Método de personalización de una bomba automática de infusión de insulina

Río Martínez, Virginia del (2019). Método de personalización de una bomba automática de infusión de insulina. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Método de personalización de una bomba automática de infusión de insulina
Author/s:
  • Río Martínez, Virginia del
Contributor/s:
  • Rodríguez Herrero, Agustín
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones
Date: February 2019
Subjects:
Freetext Keywords: Sistema electromecánico autónomo
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Ingeniería Telemática y Electrónica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La diabetes tipo 1 es una enfermedad crónica en la que el propio sistema inmunitario del paciente produce una destrucción de las células beta del páncreas, lo que origina una deficiencia total de insulina y acarrea concentraciones elevadas de glucosa en sangre lo que requiere una continua toma de decisiones por parte del paciente para el control de su enfermedad e intentar mantener la glucosa en sangre dentro de unos márgenes de normalidad administrándose insulina a través una terapia basada en plumas ICT (Intensive Conventional Therapy) o bien con bombas de insulina, CSII (Continuous Subcutaneous Insulin Infusion). Un PA, es un sistema electromecánico autónomo formado por: sensor subcutáneo de glucosa, bomba de infusión de insulina y algoritmo de control. Permite el control automático de la glucosa mediante dosis periódicas y óptimas de insulina, realizando medidas de la glucosa subcutánea (SC) y comunicándose con un sistema de control con la mínima intervención del paciente. El desarrollo del PA aún tiene muchos obstáculos que superar tales como: seguridad, calibración de los sensores, retardos de absorción de insulina, retardos del sensor subcutáneo y sólo se controlan las subidas de glucosa con la insulina, pero no las bajadas, etc. La tecnología se ha convertido en una herramienta imprescindible en mejorar la calidad de vida de la persona con diabetes tipo 1 por lo que en este proyecto se presenta una encuesta que se ha realizado de manera totalmente anónima para plasmar el conocimiento que tiene la sociedad sobre la tecnología aplicada en diabetes. En este proyecto se partirá del controlador H01PID propuesto en el año 2017. Para que el H01PID se pueda ajustar a cualquier variación de los pacientes, se incorporará un algoritmo de inicialización automática que se encargará de calcular las ganancias del PID al paciente con la información de la terapia CSII previo a la entrada en funcionamiento del controlador en lazo cerrado aplicando el método de Cauchy. El ajuste del algoritmo de control a los pacientes, también llamado inicialización es una gran dificultad en la puesta en servicio del PA ya que el estado metabólico y las necesidades insulínicas de cada paciente son diferentes por lo que, para obtener unos valores óptimos de la ganancia del controlador, se tendrá en cuenta dos requisitos: el requisito glucosa (RG) que busca mantener la glucosa dentro de los niveles de normoglucemia y el requisito suspensión (RS), un arma contra la hipoglucemia ya que se intenta mitigar el efecto de la unilateralidad. Para justificar los resultados obtenidos y comprobar la viabilidad del método propuesto, se han propuesto cuatro experimentos realizados con el simulador UVA/Padova aprobado por la FDA: 1) simulación inicialización heurística, 2) evaluación del algoritmo de inicialización automática propuesto aplicado al PA, 3) simulación de un sensor real, 4) evaluación de la robustez del algoritmo de inicialización automática. Se evaluarán los resultados teniendo en cuenta que el RG >75% muestras se encuentren en la banda de normoglucemia y el RS debe suspender menos del 20%. Los resultados obtenidos demuestran que la inicialización automática mediante el método de Cauchy (H2MGCC) ajustan la ganancia del controlador al paciente, mejorando al controlador H01PID, minimizando la suspensión de la bomba y la dosificación de la insulina y maximizando la normoglucemia. Se ha demostrado la viabilidad en simulación del algoritmo de inicialización automático aplicado al PA para el control glucémico ambulatorio y su mejora respecto otros PIDs y la terapia CSII. Nuestro algoritmo de inicialización es capaz de reducir la suspensión en todas las situaciones simuladas, así como las perturbaciones probadas y los desbalanceos lo que redunda en un aumento de seguridad en el control glucémico del paciente. Abstract: Type 1 diabetes is a chronic disease in which the patient's own immune system produces a destruction of the beta cells of the pancreas, which causes a total deficiency of insulin and leads to high blood glucose levels which requires continuous decision made by the patient to control their disease and try to maintain blood glucose within normal margins by delivering insulin through a therapy based on ICT pens (Intensive Conventional Therapy) or with insulin pumps, CSII (Continuous Subcutaneous Insulin Infusion). They are treatments that try to control the level of glucose in blood, but, above all, their aim is to improve the quality of life in patients. A PA is an autonomous electromechanical system made of a subcutaneous glucose sensor, an insulin infusion pump and a control algorithm. It allows the automatic control of glucose through periodic and optimal doses of insulin, performing measurements of subcutaneous glucose (SC) and communicating with a control system with the minimal intervention of the patient. The development of the PA still has many obstacles to overcome such as: security, calibration of the sensors, delays of absorption of insulin, delays of the subcutaneous sensor and only the increases of glucose with the insulin are controlled, but not the descents, etc. Technology has become an essential tool in the care of quality of life of the person who suffers from type 1 diabetes that is why this project shows a survey that has been done in an entirely anonymous way to capture the knowledge that society has on the technology applied in diabetes. In this work we are starting with the H01PID proposed in the year 2017. So that the H01PID can be adjusted to any patient variation, an automatic initialization algorithm will be incorporated that will be responsible for calculating the PID gains to the patient with the information of the CSII therapy prior to the start of operation of the closed loop controller applying the Cauchy method. The adjustment of the control algorithm to the patients, also called initialization is a great difficulty in the initiating of the PA as the metabolic state and the insulin needs of each patient are different so, to obtain optimal values of the gain of the controller, two requirements will be taken into account: the RG (Glucose Requirement) that seeks to maintain glucose within normoglycemia levels and the RS (Pump Suspend Requirement) as a tool against hypoglycaemia as it is intended to mitigate the effect of unilaterality. To justify the results obtained and verify the reliability of the proposed method, four experiments carried out with the UVA / Padova simulator approved by the FDA: 1) simulator the heuristic initialization, 2) evaluation of the proposed automatic initialization algorithm applied to the PA, 3) simulation of a real sensor, 4) evaluation of the robustness of the automatic initialization algorithm. The results will be evaluated with the RG > 75% of samples are in the normoglycemia band and the RS must suspend less than 20%. The results obtained show that the automatic initialization using the Cauchy method (H2MGCC) adjusts the gain of the controller to the patient, improving the controller H01PID, minimizing the suspension of the pump and the dose of the insulin and maximizing the normoglycemia. The reliability and operation in simulation of the automatic initialization algorithm applied to the PA for outpatient glycemic control and its improvement with respect to other PIDs and CSII therapy has been proved. Our initialization algorithm is able to reduce the suspension in all simulated situations, as well as the perturbations tested and the imbalances which result in an increase in safety in the patient's glycemic control.

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Item ID: 56582
DC Identifier: http://oa.upm.es/56582/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:56582
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 27 Sep 2019 07:56
Last Modified: 27 Sep 2019 07:57
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