JP2014500051A - 血糖制御システム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本発明は、アメリカ国立衛生研究所(National Institutes of Health)により授与された契約番号DK085633のもとで政府支援により為された。米国政府は、本発明に所定の権利を有する。
1.2010年10月31日出願の米国特許第61/408,639号
2.2010年3月31日出願の米国特許第61/470,210号
のオンラインでの計算が開始され(そして各サンプリング間隔、δtにて更新され)てもよい。
の付近で変更することができる。詳細には、μ(t)(又はμk)は、グルコースレベルが、グルコース値の設定値又設定範囲を上回り又は下回った場合、増大又は低下され得る。
の変更は、グルコースレベルの増大又は低下の速度によっても影響を受け得る。
の変更の決定には、例えば非限定的に、モデル予測制御手順、比例積分微分制御手順、ファジー理論、神経回路網、又はいくつかの他の制御手順の使用等、より高度な制御方法も使用し得る。
は、時間スケールΔt(これは、リアルタイムで時間のオーダーにあり得、不連続時間でO(N)であり得る)にわたってオンラインでよりゆっくりと変動する。
を設定する。代替的実施形態(本明細書で方法3と称される)では、瞬間動的公称基礎注入速度は、間隔Δt(又はN)にわたって、変更された瞬間基礎注入速度、μ(t)(又はμk)の全部と、それらの対応する移動平均動的公称基礎注入速度、
との間の一定の比を強制するようにオンラインで適合させ得る。換言すれば、βの一定の比を強制するには、
との間に制限され得、即ち、等式(1)及び(3)で
、又は等式(2)及び(4)で
に制限され得る。上述した方法2又は方法3の手段はまた、t=0(又はk=0)から間隔サイズ、Δt(又はN)がオンラインで到達される迄、徐々にオンラインでの発効を(例えば、線状に)開始し得る。
の付近での長時間の適合は、連続的グルコースモニター又は他のグルコース測定デバイスからの頻繁な(一般に、5〜15分毎)グルコース測定値に応答することが可能なセンサ補強型注入システムに関与するであろう。他の有用性は、センサ補強型注入システム内でこれらの方法のいずれかによりオンラインで得られた基礎注入速度を使用して、例えばグルコースセンサ信号の一時的中断又は脱落中等、システムが(一時的又は永久に)グルコースセンサにより駆動されていない場合、対象者に規定し得る開ループ基礎速度プロファイル状況を通知することを含み、又は開ループインスリン注入療法のために使用することを含む。
Claims (60)
- センサ駆動型グルコース制御システムであって、
対象者のグルコースレベルを連続的に測定し、対応するグルコースレベル信号を生成するよう作動するグルコースセンサと、
インスリン用量制御信号に応答して、前記対象者にインスリンを注入するよう作動するインスリン送達デバイスと、
(1)秒から分のオーダーで生じるグルコースレベルの短期間変動に応答して、インスリンの基礎注入速度を公称基礎注入速度に関して変更し、
(2)前記変更された基礎注入速度と、前記公称基礎注入速度との間の数学的関係に基づいて、前記基礎注入速度の変更に関連した短い期間よりも長い期間にわたって、前記公称基礎注入速度を連続的に調整する:ことによって、
前記グルコースレベル信号に応答して、前記インスリン用量制御信号を生成するよう作動するコントローラと、を備える、センサ駆動型グルコース制御システム。 - 前記より長い期間が、現在時間から所定の時間量さかのぼる receding-horizon time window により規定される、請求項1に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 自律的又は半自律的制御システムであり、前記コントローラが、インスリンの補正用量を投与するように、前記グルコースレベル信号に応答して前記インスリン用量制御信号を生成して、前記グルコースレベル信号の調節をする補正インスリンコントローラを含む、請求項1に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 前記インスリンの基礎注入速度の変更は、最小限界値と最大限界値との間の範囲に制限され、この最小限界値及び最大限界値は、計算された生の変更値が前記範囲外となった際に前記基礎注入速度の実際の変更を決定するものである、請求項1に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 前記最大限界値が、前記公称基礎注入速度に対する所定の数学的関係を有する、請求項4に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 前記公称基礎注入速度を連続的に調整することが、前記変更された基礎注入速度の移動積分又は合計平均を、前記より長い期間にわたって算出することを含む、請求項1に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 前記公称基礎注入速度を連続的に調整することが、前記公称基礎注入速度に対する前記変更された基礎注入速度の比を、前記より長い期間にわたって算出することを含む、請求項1に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 前記公称基礎注入速度を連続的に調整することが、前記公称基礎注入速度に対する前記変更された基礎注入速度の比を、各速度の対応する瞬間値の比の移動積分又は合計平均として、前記より長い期間にわたって算出することを含む、請求項7に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 前記公称基礎注入速度を連続的に調整することが、前記公称基礎注入速度に対する前記変更された基礎注入速度の比を、各速度の対応する瞬間値の重量比の移動積分又は合計平均として、前記より長い期間にわたって算出することを含む、請求項7に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 前記コントローラが更に、
