DE4221848C2 - Verfahren und Anordnung zur selbsttätigen in situ Kalibrierung von intrakorporalen Glukosemeßeinrichtungen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur selbsttätigen in situ Kalibrierung von intrakorporalen GlukosemeßeinrichtungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur selbsttätigen in situ
Kalibrierung von intrakorporalen Glukosemeßeinrichtungen, insbesondere aus der
Klasse der Sensoren mit enzymatischen Elektroden, zur Messung der Glukose
konzentration und findet in der Medizintechnik zur Diagnose und Insulintherapie
Anwendung.
Der Diabetes mellitus ist eine komplexe permanente Stoffwechselerkrankung mit
dem Leitsymptom zum Teil lebensbedrohlich erhöhter Glukosekonzentrationen im
Blutkreislauf der betroffenen Individuen. Alle Formen der Erkrankung sind von
einem mehr oder weniger stark ausgeprägten Mangel an dem Stoffwechselhormon
Insulin begleitet.
Es ist allgemein bekannt, daß durch Zuführen von körperfremden Insulin der
Erhöhung der Glukosekonzentration entgegengewirkt werden kann. Der Forderung
nach einer zeitgerechten Zuordnung zwischen dem Insulinangebot und dem sich
ständig ändernden Insulinbedarf des Organismus für den Glukosestoffwechsel des
Individuums kann nur die fortdauernde Messung der Glukosekonzentration gerecht
werden.
Zur kontinuierlichen Überwachung der intrakorporalen Glukosekonzentration sind
Biosensoren mit amperometrischen Glukoseoxidase/Hydrogenperoxid-Elektroden
entwickelt worden. Ausführungsformen dieser Sensoren sind beispielsweise in
DD 227 029 A3, GB 8320257 beschrieben.
Nach Fischer, U. et al. in Diabetologia 30, 1987, S. 940-945, ist es vorteilhaft, die
Messungen der Glukosekonzentration mittels Biosensoren in Körperflüssigkeiten
des subkutanen Zellgewebes durchzuführen. Vor dem Meßeinsatz erfordern diese
Sensoren eine exemplarische Eichung in ihrer Sensitivität. Das Eichverfahren der
Sensoren in vitro erfolgt mit einer definierten Glukosekonzentration, die vorher in
ihrem Wert mittels eines Glukoseanalysators bestimmbar ist. Der durch die
enzymatische Reaktion im Biosensor erzeugte Sensorstrom wird über einen
Meßverstärker zu einem Auswerteinstrument geführt. Der gemessene Sensorstrom
ist der Äquivalenzwert der Glukosekonzentration. Diese Referenzmethode in vitro ist
jedoch nicht geeignet, Rückschlüsse auf die Glukosekonzentration in vivo zu
ziehen.
Für den verbesserten Einsatz der Biosensoren wurde eine sogenannte Ein-Punkt-
Eichmethode bekannt, welche zuerst die Messung der Glukosekonzentration in
einer Blutprobe mittels eines Glukoseanalysators vorsieht. Mit der Annahme, daß
der Sensorstrom bei einem normalen, d. h. glukosefreien Blutzuckerkonzentrations
wert eines gesunden Lebewesens einem definierten Wert entspricht, der als
Basalstrom bezeichnet wird, und dieser sowohl in vitro als auch in vivo die gleiche
Größe besitzt, läßt sich eine beschränkte Aussage über die Sensitivität des Sensors
treffen.
Velho, G. et al. haben in Diabetes Nutr. Metab. 3, 1988, S. 227-233 eine Zwei-
Punkt-Eichmethode für Biosensoren beschrieben, welche sich durch eine höhere
Genauigkeit auszeichnet. Dazu haben bereits Fischer, U. et al. in Diabetologia,
1987, 30, S. 940-945, nachgewiesen, daß der Basalstrom von seinem
umgebenden Medium abhängig ist.
