CN110913930A - 具有自动基础和手动推注胰岛素控制的糖尿病管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明呈现了具有自动基础和手动推注胰岛素控制的糖尿病管理的系统和方法。示例性系统包括递送装置、葡萄糖传感器和控制器。递送装置递送胰岛素，并且葡萄糖传感器测量受试者的葡萄糖水平。使用模型预测控制算法和受试者的生理数据来计算基础胰岛素剂量，该生理数据包括所期望的葡萄糖水平、递送的胰岛素的量和测量的葡萄糖水平。受试者发起手动推注胰岛素剂量。基于模型预测控制算法和受试者的生理数据中的一者或两者来修改手动推注胰岛素剂量。基于修改的手动推注胰岛素剂量和计算的基础胰岛素剂量来确定总胰岛素剂量并且将其递送给受试者。

Description

具有自动基础和手动推注胰岛素控制的糖尿病管理系统
技术领域
本发明整体涉及糖尿病管理系统领域，并且更具体地涉及用于胰岛素控制的系统和相关方法，其包括自动基础胰岛素控制和手动推注胰岛素控制。
背景技术
糖尿病是一种慢性代谢疾病，该慢性代谢疾病起因于胰腺无法产生足够量的激素胰岛素，从而导致人体代谢葡萄糖的能力降低。这种失效会导致高血糖症或在血浆中存在过量的葡萄糖。单单持续性高血糖症或结合低胰岛素血症的持续性高血糖症与多种严重症状和危及生命的长期并发症相关联。因为还不可能恢复内源胰岛素的产生，所以需要提供恒定的血糖控制的持久治疗，以便始终将血糖水平保持在正常范围内。通过定期向患者的身体提供外部胰岛素来实现这种血糖控制，从而降低升高的血糖水平。
通过开发药物递送装置已经实现了糖尿病治疗的重大改善，从而缓解了患者在每日多次注射给药时对注射器或药物笔的需求。这些药物递送装置允许以与自然发生的生理过程具有更多相似性的方式来递送药物，并且可遵循标准的或单独修改的规程进行控制，以更好地控制患者的血糖。
这些药物递送装置可被构造为可植入式装置。另选地，递送装置可以为具有输液器的外部装置，该输液器经由经皮插入导管、插管或透皮药物传输(诸如通过贴片)向患者进行皮下输注。可将外部药物递送装置安装在衣服上或者，并且更优选地，隐藏在衣服下面或里面，或安装在身体上，并且通常经由内置到装置中或在单独的远程装置上的用户界面控制。
需要血液或间质分析物监测以实现装置可接受的血糖控制。例如，通过药物递送装置递送合适量的胰岛素需要患者频繁地确定其血糖水平。可将水平值输入到递送装置、或泵中或控制器上，之后可根据默认的或当前使用的胰岛素递送规程，即剂量和定时，来计算合适的修改，该修改是用于对药物递送装置操作进行相应的调节。另选地，或连同间歇式葡萄糖测定，连续葡萄糖监测(“CGM”)可与药物递送装置一起使用，该CGM允许对被注入到糖尿病患者中的胰岛素进行闭环控制。
为了允许闭环控制，由控制器使用一种或多种算法来提供对递送到使用者的药物的自主调制。例如，可以利用对观察到的葡萄糖水平具有反应性的比例-积分-微分算法(“PID”)控制器，该控制器可基于人体内的葡萄糖和胰岛素之间的交互作用的数学模型的简单规则进行调整。
另选地，可使用模型预测算法(“MPC”)控制器。MPC控制器相比于PID控制器是有优势的，因为MPC在确定MPC的输出时主动地考虑控制变化的近期效应(有时会受到约束)，而PID在确定未来变化时通常仅涉及过去的输出。可以在MPC控制器中实施约束，使得在有限的“空间”(意味着在规定的递送限制范围内)中，解决方案得到保证，并且防止系统超过已达到的限制。已知MPC在以下文献中有所描述：美国专利号7,060,059；美国专利申请号2011/0313680、2011/0257627和2014/0180240；国际公布WO 2012/051344；Percival等人，“Closed-Loop Control and Advisory Mode Evaluation of an Artificial Pancreaticβ-Cell:Use of Proportional-Integral-Derivative Equivalent Model-BasedControllers”，《糖尿病科学技术杂志》，第2卷，第4期，2008年7月；Paola Soru等人，“MPCBased Artificial Pancreas；Strategies for Individualization and MealCompensation”，《控制年评》，第36卷，第118-128页(2012年)；Cobelli等人，“ArtificialPancreas:Past,Present,Future”，《糖尿病》，第60卷，2011年11月；Magni等人，“Run-to-Run