[发明专利]人工胰岛系统中的胰岛素残余活性含量计算

说明书

一种人工胰腺系统，包括连续葡萄糖监测装置、被配置为与连续葡萄糖监测装置交换数据并且包含控制算法的药物递送装置、以及可能有被配置为与药物递送装置交换数据的远程控制器。算法包含胰岛素‑葡萄糖模型，但在数学上与由用户注射的胰岛素分离以抵消摄入的碳水化合物。控制算法被设计为用于计算两种版本的胰岛素残余活性含量：患者对接的胰岛素残余活性含量(PFIOB)和系统对接的胰岛素残余活性含量(SFIOB)，以正确解析剂量，并且向系统仅告知用于修正高葡萄糖而非抵消碳水化合物的胰岛素。

技术领域

本发明整体涉及血糖管理系统领域，更具体地，本发明涉及一种闭环血糖管理系统，例如采用使用不止一个模型的控制器来计算胰岛素残余活性含量的人工胰岛系统。

背景技术

糖尿病是一种慢性代谢紊乱，是由于胰腺不能产生足量的胰岛素激素而导致身体代谢葡萄糖的能力降低引起的。葡萄糖代谢能力的降低会导致血流中葡萄糖含量过高或高血糖症。单独的持续性高血糖或持续性高血糖与低胰岛素血症联合与多种严重症状和危及生命的长期并发症相关。目前，还没有恢复内源性胰岛素生产的方法。因此，需要对患者进行治疗，使患者血糖浓度保持在正常范围内。这种血糖控制是通过定期向患者提供外部胰岛素来实现的，其目的是降低血糖水平。

随着药物递送装置的发展，糖尿病诊断和治疗方面已经取得了相当大的进步，药物递送装置减轻了患者使用注射器或药笔每日多次进行胰岛素注射的需要。这些药物递送装置以与人类胰腺自然释放胰岛素更相似的方式递送胰岛素，并且可被控制遵循不同的标准或个别修改的方案，从而为患者提供更加个性化的血糖控制。

这些药物递送装置可以被构造为植入式装置。可选地，装置还可以是带有输液器的外部装置，用于通过经皮插入导管、套管或经皮药物传输(例如通过贴片)向患者进行皮下输注。外部药物递送装置安装在衣物上，或更优选地，隐藏在衣物下面或衣物里面，或者安装在身体上，并且通常通过内置于装置中或设置在独立的远程装置上的用户界面来控制。

需要对血液或间质葡萄糖进行监测，以通过装置实现可接受的血糖控制。例如，由药物递送装置递送适量的胰岛素要求用户频繁地、不定期地通过检测确定其血糖水平。将水平输入到泵或控制器中，之后可计算对默认或当前使用的胰岛素递送方案(即用量和定时)的适当修改。此类修改用于相应地调节药物递送装置的操作。可选地，或结合此类不定期测定，连续葡萄糖监测(“CGM”)与药物递送装置一起使用，并且允许对注入到糖尿病患者体内的胰岛素进行闭环控制。

此外，为了实现闭环控制，由使用一种或多种控制算法的控制器来进行用户给药的自主调节。例如，可使用比例-积分-微分算法(“PID”)，该算法对观察到的葡萄糖水平具有反应性。PID可基于人体中葡萄糖和胰岛素之间的代谢相互作用的数学模型的简单规则进行调节。可选地，还可以使用模型预测控制器(“MPC”)。MPC具有优势，因为MPC主动地考虑控制变化的近期效应，并且有时在确定MPC的输出方面受到约束，而PID通常仅通过过去的输出来确定未来的变化。可在MPC中实现约束，使得在受限“空间”(即，在强制递送限制内)中的解决方案得到保证，并且防止系统超过已达到的限制。