Bei der Zwei-Punkt-Eichmethode wird der erste Eichpunkt analog der Ein-Punkt-
Eichmethode bestimmt. Der zweite Eichpunkt wird aus dem Meßwert beim
Probanden gewonnen, nachdem diesem zuvor eine zusätzlicher Zugabe von
Glukose oder Insulin verabreicht wurde. Der Sensor ist bei dieser Eichmethode in
das subkutane Zellgewebe des Probanden implantiert.
Der Nachteil dieser Zwei-Punkt-Eichmethode liegt in der Langwierigkeit des Prozes
ses. Zudem wird der Einfluß der individuellen Reaktion infolge der zusätzlichen
Glukose- oder Insulinzugabe beim Probanden völlig außer acht gelassen.
Der gemeinsame Nachteil aller bisher bekannten Eichmethoden für Biosensoren
besteht darin, daß keine von diesen das Verhalten des Sensors in seiner
Dauerfunktion während des Meßzeitraumes zur Bestimmung der Glukose
konzentration berücksichtigt. Insbesondere erlaubt keine der Eichmethoden eine
Aussage über die Grenzen der Linearität des Meßbereiches des Sensors und über
die Dauer seiner Funktionsfähigkeit.
Desweiteren unterliegen alle bisher bekannten in vivo Glukosemeßeinrichtungen,
und insbesondere die, deren Sensor auf enzymatischen Meßelektroden beruhen,
bei chronischer Langzeitverbringung im Körper des Probanden infolge Implantation
in seine Blutgefäße, subkutanen Gewebe und/oder Bauchhöhle nicht den von der
tatsächlichen Glukosekonzentration abhängigen Veränderungen des Meßsignals,
deren Ausmaß und Ingangkommen nicht vorhergesagt werden kann.
Diese unerwünschten Veränderungen des Meßsignals verhindern deshalb beim
gegenwärtigen bekannten Stand der Technik die Anwendung derartiger Sensoren in
der diabetologischen Praxis. Es resultiert daraus die Notwendigkeit der fortlau
fenden oder zumindest wiederholt auf Anforderung durchzuführenden in situ
Kalibrierung der Biosensoren. Die in situ Kalibrierung der Biosensoren ist mit den
bekannten Methoden nur retrospektiv möglich, was bisher die praktische
Anwendung dieser Sensoren in der Insulintherapie ausschließt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in einem Verfahren und einer
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, welche eine selbsttätige Kalibrierung
implantierter Sensoren zur Messung der Glukosekonzentration unter täglichen
Lebensbedingungen der Probanden gestatten. Durch selbsttätige, d. h. auto
matische Kontrolle des Glukosekonzentrations-Meßsignals und bei identifizierten
Abweichungen von der tatsächlichen Glukosekonzentration soll eine in situ
Kalibrierung der Glukosemeßeinrichtungen deren Funktionssicherheit garantieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß zur in situ Kalibrierung von
intrakorporalen Glukosemeßeinrichtungen, insbesondere aus der Klasse der
Sensoren mit enzymatischen Elektroden zur Messung der Glukosekonzentration in
vivo, ein unabhängiges Glukosereferenzsignal gemäß einem Modell des
biologischen Systems erzeugt wird, in dem die natürlich fortlaufenden Änderungen
der Glukosekonzentration im individuellen biologischen System erfaßt und
berücksichtigt sind. Parallel dazu werden in Zeitintervallen aus einer Anzahl
äquidistant erfaßter Glukosekonzentrations-Meßwerte zu einem definierten
Zeitpunkt ein Glukosekonzentrations-Mittelwert gebildet. Diese Glukosekonzen
trations-Mittelwerte werden gleitend in einer Folge in Bezug zur aktuellen Tageszeit
gespeichert und mit den generierten Werte des Glukosereferenzsignals verglichen.
