KR20190062492A - 운동 효과의 자동화된 완화를 위한 주입 시스템 및 방법 - Google Patents

운동 효과의 자동화된 완화를 위한 주입 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

주입 시스템, 주입 디바이스, 및 관련 작동 방법이 제공된다. 사용자에게 유체를 전달할 수 있는 주입 디바이스를 작동시키는 예시적인 방법은 주입 디바이스와 연관된 제어 시스템이 제1 감지 장치로부터 사용자의 생리학적 상태를 나타내는 제1 측정치를 획득하는 단계, 및 제2 감지 장치로부터 사용자의 제2 상태를 나타내는 하나 이상의 측정치들을 획득하는 단계를 포함한다. 제어 시스템은 하나 이상의 측정치에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 상태를 복수의 강도 수준들 중 하나에 해당하는 것으로 분류하고, 그 후에, 강도 수준 분류에 의해 영향을 받는 방식으로 생리학적 상태의 제1 측정치에 기초하여 사용자에게 유체를 전달하도록 주입 디바이스를 작동시킨다.

Description

운동 효과의 자동화된 완화를 위한 주입 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 PCT 출원은 2017년 9월 27일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/717,827호 및 2016년 10월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/405,071호의 이익을 청구하고 그에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 명세서에 기술된 요지의 실시예는 일반적으로 의료 디바이스에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 본 요지의 실시예는 투여되는 유체에 대한 사용자의 민감도에 영향을 주는 이벤트 또는 상태의 검출을 고려하기 위해 유체 주입 디바이스의 제어를 자동으로 적응시키는 것에 관한 것이다.
인슐린 또는 다른 처방된 약물과 같은 제제를 환자에게 전달 또는 분배하는 데 사용하기 위한 주입 펌프 디바이스 및 시스템이 의료 분야에서 비교적 잘 알려져 있다. 전형적인 주입 펌프는, 전형적으로 소형 모터 및 회전 모터 운동을 저장소와 사용자의 신체 사이에 생성된 유체 경로를 통해 약물을 저장소로부터 사용자의 신체로 전달하는 저장소 내의 플런저(plunger)(또는 스토퍼(stopper))의 병진 변위로 변환하는 구동 트레인 구성요소(drive train component)를 포함하는 펌프 구동 시스템을 포함한다. 특히 당뇨병 환자에게 인슐린을 전달하기 위해, 주입 펌프 요법의 사용이 증가하고 있다.
연속 인슐린 주입은 당뇨병의 상태의 더 큰 제어를 제공하고, 따라서 인슐린 주입 펌프가 실질적으로 연속적이고 자율적인 방식으로, 예를 들어 사용자가 자고 있는 동안 밤새 사용자의 혈당 수준을 모니터링 및 조절하게 하는 제어 방식이 개발되고 있다. 혈당 수준을 조절하는 것은 각각의 사용자의 개별 인슐린 반응과 함께 사용되는 인슐린의 유형에 대한 반응 시간의 변화에 의해 복잡해진다. 또한, 사용자의 일상 활동 및 경험은 그러한 사용자의 인슐린 반응이 하루 동안 또는 매일매일 변하게 할 수 있다. 따라서, 사용자의 활동들 또는 사용자가 경험하는 다른 상태(들)에 의해 야기되는 사용자의 인슐린 반응의 예상되는 변화 또는 변동을 고려하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 독립항들의 요지에 의해 해결되며, 여기서 추가 실시예들은 종속항들에 통합된다.
일 실시예는 사용자의 생리학적 상태를 조절하기 위해 유체를 전달할 수 있는 주입 디바이스를 작동시키는 방법을 제공한다. 예시적인 방법은 주입 디바이스의 제어 시스템이 생리학적 상태와는 상이한 사용자의 제2 상태를 나타내는 하나 이상의 측정치들을 획득하는 단계 및 하나 이상의 측정치에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 상태를 복수의 강도 수준들 중 하나에 해당하는 것으로 분류하는 단계를 포함한다. 이 방법은 제어 시스템이 제1 감지 장치로부터 사용자의 생리학적 상태를 나타내는 제1 측정치를 획득하는 단계 및 복수의 강도 수준들 중 하나에 의해 영향을 받는 방식으로 생리학적 상태의 제1 측정치에 기초하여 유체를 사용자에게 전달하도록 주입 디바이스를 작동시키는 단계로 계속된다.
인슐린 주입 디바이스를 작동시키는 방법의 다른 실시예는 포도당 감지 장치로부터 사용자에 대한 현재 포도당 측정치를 획득하는 단계, 포도당 감지 장치와는 상이한 보조 감지 장치로부터 하나 이상의 측정치를 획득하는 단계, 하나 이상의 측정치들에 적어도 부분적으로 기초하여 사용자가 나타내는 복수의 운동 강도 수준들 중 일정 운동 강도 수준을 검출하는 단계, 및 사용자의 운동 강도 수준에 의해 영향을 받는 방식으로 현재 포도당 측정치에 기초하여 사용자의 신체 내의 포도당 수준을 조절하기 위해 인슐린을 전달하도록 주입 디바이스의 작동 장치를 작동시키는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 주입 시스템이 제공된다. 주입 시스템은 사용자에게 인슐린을 전달하도록 작동가능한 작동 장치, 사용자에 대한 측정된 포도당 값을 획득하기 위한 포도당 감지 장치, 사용자에 의한 운동을 나타내는 측정 데이터를 획득하기 위한 제2 감지 장치, 및 작동 장치, 포도당 감지 장치, 및 제2 감지 장치에 결합된 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 사용자에 의한 운동을 측정 데이터에 기초하여 복수의 운동 강도 수준 중 제1 수준을 갖는 것으로 분류하고, 제1 운동 강도 수준에 기초하여 작동 장치를 작동시키기 위한 제어 정보를 조정하며, 조정된 제어 정보 및 측정된 포도당 값에 적어도 부분적으로 기초하여 인슐린을 사용자에게 전달하도록 작동 장치를 작동시킨다.
이러한 개요는 상세한 설명에서 추가로 후술되는 개념들의 선택을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이러한 개요는 청구된 요지의 핵심 특징부 또는 본질적인 특징부를 확인하고자 하는 것이 아니며, 청구된 요지의 범주를 결정하는 데 도움을 주기 위해 사용되도록 의도되지도 않는다.
하기의 도면들과 함께 고려될 때 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써 본 요지의 보다 완전한 이해가 도출될 수 있으며, 여기에서 간략함 및 명료함을 위해 예시될 수 있고 반드시 축척대로 도시되지는 않는 도면들 전체에 걸쳐 유사한 도면 부호들이 유사한 요소들을 지칭한다.
도 1은 주입 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2는 도 1의 주입 시스템에 사용하기에 적합한 유체 주입 디바이스의 예시적인 실시예의 평면도를 도시한다.
도 3은 도 2의 유체 주입 디바이스의 분해 사시도이다.
도 4는 주입 디바이스 내에 삽입된 저장소와 조립될 때 도 3의 선 4-4를 따라 본 도 2 및 도 3의 유체 주입 디바이스의 단면도이다.
도 5는 하나 이상의 실시예에서 유체 주입 디바이스와 함께 사용하기에 적합한 예시적인 주입 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 6은 하나 이상의 실시예에서 도 5의 주입 시스템 내의 주입 디바이스에 사용하기에 적합한 예시적인 펌프 제어 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 7은 하나 이상의 예시적인 실시예에서 도 5 및 도 6의 유체 주입 디바이스 내의 펌프 제어 시스템에 의해 구현되거나 달리 지원될 수 있는 폐루프 제어 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 8은 사용자의 운동 강도 수준에 기초하여 제어부들을 동적으로 조정하기 위해 유체 주입 디바이스와 함께 사용하기에 적합한 예시적인 제어 프로세스의 흐름도이다.
도 9는 하나의 예시적인 실시예에 따른 시간에 대한 운동 강도 메트릭(exercise intensity metric)의 그래프이다.
도 10은 도 9의 운동 강도 메트릭에 대응하는, 도 8의 제어 프로세스의 하나의 예시적인 실시예에 따른 시간에 대한 폐루프 제어 시스템에 대한 목표 포도당 값의 그래프이다.
하기의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 본 요지의 실시예 또는 그러한 실시예의 응용 및 용도를 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "예시적인" 이라는 단어는 "예, 사례, 또는 예시로서 기능하는"을 의미한다. 예시적인 것으로 본 명세서에 기술된 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다. 또한, 전술한 '기술분야', '배경기술', '발명의 내용' 또는 하기의 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'에서 제시되는 임의의 명시적 또는 묵시적 이론에 의해 구애되도록 의도되지 않는다.
본 명세서에 기술된 요지는 모터를 포함하는 임의의 전자 디바이스에서 구현될 수 있지만, 후술되는 예시적인 실시예는 휴대용 전자 의료 디바이스와 같은 의료 디바이스의 형태로 구현된다. 많은 상이한 응용이 가능하지만, 하기의 설명은 주입 시스템 전개의 일부로서 유체 주입 디바이스(또는 주입 펌프)에 초점을 맞춘다. 간결함을 위해, 주입 시스템 작동, 인슐린 펌프 및/또는 주입 세트 작동, 및 시스템의 다른 기능적 태양(및 시스템의 개별 작동 구성요소)과 관련된 종래의 기술은 여기에 상세히 기술되지 않을 수 있다. 주입 펌프의 예는 각각이 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,562,751호; 제4,685,903호; 제5,080,653호; 제5,505,709호; 제5,097,122호; 제6,485,465호; 제6,554,798호; 제6,558,320호; 제6,558,351호; 제6,641,533호; 제6,659,980호; 제6,752,787호; 제6,817,990호; 제6,932,584호; 및 제7,621,893호에서 설명되지만 이에 제한되지 않는 유형의 것일 수 있다.
