Dispositivo de administración de insulina.

Un dispositivo de administración de insulina que comprende

un sistema de sensor para la medición de la glucosa,

un controlador y un sistema de administración de insulina,

en que el sistema de sensor de glucosa genera una señal de sensor representativa de los niveles de glucosa en sangre y proporciona las señales del sensor al controlador,

en que el controlador recibe la señal del sensor y genera comandos que se comunican al sistema de administración de insulina,

en que el sistema de administración de insulina recibe los comandos e infunde la insulina en el cuerpo en respuesta a los comandos,

caracterizado porque el controlador comprende un algoritmo de control predictivo de modelo multi-zona (MPC) basado en cuatro distribuciones regionales de glucemia, que comprende zonas de hipoglucemia, normoglucemia, glucemia elevada e hiperglucemia,

en que en la zona de hiperglucemia, es decir, una concentración de glucosa en sangre de G >180 mg / dL, las acciones de control se limitan a evitar la sobredosis, en que en la zona de glucemia elevada, es decir 140< G< 180 mg / dL se implementan la mayor parte de las acciones de control,

en que en la zona de normoglucemia, es decir 80< G< 140 mg / dL, el controlador es quiescente a la desviación en las mediciones de glucosa,

y en que en la zona de hipoglucemia, es decir G< 80 mg / dL, al controlador se le permite una respuesta rápida a una hipoglucemia potencial.

Esta invención se refiere a un dispositivo de administración de insulina que comprende un sistema de sensor para medir la glucosa, un controlador y un sistema de administración de insulina, en que el sistema del sensor de glucosa genera una señal de sensor representativa de los niveles de glucosa en sangre y proporciona las señales del sensor al controlador, en que el controlador recibe la señal del sensor y genera comandos que están comunicados con el sistema de administración de insulina, en que el sistema de administración de Insulina recibe los comandos e infunde la insulina en el cuerpo en respuesta a los comandos.

ANTECEDENTES

Las personas con diabetes mellltus tipo 1 (T1DM) pueden tener una esperanza de vida de diez años menos que sus homólogos tolerantes a la glucosa normales debido a las complicaciones que resultan de la hiperglucemia crónica, como por ejemplo enfermedades cardiovasculares y accidentes cerebrovasculares (la hiperglucemia es una concentración elevada de glucosa en la sangre (BG), con un umbral definido como BG mayor que 18 mg / dL). El tratamiento agresivo con la terapia Intensiva de insulina (NT), que implica un total de 12 mediciones de glucosa capilar manuales e inyecciones de Insulina al día, reduce la hiperglucemia y puede llevar a una reducción en la prevalencia de estas complicaciones. La IIT también aumenta el riesgo de episodios de hlpoglucemla, a la vez que aumenta la carga sobre el cuidador y / o el paciente que administra la terapia. La hlpoglucemla es cualquier índice menor que la BG normal; los síntomas de hipoglucemia, como por ejemplo taquicardia y náuseas, se producen alrededor de 5 a 7 mg / dL.

Benjamín Grosman et al. "Zone Model Predictive Control: "A strategy to minimize hyper- and hypoglycemic events", Journal of diabetes Science and technology, Diabetes Technology Society, vol. 4, no. 4, 1 de julio de 21, páginas 961-975, describe un "MPC de Zona" que es un protocolo MPC para controlar la liberación de insulina desde una bomba de insulina dentro del contexto de una célula beta pancreática artificial. Se definen tres zonas fisiológicas (hiperglucémica, normal, hipoglucémica) y la finalidad del protocolo MPC es mantener el nivel de glucosa en sangre dentro de la zona normal, que es por debajo de la zona hiperglucémica y por encima de la zona hipoglucémica. Sin embargo, el ajuste del control no es muy óptimo, por lo que a veces resulta difícil evitar la hipoglucemia.