Bei dem Verlassen des physiologisch sinnvollen Toleranzbereichs von ± 2 SD des
Glukosekonzentrations-Mittelwertes durch das Glukosereferenzsignal werden zu
einem definierten Zeitpunkt nachfolgend die statistischen Qualitätskontrollwerte
"Aktueller prädiktiver Wert" und "Aktueller normierter relativer Drift" berechnet und
aus diesen beiden fortlaufenden statischen Qualitätskontrollwerten mittels gleitender
linearer Regression über ein erstes Zeitfenster der Qualitätskontrollwert
"Dynamischer prädiktiver Wert" und über ein zweites Zeitfenster der Qualitäts
kontrollwert "Dynamische normierte relative Drift" bestimmt und ausgewertet.
Bei Überschreitung der dynamischen Qualitätskontrollwerte "Dynamischer
prädiktiver Wert" und "Dynamische normierte relative Drift" gegenüber vorgege
benen Grenzwerten wird über ein drittes Zeitfenster mittels gleitender nichtlinearer
Regression als prädiktive Güteeinschätzung der Glukosemeßeinrichtung der
Qualitätskontrollwert "Langzeitdrift" ermittelt. Bei einer Abweichung des Qualitäts
kontrollwertes "Langzeitdrift" von seinem vorgebenen Grenzwert erfolgt verfahrens
gemäß entweder eine automatische Korrektur des Glukosekonzentrations-
Meßsignals, welches der enzymatische Sensors der Glukosemeßeinrichtung liefert,
oder es wird sogar der Abbruch des Meßvorganges signalisiert.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht neben
der Glukosemeßeinrichtung im biologischen System mit nachgeschaltetem
Meßverstärker eingangsseitig aus einem Modellreferenzmodul mit integriertem
Simulationsmodul. Auf die Glukosemeßeinrichtung und auf das Modellreferenz
modul, das in seiner Funktion dem biologischen System entspricht, wirken als
Eingangsgrößen die Nahrungsaufnahme, die Insulinzufuhr und die physische
Belastung während des Tagesablaufes des Probanden. Zwischen dem Meßver
stärker und dem Modellreferenzmodul ist ein Initialisierungsmodul angeordnet,
welches einerseits die individualspezifische Anpassung des Simulationsmoduls im
Modellreferenzmodul an die aktuelle Situation des biologischen Systems und
andererseits die initiale in situ Kalibrierung der Glukosemeßeinrichtung bewirkt.
Der Ausgang des Meßverstärkers, der das verstärkte Glukosekonzentrations-
Meßsignal der Glukosemeßeinrichtung bereitstellt, und der Ausgang des
Modellreferenzmoduls, der das Glukosereferenzsignal generiert, sind auf die
Eingänge des Vergleichermoduls zum Vergleich der Werte beider Signale geschal
tet.
An dieses Vergleichermodul ist ein Signalaufbereitungsmodul angeschlossen,
welches die zwei statischen Qualitätskontrollwerte "Aktueller prädiktiver Wert" und
"Aktuelle normierte relative Drift" und aus der fortlaufenden Größe dieser beiden
statischen Qualitätskontrollwerte die Größe der Qual Qualitätskontrollwerte "Dyna
mischer prädiktiver Wert" und "Dynamische normierte relative Drift" berechnet.
Am Ausgang des Signalaufbereitungsmoduls ist ein Summationsmodul angekop
pelt, welches bei Überschreitung der statischen und dynamischen
Qualitätskontrollwerte bei vorgegebenen Grenzwerten ein Alarmsignal auslöst und
ein Adaptationsmodul aktiviert, welches nach dem Summationsmodul in Reihe
geschaltet ist.
Zur prädiktiven Güteeinschätzung der Glukosemeßeinrichtung liefert das Summa
tionsmodul mittels gleitender nichtlinearer Regression den Qualitätskontrollwert
"Langzeitdrift" an das Adaptationsmodul. Der Ausgang dieses Adaptationsmoduls ist
rückgekoppelt auf den Eingang des Meßverstärkers, der an den Ausgang der
Glukosemeßeinrichtung geschaltet ist, die sich im biologischen System befindet.
Über diese Rückkopplung wird bei der Überschreitung des Qualitätskontrollwertes
"Langzeitdrift" die Korrektur des Glukosekonzentrations-Meßsignals oder der
Abbruch des Meßvorganges signalisiert.
Nachstehend soll die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. In
der Zeichnung sind dargestellt in
Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung zur in situ Kalibrierung von
intrakorporalen Glukosemeßeinrichtungen,
Fig. 2 die subkutan im Blutplasma eines Probanden gemessene
Glukosekonzentration und die simulierte Glukosekonzentration
während eines Tageszeitablaufes,
Fig. 3 die berechneten statischen und dynamischen Qualitätskontrollwerte
über einen Tageszeitablauf.
Gemäß Fig. 1 wird zur selbsttätigen in situ Kalibrierung der intrakorporalen
Glukosemeßeinrichtung die Glukosekonzentration mittels dieser Glukosemeßein
richtung im biologischen System 1, beispielsweise im Unterhautgewebe eines
Probanden gemessen. Die Glukosemeßeinrichtung ist subkutan bei einem
Probanden implantiert. Der Sensor der Glukosemeßeinrichtung stellt den
Sensorstrom als Glukosekonzentrations-Meßsignal x bereit, der der
Glukosekonzentration im biologischen System 1 äquivalent ist. Das
Glukosekonzentrations-Meßsignal x wird über den Meßverstärker 2 dem einen
Eingang des Vergleichermoduls 3 verstärkt zugeführt. Parallel zur
Glukosemeßeinrichtung im biologischen System 1 ist das Modellreferenzmodul 4
angeordnet, dessen Signalgenerierung dem biologischen System 1 entspricht. Das
Modellreferenzmodul 4 erzeugt fortlaufend simultan zur Glukosemeßeinrichtung im
biologischen System 1 das unabhängige Glukosereferenzsignals xs. Dabei wirken
die Nahrungsaufnahme Gexg, die Insulinzufuhr Iexg und die physische Belastungen
Eexg des Tagesablaufes als Eingangsgrößen auf das biologische System 1 und
analog auf das Modellreferenzmodul 4. Das Glukosereferenzsignal xs am Ausgang
des Modellreferenzmoduls 4 fungiert als zweites Vergleichssignal und wird deshalb
auf den zweiten Eingang des Vergleichermoduls 3 zugeführt.
Zwischen dem biologischen System 1 und dem Modellreferenzmodul 4 ist das
Initialisierungsmodul 5 geschaltet, welches einerseits die einmalige initiale
individualspezifische Anpassung der Modellparameter b0, b1, b2, b3 und k1 des
zugeordneten Differenzialgleichungssystems nach DD 277 819 A3
= u + Gexg
= -(b1 + b2)u - b3y - b3e + b1(b0 - Gexg)
= -k1y + Iexg
= -k1e + Eexg,
des Simulationsmoduls im Modellreferenzmodul 4 an die aktuelle in vivo Situation
des individuellen biologischen Systems 1 mittels nichtlinearer Regressionsanalyse
bewirkt und andererseits die initiale in situ Kalibrierung der Glukosemeßeinrichtung
im biologischen System 1 durch die Bestimmung des Verstärkungsfaktors bsc und
der Zeitkonstanten Tsc mittels Iteration gemäß der Differentialgleichung
sc = -ksc . bsc . xsc + bsc . x
bewirkt.
In dem Differenzialgleichungssystem nach DD 277 819 bedeuten
x = die Zustandsgröße zum Zeitverlauf der Glukosekonzentration im Blutplasma,
u = die Zustandsgröße für die endogene Glukosebilanz,
y = die Zustandsgröße für die Insulinkonzentration und
e = die Zustandsgröße für das Insulinwirkäquivalent für die musku läre Bewegung
und b0 = die endogene Glukoseproduktion,
b1, b2 = der Verstärkungsfaktor und die Zeitkonstante für den insulinun abhängigen Glukoseumsatz,
b3 = der Parameter für die Insulin-Glukose-Wirkung beim Probanden,
k1 = der Parameter für den Insulinkatabolismus.
x = die Zustandsgröße zum Zeitverlauf der Glukosekonzentration im Blutplasma,
u = die Zustandsgröße für die endogene Glukosebilanz,
y = die Zustandsgröße für die Insulinkonzentration und
e = die Zustandsgröße für das Insulinwirkäquivalent für die musku läre Bewegung
und b0 = die endogene Glukoseproduktion,
b1, b2 = der Verstärkungsfaktor und die Zeitkonstante für den insulinun abhängigen Glukoseumsatz,
b3 = der Parameter für die Insulin-Glukose-Wirkung beim Probanden,
k1 = der Parameter für den Insulinkatabolismus.