(3)インスリンのプライミング用量をそれぞれの時間にて連続的に投与し、各プライミング用量は、それぞれの量であり、かつ規定された作用間隔を有し、
(4)前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量に関する情報を受容し、各総量は、前記グルコースレベル信号に応答して投与された総用量の総計を含み、
(5)それぞれが多数の規定された作用間隔に及ぶそれぞれの期間にわたって、前記プライミング用量の量と前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量との間で、プライミング用量の量を数学的関係に応答して自動的に適合させる:ことによって、
前記グルコースレベル信号に応答して、インスリン用量制御信号を生成するよう作動する、請求項1に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。 - 逆調節剤用量制御信号に応答して、前記対象者に逆調節剤を注入するよう作動する逆調節剤送達デバイスを更に備え、前記コントローラが、(3)前記グルコースレベル信号に基づいた生の用量制御値、及び(4)前記インスリン送達デバイスにより前記対象者に注入されたインスリンの効果の推定値に基づいた前記生の用量制御値の変更物としての前記逆調節剤用量制御信号、を生成する計算を行うことにより、前記逆調節剤用量制御信号を生成するよう作動する、請求項1に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- センサ駆動型グルコース制御システムであって、
インスリン用量制御信号に応答して、対象者にインスリンを注入するよう作動するインスリン送達デバイスと、
(1)インスリンのプライミング用量をそれぞれの時間にて連続的に投与し、各プライミング用量は、それぞれの量であり、かつ規定された作用間隔を有し、
(2)前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量に関する情報を受容し、各総量は、グルコースレベル信号に応答して投与された総用量の総計を含み、
(3)それぞれが多数の規定された作用間隔に及ぶそれぞれの期間にわたって、前記プライミング用量の量と前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量との間で、プライミング用量の量を数学的関係に応答して自動的に適合させる:ことによって、
前記インスリン用量制御信号を生成するよう作動するコントローラと、を備える、センサ駆動型グルコース制御システム。 - 前記数学的関係が、各規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量に対する各プライミング用量の量の目標比を含む、請求項12に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 一日内のそれぞれの期間にわたって、又は異なる規定された作用間隔にわたって、又は両方にわたって、前記目標比が異なる値を有する、請求項13に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 前記期間が、食物摂取のタイミングに関連した規則性を有する、請求項14に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 各期間が、現在時間から所定の時間量さかのぼる receding-horizon time window により規定される、請求項12に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 自律的又は半自律的制御システムであり、前記コントローラが、インスリンの補正用量を投与するように、前記グルコースレベル信号に応答して前記インスリン用量制御信号を生成して、前記グルコースレベル信号の調節をする補正インスリンコントローラを含む、請求項12に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 逆調節剤用量制御信号に応答して、前記対象者に逆調節剤を注入するよう作動する逆調節剤送達デバイスを更に備え、前記コントローラが、(1)前記グルコースレベル信号に基づいた生の用量制御値、及び(2)前記インスリン送達デバイスにより前記対象者に注入されたインスリンの効果の推定値に基づいた前記生の用量制御値の変更物としての前記逆調節剤用量制御信号、を生成する計算を行うことにより、前記逆調節剤用量制御信号を生成するよう作動する、請求項12記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- 体外から注入されたインスリンを受容している対象者の血糖レベルを制御するためのシステムであって、
