eprintid: 34073 rev_number: 15 eprint_status: archive userid: 2544 dir: disk0/00/03/40/73 datestamp: 2015-02-26 08:00:49 lastmod: 2015-02-26 08:00:49 status_changed: 2015-02-26 08:00:49 type: other metadata_visibility: show creators_name: Gómez-Pardo Palencia, Adolfo contributors_name: Rodríguez Herrero, Agustín title: Páncreas artificial basado en un controlador Smith paramétrico rights: by-nc-nd ispublished: unpub subjects: medicina full_text_status: public abstract: La diabetes mellitus es una enfermedad que se caracteriza por la nula o insuficiente producción de insulina, o la resistencia del organismo a la misma. La insulina es una hormona que ayuda a que la glucosa llegue a los tejidos periféricos y al sistema nervioso para suministrar energía. Actualmente existen dos tipos de terapias aplicada en tejido subcutáneo: mediante inyección múltiple realizada con plumas, y la otra es mediante infusión continua de insulina por bomba (CSII). El mayor problema de esta terapia son los retardos por la absorción, tanto de los carbohidratos como de la insulina, y los retardos introducidos por el sensor subcutáneo de glucosa que mide la glucosa del líquido intersticial, lo deseable es controlar la glucosa en sangre. Para intentar independizar al paciente de su enfermedad se está trabajando en el desarrollo del páncreas endocrino artificial (PEA) que dotaría al paciente de una bomba de insulina, un sensor de glucosa y un controlador, el cual se encargaría de la toma de decisiones de las infusiones de insulina. Este proyecto persigue el diseño de un regulador en modo de funcionamiento en CL, con el objetivo de conseguir una regulación óptima del nivel de glucosa en sangre. El diseño de dicho regulador va a ser acometido utilizando la teoría del control por modelo interno (IMC). Esta teoría se basa en la idea de que es necesario realimentar la respuesta de un modelo aproximado del proceso que se quiere controlar. La salida del modelo, comparada con la del proceso real nos da la incertidumbre del modelo de la planta, frente a la planta real. Dado que según la teoría del modelo interno, estas diferencias se dan en las altas frecuencias, la teoría IMC propone un filtro paso bajo como regulador en serie con la inversa del modelo de la planta para conseguir el comportamiento deseado. Además se pretende implementar un Predictor Smith para minimizar los efectos del retardo de la medida del sensor. En el proyecto para conseguir la viabilidad del PEA se ha adaptado el controlador IMC clásico utilizando las ganancias estáticas de un modelo de glucosa, a partir de la ruta subcutánea de infusión y la vía subcutánea de medida. El modo de funcionamiento del controlador en SCL mejora el rango de normoglucemia, necesitando la intervención del paciente indicando anticipadamente el momento de las ingestas al controlador. El uso de un control SCL con el Predictor de Smith mejora los resultados pues se añade al controlador una variable sobre las ingestas con la participación del paciente. ABSTRACT. Diabetes mellitus is a group of metabolic diseases in which a person has high blood sugar, due to the body does not produce enough insulin, or because cells do not respond to the insulin produced. The insulin is a hormone that helps the glucose to reach to outlying tissues and the nervous system to supply energy. There are currently two types of therapies applied in subcutaneous tissue: the first one consists in using the intensive therapy with an insulin pen, and the other one is by continuous subcutaneous insulin infusion (CSII). The biggest problems of this therapy are the delays caused by the absorption of carbohydrates and insulin, and the delays introduced by the subcutaneous glucose sensor that measures glucose from interstitial fluid, it is suitable to control glucose blood. To try to improve these patients quality of life, work is being done on the development of an artificial endocrine pancreas (PEA) consisting of a subcutaneous insulin pump, a subcutaneous glucose sensor and an algorithm of glucose control, which would calculate the bolus that the pump would infuse to patient. This project aims to design a controller for closed-loop therapy, with the objective of obtain an optimal regulation of blood glucose level. The design of this controller will be formed using the theory of internal model control (IMC). This theory is based on the uncertainties given by a model to feedback the system control. Output model, in comparison with the actual process gives the uncertainty of the plant model, compared to the real plant. Since the theory of the internal model, these differences occur at high frequencies, the