In der Differentialgleichung zur Iteration bedeuten
xsc = das Signal für die subkutane Glukosekonzentration,
x = das Signal für die Glukosekonzentration im Blutplasma des Pro banden,
ksc = 1/Tsc.
xsc = das Signal für die subkutane Glukosekonzentration,
x = das Signal für die Glukosekonzentration im Blutplasma des Pro banden,
ksc = 1/Tsc.
Das Vergleichermodul 3 dient zum fortlaufenden Vergleich des
Glukosekonzentrations-Meßsignals x der Glukosemeßeinrichtung mit dem vom
Modellreferenzmodul 4 erzeugten Glukosereferenzsignal xs. Dabei werden in
jeweils 10 Minuten-Intervallen aus 10 äquidistant erfaßten Werten des Glukosekon
zentrations-Meßsignals x zum Zeitpunkt tn ein Glukosekonzentrations-Mittelwert xm
gebildet und gleitend in einer Folge von maximal 144 Werten in Bezug zur aktuellen
Tageszeit gespeichert und fortlaufend zu dem Zeitpunkt tn mit dem jeweiligen Wert
des Glukosereferenzsignals xs verglichen. Verläßt die Größe des Glukose
referenzsignalwertes xs den physiologisch sinnvollen Toleranzbereich von ± 2 SD
des Glukosekonzentrations-Mittelwertes xm, werden vom Vergleichermodul 3 das
Achtungssignal ausgelöst und zugleich das Signalaufbereitungsmodul 6 aktiviert,
welches dem Vergleichermodul 3 nachgeschaltet ist.
Mittels des Signalaufbereitungsmoduls 6 werden die zwei statischen Qualitäts
kontrollwerte "Aktueller prädikativer Wert" PWA und "Aktueller normierter relative
Drift" NRDA definiert und gemäß den Gleichungen
ermittelt, wobei
xm = Mittelwert der gemessenen Glukosekonzentration im Intervall von 10 min zum Zeitpunkt tn,
xs = Modellreferenzsignalwert zum Zeitpunkt tn,
t = aktuelle Zeit,
n = laufender Index (n = 1. . .∞)
definiert sind.
xm = Mittelwert der gemessenen Glukosekonzentration im Intervall von 10 min zum Zeitpunkt tn,
xs = Modellreferenzsignalwert zum Zeitpunkt tn,
t = aktuelle Zeit,
n = laufender Index (n = 1. . .∞)
definiert sind.
Aus den fortlaufenden statischen Qualitätskontrollwerten "Aktueller prädikativer
Wert" PWA und "Aktueller normierter relative Drift" NRDA berechnet das
Signalaufbereitungsmodul 6 mittels gleitender linearer Regression über ein
Zeitfenster den Qualitätskontrollwert "Dynamischer prädiktiver Wert" PWD gemäß
der Regressionsgleichung
PWD(tn-36 - tn) = A . PWA(n)(tn-36 - tn) + B (3)
sowie über ein Zeitfenster von 720 min (tn-72 - tn) den Qualitätskontrollwert
"Dynamische normierte relative Drift" NRDD gemäß der Regressionsgleichung
NRDD(tn-72 - tn) = C . NRDA(n)(tn-72 - tn) + D (4)
wobei
A; B; C; D = Regressionskoeffizienten,
PWA(n) = Summe der Werte vom PWA,
NRDA(n) = Summe der Werte der NRDA über das Zeitfenster (tn-72 - tn) bedeuten.