RESUMEN

Dos de los retos en el diseño de una célula (3 pancreática artificial son minimizar la intervención del usuario y ajustar los objetivos de glucosa a un estilo de vida individual y cómodo. La descripción proporciona un control predictivo de modelo de zona múltiple (MPC Multi-Zona) con memoria de insulina y comidas como un enfoque de control que está diseñado para regular la glucosa en el intervalo de euglucemia mediante la aplicación de un algoritmo de control que incorpora el ajuste que es una función de las concentraciones de glucosa en sangre predichas.

Se ha desarrollado un controlador MPC Multi-Zona con memoria artificial integrada de insulina y comidas incorporada para regular la glucosa en sangre en una zona predefinida ajustable con o sin información de comida. El controlador utiliza un modelo medio para regular las concentraciones de glucosa en sangre de la población. El modelo medio se obtiene por medio de una novedosa técnica de ajuste paramétrico que utiliza datos recogidos de varios sujetos. Los ajustes del controlador están predefinidos para ser una función de las concentraciones de glucosa en sangre predichas.

El MPC Multi-Zona ofrece diferentes ajustes para los pesos de MPC basados en cuatro distribuciones regionales de la glucemia. El MPC Multi-Zona comprende hipoglucemia, normoglucemia, glucemia elevada, y zonas de hiperglucemia. La definición de estas cuatro zonas proporciona ajustes de control más amplios que dan como resultado un control seguro y eficaz. Las predicciones del controlador se basan en un modelo ARX medio que se desarrolla utilizando datos recogidos a partir de una respuesta a la comida de diez sujetos adultos distintos in silico. Cabe señalar que el número de zonas en el diseño se puede modificar a priori sin cambios importante en la estructura del controlador.

El MPC Multi-Zona con memoria de insulina es una estrategia de control alternativa para el páncreas artificial. Como enfoque de control, el MPC Multi-Zona es superior al control de puntos determinados estándar debido a la reducción al mínimo de actividad de la bomba y al esfuerzo de control más concentrado. La utilización de cuatro zonas de control en el MPC Multi-Zona ha demostrado con éxito ser una mejor estrategia de control que reduce los picos postprandiales y al mismo tiempo evita cualquier hipoglucemia debido a la administración eficiente de la insulina, proporcionando por lo tanto una regulación de la glucosa eficaz y segura para individuos con T1DM.

El controlador es generalmente aplicable a la administración de fármacos alternativos y las intervenciones fisiológicas, particularmente fármacos e intervenciones asociadas a las zonas fisiológicas valorables.

Se describe un protocolo para controlar la administración de fármaco que comprende un algoritmo de control predictivo de modelo multi-zona (MPC) que tiene una pluralidad de zonas fisiológicas definidas, cada uno con un ajuste de control predefinido diferente.

En aspectos particulares el algoritmo proporciona: (a) una acción de control relativamente conservadora para una gran desviación de una zona normal o deseada, y (b) una acción de control relativamente agresiva dentro de la zona normal o deseada.

En aspectos particulares el protocolo comprende un esquema lógico tal como se muestra en la Fig. 5, en el que el algoritmo proporciona zonas fisiológicas (G) y pesos de control (Q y R) de acuerdo con el siguiente esquema: (i) Ri » Ra, cuando G> = Gm+1; (ii) Gi es una zona no deseada que requiere una acción agresiva que dará lugar a la suspensión de la administración, en que Qi »> que Q2, 3,... mi (¡¡¡) zona deseada, Q es cero; (iv) para una gran desviación de la zona normal o deseada (Gm), Qm <Qm-i, pero no cero, y « que Q1; en que "»" significa al menos un orden de magnitud mayor; y "»>" significa al menos dos órdenes de magnitud.

En aspectos particulares el protocolo comprende un esquema lógico tal como se muestra en la Fig. 5, en que Q / R se definen como a, b, c y d para cuatro zonas fisiológicas, y (i) a < b; (ii) b / a> 1 x 13; (iii) c = ; y (iv) d »> que a, b y c.