Tuning of Model Predictive Control for Type 1Diabetes Subjects:In SilicoTrial”，《糖尿病科学技术杂志》，第3卷，第5期，2009年9月；Lee等人，“A Closed-LoopArtificial Pancreas Using Model Predictive Control and a Sliding Meal SizeEstimator”，《糖尿病科学技术杂志》，第3卷，第5期，2009年9月；Lee等人，“A Closed-LoopArtificial Pancreas based on MPC:Human Friendly Identification and AutomaticMeal Disturbance Rejection”，国际自动控制联合会第十七届世界大会会议记录，韩国首尔，2008年7月6日至11日；Magni等人，“Model Predictive Control of Type 1Diabetes:An in Silico Trial”，《糖尿病科学技术杂志》，第1卷，第6期，2007年11月；Wang等人，“Automatic Bolus and Adaptive Basal Algorithm for the Artificial Pancreaticβ-Cell”，《糖尿病技术》，第12卷，第11期，2010年；Percival等人，“Closed-Loop Control ofan Artificial Pancreaticβ-Cell Using Multi-Parametric Model PredictiveControl”，《糖尿病研究》，2008年；Kovatchev等人，“Control to Range for Diabetes:Functionality and Modular Architecture”，《糖尿病科学技术杂志》，第3卷，第5期，2009年9月；以及Atlas等人，“MD-Logic Artificial Pancreas System”，《糖尿病护理》，第33卷，第5期，2010年5月。本申请中引用的所有文章或文献据此以引用方式并入本申请中，如同在本文中充分阐述的一样。
附图说明
图1示出了一种根据本公开呈现的方面的糖尿病管理系统；
图2示出了一种根据本公开呈现的方面的用于使用自动基础胰岛素和手动推注胰岛素控制管理糖尿病的方法；并且
图3示出了可用于本发明的药物递送装置的选定实施方案。
具体实施方式
如本文所使用，对于任何数值或范围，术语“大约”或“近似”表示允许部件或组件集合用于如本文所述的其预期用途的合适尺寸公差。另外，如本文所使用，术语“患者”、“使用者”和“受试者”是指任何人类或动物受试者，并且不旨在将这些系统或方法限制于人类使用，尽管本主题技术在人类患者中的使用代表优选的实施方案。
本发明部分涉及将自动基础胰岛素控制与手动推注胰岛素控制组合的糖尿病管理系统。通过使用MPC算法或另一种自主调制算法的控制器的自动基础胰岛素控制可能无法考虑由受试者发起的胰岛素的手动推注剂量。手动剂量可由受试者使用推注计算器计算，该推注计算器使用胰岛素残余活性含量模型、受试者的胰岛素敏感因子、当前葡萄糖水平和目标葡萄糖水平。在此类系统中，即使在两个模型之间存在方向性矛盾的情况下，这两个过程(即自动基础胰岛素控制和手动推注胰岛素控制)中的每个均独立地进行。这些过程之间缺乏相关性可导致诸如向受试者递送过量胰岛素的问题，导致低血糖偏移。
克服这些限制的一种方式是通过允许来自自动过程的一些或全部数据(诸如包括趋势和其变化率在内的生理数据)用于修改、取消或改变由受试者通过手动过程命令的推注来桥接手动推注胰岛素控制和自动基础胰岛素控制之间的间隙。有利地，本公开部分地提供用于组合自动基础胰岛素控制和手动推注胰岛素控制的技术，使得以符合患者安全性的方式解决模型之间的矛盾。
作为另一个优势，本文所述的技术可被视为对诸如MPC的常规自主调制控制算法的增强，以允许组合基础控制和推注控制两者的更全自动化的人工胰腺。