A; B; C; D = Regressionskoeffizienten,
PWA(n) = Summe der Werte vom PWA,
NRDA(n) = Summe der Werte der NRDA über das Zeitfenster (tn-72 - tn) bedeuten.
Die statischen Qualitätskontrollwerte "Aktueller prädikativer Wert" PWA und
"Aktueller normierter relative Drift" NRDA werden anschließend im Summations
modul 7 auf Überschreitung der bekannten Grenzwerte und die dynamischen
Qualitätskontrollwerte "Dynamischer prädiktiver Wert" PWD und "Dynamische
normierte relative Drift" NRDD auf signifikante Abweichungen von Null geprüft.
Überschreiten die beiden statischen Qualitätskontrollwerte PWA und NRDA ihre
vorgegebenen Grenzwerte und weichen die beiden Anstiege der Regressions
geraden signifikant von Null ab, werden sowohl das Achtungssignal vom
Summationsmodul 7 ausgelöst als auch das dem Summationsmodul 7
nachgeschaltete Adaptationsmodul 8 aktiviert. Zur prädiktiven Güteeinschätzung
der Glukosemeßeinrichtung im biologischen System 1 wird durch das
Summationsmodul 7 abschließend über ein Zeitfenster von 1440 min (tn-144 - tn)
mittels gleitender nichtlinearer Regression der Qualitätskontrollwert "Langzeitdrift"
NRDL gemäß der Regressionsgleichung
NRDL(tn-144 - tn) = A + B + e-C.NRDA(n) (tn-144-tn)
ermittelt.
Unterschreitet der Regressionskoeffizient C als Zeitkonstante des Qualitätskontroll
wertes "Langzeitdrift" NRDL einen definierten Grenzwert, so erfolgt eine Korrektur
der Glukosemeßeinrichtung im biologischen System 1 mittels des Adaptations
moduls 8. Überschreitet der Regressionskoeffizient C den Grenzwert, wird vom
Summationsmodul 7 signalisiert, daß mit der Glukosemeßeinrichtung keine weitere
zuverlässige Glukosekonzentrationsmessung erfolgt. Das Adaptationsmodul 8
verändert den aktuellen Meßwert der Glukosemeßeinrichtung im biologischen
System 1 auf der Grundlage der zuvor im Signalaufbereitungsmodul 6 numerisch
ermittelten dynamischen Qualitätskontrollwerte "Dynamischer prädiktiver Wert" PWD
und "Dynamische normierte relative Drift" NRDD nach Maßgabe der aktuellen
Situation so, daß die numerischen statischen Qualitätskontrollwerte "Aktueller
prädikativer Wert" PWA und "Aktueller normierter relative Drift" NRDA jeweils 100%
betragen.
Im oberen Teil der Zeichnung gemäß Fig. 2 ist die gemessene und die simulierte
Glukosekonzentration des Blutplasmas in einem Tageszeitablauf von 24 h
dargestellt, wobei der dicke Pfeil die Zeitpunkte der Nahrungsaufnahme Gexg und
der dünne Pfeil die Zeitpunkte der Insulininjektion Iexg anzeigen.
Im unteren Teil der Zeichnung gemäß Fig. 2 ist das gemessene und das simulierte
Meßsignal der Glukosemeßeinrichtung dargestellt.
Im gestrichelt gekennzeichneten Bereich der Zeichnung gemäß Fig. 2, der das
physiologisch vertretbare Gebiet ± 2 SD signiert, ist verdeutlicht, daß die Abwei
chungen zwischen gemessenen und simulierten Meßwerten, wie sie im unteren Teil
der Zeichnung dargestellt sind, nicht durch Unterschiede zwischen den Modellvor
hersagen und der tatsächlichen vorhandenen physiologischen Glukosekonzentra
tion, wie im oberen Teilbereich der Zeichnung gemäß Fig. 2 aufgezeigt sind, bedingt
sind, sondern eindeutig auf Veränderungen der subkutan im biologischen System 1
verbrachten Glukosemeßeinrichtung herrühren.