En aspectos particulares el protocolo comprende un esquema lógico tal como se muestra en la Fig. 5, en que Q / R se definen como a, b, c y d para cuatro zonas fisiológicas, y: (i) a es 2 x 1'4; (ii) b es 2; (iii) c = ; y (iv) d es 2 x 11.

En aspectos particulares las zonas fisiológicas son zonas de concentración de glucosa en sangre, anestesia, analgesia, presión arterial, frecuencia cardíaca, pH de la sangre, temperatura o concentración del fármaco in vivo. Por ejemplo, el control automático de la presión arterial se puede lograr utilizando nitroprusiato intravenoso, control del ritmo cardíaco utilizando bloqueadores beta o bloqueadores de los canales de calcio intravenosos, control de pH utilizando modulación de ventilador, control de temperatura (por ejemplo, durante una cirugía a corazón abierto) utilizando elementos de calefacción y refrigeración, etc. Por lo tanto, además de los medicamentos, los protocolos se pueden utilizar para realizar intervenciones fisiológicas modulables, tales como la ventilación, la estimulación eléctrica, el calor, etc.

En aspectos particulares el fármaco es una hormona, un regulador de la glucosa en sangre (como por ejemplo insulina, glucagón o amilina), un anestésico (como por ejemplo, Barbitúricos, tales como Amobarbital, Methohexital, Tiamilal y Tiopental, Benzodiazepinas, por ejemplo, Diazepam, Lorazepam y Midazolam, Etomidato, Ketamina y Propofol), un analgésico (como Alfentanilo, Fentanilo, Remifentanilo, Sufentanilo, Buprenorfina, Butorfanol, Diamorfina, Hidromorfona, Levorfanol, Meperidina, Metadona, Morfina, Nalbufina, Oxicodona, Oximorfona y Pentazocina), un relajante muscular (como por ejemplo Succinilcolina, Decametonio, Mivacurio, Rapacuronio, Atracurio, Cisatracurio, Rocuronio, Vecuronio, Alcuronio, Doxacurio, Galamina, Metocurina, Pancuronio, Pipecuronio y Tubocurarina, un agente quimioterapéutico (como por ejemplo agentes alquilantes, antimetabolitos, antraciclinas, alcaloides vegetales, inhibidores de la topoisomerasa), o un antihipertensivo (como diuréticos, inhibidores de ACE, antagonistas receptores de angiotensina II, bloqueadores beta, antagonistas del calcio, inhibidores de la... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de administración de insulina que comprende un sistema de sensor para la medición de la glucosa,

un controlador y un sistema de administración de insulina,

en que el sistema de sensor de glucosa genera una señal de sensor representativa de los niveles de glucosa en sangre y proporciona las señales del sensor al controlador, en que el controlador recibe la señal del sensor y genera comandos que se comunican al sistema de administración de insulina,

en que el sistema de administración de Insulina recibe los comandos e infunde la insulina en el cuerpo en respuesta a los comandos,

caracterizado porque el controlador comprende un algoritmo de control predictivo de modelo multi-zona (MPC) basado en cuatro distribuciones regionales de glucemia, que comprende zonas de hipoglucemla, normoglucemia, glucemia elevada e hiperglucemia,

en que en la zona de hiperglucemia, es decir, una concentración de glucosa en sangre de G > 18 mg / dL, las acciones de control se limitan a evitar la sobredosis,

en que en la zona de glucemia elevada, es decir 14 < G < 18 mg / dL se implementan la mayor parte de las acciones de control,

en que en la zona de normoglucemia, es decir 8 < G < 14 mg / dL, el controlador es quiescente a la desviación en las mediciones de glucosa,

y en que en la zona de hipoglucemla, es decir G < 8 mg / dL, al controlador se le permite una respuesta rápida a una hipoglucemia potencial.

2. El dispositivo de administración de insulina de la reivindicación 1, en que el algoritmo proporciona zonas de glucemia y ratios de pesos de control (Qk y Rk) de acuerdo con la planificación siguiente: