[發明專利]在閉環控制器中處理手動推注或膳食事件的方法和系統

有效

• 申請號: 201380034767.X
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN104394907B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: D.芬安
• 申請（專利權）人: 安尼馬斯公司
• 主分類號: A61M5/14
• 分類號: A61M5/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 葉曉勇;湯春龍

本發明描述和示出了一種包括注入泵、葡萄糖傳感器和控制器的糖尿病管理系統，以及一種被編程到所述控制器中的方法。所述注入泵被配置成將胰島素遞送給受檢者。所述葡萄糖傳感器被配置成感測所述受檢者的葡萄糖水平并提供代表所述受檢者的葡萄糖水平的輸出信號。所述控制器被編程為接收來自所述葡萄糖傳感器和所述泵中至少一者的信號，并且被配置成發出信號至所述泵以遞送一定量胰島素，所述量由反饋控制器利用所述受檢者的模型預測控制來確定。

背景技術

糖尿病是因胰腺無法產生足夠量的激素胰島素導致身體代謝葡萄糖能力降低所引起的慢性代謝疾病。該障礙導致高血糖，即，血漿中存在過量的葡萄糖。頑固型高血糖和/或低胰島素血癥已與各種嚴重癥狀及致命性長期并發癥相關聯，諸如脫水、酮酸血癥、糖尿病昏迷、心血管疾病、慢性腎衰竭、視網膜損傷及神經損傷，并帶有截肢的風險。因為內源性胰島素產生還不可恢復，所以需要永久治療，提供恒定的血糖控制，以使血液葡萄糖水平始終保持在正常限值內。通過定期為患者身體供應外源胰島素從而降低升高的血液葡萄糖水平而實現此類血糖控制。

外源生物制品諸如胰島素通常經由皮下注射器通過每日多次注射速效和中效藥物的混合物來施用。已發現，此方式無法實現最佳的血糖控制程度，這是因為遞送與生理激素產生不同，根據生理激素產生方式，激素會以較低速率并在更長的時間段內進入血流。可通過所謂的強化激素治療來實現改善的血糖控制，強化激素治療基于每日多次注射，包括每日一次或兩次注射提供基礎激素的長效激素以及在每餐前額外注射與用餐量成比例的量的速效激素。雖然傳統注射器已至少部分地被胰島素筆所取代，但是對于患者而言，尤其對于無法可靠地自行施行注射的患者，頻繁注射仍然極不方便。

已通過開發藥物遞送裝置，減輕患者對注射器與藥物筆以及施行每日多次注射的需要，來實現糖尿病治療的實質性改善。藥物遞送裝置允許以更類似于自然發生的生理過程的方式遞送藥物，并且可控制藥物遞送裝置，使之遵循標準或個人修改的方案，從而給予患者更佳的血糖控制。

此外，藥物遞送裝置可實現直接遞送至腹腔內空間或經靜脈內遞送。藥物遞送裝置可被構造為用于皮下布置的可植入裝置，或可被構造為帶有輸液器的外部裝置，用于經由皮膚插入導管、插管或經皮膚藥物輸送(諸如通過貼劑)以皮下注入至患者。外部藥物遞送裝置安裝在衣服上、隱藏在衣服下方或內部，或安裝在身體上，并且通常經由內置于裝置中或在單獨的遙控裝置上的用戶界面控制。

實現可接受的血糖控制需要血液或間質分析物監測。例如，通過藥物遞送裝置遞送適量的胰島素需要患者頻繁地確定自身的血液分析物水平并將該值手動輸入至外部泵的用戶界面，接著計算對默認或當前使用中的胰島素遞送方案(即，劑量和定時)的適當修改，并且隨后與藥物遞送裝置通信以相應地調整其操作。通常通過間歇性測量裝置諸如手持式電子儀表進行血液分析物濃度確定，手持式電子儀表經由基于酶的測試條接收血液樣品并且基于酶促反應計算血液分析物值。

在近20年來也將連續分析物監測(CGM)連同藥物遞送裝置一起使用，以允許對注入糖尿病患者體內的胰島素的閉環控制。為了允許對注入的胰島素的閉環控制，已將比例積分微分(PID)控制器連同人體中葡萄糖與胰島素之間代謝相互作用的數學模型一起使用。可基于代謝模型的簡單規則來調諧PID控制器。然而，當PID控制器被調諧或配置成強有力地調節受檢者的血液葡萄糖水平時，可發生設定水平過調，通常隨后發生振蕩，這在調節血液葡萄糖方面是極其不期望的。研究了替代控制器。已確定的是，在石化工業中使用的模型預測控制器(MPC)(其中處理需要大量時間延遲和系統響應)最適用于胰島素、胰高血糖素與血液葡萄糖之間復雜的相互作用。已證實MPC控制器比PID更穩健，因為MPC在確定MPC輸出時考慮控制變化和約束的近期效應，而PID在確定未來變化時通常僅涉及過去的輸出。可在MPC控制器中實施約束，使得在已達到限值時MPC防止系統失控。MPC控制器的另一優點在于，在一些情況中，MPC中的模型理論上補償動態系統變化，而反饋控制諸如PID控制不可能有此類動態補償。