一般规定，在一个实施方案中，本文提供了一种具有自动基础和手动推注胰岛素控制的糖尿病管理系统。该糖尿病管理系统包括递送装置、葡萄糖传感器和控制器。该递送装置用于将胰岛素递送至受试者。该葡萄糖传感器用于测量受试者的葡萄糖水平。该控制器被配置为从葡萄糖传感器接收受试者的葡萄糖水平。该控制器被配置为基于受试者的生理数据，使用受试者的模型预测控制算法(“MPC”)自动计算基础胰岛素剂量，该生理数据包括所期望的葡萄糖水平、递送的胰岛素的量和所测量的受试者的葡萄糖水平。该控制器被配置为接收由受试者发起的手动推注胰岛素剂量。控制器被配置为基于受试者的生理数据修改手动推注胰岛素剂量。该控制器被配置为基于所修改的手动推注胰岛素剂量和所计算的基础胰岛素剂量来确定总胰岛素剂量。在一个实施方案中，该控制器可被配置为自动递送基础胰岛素剂量(即，无需患者确认)并且在受试者确认时推注胰岛素剂量。在另一个实施方案中，该控制器可例如通过向患者通告指令来指示患者取消推注胰岛素剂量。在另一个实施方案中，该控制器可仅响应于推注剂量而修改基础胰岛素剂量。
在另一个实施方案中，提出了一种具有自动基础胰岛素和手动推注胰岛素控制的糖尿病管理系统。该糖尿病管理系统包括递送装置、葡萄糖传感器和控制器。该控制器被配置为从葡萄糖传感器接收受试者的葡萄糖水平。该控制器被配置为基于受试者的生理数据，使用受试者的MPC或其他自主控制算法自动计算基础胰岛素剂量，该生理数据包括所期望的葡萄糖水平、递送的胰岛素的量和所测量的葡萄糖水平。该控制器被配置为接收由受试者发起的手动推注胰岛素剂量。该控制器被配置为基于自主控制算法和受试者的生理数据来修改手动推注胰岛素剂量。
在进一步的实施方案中，使用用于将胰岛素递送至受试者的递送装置和用于测量受试者的葡萄糖水平的葡萄糖传感器呈现了一种使用自动基础胰岛素和手动推注胰岛素控制管理糖尿病的方法。从葡萄糖传感器接收受试者的葡萄糖水平。基于受试者的生理数据，使用受试者的诸如MPC的自主算法控制自动计算基础胰岛素剂量，该生理数据包括所期望的葡萄糖水平、递送的胰岛素的量和所测量的葡萄糖水平。接收由受试者发起的手动推注胰岛素剂量。基于受试者的生理数据修改手动推注胰岛素剂量。基于所修改的手动推注胰岛素剂量和所计算的基础胰岛素剂量确定总胰岛素剂量。例如，可以命令递送装置将总胰岛素剂量递送给受试者。在另一个示例中，可取消基础剂量，并且可指示患者取消推注胰岛素剂量。
以上实施方案仅旨在为示例。通过以下讨论将显而易见的是，其他实施方案在本发明所公开的主题的范围内。
现将参照图1至图3描述具体的工作示例。图1示出了根据本实施方案的糖尿病管理系统100，其可被视为人工胰腺。该糖尿病管理系统100包括药物递送装置102和控制器104。药物递送装置102经由挠性管108连接到输液器106。本发明的各种实施方案可也与经由注射器或胰岛素笔进行的注射一起使用，以代替或补充经由药物递送装置102进行的输注。
药物递送装置102被配置为通过例如通信链路111(诸如射频(“RF”)、
Figure BDA0002323681390000051
等)向控制器104传输数据以及从控制器接收数据。在一个实施方案中，药物递送装置102是胰岛素输注装置，或泵，并且控制器104可以是手持便携式控制器或消费电子装置，诸如智能电话、计算机、运动或用户监测装置等。在此类实施方案中，从药物递送装置102传输到控制器104的数据可以包括诸如，例如胰岛素递送数据、血糖信息、基础、推注、胰岛素与碳水化合物比率或胰岛素敏感因子的信息。控制器104可以被配置为包括闭环控制器，该闭环控制器已经被编程为经由通信链路110从CGM传感器112接收连续葡萄糖读数。从控制器104传输到药物递送装置102的数据可以包括葡萄糖测试结果和食物数据库，以允许药物递送装置102计算药物递送装置102要递送的胰岛素的量。另选地，控制器104可执行基础剂量或推注计算，并且将此类计算的结果发送给药物递送装置。剂量计算在开始时可以由受试者手动完成，或者可以自动进行，使得系统能够合并推注和基础胰岛素控制两者。
单独地或连同CGM传感器112的葡萄糖仪114(例如，间歇式血糖仪)，例如经由通信链路117和118向控制器104和药物递送装置102中的任一者或两者提供数据。葡萄糖仪114可以测量放置在测试条115上的流体样本。如下文所讨论，测试条115上的两个阴影区域以图形方式代表两个电极。控制器104可经由用户界面(诸如所显示的触摸屏144或其他装置)呈现信息和接收命令。CGM传感器112可经由通信链路113直接将数据(例如，当前的血糖值)提供给药物递送装置102。
控制器104、药物递送装置102和CGM传感器112可以任意组合被集成到多功能单元中。例如，控制器104可与药物递送装置102集成在一起以形成具有单个壳体的组合装置。输注、感测和控制功能可也被集成到单片人工胰腺中。在各种实施方案中，控制器104与葡萄糖仪114组合至具有壳体的集成的单片装置。在其他实施方案中，控制器104和葡萄糖仪114是两个可以彼此对接以形成集成装置的可分离装置。装置102、104和114中的每一者均具有被编程为执行各种功能的合适的微控制器(简洁起见未示出)。