対象者のグルコースレベルを連続的に感知し、対応するグルコースレベル信号を生成するよう作動するグルコースセンサと、
逆調節剤用量制御信号に応答して、逆調節剤を前記対象者に注入するよう作動する送達デバイスと、
(1)前記グルコースレベル信号に基づいた生の用量制御値、及び(2)前記体外から注入されたインスリンの効果の推定値に基づいた前記生の用量制御値の変更物としての前記逆調節剤用量制御信号、を生成する計算を行うことにより、前記逆調節剤用量制御信号を生成するよう作動するコントローラと、を備える、システム。 - 前記体外から注入されたインスリンの効果の推定値が、未来の効果を有するであろう前記対象者におけるインスリンの量の推定値を含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記対象者におけるインスリンの量の推定値が、前記対象者における有限利用率による、蓄積された量の推定値を含む、請求項20に記載のシステム。
- 前記計算を行うことが、比例微分又は比例積分微分制御手順を行って、生の用量制御信号を生成することを含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記計算を行って前記生の用量制御値の変更物を生成することが、前記体外から注入されたインスリンの推定蓄積の関数を使用して、前記生の用量制御値をスケーリングすることを含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記計算を行って前記生の用量制御値の変更物を生成することが、前記体外から注入されたインスリンの推定蓄積に基づいた数式に前記生の用量制御値を加えることを含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記生の用量制御値の変更を行うことが、前記対象者における有限利用率に基づいた前記逆調節剤の、すでに送達された用量の効果の推定値に更に基づく、請求項19に記載のシステム。
- 前記逆調節剤がグルカゴンを含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記逆調節剤が静脈内に投与される右旋糖を含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記体外から注入されたインスリンに関する自律的、半自律的、又は非自律的制御を含み、前記非自律的制御が、ユーザーによる制御であり、センサ駆動型ではない、請求項19に記載のシステム。
- センサ駆動型グルコース制御システムであって、
対象者のグルコースレベルを連続的に測定し、対応するグルコースレベル信号を生成するよう作動するグルコースセンサと、
インスリン用量制御信号に応答して、前記対象者にインスリンを注入するよう作動するインスリン送達デバイスと、
逆調節剤用量制御信号に応答して、逆調節剤を前記対象者に注入するよう作動する逆調節剤送達デバイスと、
(1)秒から分のオーダーで生じるグルコースレベルの短期間変動に応答して、インスリンの基礎注入速度を公称基礎注入速度に関して変更し、
(2)前記変更された基礎注入速度と、前記公称基礎注入速度との間の数学的関係に基づいて、前記基礎注入速度の変更に関連した短い期間よりも長い期間にわたって、前記公称基礎注入速度を連続的に調整し、
(3)インスリンのプライミング用量をそれぞれの時間にて連続的に投与し、各プライミング用量は、それぞれの量であり、かつ規定された作用間隔を有し、
(4)前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量に関する情報を維持し、各総量は、前記グルコースレベル信号に応答して投与された総用量の総計を含み、
(5)それぞれが多数の規定された作用間隔に及ぶそれぞれの期間にわたって、前記プライミング用量の量と前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量との間で、プライミング用量の量を数学的関係に応答して自動的に適合させ、
(6)(a)前記グルコースレベル信号に基づいた生の用量制御値、及び(b)前記インスリン送達デバイスにより前記対象者に注入されたインスリンの効果の推定値に基づいた前記生の用量制御値の変更物としての前記逆調節剤用量制御信号、を生成する計算を行うことにより、前記逆調節剤用量制御信号を生成する:ことによって、
前記グルコースレベル信号に応答して、インスリン用量制御信号及び逆調節剤用量制御信号を生成するよう作動するコントローラと、を備える、センサ駆動型グルコース制御システム。 - 自律的又は半自律的制御システムであり、前記コントローラが、インスリンの補正用量を投与するように、前記グルコースレベル信号に応答して前記インスリン用量制御信号を生成して、前記グルコースレベル信号の調節をする補正インスリンコントローラを含む、請求項29に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
- グルコースセンサ及びインスリン送達デバイスを備えるセンサ駆動型グルコース制御システムの作動方法であって、前記グルコースセンサが、対象者のグルコースレベルを連続的に測定し、対応するグルコースレベル信号を生成するよう作動し、前記インスリン送達デバイスが、インスリン用量制御信号に応答して、前記対象者にインスリンを注入するよう作動し、前記方法が:
前記グルコースレベル信号により示される秒から分のオーダーで生じるグルコースレベルの短期間変動に応答して、インスリンの基礎注入速度を公称基礎注入速度に関して変更し、
前記変更された基礎注入速度と、前記公称基礎注入速度との間の数学的関係に基づいて、前記基礎注入速度の変更に関連した短い期間よりも長い期間にわたって、前記公称基礎注入速度を連続的に調整し、
前記変更された基礎注入速度に従って前記インスリン用量制御信号を生成する、ことを含む、方法。 - 前記より長い期間が、現在時間から所定の時間量さかのぼる receding-horizon time window により規定される、請求項31に記載の方法。
- 前記システムが自律的又は半自律的制御システムであり、コントローラが、インスリンの補正用量を投与するように、前記グルコースレベル信号に応答して前記インスリン用量制御信号を生成して、前記グルコースレベル信号を調節する補正インスリンコントローラを含む、請求項31に記載の方法。
- 前記インスリンの基礎注入速度の変更は、最小限界値と最大限界値との間の範囲に制限され、この最小限界値及び最大限界値は、計算された生の変更値が前記範囲外となった際に前記基礎注入速度の実際の変更を決定するものである、請求項31に記載の方法。
- 前記最大限界値が、前記公称基礎注入速度に対する所定の数学的関係を有する、請求項34に記載の方法。
- 前記公称基礎注入速度を連続的に調整することが、前記変更された基礎注入速度の移動積分又は合計平均を、前記より長い期間にわたって算出することを含む、請求項31に記載の方法。
- 前記公称基礎注入速度を連続的に調整することが、前記公称基礎注入速度に対する前記変更された基礎注入速度の比を、前記より長い期間にわたって算出することを含む、請求項31に記載の方法。
- 前記公称基礎注入速度を連続的に調整することが、前記公称基礎注入速度に対する前記変更された基礎注入速度の比を、各速度の対応する瞬間値の比の移動積分又は合計平均として、前記より長い期間にわたって算出することを含む、請求項37に記載の方法。
- 前記公称基礎注入速度を連続的に調整することが、前記公称基礎注入速度に対する前記変更された基礎注入速度の比を、各速度の対応する瞬間値の重量比の移動積分又は合計平均として、前記より長い期間にわたって算出することを含む、請求項37に記載の方法。
- 更に、
インスリンのプライミング用量をそれぞれの時間にて連続的に投与し、各プライミング用量は、それぞれの量であり、かつ規定された作用間隔を有し、
前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量に関する情報を受容し、各総量は、前記グルコースレベル信号に応答して投与された総用量の総計を含み、
それぞれが多数の規定された作用間隔に及ぶそれぞれの期間にわたって、前記プライミング用量の量と前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量との間で、プライミング用量の量を数学的関係に応答して自動的に適合させる、ことを含む、請求項31に記載の方法。 - 前記システムが、逆調節剤用量制御信号に応答して、前記対象者に逆調節剤を注入するよう作動する逆調節剤送達デバイスを更に備え、(a)前記グルコースレベル信号に基づいた生の用量制御値、及び(b)前記インスリン送達デバイスにより前記対象者に注入されたインスリンの効果の推定値に基づいた前記生の用量制御値の変更物としての前記逆調節剤用量制御信号、を生成する計算を行うことにより、前記逆調節剤用量制御信号を生成することを更に含む、請求項31に記載の方法。
- インスリン用量制御信号に応答して、対象者にインスリンを注入するよう作動するインスリン送達デバイスを備えるセンサ駆動型グルコース制御システム用のコントローラの作動方法であって、
前記インスリン用量制御信号を生成して、インスリンのプライミング用量をそれぞれの時間にて連続的に投与し、各プライミング用量は、それぞれの量であり、かつ規定された作用間隔を有し、
前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量に関する情報を受容し、各総量は、グルコースレベル信号に応答して投与された総用量の総計を含み、
それぞれが多数の規定された作用間隔に及ぶそれぞれの期間にわたって、前記プライミング用量の量と前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量との間で、プライミング用量の量を数学的関係に応答して自動的に適合させる、ことを含む、方法。 - 前記数学的関係が、各規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量に対する各プライミング用量の量の目標比を含む、請求項42に記載の方法。
- 前記目標比が、一日内のそれぞれの期間にわたって、又は異なる規定された作用間隔にわたって、又は両方にわたって異なる値を有する、請求項43に記載の方法。
- 前記期間が、食物摂取のタイミングに関連した規則性を有する、請求項44に記載の方法。
- 各期間が、現在時間から所定の時間量さかのぼる receding-horizon time window により規定される、請求項42に記載の方法。