In der Zeichnung Fig. 3 sind die gemäß den Gleichungen (1) bis (4) berechneten
statischen Qualitätskontrollwerte PWA und NRDA und dynamischen Qualitäts
kontrollwerte PWD und NRDD aufgezeichnet, wobei zum Zeitpunkt ca. 24 Uhr bei
den Qualitätskontrollwerten, wie aus der unteren Teil der Zeichnung nach Fig. 2 zu
vermuten war, der Abbruch des Meßvorganges mit der Glukosemeßeinrichtung
ausgewiesen ist. Die gegebene Situation erforderte eine Intervention.
Claims (2)
1. Verfahren zur selbsttätigen in situ Kalibrierung von intrakorporalen
Glukosemeßeinrichtungen, insbesondere aus der Klasse der Sensoren mit
enzymatischen Meßelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß simultan zur
amperometrischen Messung der Glukosekonzentration mittels Sensor in vivo
ein unabhängiger Glukosereferenzsignalwert (xs) gemäß einem Modell des
biologischen Systems erzeugt wird, in dem die natürlich fortlaufenden
Änderungen im individuellen biologischen System erfaßt und berücksichtigt
sind, daß in Zeitintervallen aus einer Anzahl äquidistant erfaßter Glukose
konzentrations-Meßsignalwerte (x) zu einem Zeitpunkt (tn) ein Glukose
konzentrations-Mittelwert (xm) gebildet wird, dieser gleitend in einer Folge in
Bezug zur aktuellen Tageszeit gespeichert wird und diese Glukosekonzen
trations-Mittelwerte fortlaufend zu einem Zeitpunkt (tn) mit dem Glukose
referenzsignalwert (xs) verglichen werden, daß bei dem Verlassen des
physiologisch sinnvollen Toleranzbereiches von ± 2 SD des Glukosekonzen
trations-Mittelwertes durch den Glukosereferenzsignalwert zu einem
definierten Zeitpunkt (tn) der statische Qualitätskontrollwert "Aktueller
prädiktiver Wert" (PWA) aus
und der statische Qualitätskontrollwert "Aktuelle normierte relative Drift" (NRDA) aus
berechnet und aus diesen fortlaufenden statischen Qualitätskontrollwerten (PWA; NRDA) mittels gleitender linearer Regression über ein erstes Zeitfenster der dynamische Qualitätskontrollwert "Dynamischer prädiktiver Wert"
(PWD(tn-36 - tn) = A . PWA(n)(tn-36 - tn) + B)
sowie über ein zweites Zeitfenster der dynamische Qualitätskontrollwert "Dynamische normierte relative Drift"
(NDRD(tn-72 - tn) = C . NDRA(n)(tn-72 - tn) + D)
bestimmt und ausgewertet werden und daß bei der Überschreitung der vier Qualitätskontrollwerte gegenüber vorgegebenen Grenzwerten über ein drittes Zeitfenster mittels gleitender nichtlinearer Regression der Qualitätskontrollwert "Langzeitdrift"
(NRDL(tn-144 - tn) = A + B + e-C.NRDA(n) (tn-144-tn))
als prädiktive Güteeinschätzung der Glukosemeßeinrichtung ermittelt wird, wonach bei Abweichung dieses Qualitätskontrollwertes von seinem Grenzwert entweder eine automatische Korrektur des Glukosekonzentrations-Meßsignals der Glukosemeßeinrichtung erfolgt oder der Abbruch des Meßvorganges signalisiert wird.