药物递送装置102或控制器104可还被配置为通过例如通信网络118与远程健康监测站116进行双向通信。一个或多个服务器126或存储装置128可以经由网络118通信连接到控制器104上。在一个示例中，药物递送装置102经由诸如RF、蓝牙等通信链路与个人计算机(例如，控制器104)进行通信。控制器104和远程站116可还被配置为通过例如电话陆基通信网络进行双向有线通信。远程监测站116的示例可包括但不限于个人或网络计算机126、用于记忆存储的服务器128、个人数字助理、移动电话、基于医院的监测站或专用远程临床监测站。另选地，并且尽管未在图1中示出，但可进一步在云中提供例如控制算法的存储。
控制算法可以位于图1所示配置中的远程控制器104中、药物递送装置102中、或以上两者中。在一种配置中，控制器104将从药物递送装置102以及从葡萄糖传感器112(例如，葡萄糖数据)中无线地收集必要的信息(例如，胰岛素史)，以允许使用控制算法的药物递送装置102计算将由药物递送装置102调制地递送的胰岛素的量。另选地，控制器104包括控制算法，并且可以执行基础剂量或推注计算，并且将此类计算的结果连同递送指令一起发送到药物递送装置102。在另选的实施方案中，可以单独使用间歇式血糖仪114和生物传感器115或连同CGM传感器112一起使用，以向控制器104和药物递送装置102中的任一者或两者提供血糖数据。血糖仪114可以通过生物传感器115上的电极测量电流以确定流体样品的葡萄糖水平。示例性葡萄糖传感器和相关的组件在美国专利号6,179,979、8,163,162和6,444,115中显示并且描述，其全部内容通过引用并入本文。示例性的CGM传感器利用测量电流的电化学传感器技术测量分析物。CGM传感器112可以包括三个电极，该三个电极可操作地连接到传感器电子器件并且由通过夹具附接的感测膜和生物界面膜覆盖。电极的顶端与电解质相(未示出)接触，该电解质相是设置在感测膜和电极之间的自由流动的流体相。感测膜可以包括覆盖电解质相的酶，例如分析物氧化酶。传感器和相关组件的细节在美国专利号7,276,029中示出和描述，其通过引用并入本文。
药物递送装置102可以包括以下中的任何一个或全部：包括用于存储控制程序和操作数据的中央处理单元和存储元件的电子信号处理组件；用于发送和接收通信信号(例如，消息)的通信模块(未示出)；用于给用户提供操作信息的显示器；用于用户输入信息的多个导航按钮；用于为系统提供电力的电池；用于为用户提供反馈的(例如视觉、听觉或触觉的)警报；用于为用户提供反馈的振动器；以及药物递送机构(例如，药物泵和驱动机构)，该药物递送机构用于迫使胰岛素从胰岛素贮存器(例如，胰岛素药筒)穿过经由柔挠性管108连接到输液器106的侧端口并且进入到使用者体内。
各种葡萄糖管理系统包括间歇式葡萄糖传感器(例如，葡萄糖仪114)和输液泵。此类系统的一个示例是由Animas公司制造的ONETOUCH
Figure BDA0002323681390000071
葡萄糖管理系统。该系统的“ezBG”特征可以使用间歇式葡萄糖测量结果计算输液泵递送的胰岛素的校正推注剂量。泵和仪表无线通信。另一个示例为ANIMAS VIBE胰岛素泵，该胰岛素泵与Dexcom、Inc.
Figure BDA0002323681390000072
或
Figure BDA0002323681390000073
CGM系统通信。可以提供接口以连接这些组件。基于患者的葡萄糖水平、历史葡萄糖测量和预期的未来葡萄糖趋势以及患者特定信息，可以用例如MATLAB语言编程闭环、自主控制算法以调节胰岛素递送速率。
在一个示例中，药物递送装置102是胰岛素泵，该胰岛素泵经由链路113直接与CGM传感器112通信。药物递送装置102包括控制功能，以使用来自CGM传感器112的血糖数据计算胰岛素的递送量。控制器104是运行应用程序(可下载的软件应用程序)的智能电话，其经由链路111与药物递送装置102通信以提供药物递送装置102的远程操作和血糖的远程监测的功能。应用程序可执行计算推注或调节胰岛素递送量的功能。
控制器104可包括一个或多个数据处理器，该数据处理器实施本文所述的各种实施方案的过程。“数据处理器”是用于处理数据的装置，并且可以包括中央处理单元(CPU)、台式计算机、膝上型计算机、主机计算机、个人数字助理、数字照相机、蜂窝式电话、智能电话、或用于处理数据、管理数据或处置数据的任何其他装置，不论是用电气组件、磁组件、光学组件、生物组件还是用其他方式实现的。控件104可以具有或提供诸如外围系统、用户界面和存储装置的子系统，该子系统可以在控制器104范围内被集成，或可以作为独立组件被实现。