theory proposes IMC as a low pass filter regulator in series with the inverse model of the plant to get the required behavior. In addition, it will implement a Smith Predictor to minimize the effects of the delay measurement sensor. The project for the viability of PEA has adapted the classic IMC controller using the gains static of glucose model from the subcutaneous infusion and subcutaneous measuring. In simulation the SemiClosed-Loop controller get on the normoglycemia range, requiring patient intervention announce the bolus priming connected to intakes. Using an SCL control with the Smith Predictor improves the outcome because a variable about intakes is added to the controller through patient intervention. date_type: completed date: 2014-02-06 place_of_pub: Madrid institution: ETSIS_Telecomunicacion department: Sistemas_Electronicos refereed: TRUE referencetext: -Hernando Pérez, "Predictor Dinámico Paramétrico de la Glucosa Subcutánea en Diabetes Tipo 1: Muestreo y Filtrado", Actas del XXVII Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica, pp.640-643, 978-84-608-0990-6, noviembre, 2009. -A. Prados Vílchez, A. Rodríguez Herrero, M.E. Hernando Pérez, C. Pérez Gandía, E.J. Gómez Aguilera. Identificación Paramétrica de la Dinámica de la Diabetes Tipo 1. XXVI Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica (CASEIB 2008), 978-84-691-3640-9, Valladolid, Octubre 2008. -A. Prados-Vílchez, A. Rodriguez-Herrero, C. Pérez-Gandía, M. Rigla, A. de-Leiva, E.J. Gómez, M.E. Hernando, “Closed-Loop Simulation Study in Type 1 Diabetes with Parametric Inverse Controller”, in Proc. 3rd Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes, Kenes International, Basel, Feb. 2010. -A. Prados-Vílchez. Identificación paramétrica en tiempo real del sistema glucorregulatorio humano. Proyecto Fin de Carrera EUITT-UPM. 2008. [PRA08]. -A. Rodríguez Herrero, A. Prados Vílchez, C. Pérez Gandía, E.J. Gómez Aguilera, M.E. Hernando Pérez, "Controlador Inverso Paramétrico Adaptativo para el Control en Lazo Cerrado de la Diabetes Tipo 1", Actas del XXVII Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica, pp.251-254, 978-84-608-0990-6, noviembre, 2009. -A. Rodríguez, E. Hernando, E.J. Gómez y F. del Pozo. “El Control Automático de la Glucemia”. XXII Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica (CASEIB 04). Santiago de Compostela, pp. 247-252, 84-688-9318-8, Noviembre, 2004. -A. Rodríguez, E. Hernando, G. García, C. Pérez y E.J. Gómez. “Algoritmos por Inversión para el Control en Lazo Cerrado de la Diabetes tipo I”. XXIII Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica (CASEIB 05). Madrid, pp. 99-102, 84-7402-325-4, Noviembre de 2005. -A. Rodríguez-Herrero, C. Pérez-Gandía, M. Rigla, A. de Leiva, E.J. Gómez, and M.E. Hernando “A Simulation Study of an Adaptive Controller for Closed Loop Control in Type 1 Diabetes”, Diabetes Technology and Therapeutics. 2010; 12:2:95-104. -A. Rodríguez-Herrero, M.E. Hernando, C. Pérez-Gandía, G. García-Saez, M. Rigla, A. de Leiva, and E.J. Aguilera, “Adaptive Inverse Algorithm for Closed-loop Control in Diabetes”, in Proc. 1st Int. Conf. Advanced Technologies and Treatments for Diabetes, Kenes International, Prague, Feb. 2008, pp 46. -A. Rodríguez-Herrero. Propuesta de un Algoritmo de Control en Lazo Cerrado para la Diabetes Tipo 1. Tesis Doctoral UPM. 2010. -Agustín Rodríguez. Seminarios y diapositivas en tratamiento de la diabetes, identificación de sistemas, control en lazo cerrado. -Antonio Molina Pascual. Sistema de Control Borroso en lazo cerrado para Terapias con Insulina en Diabetes Tipo 1. Proyecto Fin de Carrera EUITT-UPM. 2013. [MOL13]. -Carlos Amor Amor. Controlador inverso paramétrico en lazo cerrado para el control de la diabetes tipo 1. Proyecto Fin de Carrera EUITT-UPM. 2012. [AMO12]. -Francisco Gómez Luna. Control metabólico en lazo cerrado por modelo interno. Proyecto Fin de Carrera EUITT-UPM. 2007. [LUN07]. -Jonás Domínguez Hernangómez. Algoritmo de Control Metabólico Adaptativo en Lazo Cerrado Por Inversión de un Modelo de Glucemia. Proyecto Fin de Carrera EUITT-UPM. 2008. [DOM08]. -L. Ljung. System Identification. Theory for de user. 2ª ed. Upper Saddle River, New Jersey. Prentice-Hall PTR, 1999. -Robust process Control. Morari M and Zafiriou E. Englewood Cliffs, NJ, Prentice Hall, 1989. -SeveralAuthors. “The Control Handbook”, IEEE Press& CRC Press, EEUU. 1996. citation: Gómez-Pardo Palencia, Adolfo (2014). Páncreas artificial basado en un controlador Smith paramétrico. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM) , Madrid. document_url: http://oa.upm.es/34073/1/PFC_adolfo_gomez-pardo_palencia.pdf