- 前記システムが自律的又は半自律的制御システムであり、前記コントローラが、インスリンの補正用量を投与するように、前記グルコースレベル信号に応答して前記インスリン用量制御信号を生成して、前記グルコースレベル信号の調節をする補正インスリンコントローラを含む、請求項42に記載の方法。
- 前記システムが、逆調節剤用量制御信号に応答して、前記対象者に逆調節剤を注入するよう作動する逆調節剤送達デバイスを更に備え、(1)前記グルコースレベル信号に基づいた生の用量制御値、及び(2)前記インスリン送達デバイスにより前記対象者に注入されたインスリンの効果の推定値に基づいた前記生の用量制御値の変更物としての前記逆調節剤用量制御信号、を生成する計算を行うことにより、前記逆調節剤用量制御信号を生成することを更に含む、請求項42に記載の方法。
- 体外から注入されたインスリンを受容している対象者の血糖レベルを制御するためのシステム用のコントローラの作動方法であって、前記システムがグルコースセンサ及び送達デバイスを備え、前記グルコースセンサが、前記対象者のグルコースレベルを連続的に感知し、対応するグルコースレベル信号を生成するよう作動し、前記送達デバイスが、逆調節剤用量制御信号に応答して前記対象者に逆調節剤を注入するよう作動し、前記方法が、
(1)前記グルコースレベル信号に基づいた生の用量制御値、及び(2)前記体外から注入されたインスリンの効果の推定値に基づいた前記生の用量制御値の変更物としての逆調節剤用量制御値、を生成する計算を行い、
前記逆調節剤用量制御値に従って、前記逆調節剤用量制御信号を生成する、ことを含む、方法。 - 前記体外から注入されたインスリンの効果の推定値が、未来の効果を有するであろう前記対象者におけるインスリンの量の推定値を含む、請求項49に記載の方法。
- 前記対象者におけるインスリン量の推定値が、前記対象者における有限利用率による、蓄積された量の推定値を含む、請求項50に記載の方法。
- 前記計算を行うことが、比例微分又は比例積分微分制御手順を行って、生の用量制御信号を生成することを含む、請求項49に記載の方法。
- 前記計算を行って前記生の用量制御値の前記変更物を生成することが、前記体外から注入されたインスリンの推定蓄積の関数を使用して、前記生の用量制御値をスケーリングすることを含む、請求項49に記載の方法。
- 前記計算を行って前記生の用量制御値の前記変更物を生成することが、前記体外から注入されたインスリンの推定蓄積に基づいた数式に前記生の用量制御値を加えることを含む、請求項49に記載の方法。
- 前記生の用量制御値の前記変更物を行うことが、前記対象者における有限利用率に基づいた前記逆調節剤の、すでに送達された用量の効果の推定値に更に基づく、請求項49に記載の方法。
- 前記逆調節剤がグルカゴンを含む、請求項49に記載の方法。
- 前記逆調節剤が静脈内に投与される右旋糖を含む、請求項49に記載の方法。
- 前記システムが、前記体外から注入されたインスリンに関する自律的、半自律的、又は非自律的制御を含み、前記非自律的制御が、ユーザーによる制御であり、センサ駆動型ではない、請求項49に記載の方法。
- グルコースセンサ、インスリン送達デバイス、及び逆調節剤送達デバイスを備えるセンサ駆動型グルコース制御システム用のコントローラの作動方法であって、前記グルコースセンサが、対象者のグルコースレベルを連続的に測定し、対応するグルコースレベル信号を生成するよう作動し、前記インスリン送達デバイスが、インスリン用量制御信号に応答して、前記対象者にインスリンを注入するよう作動し、前記逆調節剤送達デバイスが、逆調節剤用量制御信号に応答して、前記対象者に逆調節剤を注入するよう作動し、前記方法が、
秒から分のオーダーで生じるグルコースレベルの短期間変動に応答して、インスリンの基礎注入速度を公称基礎注入速度に関して変更し、
前記変更された基礎注入速度と、前記公称基礎注入速度との間の数学的関係に基づいて、前記基礎注入速度の変更に関連した短い期間よりも長い期間にわたって、前記公称基礎注入速度を連続的に調整し、
インスリンのプライミング用量をそれぞれの時間にて連続的に投与し、各プライミング用量は、それぞれの量であり、かつ規定された作用間隔を有し、
前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量に関する情報を維持し、各総量は、前記グルコースレベル信号に応答して投与された総用量の総計を含み、
それぞれが多数の規定された作用間隔に及ぶそれぞれの期間にわたって、前記プライミング用量の量と前記規定された作用間隔中に投与されたインスリンの総量との間で、プライミング用量の量を数学的関係に応答して自動的に適合させる:ことによって、
前記グルコースレベル信号に応答して、前記インスリン用量制御信号を生成し、
(a)前記グルコースレベル信号に基づいた生の用量制御値、及び(b)前記インスリン送達デバイスにより前記対象者に注入されたインスリンの効果の推定値に基づいた前記生の用量制御値の変更物としての前記逆調節剤用量制御信号、を生成する計算を行うことによって、前記逆調節剤用量制御信号を生成する、ことを含む、方法。 - 前記システムが自律的又は半自律的制御システムであり、前記コントローラが、インスリンの補正用量を投与するように、前記グルコースレベル信号に応答して前記インスリン用量制御信号を生成して、前記グルコースレベル信号の調節をする補正インスリンコントローラを含む、請求項59に記載のセンサ駆動型グルコース制御システム。
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