用于执行本文所描述的方法的程序代码可完全在单个处理器上或在多个通信连接的处理器上执行。例如，代码可以完全地或部分地在用户的计算机上执行，并且完全地或部分地在远程计算机(例如，服务器)上执行。远程计算机可通过网络118连接至用户的计算机。用户的计算机或远程计算机可以为非便携式计算机，诸如常规台式个人计算机(PC)，或者可以为便携式计算机，诸如平板电脑、蜂窝式电话、智能电话或膝上型计算机。外围系统可以包括被配置为向控制器104提供数字内容记录或其他数据的一个或多个装置。例如，诸如测试条115的生物传感器可以经由例如使用蓝牙智能或其他无线链路的外围系统连接至控制器104。生物传感器可也直接连接至控制器104。外围系统可还包括数字静态照相机、数码摄像机、蜂窝电话或其他数据处理器。外围系统可还包括一个或多个总线桥，例如将具有USB、火线、RS-232或其他接口的装置通信地连接至控制器104。在收到来自外围系统中的装置的数据后，控制器104可以将该数据存储在存储装置128中。
控制器104通信地连接至作为触摸屏144所显示的用户界面上，或者另选的，用户界面可以为或包括鼠标、键盘、另一台计算机(例如，经由网络或类制解调器电缆连接)、麦克风和语音处理器或用于接收语音命令的其他装置、相机和图像处理器或用于接收视觉命令(例如，手势)的其他装置、或任何装置或装置的组合。
控制器104可以向网络118发送消息并且从网络118接收包括程序代码的数据。例如，用于应用程序(例如，JAVA小应用程序)的所请求的代码可以存储在连接到网络118的有形的、非易失性计算机可读存储介质上。网络服务器128可以从该介质检索代码，并且经由网络118传输。接收的代码可以在其被接收时由控制器104执行，或者存储用于稍后执行。
控制器104可以被配置为在开环模式下操作。在该操作模式下，系统的行为类似于传统的开环控制的胰岛素泵。胰岛素是根据患者设定的基础速率分布和患者计算的膳食和校正推注递送。CGM数据可以用于患者信息记录和显示，但不用于自动胰岛素计算。类似的功能通过例如具有DEXCOM G4CGM系统的ANIMAS VIBE胰岛素泵提供。
控制器104可还被配置为在闭环模式下操作。在该操作模式下，控制器104命令药物递送装置102在必要时通过预测闭环控制算法递送患者的预先设定的调制的基础率，该算法使用CGM传感器112、葡萄糖仪114或以上两者在特定时间间隔，例如每五分钟传送的葡萄糖值作为其输入中的一者。这允许降低低血糖偏移超过低葡萄糖限值或高血糖偏移超过高葡萄糖限值的概率。用户可以计算膳食和校正推注。控制器104可以被配置为经由触摸屏144的用户界面提供推注计算器以帮助用户确定推注胰岛素量。闭环控制算法可以在形成胰岛素残余活性含量(“IOB”)预估中考虑到这些手动推注，并且然后可以使用IOB预估来确定需要多少额外的胰岛素来处理检测的血糖水平。
控制器104可还被配置为在经由触摸屏144的用户界面或其他用户界面提供对药物递送装置102的低水平控制的维护模式下操作。可还提供患者通常无法访问的其他功能的控制。该模式可以在制造期间，或者例如当控制器104和葡萄糖仪114需要服务时，准许控制器104、药物递送装置102或血糖仪114的测试。
现在参照图2描述用于管理受试者101的糖尿病的方法200。如上文参照图1的解释，方法200可以在单个多功能单元上实施，或者可以在控制器104、递送装置102、或传感器112中的一者或多者上操作，其取决于具体实施、便携性的需要或其他因素。递送装置102可以用于将胰岛素递送至受试者101，并且葡萄糖传感器112可以用于测量受试者101的葡萄糖水平。
在一个示例中，方法200使用自动基础胰岛素控制和手动推注胰岛素控制两者。自动基础胰岛素控制可以具有MPC或PID控制器的反馈控制器或者连同葡萄糖水平的测量的自主管理胰岛素输注的任何其他自动化策略的形式提供。在另一个示例中，方法200可以与手动胰岛素注射、手动葡萄糖测量或以上两者一起使用，而不是完全地自动化基础胰岛素控制。以类似的方式，方法200可与推注胰岛素控制的不同形式一起使用。例如，可采用完全地手动推注胰岛素控制，其中受试者在例如膳食之前计算胰岛素推注，并且手动注射胰岛素。在另一个示例中，推注胰岛素控制可以部分地为手动，以及部分地基于计算。例如，受试者可以将关于膳食的某些信息输入至系统中，并且该系统(例如，递送装置102)可以计算目标胰岛素推注剂量。
