληλη τετραγωνική συνάρτηση κόστους για τον υπολογισμό του βέλτιστου ρυθμού έγχυσης ινσουλίνης και γλυκαγόνης. Η ρύθμιση των παραμέτρων της συνάρτησης κόστους του ελεγκτή πραγματοποιείται με στόχο την ομαλή ρύθμιση των επιπέδων γλυκόζης. Η αξιολόγηση της απόδοσης του αλγορίθμου ελέγχου γλυκόζης πραγματοποιήθηκε in silicο, με χρήση των εικονικών πληθυσμών ενηλίκων, παιδιών και εφήβων του προσομοιωτή UVa T1DM Simulator. Συγκεκριμένα, αξιολογήθηκε η ικανότητα του ελεγκτή γλυκόζης να διαχειρίζεται περιόδους νηστείας, διαταραχές γευμάτων, καθυστερήσεις λόγω της χρήσης της υποδόριας οδού, ανακρίβειες στις μετρήσεις γλυκόζης, καθώς και τη διαφορετική συμπεριφορά του μεταβολισμού γλυκόζης που υφίσταται ανάμεσα στα άτομα με ΣΔT1 (inter-patient variability).	el
heal.abstract	The present thesis aims to design, the development and the evaluation of a glucose control algorithm for patients with Type 1 Diabetes Mellitus (T1DM). The controller uses the subcutaneous route and provides real time estimations of the appropriate insulin and glucagon infusion rates for T1DM patients, applying Continuous Glucose Monitoring Systems (CGMS), Subcutaneous Insulin Infusion Pumps (SIIP) and Subcutaneous Glucagon Infusion Pumps (SGIP). The control algorithm is hybrid, since at fasting conditions estimates an insulin basal rate based on the dual hormone closed loop control, while integrating meal announcements and calculates pre meal doses of insulin, based on the insulin-carbohydrates analogy and the amount of carbohydrates contained in the meals taken. The glucose controller closes the loop between the CGMS, the SIIP and the SGIP toward the development of “Artificial Pancreas”, i.e. a closed loop glucose control system aiming at maintain the glucose levels in the desired limits and substitute the physiological pancreas, which dysfunctions in the case of DM. The development of the dual-hormone glucose controller is based on Model Predictive Control (MPC). The controller receives as an input information of recent glucose recording, recent rates of insulin and glucagon infusions and meal announcements. For the development of the built-in prediction model which estimates the future glucose level predictions, modeling techniques are applied based on the use of an adaptive autoregressive moving average model (ARMAX) and Kalman filter. The optimizer uses the glucose predictions as an input, where an appropriate square cost function is minimized and calculates the optimal insulin and glucagon infusion. The cost function of the controller is adjusted to smoothly regulate the glucose levels. The evaluation of the performance of the glucose control algorithm was performed in silico using the virtual adults, children and adolescences of the UVa T1DM Simulator. Specifically, the controller was tested against its ability to handle fasting conditions, meal disturbances, delays due to the use of the subcutaneous route, inaccuracies connected to glucose measurement noise and the interpatient variability.	en
heal.advisorName	Νικήτα, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Σταφυλοπάτης, Ανδρέας-Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Στάμου, Γιώργος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών. Εργαστήριο Βιοϊατρικών Προσομοιώσεων και Απεικονιστικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	127 σ.
heal.fullTextAvailability	false