und der statische Qualitätskontrollwert "Aktuelle normierte relative Drift" (NRDA) aus
berechnet und aus diesen fortlaufenden statischen Qualitätskontrollwerten (PWA; NRDA) mittels gleitender linearer Regression über ein erstes Zeitfenster der dynamische Qualitätskontrollwert "Dynamischer prädiktiver Wert"
(PWD(tn-36 - tn) = A . PWA(n)(tn-36 - tn) + B)
sowie über ein zweites Zeitfenster der dynamische Qualitätskontrollwert "Dynamische normierte relative Drift"
(NDRD(tn-72 - tn) = C . NDRA(n)(tn-72 - tn) + D)
bestimmt und ausgewertet werden und daß bei der Überschreitung der vier Qualitätskontrollwerte gegenüber vorgegebenen Grenzwerten über ein drittes Zeitfenster mittels gleitender nichtlinearer Regression der Qualitätskontrollwert "Langzeitdrift"
(NRDL(tn-144 - tn) = A + B + e-C.NRDA(n) (tn-144-tn))
als prädiktive Güteeinschätzung der Glukosemeßeinrichtung ermittelt wird, wonach bei Abweichung dieses Qualitätskontrollwertes von seinem Grenzwert entweder eine automatische Korrektur des Glukosekonzentrations-Meßsignals der Glukosemeßeinrichtung erfolgt oder der Abbruch des Meßvorganges signalisiert wird.
2. Anordnung zur selbsttätigen in situ Kalibrierung von intrakorporalen
Glukosemeßeinrichtungen, insbesondere aus der Klasse der Sensoren mit
enzymatischen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur
Glukosemeßeinrichtung im biologischen System (1) mit nachgeschaltetem
Meßverstärker (2) ein Modellreferenzmodul (4) angeordnet ist, auf welches
analog wie auf das biologische System die Eingangsgrößen Nahrungs
aufnahme (Gexg), Insulinzufuhr (Iexg) und physische Belastung (Eexg) einwirken,
daß zwischen dem Meßverstärker und dem Modellreferenzmodul ein
Initialisierungsmodul (5) geschaltet ist, welches einerseits die individual
spezifische Anpassung eines im Modellreferenzmodul integrierten
Simulationsmoduls an die aktuelle Situation des biologischen Systems und
andererseits die initiale in situ Kalibrierung der Glukosemeßeinrichtung
bewirkt, daß der Ausgang der Glukosemeßeinrichtung und des
Modellreferenzmoduls an ein nachgeschaltetes Vergleichermoduls (3) gelegt
sind, um die Mittelwerte des Glukosekonzentrations-Meßsignals (x), die die
Glukosemeßeinrichtung bereitstellt, mit den Werten des Glukosereferenz
signals (xs), die das Modellreferenzmodul generiert, zu vergleichen, daß dem
Vergleichermodul ein Signalaufbereitungsmodul (6) zur Berechnung der
statischen Qualitätskontrollwerte (PWA; NRDA) und der dynamischen
Qualitätskontrollwerte (PWD; NRDD) nachgeschaltet ist, daß die vier
Qualitätskontrollwerte einem nachgeordneten Summationsmodul (7) zugeführt
werden, welches beim Überschreiten von vorgegebenen Grenzwerten dieser
Qualitätskontrollwerte ein nachgeschaltetes Adaptationsmodul (8) aktiviert
und einen von ihm generierten fünften Qualitätskontrollwert "Langzeitdrift"
(NRDL) an das Adaptionsmodul liefert und daß das Adaptationsmodul mit
seinem Ausgang an den Eingang des Meßverstärkers angeschlossen ist und
bei der Überschreitung des fünften Qualitätskontrollwertes (NRDL) das
Glukosekonzentrations-Meßsignal korrigiert oder den Abbruch des Meßvor
ganges signalisiert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924221848 DE4221848C2 (de) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Verfahren und Anordnung zur selbsttätigen in situ Kalibrierung von intrakorporalen Glukosemeßeinrichtungen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19924221848 DE4221848C2 (de) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Verfahren und Anordnung zur selbsttätigen in situ Kalibrierung von intrakorporalen Glukosemeßeinrichtungen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4221848A1 DE4221848A1 (de) | 1994-01-05 |
DE4221848C2 true DE4221848C2 (de) | 2001-04-12 |
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ID=6462388
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924221848 Expired - Fee Related DE4221848C2 (de) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Verfahren und Anordnung zur selbsttätigen in situ Kalibrierung von intrakorporalen Glukosemeßeinrichtungen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4221848C2 (de) |
Cited By (1)
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