现在转到更具体的示例，在框210处的方法200(例如，在持续进行的基础上)从葡萄糖传感器112接收受试者101的葡萄糖水平。例如，连续葡萄糖监测策略可以包括以每分钟一次或多次或其他预定的间隔(例如，每五(5)分钟)接收测量。接下来，在框220处的方法200使用MPC自动计算基础胰岛素剂量。
在图3中示出了本发明使用的示例性药物递送装置300，并且泵递送模块314、CGM模块320和MPC模块324容纳在该药物递送装置中。优选地，该实施方案采用了例如在美国专利No.8,526,587和美国专利申请No.14/015,831(这两个专利申请的全部内容均以引用方式并入本文)中公开的低血糖-高血糖最小化剂(“HHM”)系统，该每个系统均被集成在药物递送装置的外壳内。CGM模块220被配置为接收来自放置在患者310上的图1中的CGM传感器112的信号。MPC模块324可操作地连接到CGM模块以及泵递送模块，并且被配置为接收皮下葡萄糖信息，用于将其提供给存储算法，该算法也知道先前所有的胰岛素递送。该数据被用于计算葡萄糖水平的近期预测，并且产生将减轻近期预测的或实际的高血糖或低血糖状况的胰岛素递送速率。然后，该速率由泵递送模块314相对于与当前(例如，5分钟)间隔对应的患者设置速率致动。针对每个后续时间间隔重复该规程。
在MPC模块中使用的示例性算法在美国专利号8,562,587和8,762,070以及美国申请号13/854,963和14/154,241中进行了详细描述，其全部内容通过引用并入本文，创建用于基于基础速率、膳食活动和连续葡萄糖监测的控制胰岛素递送的预测值。技术上，CGM是根据周期性的时间表进行的(例如，每五分钟一次)。如上所述，在该实施方案中以及对于该讨论的所有以下部分，使用HHM系统将胰岛素递送到患者。然而，如前所述，可利用其他已知的MPC或PID类型的递送系统和由此采用的预测算法。
MPC利用受试者的生理数据。例如，生理数据包括先前已被编程到系统中的受试者的所期望的葡萄糖水平。数据还包括先前递送的胰岛素量和先前测量的葡萄糖水平，以及诸如胰岛素或葡萄糖的变化速率的进一步的分析。如上所解释，基础胰岛素控制允许受试者的稳态控制，使得葡萄糖水平维持在与受试者的医生协商确定的正常波段内。但是基础胰岛素控制不考虑各种膳食事件，并且除非已将膳食信息输入到系统中，否则膳食信息不一定是系统已知的。例如，任选地，在框230处的方法200计算手动推注胰岛素剂量，执行推注计算器的功能。在此类情况下，系统可以考虑受试者的目标葡萄糖水平、葡萄糖敏感性，以及受试者的已知胰岛素残余活性含量水平以进行计算。
另选地，在一个实施方案中，方法200在框240处接收由受试者101发起的手动推注胰岛素剂量，而不是使用推注计算器功能确定剂量。无论手动推注胰岛素剂量是在框230处由方法200的集成推注计算器计算，还是由受试者101在框240处根据方法200完全手动地输入，手动推注胰岛素剂量代表与控制算法的基础胰岛素递送的偏差。具体地，知道即将要进膳的受试者101确定需要推注胰岛素。然而，受试者101并不需要知道基础胰岛素控制的当前状态。
有利地，系统能够采取该手动推注剂量并且鉴于当前的基础胰岛素控制状态管理它。例如，在一个实施方案中，方法200在框250处可以检测到受试者101的潜在的、即将发生的低血糖偏移。例如，低血糖偏移可由MPC基于受试者的葡萄糖变化速率、先前胰岛素递送水平等来指示。在这种情况下，允许将胰岛素手动剂量递送至受试者101可以具有有害的后果。本发明的发现是，在此类情况下，通过取消手动推注胰岛素剂量，与常规MPC技术相比，可以改善患者健康。从受试者101的观点来看，这可经由用户界面指示，并且向受试者解释，使得受试者知道所期望的手动推注胰岛素剂量已被系统考虑和拒绝，并且受试者101可自信地继续进膳而无需担心。
在另一个示例中，在方框260处的方法200基于受试者的生理数据修改手动推注胰岛素剂量，而不是全部取消或覆盖手动推注胰岛素剂量。例如，在计算受试者的当前葡萄糖水平与受试者的目标葡萄糖水平之间的差值的函数，并且考虑到葡萄糖敏感性和胰岛素残余活性含量、或在考虑受试者101的当前葡萄糖变化速率之后、方法200可将计算的剂量降低至避免任何低血糖事件或偏移的水平。表征修改过程的一种方式是修改MPC控制，以考虑到相对于手动推注剂量的额外数据源，使得方法200使用增强的MPC控制，该增强的MPC控制管理受试者101的基础胰岛素控制和推注胰岛素控制两者。表征修改过程的另一种方式是增强推注计算器，使得方法200体现增强的推注计算器，该增强的推注计算器考虑了受试者的生理数据，包括持续进行的葡萄糖测量、历史胰岛素剂量以及它们的变化速率。无论方法200的特征如何，组合推注和基础胰岛素控制的优势允许受试者101在持续进行的基础上更好地控制葡萄糖水平，甚至包括在膳食事件期间。
现在继续图2的示例，在方框270处的方法200基于所修改的手动推注胰岛素剂量和所计算的基础胰岛素剂量确定总胰岛素剂量。例如，在图2所示流程图的多次迭代期间，可能没有手动推注胰岛素剂量。在此类情况下，总胰岛素剂量可以与根据MPC模型计算的基础胰岛素剂量相同。在图2的流程图的其他迭代期间，可以由受试者101发起胰岛素的手动推注。在此类情况下，方法200考虑生理数据、推注计算器数据等确定适当的胰岛素剂量。需要注意，术语“总胰岛素剂量”不限于添加经修改的人工推注胰岛素剂量和计算的基础胰岛素剂量，并且可基于趋势算法，通过临床试验确定并且编程到系统中的查找表等以数学方式确定。
接下来，在框280处的方法200命令递送装置102将总胰岛素剂量递送至流程图300的该迭代的受试者。然后，方法200返回至框210以重复上述连续反馈控制。
接下来，将给出具体的工作示例以用于说明。患者可具有1单位的胰岛素敏感因子(“ISF”)：50mg/dL、100mg/dL的目标葡萄糖水平以及MPC控制器试图控制的葡萄糖的范围为90mg/dL-180mg/dL。
在方法200的控制回路的一次迭代时，当前数据和条件可如下：CGM报告130mg/dL并且下降；测试仪报告130mg/dL的血糖；IOB为0.2单位；碳水化合物(“CHO”)为0g(即，此时不存在膳食)。此外，MPC目前预测低葡萄糖(低于90mg/dL，范围的低端)，因此相对于如期的基础速率抑制一些或所有胰岛素的递送。
在一个具体的工作示例中，患者可以决定递送胰岛素的推注，并且向推注计算器输入以下信息：血糖(“BG”)＝130mg/dL；CHO＝0g。在本示例中，推注计算器将使用以下计算建议胰岛素推注：
Figure BDA0002323681390000131
然而，因为方法200＝意识到MPC正在预测90mg/dL的低葡萄糖，所以方法200将建议新的零校正：
建议校正＝0
虽然已经根据具体变型和示例性附图描述了本发明，但本领域的普通技术人员将认识到，本发明不限于所描述的变型或附图。此外，在上述方法和步骤指示以一定顺序发生的某些事件的情况下，本领域的普通技术人员将认识到，可修改某些步骤的顺序，并且这种修改是根据本发明的变型。另外，某些步骤可在可能的情况下在并行过程中同时执行，以及按如上所述顺序执行。因此，就本发明的某些变化，其在本公开的精神之内或等同于权利要求书中的发明，其意图是该专利也将涵盖这些变化。
下文权利要求书中的所有手段或步骤加功能元件的对应结构、材料、行为和等同形式(如果有的话)旨在包括用于与具体权利要求书保护的其他受权利要求书保护的元件组合执行功能的任何结构、材料或操作。已经出于说明和描述的目的呈现了本文阐述的描述，但是其并非旨在是详尽的或限于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的前提下，许多修改和变型对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择并且描述了实施方案，为了最佳地解释本文所述的一个或多个方面的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解如本文针对各种实施方案所述的一个或多个方面，其具有适用于预期的具体用途的各种修改形式。

Claims (20)

1.一种糖尿病管理系统，包括：
递送装置，所述递送装置用于将胰岛素递送至受试者；
葡萄糖传感器，所述葡萄糖传感器用于测量所述受试者的葡萄糖水平；和
控制器，所述控制器被配置为从所述葡萄糖传感器接收所述受试者的葡萄糖水平，
使用模型预测控制算法和所述受试者的生理数据自动计算基础胰岛素剂量，所述生理数据包括所期望的葡萄糖水平、所述递送的胰岛素的量以及所述受试者的所述测量的葡萄糖水平，
接收由所述受试者发起的手动推注胰岛素剂量，
基于所述受试者的所述生理数据修改所述手动推注胰岛素剂量，
基于所修改的手动推注胰岛素剂量和所述计算的基础胰岛素剂量确定总胰岛素剂量，以及
将所述总胰岛素剂量递送给所述受试者。
2.根据权利要求1所述的糖尿病管理系统，其中所述手动推注胰岛素剂量是作为所述受试者的当前葡萄糖水平与所述受试者的目标葡萄糖水平、所述受试者的葡萄糖敏感性以及所述受试者的胰岛素残余活性含量水平之间的差值的函数来计算。
3.根据权利要求1所述的糖尿病管理系统，其中所述受试者的所述生理数据包括所述受试者的葡萄糖变化速率，并且所述修改包括减少所述手动推注胰岛素剂量以考虑所述葡萄糖变化速率。
4.根据权利要求1所述的糖尿病管理系统，其中所述控制器被进一步配置为检测所述受试者的低血糖偏移以及响应于所检测到的低血糖偏移而取消所述手动推注胰岛素剂量。
5.根据权利要求1所述的糖尿病管理系统，其中所述修改包括覆盖所述手动推注胰岛素剂量。
6.根据权利要求1所述的糖尿病管理系统，其中所述糖尿病管理系统进一步包括推注计算器，并且所述控制器从所述推注计算器接收所述手动推注胰岛素剂量。
7.根据权利要求6所述的糖尿病管理系统，其中所述推注计算器计算所述手动推注胰岛素剂量，以实现作为当前葡萄糖水平和所述目标葡萄糖水平、所述受试者的葡萄糖敏感性以及所述受试者的所述胰岛素残余活性含量水平之间的差值的函数的目标葡萄糖水平。
8.一种具有自动基础和手动推注胰岛素控制的糖尿病管理系统，所述糖尿病管理系统包括：
递送装置，所述递送装置用于将胰岛素递送至受试者；
葡萄糖传感器，所述葡萄糖传感器用于测量所述受试者的葡萄糖水平；和
控制器，所述控制器被配置为从所述葡萄糖传感器接收所述受试者的葡萄糖水平，
使用模型预测控制算法和所述受试者的生理数据自动计算基础胰岛素剂量，所述生理数据包括所期望的葡萄糖水平、所述递送的胰岛素的量以及所述受试者的所述测量的葡萄糖水平，
接收由所述受试者发起的手动推注胰岛素剂量，
基于所述模型预测控制和所述受试者的所述生理数据来修改所述手动推注胰岛素剂量。
9.根据权利要求8所述的糖尿病管理系统，其中所述控制器被进一步配置为基于所述修改的手动推注胰岛素剂量和所述计算的基础胰岛素剂量来确定总胰岛素剂量。
10.根据权利要求8所述的糖尿病管理系统，其中所述控制器被进一步配置为命令所述递送装置将所述总胰岛素剂量递送至所述受试者。
11.根据权利要求8所述的糖尿病管理系统，其中所述手动推注胰岛素剂量是作为所述受试者的当前葡萄糖水平与所述受试者的目标葡萄糖水平、所述受试者的葡萄糖敏感性以及所述受试者的胰岛素残余活性含量水平之间的差值的函数来计算。
12.根据权利要求8所述的糖尿病管理系统，其中所述受试者的所述生理数据包括所述受试者的葡萄糖变化速率，并且所述修改包括减少所述手动推注胰岛素剂量以考虑所述葡萄糖变化速率。
13.根据权利要求8所述的糖尿病管理系统，其中所述控制器被进一步配置为检测所述受试者的低血糖偏移以及响应于所检测到的低血糖偏移而取消所述手动推注胰岛素剂量。
14.根据权利要求8所述的糖尿病管理系统，其中所述修改包括覆盖所述手动推注胰岛素剂量。
15.根据权利要求8所述的糖尿病管理系统，其中所述糖尿病管理系统进一步包括推注计算器，并且所述控制器从所述推注计算器接收所述手动推注胰岛素剂量。
16.一种使用自动基础和手动推注胰岛素控制管理糖尿病的方法，所述方法包括将胰岛素递送至受试者的递送装置以及用于测量所述受试者的葡萄糖水平的葡萄糖传感器，所述方法包括以下所述步骤：
从所述葡萄糖传感器接收所述受试者的葡萄糖水平；
使用模型预测控制算法和所述受试者的生理数据自动计算基础胰岛素剂量，所述生理数据包括所期望的葡萄糖水平、所述递送的胰岛素的量以及所述测量的所述受试者的葡萄糖水平；
接收由所述受试者发起的手动推注胰岛素剂量；
基于所述受试者的所述生理数据来修改所述手动推注胰岛素剂量；
基于所述修改的手动推注胰岛素剂量和所述计算的基础胰岛素剂量确定总胰岛素剂量；以及
命令所述递送装置将所述总胰岛素剂量递送至所述受试者。
17.根据权利要求16所述的方法，其中修改所述手动推注胰岛素剂量包括计算所述受试者的当前葡萄糖水平与所述受试者的目标葡萄糖水平、所述受试者的葡萄糖敏感性以及所述受试者的胰岛素残余活性含量水平之间的差值的函数。
18.根据权利要求16所述的方法，其中自动计算所述基础胰岛素剂量包括进一步基于所述受试者的葡萄糖变化速率使用所述受试者的所述模型预测控制，并且所述修改包括减少所述手动推动胰岛素剂量以考虑所述葡萄糖变化速率。
19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
检测所述受试者的至少一次低血糖偏移；以及
响应于所检测到的低血糖偏移而取消所述手动推注胰岛素剂量。
20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括计算所述手动推注胰岛素剂量以实现作为当前葡萄糖水平和所述目标葡萄糖水平、所述受试者的葡萄糖敏感度和所述受试者的胰岛素残余活性含量水平之间的差值的函数的目标葡萄糖水平。
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