[發明專利]用于控制歸因于人工胰腺中的閉環控制器的傳感器替換的調諧因子的方法和系統

有效

• 申請號: 201480054643.2
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN105592873B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: T.麥坎恩;T.沙布勒;J.卡普羅
• 申請（專利權）人: 安尼馬斯公司
• 主分類號: A61M5/168
• 分類號: A61M5/168
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張金金;姜甜

本發明描述并示出了一種用于管理糖尿病的系統以及在控制器中編程的方法，該系統包括注入泵、葡萄糖傳感器和控制器。該注入泵被配置成遞送胰島素。該葡萄糖傳感器感測受檢者體內的葡萄糖水平并且提供表示受檢者體內的葡萄糖水平的輸出信號。該控制器被編程成從葡萄糖傳感器和泵中的至少一者接收信號并且被配置成向泵發布信號以遞送由使用模型預測控制件的反饋控制器基于受檢者的期望的葡萄糖水平、遞送的胰島素量和所測量葡萄糖水平確定的胰島素量。該控制器還被配置成通過使用微控制器中的模型預測控制器的調諧因子(R)作為保守設定來遞送胰島素，否則該系統保持控制器的當前調諧因子(R)。

背景技術

糖尿病是因胰腺無法產生足夠量的激素胰島素，從而導致身體代謝葡萄糖的能力降低而引起的慢性代謝紊亂。此障礙導致高血糖，即血漿中存在過量的葡萄糖。持續性高血糖和/或低胰島素血癥已與具有截肢風險的多種嚴重癥狀和危及生命的長期并發癥例如脫水、酮癥酸中毒、糖尿病性昏迷、心血管疾病、慢性腎衰、視網膜損害和神經損害相關聯。由于恢復內源性胰島素生產尚不可能，故提供恒定血糖控制以便使血糖水平始終維持在正常范圍內的永久性治療必不可少。這樣的血糖控制是通過定期供給外部胰島素到患者的體內、從而降低血糖的升高的水平來實現。

外部生物諸如胰島素通常使用通過皮下注射器每日多次注射速效和中效藥物的混合物來施用。已發現以這種方式可實現的血糖控制程度是次優的，這是因為遞送不像生理激素制備，根據生理激素制備激素以較低速率并且在更延長的時間段內進入血流。改善的血糖控制可以通過所謂的“密集激素”療法實現，所述療法基于每日多次注射，包括每日一次或兩次注射用于提供基本激素的長效激素，以及在每次進餐前以與進餐多少成比例的注射量另外注射速效激素。雖然傳統注射器已至少部分地被胰島素筆所取代，然而頻繁注射對于患者特別是不能可靠地自我施用注射的患者而言非常不方便。

糖尿病治療的實質性改善已通過藥物遞送裝置的開發實現，減輕患者對注射器或藥物筆的需要并且管理每日多次注射。藥物遞送裝置允許藥物以與天然存在的生理過程具有較大相似性的方式遞送藥物，并且可以經控制以符合標準或個別修改的協議以為患者提供更好的血糖控制。

此外，可以通過藥物遞送裝置實現直接遞送至腹膜內注射空間或靜脈中。藥物遞送裝置可被構造為用于皮下布置的植入式裝置，或者可被構造為帶有輸液器的外部裝置，用于經由導管、插管或透皮藥物傳送諸如穿過貼劑的經皮插入皮下注入到患者。外部藥物遞送裝置安裝在衣服上，隱藏在衣服下或衣服內或者安裝在身體上，并且通常經由內置到該裝置或在單獨的遠程裝置上的用戶界面來控制。

需要血液或間質葡萄糖監測來實現可接受的血糖控制。例如，由藥物遞送裝置遞送合適量的胰島素需要患者頻繁確定他或她的血糖水平并且將此值手動輸入到外部泵的用戶界面，所述用戶界面然后計算對默認值或當前使用中的胰島素遞送協議的合適修改，即劑量和定時，并且隨后與藥物遞送裝置通信以相應地調整其操作。通常使用間歇性測量裝置例如手持式電子表來執行血糖濃度的確定，所述裝置經由基于酶的測試條接收血液樣本并且基于酶反應計算血糖值。

在過去二十年中，也已與藥物遞送裝置一起使用連續葡萄糖監測(CGM)以允許閉環控制被注入到糖尿病患者體內的胰島素。為允許閉環控制注入的胰島素，已與人體中的葡萄糖與激素之間的代謝相互作用的數學模型一起使用比例-積分-微分(“PID”)控制器。PID控制器可基于代謝模型的簡單規則來加以調諧。然而，當PID控制器被調諧或配置成激進地調節受檢者的血糖水平時，可發生設定水平的過沖，這通常在振蕩之后發生，而這在血糖調節的情況下極不可取。已研究另選的控制器。已確定用于其中過程涉及大的時間延遲和系統響應的石化行業的模型預測控制器(“MPC”)最適合胰島素、胰高血糖素與血糖之間的復雜相互作用。MPC控制器已被證實比PID更穩鍵，因為MPC在確定MPC的輸出時考慮控制變化和限制的不久的將來影響，而PID通常在確定將來變化時僅涉及過去的輸出。可在MPC控制器中實施限制，使得MPC防止系統在已達到極限時失控。MPC控制器的另一益處在于在某些情況下MPC中的模型可理論上補償動態系統變化，而對于反饋控制諸如PID控制，此動態補償將是不可能的。