본 명세서에 기술된 요지의 실시예는 일반적으로 유체 주입 디바이스 내에 제공된 저장소의 플런저(또는 스토퍼)를 선형으로 변위시켜 인슐린과 같은 유체의 일정 투여량을 사용자의 신체로 전달하도록 작동가능한 모터를 포함하는 유체 주입 디바이스에 관한 것이다. 예시적인 실시예에서, 모터의 작동을 통제하는 전달 명령(또는 투여량 명령)은 사용자의 신체 내의 생리학적 상태에 대한 측정된 값과 목표 값 사이의 차이에 기초하여 목표 값에 대한 측정된 값을 조절하기 위해 폐루프 제어를 사용하여 결정된다. 도 5 내지 도 10의 맥락에서 더욱 상세히 후술되는 바와 같이, 투여되는 유체에 대한 사용자의 반응(또는 민감도)에 영향을 미칠 가능성이 있는 사용자의 다른 상태는 검출된 상태의 상대 강도가 유체에 대한 사용자의 반응에 어떻게 영향을 미칠 가능성이 있는지에 따라 검출되고 분류되거나 달리 특성화된다. 그 후에, 전달 명령을 생성하고 주입 디바이스를 작동시키기 위해 폐루프 제어에 의해 이용되는 제어 정보 중 적어도 일부가 유체에 대한 사용자의 반응의 예상되는 변화를 고려하여 자동으로 조정된다. 그 결과, 폐루프 제어는 조정된 제어 정보를 이용하여 전달 명령을 생성하고 조정된 제어 정보에 따라 주입 디바이스를 작동시킨다.
설명을 위해, 본 요지는 주로, 인슐린의 투여량을 투여함으로써 사용자의 신체 내의 포도당 수준을 조절하기 위해 사용자가 관여할 수 있는 운동 또는 다른 활동의 강도 또는 수준을 검출 및 분류하는 맥락에서 본 명세서에 기술될 수 있다. 그렇긴 하지만, 본 명세서에 기술된 요지는 반드시 포도당 조절, 인슐린 주입, 또는 운동 무감도 수준의 분류로 제한되는 것은 아니며, 실제로 다른 약물, 생리학적 상태 및/또는 이와 유사한 것에 대해 동등한 방식으로 구현될 수 있다.
더욱 상세히 후술되는 바와 같이, 예를 들어 심박수 센서, 가속도계, 락테이트 센서, 케톤 센서 등과 같은 하나 이상의 감지 장치로부터의 측정치가 모니터링되고 분석되어, 사용자에 의한 운동을 검출하고 측정치에 기초하여 운동의 강도 또는 수준을 특성화하거나 달리 분류한다. 운동 강도 수준에 기초하여, 폐루프 제어의 응답성은 운동에 기인하는 사용자의 포도당 수준의 예상되는 변화 또는 인슐린에 대한 사용자의 민감도의 예상되는 변화를 보상하기 위해 증가 또는 감소될 수 있다. 이와 관련하여, 저강도(mild) 내지 중강도(moderate) 수준의 운동은 일반적으로 포도당 수준이 감소되게 하는 반면, 더 높은 강도의 운동은 인슐린 민감도를 감소시키고 포도당 수준을 증가시키게 할 수 있다. 따라서, 저강도 또는 중강도 운동을 검출하는 것에 응답하여, 제어 정보는 사용자가 운동하고 있는 동안 폐루프 제어를 덜 적극적(aggressive) 또는 덜 반응적으로 만들거나 또는 달리 인슐린 주입을 감소시키도록 조정될 수 있다. 그러나, 무산소 또는 더 높은 강도의 운동 동안, 제어 정보는 잠재적인 감소된 인슐린 민감도를 고려하고 운동-유발 고혈당증을 완화시키기 위해 더 반응적이거나 사전예방적(proactive)이도록 조정된다. 따라서, 폐루프 제어는 사용자의 운동 강도 수준이 변함에 따라 동적으로 적응될 수 있다.
실제로, 상이한 운동 강도 수준을 고려하기 위해 폐루프 제어 정보가 조정될 수 있는 다수의 상이한 방식이 있으며, 다양한 조정이 독립적으로 또는 조합하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 실시예에서, 폐루프 제어 방식에 의해 참조되는 목표 포도당 수준은 유산소 운동 또는 다른 저강도 내지 중강도 운동에 대해 증가되어 인슐린 주입 속도를 감소시키고, 이에 의해 운동-유발 저혈당증의 가능성을 감소시킬 수 있다. 폐루프 제어 방식에 의해 참조되는 목표 포도당 수준은 무산소 운동 또는 다른 고강도 운동에 대해 감소되거나 달리 그의 정상 또는 원래 값으로 복원되어, 인슐린 주입 속도를 증가시키고, 이에 의해 운동-유발 고혈당증의 가능성을 감소시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 인슐린 전달 한계가 운동 강도 수준을 고려하기 위해 인슐린 전달의 속도 또는 양이 증가되거나 감소되게 허용하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 최대 인슐린 주입 속도 또는 다른 전달 한계가 운동-유발 고혈당증을 피하기 위해 무산소 운동 또는 다른 고강도 운동에 응답하여 증가될 수 있지만, 운동-유발 저혈당증을 피하기 위해 유산소 운동 또는 더 낮은 강도의 운동에 응답하여 감소될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 폐루프 제어 방식 또는 알고리즘의 하나 이상의 파라미터는 사용자의 포도당 수준의 일탈 또는 변화에 대한 폐루프 제어의 응답성을 증가 또는 감소시키도록 조정된다. 예를 들어, 하나 이상의 실시예에서, 비례-적분-미분(proportional-integral-derivative, PID) 폐루프 제어가 사용자의 포도당 수준을 조절하는 데 이용되며, 이때 미분 항과 연관된 시상수(time constant)는 사용자가 유산소 또는 다른 저강도 내지 중강도 운동에 관여할 때 응답성을 감소시키도록 조정된다. 이와 관련하여, 일부 실시예에서, 시상수 조정은 사용자의 포도당 수준의 경향 또는 사용자의 포도당 수준의 미분 값에 의존하여 응답성을 비대칭적으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 미분 항과 연관된 시상수는 감소되거나 축소될 수 있고, 저강도 내지 중강도 운동 동안 사용자의 포도당 수준의 경향이 양성일 때 제어기를 운동 동안 덜 적극적이게 하고 잠재적인 과량의 신체상 활성 인슐린(on-body active insulin)을 피하면서, 사용자의 포도당 수준의 경향이 음성일 때 동일한 시상수를 유지하여 운동-유발 저혈당증에 대한 동일한 수준의 보호를 유지하기 위해 이용될 수 있다. 본 요지가 PID 제어, 시상수 조정, 또는 미분 항과의 사용으로 제한되지 않고, 실제로, 다른 PID 이득 계수들, 시상수들, 또는 제어 파라미터들이 조정될 수 있거나, 또는 본 요지가 다른 비-PID 폐루프 제어 방식들의 제어 파라미터들로 동등한 방식으로 구현될 수 있는 것에 유의해야 한다.
이제 도 1을 참조하면, 주입 시스템(100)의 하나의 예시적인 실시예는 유체 주입 디바이스(또는 주입 펌프)(102), 감지 장치(104), 명령 제어 디바이스(command control device, CCD)(106), 및 컴퓨터(108)를 제한 없이 포함한다. 주입 시스템(100)의 구성요소는 상이한 플랫폼, 설계 및 구성을 사용하여 실현될 수 있고, 도 1에 도시된 실시예는 총망라하거나 제한적이지 않다. 실제로, 주입 디바이스(102) 및 감지 장치(104)는 도 1에 도시된 바와 같이 사용자(또는 환자)의 신체 상의 원하는 위치에 고정된다. 이와 관련하여, 주입 디바이스(102)와 감지 장치(104)가 도 1에서 사용자의 신체에 고정되는 위치는 단지 대표적인, 비제한적인 예로서 제공된다. 주입 시스템(100)의 요소는 그 요지가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제8,674,288호에 기술된 것과 유사할 수 있다.
도 1의 예시된 실시예에서, 주입 디바이스(102)는 유체, 액체, 겔, 또는 다른 제제를 사용자의 신체 내로 주입하기에 적합한 휴대용 의료 디바이스로서 설계된다. 예시적인 실시예에서, 주입된 유체는 인슐린이지만, HIV 약제, 폐 고혈압을 치료하기 위한 약제, 철 킬레이트화 약제, 진통제, 항암 치료제, 약물, 비타민, 호르몬 등과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 많은 다른 유체가 주입을 통해 투여될 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 영양 보충제, 염료, 추적 매질, 염수 매질, 수화 매질 등을 포함할 수 있다.
감지 장치(104)는 일반적으로 사용자의 상태를 감지, 검출, 측정 또는 달리 정량화하도록 구성된 주입 시스템(100)의 구성요소를 나타내고, 감지 장치에 의해 감지, 검출, 측정 또는 달리 모니터링되는 상태를 나타내는 데이터를 제공하기 위한 센서, 모니터 등을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 감지 장치(104)는 사용자의 혈당 수준 등과 같은 생물학적 상태에 반응하는 전자장치 및 효소를 포함할 수 있고, 혈당 수준을 나타내는 데이터를 주입 디바이스(102), CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 주입 디바이스(102), CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108)는 예를 들어 사용자의 현재 포도당 수준, 사용자의 포도당 수준 대 시간의 그래프 또는 차트, 디바이스 상태 표시기들, 경고 메시지들 등과 같은, 감지 장치(104)로부터 수신된 센서 데이터에 기초하여 정보 또는 데이터를 사용자에게 제시하기 위한 디스플레이를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 주입 디바이스(102), CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108)는 센서 데이터를 분석하도록 그리고 센서 데이터 및/또는 사전프로그래밍된 전달 루틴에 기초하여 사용자의 신체에 유체를 전달하기 위해 주입 디바이스(102)를 작동시키도록 구성된 전자장치 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에서, 주입 디바이스(102), 감지 장치(104), CCD(106), 및/또는 컴퓨터(108) 중 하나 이상은 송신기, 수신기, 및/또는 주입 시스템(100)의 다른 구성요소와의 통신을 허용하는 다른 송수신기 전자장치를 포함하여, 감지 장치(104)가 센서 데이터 또는 모니터 데이터를 주입 디바이스(102), CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108) 중 하나 이상으로 송신할 수 있게 한다.
여전히 도 1을 참조하면, 다양한 실시예에서, 감지 장치(104)는 사용자의 신체에 고정될 수 있거나, 주입 디바이스(102)가 사용자의 신체에 고정되는 위치로부터 떨어진 위치에서 사용자의 신체 내에 내장될 수 있다. 다양한 다른 실시예에서, 감지 장치(104)는 주입 디바이스(102) 내에 통합될 수 있다. 다른 실시예에서, 감지 장치(104)는 주입 디바이스(102)와는 별개이고 그로부터 이격될 수 있으며, 예를 들어 CCD(106)의 일부일 수 있다. 그러한 실시예에서, 감지 장치(104)는 사용자의 상태를 측정하기 위해 생물학적 샘플, 분석물 등을 수용하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108)는 처리, 전달 루틴 저장을 수행하도록, 그리고 감지 장치(104)에 의해 측정되고/되거나 그로부터 수신된 센서 데이터에 의해 영향을 받는 방식으로 주입 디바이스(102)를 제어하도록 구성된 전자장치 및 다른 구성요소를 포함할 수 있다. CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108)에 제어 기능을 포함시킴으로써, 주입 디바이스(102)는 보다 단순화된 전자장치로 제조될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 주입 디바이스(102)는 모든 제어 기능을 포함할 수 있고, CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108) 없이 작동할 수 있다. 다양한 실시예들에서, CCD(106)는 휴대용 전자 디바이스일 수 있다. 또한, 다양한 실시예들에서, 주입 디바이스(102) 및/또는 감지 장치(104)는 CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108)에 의한 데이터의 디스플레이 또는 처리를 위해 CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108)로 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108)는 주입 디바이스(102)의 사용자의 후속 사용을 용이하게 하는 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, CCD(106)는 사용자가 사용자의 신체 내로 투여될 약물의 비율 또는 용량을 결정하도록 허용하기 위해 사용자에게 정보를 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, CCD(106)는 사용자의 신체 내로 투여되는 약물의 비율 또는 용량을 자율적으로 제어하기 위해 주입 디바이스(102)에 정보를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 장치(104)는 CCD(106) 내에 통합될 수 있다. 그러한 실시예는 사용자가 예를 들어 그의 또는 그녀의 혈액의 샘플을 감지 장치(104)에 제공하여 그의 또는 그녀의 상태를 평가함으로써 상태를 모니터링하도록 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 장치(104) 및 CCD(106)는 주입 디바이스(102)와 감지 장치(104) 및/또는 CCD(106) 사이의 와이어 또는 케이블 연결의 사용 또는 그의 필요 없이 사용자의 혈액 및/또는 체액 내의 포도당 수준을 결정하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 감지 장치(104) 및/또는 주입 디바이스(102)는 사용자에게 유체를 전달하기 위해 폐루프 시스템을 이용하도록 협력적으로 구성된다. 폐루프 시스템을 이용하는 감지 디바이스 및/또는 주입 펌프의 예는, 그들 모두가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 하기의 미국 특허 제6,088,608호, 제6,119,028호, 제6,589,229호, 제6,740,072호, 제6,827,702호, 제7,323,142호, 및 제7,402,153호, 또는 미국 특허 출원 공개 제2014/0066889호에서 발견될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 그러한 실시예에서, 감지 장치(104)는 혈당 수준 등과 같은 사용자의 상태를 감지하거나 측정하도록 구성된다. 주입 디바이스(102)는 감지 장치(104)에 의해 감지된 상태에 응답하여 유체를 전달하도록 구성된다. 이어서, 감지 장치(104)는 사용자의 현재 상태를 계속해서 감지하거나 달리 정량화하여, 이에 의해 주입 디바이스(102)가 감지 장치(104)에 의해 현재(또는 가장 최근에) 감지된 상태에 응답하여 무한히 유체를 연속적으로 전달하도록 허용한다. 일부 실시예에서, 감지 장치(104) 및/또는 주입 디바이스(102)는 단지 하루 중 일부분 동안에만, 예를 들어 사용자가 잠자거나 깨어 있을 때에만 폐루프 시스템을 이용하도록 구성될 수 있다.
도 2 내지 도 4는, 예를 들어 도 1의 주입 시스템(100) 내의 주입 디바이스(102)와 같은, 주입 시스템에 사용하기에 적합한 유체 주입 디바이스(200)(또는 대안적으로, 주입 펌프)의 하나의 예시적인 실시예를 도시한다. 유체 주입 디바이스(200)는 환자(또는 사용자)에 의해 휴대 또는 착용되도록 설계된 휴대용 의료 디바이스이고, 유체 주입 디바이스(200)는 예를 들어 미국 특허 제6,485,465호 및 제7,621,893호에 기술된 특징부, 구성요소, 요소 및/또는 특성 중 일부와 같은, 기존의 유체 주입 디바이스의 임의의 수의 종래의 특징부, 구성요소, 요소, 및 특성을 활용할 수 있다. 도 2 내지 도 4가 단순화된 방식으로 주입 디바이스(200)의 일부 태양을 도시하며; 실제로, 주입 디바이스(200)가 본 명세서에 상세히 도시되거나 기술되지 않은 추가의 요소, 특징부, 또는 구성요소를 포함할 수 있는 것이 이해되어야 한다.
도 2 및 도 3에 가장 잘 예시된 바와 같이, 유체 주입 디바이스(200)의 예시된 실시예는 유체-함유 저장소(205)를 수용하도록 구성된 하우징(202)을 포함한다. 하우징(202) 내의 개구(220)가 저장소(205)에 대한 피팅(fitting)(223)(또는 캡)을 수용하며, 이때 피팅(223)은 사용자의 신체로의/로부터의 유체 경로를 제공하는 주입 세트(225)의 배관(tubing)(221)과 정합하거나 달리 인터페이싱(interfacing)하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 저장소(205)의 내부로부터 사용자에게로의 유체 연통이 배관(221)을 통해 확립된다. 예시된 유체 주입 디바이스(200)는, 유체(예컨대, 인슐린)의 볼러스(bolus)를 투여하도록, 치료 설정을 변경하도록, 사용자 선호도를 변경하도록, 디스플레이 특징부들을 선택하도록, 기타 등등을 행하도록 사용자에 의해 조작될 수 있는 요소들(232, 234)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(human-machine interface, HMI)(230)(또는 사용자 인터페이스)를 포함한다. 주입 디바이스는 또한, 제한 없이, 환자의 현재 포도당 수준; 시간; 시간에 대한 환자의 포도당 수준의 그래프 또는 차트; 디바이스 상태 표시기 등과 같은 다양한 유형의 정보 또는 데이터를 사용자에게 제시하는 데 사용될 수 있는 디스플레이 요소(226), 예컨대 액정 디스플레이(LCD) 또는 다른 적합한 디스플레이 요소를 포함한다.
하우징(202)은 전자장치 조립체(204), 활주 부재(또는 슬라이드)(206), 구동 시스템(208), 센서 조립체(210), 및 구동 시스템 캡핑(capping) 부재(212)가 저장소(205)에 더하여 내부에 배치되게 허용하도록 구성된 중공 내부(214)를 갖는 실질적으로 강성인 재료로부터 형성되며, 이때 하우징(202)의 내용물은 하우징 캡핑 부재(216)에 의해 둘러싸인다. 개구(220), 슬라이드(206), 및 구동 시스템(208)은 축방향(화살표(218)로 표시됨)으로 동축으로 정렬되며, 이에 의해 구동 시스템(208)이 (저장소(205)가 개구(220) 내로 삽입된 후에) 저장소(205)로부터 유체를 분배하기 위해 축방향(218)으로의 슬라이드(206)의 선형 변위를 용이하게 하며, 이때 센서 조립체(210)는 구동 시스템(208)을 작동시켜 슬라이드(206)를 변위시키는 것에 응답하여 센서 조립체(210)에 가해지는 축방향 힘(예컨대, 축방향(218)과 정렬된 힘)을 측정하도록 구성된다. 다양한 실시예에서, 센서 조립체(210)는 하기 중 하나 이상을 검출하는 데 이용될 수 있다: 저장소(205)로부터 사용자의 신체로의 유체 전달을 늦추거나 막거나 달리 열화시키는 유체 경로의 폐색; 저장소(205)가 비어 있을 때; 슬라이드(206)가 저장소(205)와 적절히 안착될 때; 유체 용량이 전달되었을 때; 주입 펌프(200)가 충격 또는 진동을 받을 때; 주입 펌프(200)가 유지보수를 필요로 할 때.
실시예에 따라, 유체-함유 저장소(205)는 주사기, 바이알(vial), 카트리지, 백 등으로서 실현될 수 있다. 소정 실시예에서, 주입된 유체는 인슐린이지만, HIV 약제, 폐 고혈압을 치료하기 위한 약제, 철 킬레이트화 약제, 진통제, 항암 치료제, 약물, 비타민, 호르몬 등과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 많은 다른 유체가 주입을 통해 투여될 수 있다. 도 3 및 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 저장소(205)는 전형적으로 유체를 수용하는 그리고 저장소(205)가 주입 펌프(200) 내로 삽입될 때 (예를 들어, 축방향(218)으로) 슬라이드(206)와 동심으로 그리고/또는 동축으로 정렬되는 저장소 배럴(reservoir barrel)(219)을 포함한다. 개구(220)에 근접한 저장소(205)의 단부는 피팅(223)을 포함하거나 달리 그와 정합할 수 있으며, 이러한 피팅은 저장소(205)를 하우징(202) 내에 고정시키고, 저장소(205)가 하우징(202) 내로 삽입된 후에 하우징(202)에 대한 축방향(218)으로의 저장소(205)의 변위를 방지한다. 전술된 바와 같이, 피팅(223)은 하우징(202)의 개구(220)로부터(또는 그를 통해) 연장되고, 배관(221)과 정합하여 저장소(205)(예컨대, 저장소 배럴(219))의 내부로부터 배관(221) 및 주입 세트(225)를 통해 사용자로의 유체 연통을 확립한다. 슬라이드(206)에 근접한 저장소(205)의 대향 단부는 저장소(205)의 배럴(219)의 내부로부터 배관(221)을 통한 유체 경로를 따라 사용자에게로 유체를 밀어내도록 위치된 플런저(217)(또는 스토퍼)를 포함한다. 슬라이드(206)는 플런저(217)와 기계적으로 결합되거나 달리 맞물리도록 구성되어, 이에 의해 플런저(217) 및/또는 저장소(205)와 안착된다. 유체는 구동 시스템(208)이 슬라이드(206)를 하우징(202) 내의 개구(220)를 향해 축방향(218)으로 변위시키도록 작동됨에 따라 저장소(205)로부터 배관(221)을 통해 가압된다.
도 3 및 도 4의 예시된 실시예에서, 구동 시스템(208)은 모터 조립체(207) 및 구동 스크류(209)를 포함한다. 모터 조립체(207)는, 회전 모터 운동을 축방향(218)으로의 슬라이드(206)의 병진 변위로 변환하고 이에 의해 저장소(205)의 플런저(217)와 맞물리게 하여 이를 축방향(218)으로 변위시키도록 구성된 구동 시스템(208)의 구동 트레인 구성요소에 결합되는 모터를 포함한다. 일부 실시예에서, 모터 조립체(207)는 또한, 저장소(205)가 교체되도록 허용하기 위해 슬라이드(206)를 반대 방향(예를 들어, 방향(218)의 반대 방향)으로 병진시켜 저장소(205)로부터 후퇴시키고/시키거나 분리시키도록 전력을 공급받을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 모터 조립체(207)는 그의 로터 상에 장착, 부착, 또는 달리 배치된 하나 이상의 영구 자석을 갖는 무브러시(brushless) DC(BLDC) 모터를 포함한다. 그러나, 본 명세서에 기술된 요지는 반드시 BLDC 모터와의 사용으로 제한되지는 않으며, 대안적인 실시예에서, 모터는 솔레노이드 모터, AC 모터, 스테퍼 모터, 압전 캐터필러 드라이브(piezoelectric caterpillar drive), 형상 기억 액추에이터 드라이브(shape memory actuator drive), 전기화학 가스 셀(electrochemical gas cell), 열 구동식 가스 셀(thermally driven gas cell), 바이메탈 액추에이터(bimetallic actuator) 등으로서 실현될 수 있다. 구동 트레인 구성요소는 하나 이상의 리드 스크류, 캠, 래칫(ratchet), 잭(jack), 풀리, 폴(pawl), 클램프, 기어, 너트, 슬라이드, 베어링, 레버, 빔(beam), 스토퍼, 플런저, 슬라이더, 브래킷(bracket), 가이드, 베어링, 지지체, 벨로우즈, 캡, 다이어프램(diaphragm), 백, 히터 등을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 주입 펌프의 예시된 실시예가 동축으로 정렬된 구동 트레인을 이용하지만, 모터는 저장소(205)의 종축에 대해 오프셋 또는 달리 비-동축 방식으로 배열될 수 있다.
도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 구동 스크류(209)는 슬라이드(206) 내부의 나사(402)와 정합한다. 모터 조립체(207)가 전력을 공급받고 작동될 때, 구동 스크류(209)는 회전하고, 슬라이드(206)는 축방향(218)으로 병진하도록 가압된다. 예시적인 실시예에서, 주입 펌프(200)는 구동 시스템(208)의 구동 스크류(209)가 회전할 때 슬라이드(206)가 회전하는 것을 방지하기 위한 슬리브(211)를 포함한다. 따라서, 구동 스크류(209)의 회전은 슬라이드(206)가 구동 모터 조립체(207)에 대해 연장 또는 후퇴하게 한다. 유체 주입 디바이스가 조립되고 작동될 때, 슬라이드(206)는 플런저(217)와 접촉하여 저장소(205)와 맞물리고 주입 펌프(200)로부터의 유체의 전달을 제어한다. 예시적인 실시예에서, 슬라이드(206)의 견부 부분(215)은 플런저(217)와 접촉하거나 달리 맞물려서 플런저(217)를 축방향(218)으로 변위시킨다. 대안적인 실시예에서, 슬라이드(206)는 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,248,093호 및 제6,485,465호에 상세히 기술된 바와 같이, 저장소(205)의 플런저(217) 상의 암나사(404)와 탈착가능하게 맞물릴 수 있는 나사형 팁(213)을 포함할 수 있다.
도 3에 예시된 바와 같이, 전자장치 조립체(204)는 디스플레이 요소(226)에 결합된 제어 전자장치(224)를 포함하며, 이때 하우징(202)은 전자장치 조립체(204)가 하우징(202)의 내부(214) 내에 배치될 때 디스플레이(226)가 사용자에 의해 보이도록 허용하기 위해 디스플레이 요소(226)와 정렬되는 투명 윈도우 부분(228)을 포함한다. 제어 전자장치(224)는 일반적으로 도 5의 맥락에서 더욱 상세히 후술되는 바와 같이, 모터 조립체(207) 및/또는 구동 시스템(208)의 작동을 제어하도록 구성된 하드웨어, 펌웨어, 처리 로직 및/또는 소프트웨어(또는 이들의 조합)를 나타낸다. 그러한 기능이 하드웨어, 펌웨어, 상태 기계(state machine), 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 그 실시예에 부과되는 특정 애플리케이션 및 설계 제약들에 의존한다. 본 명세서에 기술된 개념에 익숙한 사람들은 각각의 특정 응용에 적합한 방식으로 그러한 기능을 구현할 수 있지만, 그러한 구현 결정은 제한적이거나 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 예시적인 실시예에서, 제어 전자장치(224)는 주입 펌프(200)의 작동을 제어하도록 프로그래밍될 수 있는 하나 이상의 프로그램가능 제어기를 포함한다.
모터 조립체(207)는 제어 전자장치(224)와 모터 조립체(207) 사이의 통신을 확립하기 위해 전자장치 조립체(204)에 전기적으로 결합되도록 구성된 하나 이상의 전기 리드(236)를 포함한다. 전력 공급부로부터 모터에 공급되는 전력의 양을 조절하기 위해 모터 구동기(예컨대, 전력 변환기)를 작동시키는 제어 전자장치(224)로부터의 명령 신호에 응답하여, 모터는 슬라이드(206)를 축방향(218)으로 변위시키기 위해 구동 시스템(208)의 구동 트레인 구성요소를 작동시켜 유체를 저장소(205)로부터 유체 경로(배관(221) 및 주입 세트를 포함함)를 따라 가압함으로써, 저장소(205) 내에 함유된 유체의 용량을 사용자의 신체 내로 투여한다. 바람직하게는, 전력 공급부는 하우징(202) 내에 포함된 하나 이상의 배터리로 실현된다. 대안적으로, 전력 공급부는 태양 전지판(solar panel), 커패시터, 전원 코드를 통해 공급되는 AC 또는 DC 전력 등일 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 전자장치(224)는 프로그래밍된 전달 프로파일에 따라 별개의 정밀한 용량의 유체를 사용자에게 투여하기 위해 구동 시스템(208) 및/또는 모터 조립체(207)의 모터를 단계적 방식으로, 전형적으로 간헐적으로 작동시킬 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 전술된 바와 같이, 사용자 인터페이스(230)는 키패드 조립체(233) 위에 놓이는 그래픽 키패드 오버레이(graphic keypad overlay)(231) 상에 형성되는, 버튼(232) 및 방향 패드(directional pad)(234)와 같은 HMI 요소를 포함하며, 이러한 키패드 조립체(233)는 버튼(232), 방향 패드(234) 또는 그래픽 키패드 오버레이(231)에 의해 표시된 다른 사용자 인터페이스 아이템에 대응하는 특징부를 포함한다. 조립될 때, 키패드 조립체(233)는 제어 전자장치(224)에 결합되어, 이에 의해 HMI 요소(232, 234)가 사용자에 의해 조작되어 제어 전자장치(224)와 상호작용하고 주입 펌프(200)의 작동을 제어하여, 예를 들어 인슐린의 볼러스를 투여하도록, 치료 설정을 변경하도록, 사용자 선호도를 변경하도록, 디스플레이 특징부들을 선택하도록, 알람 및 리마인더(reminder)를 설정 또는 디스에이블시키도록, 기타 등등을 행하도록 허용한다. 이와 관련하여, 제어 전자장치(224)는 HMI 요소(232, 234)를 사용하여 조정될 수 있는 프로그램 파라미터, 전달 프로파일, 펌프 작동, 알람, 경고, 상태 등에 관한 정보를 유지하고/하거나 디스플레이(226)에 제공한다. 다양한 실시예들에서, HMI 요소(232, 234)는 물리적 객체(예를 들어, 버튼, 노브(knob), 조이스틱 등) 또는 가상 객체(예를 들어, 터치 감지 및/또는 근접-감지 기술을 사용함)로서 실현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 디스플레이(226)는 터치 스크린 또는 터치-감응형 디스플레이로서 실현될 수 있으며, 그러한 실시예에서, HMI 요소(232, 234)의 특징부 및/또는 기능은 디스플레이(226)에 통합될 수 있고, HMI(230)는 존재하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 전자장치 조립체(204)는 또한 제어 전자장치(224)에 결합되는 그리고, 제한 없이, 가청 피드백; 시각적 피드백; 햅틱(물리적) 피드백 등과 같은 하나 이상의 유형의 피드백을 생성하도록 적합하게 구성되는 경보 생성 요소를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 하나 이상의 실시예에 따르면, 센서 조립체(210)는 백 플레이트 구조체(back plate structure)(250) 및 로딩 요소(loading element)(260)를 포함한다. 로딩 요소(260)는 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제8,474,332호에 더 상세히 기재된 바와 같이, 하나 이상의 빔을 편향시키는 센서 조립체(210)에 인가된 압축력에 의해 영향을 받는 감지 요소가 배치된 하나 이상의 빔을 포함하는 빔 구조체(270)와 캡핑 부재(212) 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 백 플레이트 구조체(250)는 구동 시스템(208)의 저부 표면(238)에 부착, 접착, 장착, 또는 달리 기계적으로 결합되어, 백 플레이트 구조체(250)가 구동 시스템(208)의 저부 표면(238)과 하우징 캡(216) 사이에 있게 한다. 구동 시스템 캡핑 부재(212)는 구동 시스템(208) 및 센서 조립체(210)의 저부를 수용하고 그에 순응하도록 윤곽화된다. 구동 시스템 캡핑 부재(212)는 구동 시스템(208)에 의해 제공되는 힘의 방향의 반대 방향(예컨대, 방향(218)의 반대 방향)으로의 센서 조립체(210)의 변위를 방지하기 위해 하우징(202)의 내부에 부착될 수 있다. 따라서, 센서 조립체(210)는 모터 조립체(207) 사이에 위치되고 캡핑 부재(212)에 의해 고정되며, 이는 화살표(218)의 방향과 반대되는 하향 방향으로의 센서 조립체(210)의 변위를 방지하여, 구동 시스템(208) 및/또는 모터 조립체(207)가 슬라이드(206)를 저장소(205) 내의 유체 압력에 대항하여 축방향(218)으로 변위시키도록 작동될 때 센서 조립체(210)가 반작용 압축력을 받게 한다. 정상 작동 조건 하에서, 센서 조립체(210)에 인가되는 압축력은 저장소(205) 내의 유체 압력과 상관된다. 도시된 바와 같이, 전기 리드들(240)은 센서 조립체(210)의 감지 요소들을 전자장치 조립체(204)에 전기적으로 결합시켜 제어 전자장치(224)에 대한 통신을 확립하도록 구성되며, 여기에서 제어 전자장치(224)는 구동 시스템(208)에 의해 축방향(218)으로 인가되는 힘을 나타내는 전기 신호들을 센서 조립체(210)의 감지 요소들로부터 측정, 수신, 또는 달리 획득하도록 구성된다.
도 5는 전술된 주입 디바이스들(102, 200) 중 임의의 것과 같은 주입 디바이스(502)와 함께 사용하기에 적합한 주입 시스템(500)의 예시적인 실시예를 도시한다. 주입 시스템(500)은 사용자의 신체(501) 내의 생리학적 상태를 원하는(또는 목표) 값으로 제어 또는 달리 조절할 수 있거나, 그렇지 않으면 자동화된 또는 자율 방식으로 허용가능한 값들의 범위 내에서 그 상태를 유지할 수 있다. 하나 이상의 예시적인 실시예에서, 조절되는 상태는 주입 디바이스(502)에 통신가능하게 결합된 감지 장치(504)(예컨대, 감지 장치(504))에 의해 감지, 검출, 측정 또는 달리 정량화된다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 주입 시스템(500)에 의해 조절되는 상태가 감지 장치(504)에 의해 획득된 측정된 값과 상관될 수 있음에 유의하여야 한다. 그렇긴 하지만, 명료성 및 설명의 목적을 위해, 본 요지는 감지 장치(504)가 주입 시스템(500)에 의해 사용자의 신체(501) 내에서 조절되고 있는 사용자의 포도당 수준을 감지, 검출, 측정 또는 달리 정량화하는 포도당 감지 장치로서 실현되는 맥락에서 본 명세서에 기술될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 감지 장치(504)는 사용자의 신체(501) 내의 상대 간질액(interstitial fluid) 포도당 수준과 상관되거나 그에 의해 영향을 받거나 달리 그를 나타내는 신호 특성을 갖는 전기 신호들(대안적으로, 본 명세서에서 측정 신호들로 지칭됨)을 발생시키거나 달리 출력하는 하나 이상의 간질 포도당 감지 요소를 포함한다. 출력된 전기 신호는 사용자의 간질액 포도당 수준을 나타내는 측정 값을 얻기 위해 필터링되거나 달리 처리된다. 예시적인 실시예에서, 핑거 스틱 디바이스(finger stick device)와 같은 혈당 측정기(530)가 사용자의 신체(501) 내의 혈당을 직접 감지, 검출, 측정 또는 달리 정량화하는 데 이용된다. 이와 관련하여, 혈당 측정기(530)는, 감지 장치(504)를 교정하고 사용자의 간질액 포도당 수준을 나타내는 측정 값을 대응하는 교정된 혈당 값으로 변환하기 위한 기준 측정치로서 이용될 수 있는 측정된 혈당 값을 출력하거나 달리 제공한다. 설명을 위해, 감지 장치(504)의 감지 요소(들)에 의해 출력되는 전기 신호에 기초하여 계산된 교정된 혈당 값은 대안적으로 본 명세서에서 센서 포도당 값, 감지된 포도당 값, 또는 그의 변형으로 지칭될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 주입 시스템(500)은 또한 사용자의 신체(501) 내의 상태를 나타내는 사용자의 신체(501)의 특성을 감지, 검출, 측정 또는 달리 정량화하도록 구성된 하나 이상의 추가의 감지 장치(506, 508)를 포함한다. 이와 관련하여, 포도당 감지 장치(504)에 더하여, 하나 이상의 보조 감지 장치(506)가 사용자의 포도당 수준 또는 인슐린 민감도에 영향을 줄 수 있는 사용자의 특성 또는 상태(또는 사용자의 활동)를 측정하기 위해 착용, 휴대, 또는 달리 사용자의 신체(501)와 연관될 수 있다. 예를 들어, 심박수 감지 장치(506)가 결과적으로 신체(501) 내의 사용자의 포도당 수준 또는 인슐린 반응에 영향을 미칠 가능성이 있는 운동(및 그의 강도)을 나타낼 수 있는 사용자의 심박수를 감지, 검출, 측정 또는 달리 정량화하기 위해 사용자의 신체(501) 상에 착용되거나 달리 그와 연관될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 예를 들어 락테이트 센서, 케톤 센서 등과 같은 다른 침습성, 간질, 또는 피하 감지 장치(506)가 사용자의 신체(501) 내로 삽입되어 운동(및 그의 강도)을 나타낼 수 있는 다른 생리학적 상태의 측정치들을 획득할 수 있다. 실시예에 따라, 보조 감지 장치(들)(506)는 사용자에 의해 착용되는 독립형 구성요소로서 실현될 수 있거나, 또는 대안적으로, 보조 감지 장치(들)(506)는 주입 디바이스(502) 또는 포도당 감지 장치(504)와 통합될 수 있다.
예시된 주입 시스템(500)은 또한 결과적으로 사용자의 인슐린 반응에 영향을 미칠 가능성이 있는 운동 또는 신체(501) 내의 어떤 다른 상태를 나타낼 수 있는 사용자의 신체(501)의 가속도를 감지, 검출, 측정 또는 달리 정량화하기 위해 사용자의 신체(501) 상에 착용되거나 달리 그와 연관될 수 있는 가속도 감지 장치(508)(또는 가속도계)를 포함한다. 가속도 감지 장치(508)가 도 5에 주입 디바이스(502) 내에 통합된 것으로 도시되어 있지만, 대안적인 실시예에서, 가속도 감지 장치(508)는 사용자의 신체(501) 상의 다른 감지 장치(504, 506)와 통합될 수 있거나, 또는 가속도 감지 장치(508)는 사용자에 의해 착용되는 별개의 독립형 구성요소로서 실현될 수 있다.
예시된 실시예에서, 펌프 제어 시스템(520)은 일반적으로 사용자의 신체(501) 내의 현재 포도당 수준을 나타내는 감지된 포도당 값에 의해 영향을 받는 방식으로 원하는 주입 전달 프로그램에 따라 유체 주입 디바이스(502)의 작동을 제어하는 주입 디바이스(502)의 전자장치 및 다른 구성요소를 나타낸다. 예를 들어, 폐루프 작동 모드를 지원하기 위해, 펌프 제어 시스템(520)은 목표 또는 명령된 포도당 값을 유지, 수신, 또는 달리 획득하고, 감지된 포도당 값과 목표 포도당 값 사이의 차이에 기초하여 플런저(517)를 변위시키고 인슐린을 사용자의 신체(501)에 전달하도록 모터(532)와 같은 작동 장치를 작동시키기 위한 투여량 명령을 자동으로 생성하거나 달리 결정한다. 다른 작동 모드들에서, 펌프 제어 시스템(520)은 감지된 포도당 값을 포도당 상한치 아래로, 포도당 하한치 위로, 또는 달리 원하는 포도당 값 범위 내로 유지하도록 구성된 투여량 명령을 생성하거나 달리 결정할 수 있다. 실제로, 주입 디바이스(502)는 펌프 제어 시스템(520)에 접근가능한 데이터 저장 요소 내에 목표 값, 포도당 상한치(들) 및/또는 하한치(들), 인슐린 전달 한계(들), 및/또는 다른 포도당 임계 값(들)을 저장하거나 달리 유지할 수 있다. 도 6 내지 도 10의 맥락에서 더욱 상세히 후술되는 바와 같이, 예시적인 실시예에서, 펌프 제어 시스템(520)은 보조 감지 장치(들)(506, 508)에 의해 출력되는 측정치들에 기초하여 식별된 운동 강도 수준 또는 다른 사용자 거동에 의해 영향을 받는 방식으로 모터(532)를 작동시켜 그 수준의 운동 또는 활동에 기인하는 사용자의 포도당 수준 또는 인슐린 반응의 가능성 있는 변화를 고려하는 방식으로 신체(501) 내의 포도당 수준을 조절하기 위한 명령을 생성하는 데 사용되는 하나 이상의 파라미터 또는 다른 제어 정보를 자동으로 조정하거나 적응시킨다.
여전히 도 5를 참조하면, 펌프 제어 시스템(520)에 의해 이용되는 목표 포도당 값 및 다른 임계 포도당 값은 외부 구성요소(예컨대, CCD(106) 및/또는 컴퓨팅 디바이스(108))로부터 수신되거나, 또는 주입 디바이스(502)와 연관된 사용자 인터페이스 요소(540)를 통해 사용자에 의해 입력될 수 있다. 실제로, 주입 디바이스(502)와 연관된 하나 이상의 사용자 인터페이스 요소(들)(540)는, 전형적으로, 예를 들어 버튼, 키패드, 키보드, 노브, 조이스틱, 마우스, 터치 패널, 터치스크린, 마이크로폰 또는 다른 오디오 입력 디바이스 등과 같은 적어도 하나의 입력 사용자 인터페이스 요소를 포함한다. 추가적으로, 하나 이상의 사용자 인터페이스 요소(들)(540)는 통지들 또는 다른 정보를 사용자에게 제공하기 위한, 예를 들어 디스플레이 요소(예컨대, 발광 다이오드 등), 디스플레이 디바이스(예컨대, 액정 디스플레이 등), 스피커 또는 다른 오디오 출력 디바이스, 햅틱 피드백 디바이스 등과 같은 적어도 하나의 출력 사용자 인터페이스 요소를 포함한다. 도 5가 사용자 인터페이스 요소(들)(540)를 주입 디바이스(502)와는 별개인 것으로 도시하지만, 실제로, 사용자 인터페이스 요소(들)(540) 중 하나 이상이 주입 디바이스(502)와 통합될 수 있는 것에 유의하여야 한다. 또한, 일부 실시예에서, 하나 이상의 사용자 인터페이스 요소(들)(540)는 주입 디바이스(502)와 통합된 사용자 인터페이스 요소(들)(540)에 더하여 그리고/또는 그에 대안적으로 감지 장치(504)와 통합된다. 사용자 인터페이스 요소(들)(540)는 사용자에 의해 조작되어, 원하는 대로, 보정 볼러스를 전달하도록, 목표 및/또는 임계 값들을 조정하도록, 전달 제어 방식 또는 작동 모드를 변경하도록, 기타 등등을 행하도록 주입 디바이스(502)를 작동시킬 수 있다.
여전히 도 5를 참조하면, 예시된 실시예에서, 주입 디바이스(502)는 저장소(예컨대, 저장소(205)) 내의 플런저(517)(예컨대, 플런저(217))를 변위시키고 원하는 양의 유체를 사용자의 신체(501)에 제공하도록 작동가능한 모터(532)(예컨대, 모터 조립체(207))에 결합되는 모터 제어 모듈(512)을 포함한다. 이와 관련하여, 플런저(517)의 변위의 결과, 사용자의 생리학적 상태에 영향을 미칠 수 있는, 인슐린과 같은 유체가 유체 전달 경로를 통해(예컨대, 주입 세트(225)의 배관(221)을 통해) 사용자의 신체(501)에 전달된다. 모터 구동기 모듈(514)이 에너지 공급원(518)과 모터(532) 사이에 결합된다. 모터 제어 모듈(512)은 모터 구동기 모듈(514)에 결합되고, 모터 제어 모듈(512)은, 펌프 제어 시스템(520)으로부터, 전달될 유체의 원하는 양을 나타내는 투여량 명령을 수신하는 것에 응답하여 플런저(517)를 변위시키기 위해 에너지 공급원(518)으로부터 모터(532)로 전류(또는 전력)를 제공하도록 모터 구동기 모듈(514)을 작동시키는 명령 신호를 생성하거나 달리 제공한다.
예시적인 실시예에서, 에너지 공급원(518)은 직류(DC) 전력을 제공하는, 주입 디바이스(502) 내에(예컨대, 하우징(202) 내에) 수용된 배터리로서 실현된다. 이와 관련하여, 모터 구동기 모듈(514)은 일반적으로 에너지 공급원(518)에 의해 제공되는 DC 전력을 모터(532)의 고정자 권선의 각각의 상(phase)들에 인가되는 교류 전기 신호로 변환하거나 달리 전환하도록 구성된 회로부, 하드웨어 및/또는 다른 전기 구성요소의 조합을 나타내며, 이러한 교류 전기 신호는 고정자 자기장을 생성하고 모터(532)의 회전자가 회전하게 하는, 고정자 권선을 통해 흐르는 전류를 생성한다. 모터 제어 모듈(512)은 펌프 제어 시스템(520)으로부터 명령된 투여량을 수신하거나 달리 획득하도록, 명령된 투여량을 플런저(517)의 명령된 병진 변위로 변환하도록, 그리고 모터(532)의 회전자가 플런저(517)의 명령된 병진 변위를 생성하는 양만큼 회전하게 하기 위해 모터 구동기 모듈(514)에 명령하거나 시그널링하거나 또는 달리 그를 작동시키도록 구성된다. 예를 들어, 모터 제어 모듈(512)은 펌프 제어 시스템(520)으로부터 수신된 명령된 투여량을 달성하는 플런저(517)의 병진 변위를 생성하는 데 필요한 회전자의 회전량을 결정할 수 있다. 로터 감지 장치(516)의 출력에 의해 표시되는 고정자에 대한 회전자의 현재의 회전 위치(또는 배향)에 기초하여, 모터 제어 모듈(512)은 회전자를 그의 현재 위치(또는 배향)로부터 결정된 회전량만큼 회전시켜야 하는 고정자 권선들의 각각의 상들에 인가될 교류 전기 신호들의 적절한 시퀀스를 결정한다. 모터(532)가 BLDC 모터로서 실현되는 실시예에서, 교류 전기 신호들은 고정자에 대한 회전자 자극들의 적절한 배향 및 적절한 순서로 고정자 권선들의 각각의 상들을 정류하여, 회전자를 원하는 방향으로 회전시키는 회전 고정자 자기장을 제공한다. 그 후에, 모터 제어 모듈(512)은 결정된 교류 전기 신호(예컨대, 명령 신호)를 모터(532)의 고정자 권선들에 인가하여 사용자에게 유체의 원하는 전달을 달성하도록 모터 구동기 모듈(514)을 작동시킨다.
모터 제어 모듈(512)이 모터 구동기 모듈(514)을 작동시키고 있을 때, 전류가 에너지 공급원(518)으로부터 모터(532)의 고정자 권선을 통해 흘러 회전자 자기장과 상호작용하는 고정자 자기장을 생성한다. 일부 실시예에서, 모터 제어 모듈(512)이 명령된 투여량을 달성하도록 모터 구동기 모듈(514) 및/또는 모터(532)를 작동시킨 후에, 모터 제어 모듈(512)은 후속 투여량 명령이 수신될 때까지 모터 구동기 모듈(514) 및/또는 모터(532)를 작동시키는 것을 중단한다. 이와 관련하여, 모터 구동기 모듈(514) 및 모터(532)는 모터 구동기 모듈(514)이 에너지 공급원(518)으로부터 모터(532)의 고정자 권선을 효과적으로 분리시키거나 격리시키는 아이들 상태에 들어간다. 다시 말하면, 모터(532)가 아이들 상태일 때 전류가 에너지 공급원(518)으로부터 모터(532)의 고정자 권선을 통해 흐르지 않으며, 따라서 모터(532)는 아이들 상태에서 에너지 공급원(518)으로부터의 전력을 소비하지 않고, 이에 의해 효율을 개선한다.
실시예에 따라, 모터 제어 모듈(512)은 본 명세서에 기술된 기능들을 수행하도록 설계된, 범용 프로세서, 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 상태 기계, 내용 주소화 메모리(content addressable memory), 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(field programmable gate array), 임의의 적합한 프로그램가능 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 구성요소, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 실현될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 모터 제어 모듈(512)은 모터 제어 모듈(512)에 의한 실행을 위한 프로그래밍 명령어들을 저장할 수 있는, 임의의 종류의 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈식 디스크, 자기 또는 광학 대용량 기억 장치, 또는 임의의 다른 단기 또는 장기 저장 매체 또는 다른 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 비롯한, 데이터 저장 요소 또는 메모리를 포함하거나 달리 그에 액세스한다. 컴퓨터 실행가능 프로그래밍 명령어들은, 모터 제어 모듈(512)에 의해 판독 및 실행될 때, 모터 제어 모듈(512)로 하여금 본 명세서에 기술된 작업, 동작, 기능 및 프로세스를 수행하거나 달리 지원하게 한다.
도 5는 설명의 목적을 위한 주입 디바이스(502)의 단순화된 표현이고, 어떠한 방식으로든 본 명세서에 기술된 요지를 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 실시예에 따라, 감지 장치(504)의 일부 특징부 및/또는 기능은 펌프 제어 시스템(520)에 의해 구현되거나 그렇지 않으면 에 통합될 수 있거나, 또는 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 유사하게, 실제로, 모터 제어 모듈(512)의 특징부 및/또는 기능은 펌프 제어 시스템(520)에 의해 구현되거나 그렇지 않으면 그에 통합될 수 있거나, 또는 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 또한, 펌프 제어 시스템(520)의 특징부 및/또는 기능은 유체 주입 디바이스(502) 내에 위치된 제어 전자장치(224)에 의해 구현될 수 있는 반면, 대안적인 실시예에서, 펌프 제어 시스템(520)은 예를 들어 CCD(106) 또는 컴퓨팅 디바이스(108)와 같은, 주입 디바이스(502)와는 물리적으로 구별되고/되거나 그로부터 분리되는 원격 컴퓨팅 디바이스에 의해 구현될 수 있다.
도 6은 하나 이상의 실시예에 따른, 도 5의 펌프 제어 시스템(520)으로서 사용하기에 적합한 펌프 제어 시스템(600)의 예시적인 실시예를 도시한다. 예시된 펌프 제어 시스템(600)은 펌프 제어 모듈(602), 통신 인터페이스(604), 및 데이터 저장 요소(또는 메모리)(606)를 제한 없이 포함한다. 펌프 제어 모듈(602)은 통신 인터페이스(604) 및 메모리(606)에 결합되고, 펌프 제어 모듈(602)은 본 명세서에 기술된 동작, 작업, 및/또는 프로세스를 지원하도록 적합하게 구성된다. 다양한 실시예들에서, 펌프 제어 모듈(602)은 또한 사용자 입력들(예컨대, 목표 포도당 값들 또는 다른 포도당 임계치들)을 수신하고 통지들, 경보들, 또는 다른 치료 정보를 사용자에게 제공하기 위한 하나 이상의 사용자 인터페이스 요소들(예컨대, 사용자 인터페이스(230, 540))에 결합된다.
통신 인터페이스(604)는 일반적으로, 펌프 제어 모듈(602)에 결합되는 그리고 펌프 제어 시스템(600)과 다양한 감지 장치들(504, 506, 508) 사이의 통신을 지원하도록 구성되는 펌프 제어 시스템(600)의 하드웨어, 회로부, 로직, 펌웨어 및/또는 다른 구성요소들을 나타낸다. 이와 관련하여, 통신 인터페이스(604)는 펌프 제어 시스템(520, 600)과 감지 장치들(504, 506, 508) 사이의 무선 통신을 지원할 수 있는 하나 이상의 송수신기 모듈을 포함하거나 달리 그에 결합될 수 있다. 예를 들어, 통신 인터페이스(604)는 주입 시스템(500) 내의 각각의 감지 장치(504, 506, 508)로부터 센서 측정 값 또는 다른 측정 데이터를 수신하는 데 이용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 통신 인터페이스(604)는 감지 장치(들)(504, 506, 508)로의/로부터의 유선 통신을 지원하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 통신 인터페이스(604)는 또한 (예컨대, 센서 측정 값들을 서버 또는 다른 컴퓨팅 디바이스에 업로드하기 위해, 서버 또는 다른 컴퓨팅 디바이스로부터 제어 정보를 수신하기 위해, 기타 등등을 위해) 주입 시스템 내의 다른 전자 디바이스(예컨대, CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108))와의 통신을 지원할 수 있다.
펌프 제어 모듈(602)은 일반적으로, 통신 인터페이스(604)에 결합되는 그리고 감지 장치(504, 506, 508)로부터 수신된 측정 데이터에 기초하여 유체를 신체(501)에 전달하고 본 명세서에 기술된 다양한 추가적인 작업들, 동작들, 기능들 및/또는 동작들을 수행하기 위해 모터(532)를 작동시키기 위한 투여량 명령을 결정하도록 구성되는 펌프 제어 시스템(600)의 하드웨어, 회로부, 로직, 펌웨어 및/또는 다른 구성요소를 나타낸다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 펌프 제어 모듈(602)은 하나 이상의 자율 작동 모드를 지원하는 그리고 사용자의 신체(501) 내의 상태에 대한 전류 측정 값에 적어도 부분적으로 기초하여 주입 디바이스(502)의 모터(532)를 자율 작동 모드에서 작동시키기 위한 투여량 명령들을 계산 또는 달리 결정하는 명령 생성 애플리케이션(610)을 구현하거나 달리 실행한다. 예를 들어, 폐루프 작동 모드에서, 명령 생성 애플리케이션(610)은 사용자의 혈당 수준을 목표 기준 포도당 값으로 조절하기 위해 감지 장치(504)로부터 가장 최근에 수신된 현재 포도당 측정 값에 적어도 부분적으로 기초하여 인슐린을 사용자의 신체(501)에 전달하도록 모터(532)를 작동시키기 위한 투여량 명령을 결정할 수 있다. 추가적으로, 명령 생성 애플리케이션(610)은 사용자 인터페이스 요소를 통해 사용자에 의해 수동으로 개시되거나 달리 지시되는 볼러스에 대한 투여량 명령을 생성할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 펌프 제어 모듈(602)은 또한 하나 이상의 보조 감지 장치(들)(예를 들어, 감지 장치들(506, 508))로부터 수신된 측정 데이터를 분석하여 사용자가 운동에 관여하는지 여부를 검출하고 사용자가 관여하는 운동의 강도 또는 유형을 특성화하거나 달리 분류하는 운동 분류 애플리케이션(608)을 구현하거나 달리 실행한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 운동 분류 애플리케이션(608)은 사용자가 앉아 있는지 여부를 식별할 수 있거나, 또는 앉아 있지 않은 경우, 사용자가 관여하는 운동의 유형을 유산소 운동 또는 무산소 운동으로 분류할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 운동 분류 애플리케이션(608)은 예를 들어 저강도 수준의 운동 강도, 중강도 수준의 운동 강도, 고강도 수준의 운동 강도 등과 같은, 사용자가 관여하는 운동의 상대 강도를 분류할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 검출된 운동의 수준에 기초하여, 운동 분류 애플리케이션(608)은 예를 들어 명령 생성 애플리케이션(610)에 의해 참조되는 메모리(606) 내의 위치 또는 레지스터에서 파라미터 값을 수정함으로써, 투여량 명령들을 결정할 때 명령 생성 애플리케이션(610)에 의해 이용되는 하나 이상의 파라미터들에 대한 값들을 조정하거나 달리 수정한다. 또 다른 실시예들에서, 운동 분류 애플리케이션(608)은 명령 생성 애플리케이션(610)에 상대 운동 수준의 표시를 출력하거나 달리 제공할 수 있으며, 이는 이어서 표시된 운동 수준을 고려하는 방식으로 포도당을 조절하기 위해 투여량 명령이 생성되는 방식을 자동으로 조정한다.
여전히 도 6을 참조하면, 실시예에 따라, 펌프 제어 모듈(602)은 본 명세서에 기술된 기능들을 수행하도록 설계된, 범용 프로세서, 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 상태 기계, 내용 주소화 메모리, 주문형 집적 회로, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 임의의 적합한 프로그램가능 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 구성요소, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 실현될 수 있다. 이와 관련하여, 본 명세서에 개시된 실시예와 관련하여 기술된 방법 또는 알고리즘의 단계는 하드웨어로, 펌웨어로, 펌프 제어 모듈(602)에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로, 또는 이들의 임의의 실용적인 조합으로 직접 구현될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 펌프 제어 모듈(602)은 펌프 제어 모듈(602)에 의한 실행을 위한 프로그래밍 명령어들을 저장할 수 있는 임의의 종류의 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 사용하여 실현될 수 있는 데이터 저장 요소 또는 메모리(606)를 포함하거나 달리 그에 액세스한다. 컴퓨터 실행가능 프로그래밍 명령어들은, 펌프 제어 모듈(602)에 의해 판독 및 실행될 때, 펌프 제어 모듈(602)로 하여금 애플리케이션들(608, 610)을 구현하거나 달리 생성하게 하고, 본 명세서에 기술된 작업들, 동작들, 기능들, 및 프로세스들을 수행하게 한다.
도 6은 설명의 목적을 위한 펌프 제어 시스템(600)의 단순화된 표현이고, 어떠한 방식으로든 본 명세서에 기술된 요지를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 모터 제어 모듈(512)의 특징부 및/또는 기능은 예를 들어 명령 생성 애플리케이션(610)이 투여량 명령을 대응하는 모터 명령으로 변환시키는 것에 의해, 펌프 제어 시스템(600) 및/또는 펌프 제어 모듈(602)에 의해 구현되거나 달리 그에 통합될 수 있으며, 이러한 경우에, 별개의 모터 제어 모듈(512)은 주입 디바이스(502)의 실시예에 없을 수 있다.
도 7은 사용자의 신체 내의 상태를 기준(또는 목표) 값으로 자율적으로 조절하는 폐루프 작동 모드를 제공하기 위해 펌프 제어 시스템(520, 600)에 의해 구현될 수 있는 예시적인 폐루프 제어 시스템(700)을 도시한다. 도 7은 설명의 목적을 위한 제어 시스템(700)의 단순화된 표현이고, 어떠한 방식으로든 본 명세서에 기술된 요지를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다.
예시적인 실시예에서, 제어 시스템(700)은 입력부(702)에서 목표 포도당 값을 수신하거나 달리 획득한다. 일부 실시예에서, 목표 포도당 값은 주입 디바이스(502)에 의해 (예컨대, 메모리(606) 내에) 저장되거나 달리 유지될 수 있지만, 일부 대안적인 실시예에서, 목표 값은 외부 구성요소(예컨대, CCD(106) 및/또는 컴퓨터(108))로부터 수신될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 목표 포도당 값은 하나 이상의 환자-특정적(patient-specific) 제어 파라미터에 기초하여 폐루프 작동 모드에 들어가기 전에 계산되거나 달리 결정될 수 있다. 예를 들어, 목표 혈당 값은 이전 시간 간격에 걸친 이력 전달 정보(예컨대, 이전의 24시간에 걸쳐 전달된 인슐린의 양)에 기초하여 결정되는 환자-특정적 기준 기저 속도(basal rate) 및 환자-특정적 일일 인슐린 필요량에 적어도 부분적으로 기초하여 계산될 수 있다. 제어 시스템(700)은 또한 입력부(704)에서 감지 장치(504)로부터 현재 포도당 측정 값(예컨대, 가장 최근에 획득된 센서 포도당 값)을 수신하거나 달리 획득한다. 예시된 제어 시스템(700)은 목표 포도당 값과 현재 포도당 측정 값 사이의 차이에 적어도 부분적으로 기초하여 모터(510)를 작동시키기 위한 전달 명령을 결정하거나 달리 생성하기 위해 PID 제어를 구현하거나 달리 제공한다. 이와 관련하여, PID 제어는 측정된 값과 목표 값 사이의 차이를 최소화하려고 시도하며, 이에 의해 측정된 값을 원하는 값으로 조절한다. PID 제어 파라미터들은 입력부(702)에서의 목표 포도당 수준과 입력부(704)에서의 측정된 포도당 수준 사이의 차이에 적용되어, 출력부(730)에서 제공되는 투여량(또는 전달) 명령을 생성하거나 달리 결정한다. 그 전달 명령에 기초하여, 모터 제어 모듈(512)은 사용자의 포도당 수준에 영향을 미치도록 사용자의 신체에 인슐린을 전달하여, 이에 의해 후속하여 측정된 포도당 수준과 목표 포도당 수준 사이의 차이를 감소시키도록 모터(510)를 작동시킨다.
예시된 제어 시스템(700)은 입력부(702)에서 획득된 목표 값과 입력부(704)에서 감지 장치(504)로부터 획득된 측정된 값 사이의 차이를, 예를 들어 측정된 값으로부터 목표 값을 감산함으로써 결정하도록 구성된 합산 블록(706)을 포함하거나 달리 구현한다. 합산 블록(706)의 출력은 측정된 값과 목표 값 사이의 차이를 나타내며, 이는 이어서 비례 항 경로, 적분 항 경로, 및 미분 항 경로 각각에 제공된다. 비례 항 경로는 그 차이에 비례 이득 계수(K P )를 곱하여 비례 항을 획득하는 이득 블록(720)을 포함한다. 적분 항 경로는 그 차이를 적분하는 적분 블록(708) 및 적분된 차이에 적분 이득 계수(K I )를 곱하여 적분 항을 획득하는 이득 블록(722)을 포함한다. 미분 항 경로는 그 차이의 미분을 결정하는 미분 블록(710) 및 그 차이의 미분에 미분 이득 계수(K D )를 곱하여 미분 항을 획득하는 이득 블록(724)을 포함한다. 이어서, 비례 항, 적분 항, 및 미분 항은 출력부(730)에서 모터를 작동시키는 데 이용되는 전달 명령을 획득하기 위해 가산되거나 달리 조합된다. 폐루프 PID 제어 및 이득 계수 결정에 관한 다양한 구현 상세사항들이 참고로 포함되는 미국 특허 제7,402,153호에 더 상세히 기술되어 있다.
하나 이상의 예시적인 실시예에서, PID 이득 계수는 사용자-특정적(또는 환자-특정적)이고, 이력 인슐린 전달 정보(예컨대, 이전 투여량의 양 및/또는 타이밍들, 이력 보정 볼러스 정보 등), 이력 센서 측정 값들, 이력 기준 혈당 측정 값들, 사용자-보고 또는 사용자-입력 이벤트들(예컨대, 식사들, 운동 등) 등에 기초하여 폐루프 작동 모드에 들어가기 전에 동적으로 계산되거나 달리 결정된다. 이와 관련하여, 하나 이상의 환자-특정적 제어 파라미터(예를 들어, 인슐린 민감도 인자, 일일 인슐린 필요량, 인슐린 한계, 기준 기저 속도, 기준 공복 포도당, 활성 인슐린 작용 지속시간, 약력학 시상수 등)가 주입 디바이스(502)에 의해 경험되고/되거나 나타나는 다양한 작동 조건을 고려하기 위해 PID 이득 계수를 보상, 보정, 또는 달리 조정하는 데 이용될 수 있다. PID 이득 계수들은 펌프 제어 모듈(602)에 액세스가능한 메모리(606)에 의해 유지될 수 있다. 이와 관련하여, 메모리(606)는 PID 제어를 위한 제어 파라미터들과 연관된 복수의 레지스터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 파라미터 레지스터는 목표 포도당 값을 저장할 수 있고, 입력부(702)에서 합산블록(706)에 의해 액세스되거나 달리 그에 결합될 수 있으며, 유사하게, 비례 이득 블록(720)에 의해 액세스되는 제2 파라미터 레지스터는 비례 이득 계수를 저장할 수 있고, 적분 이득 블록(722)에 의해 액세스되는 제3 파라미터 레지스터는 적분 이득 계수를 저장할 수 있으며, 미분 이득 블록(724)에 의해 액세스되는 제4 파라미터 레지스터는 미분 이득 계수를 저장할 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 예시적인 실시예에서, 폐루프 제어 시스템(700)의 하나 이상의 파라미터는 사용자가 관여하는 운동의 강도 또는 유형을 고려하여 운동에 기인하는 사용자의 포도당 수준 또는 인슐린 민감도의 잠재적인 변화를 고려하도록 자동으로 조정되거나 적응된다. 예를 들어, 하나 이상의 실시예에서, 목표 포도당 값(702)은 인슐린 주입 속도의 감소를 달성하여 이에 의해 운동-유발 저혈당증의 가능성을 감소시키기 위해 유산소 운동 또는 다른 저강도 내지 중강도 운동에 대해 증가될 수 있다. 반대로, 목표 포도당 값(702)이 증가된 후에, 일단 운동 수준이 무산소 운동 또는 다른 고강도 운동으로 전이되면, 목표 포도당 값(702)은 인슐린 주입 속도가 증가되도록 허용하여 이에 의해 운동-유발 고혈당증의 가능성을 감소시키기 위해 원래의 또는 디폴트 사전프로그래밍된 값으로 복귀될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 폐루프 제어 시스템(700)의 하나 이상의 경로와 연관된 시상수 또는 이득 계수는 측정된 포도당 값(704)과 목표 포도당 값(702) 사이의 편차에 대한 응답성을 조율하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 미분 블록(710) 또는 미분 항 경로와 연관된 시상수는 유산소 또는 다른 저강도 내지 중강도 운동 동안 감소되어 폐루프 제어가 그러한 운동 중에 덜 적극적이게 하고 운동에 의해 잠재적으로 완화될 수 있는 사용자의 포도당 수준의 증가에 응답하여 인슐린의 과도한 주입을 피할 수 있다.
도 8은 사용자의 포도당 수준 또는 인슐린 반응에 영향을 미칠 가능성이 있는 사용자의 신체 내의 상태를 자동으로 고려하기 위해 보조 센서로부터의 측정 데이터에 기초하여 폐루프 제어 정보를 동적으로 조정하기 위한 구현예에 적합한 예시적인 제어 프로세스(800)를 도시한다. 제어 프로세스(800)와 관련하여 수행되는 다양한 작업들은 하드웨어, 펌웨어, 처리 회로부에 의해 실행되는 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다. 예시적인 목적을 위해, 하기의 설명은 도 1 내지 도 7과 관련하여 전술된 요소를 언급한다. 실제로, 제어 프로세스(800)의 부분들은 예를 들어 주입 디바이스(502), 하나 이상의 감지 장치(504, 506, 508) 및/또는 펌프 제어 시스템(520, 600)과 같은 주입 시스템의 상이한 요소들에 의해 수행될 수 있다. 제어 프로세스(800)가 임의의 수의 추가적인 또는 대안적인 작업들을 포함할 수 있고, 작업들이 예시된 순서로 수행될 필요가 없고/없거나, 작업들이 동시에 수행될 수 있고/있거나, 제어 프로세스(800)가 본 명세서에 상세히 기술되지 않은 추가적인 기능을 갖는 더 포괄적인 절차 또는 프로세스에 통합될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 도 8의 맥락에서 도시되고 기술된 작업들 중 하나 이상은 의도된 전체 기능이 온전한 상태로 유지되는 한 제어 프로세스(800)의 실제 실시예로부터 생략될 수 있다.
제어 프로세스(800)는 보조 측정 데이터를 수신하거나 달리 획득하고, 보조 측정 데이터를 모니터링하거나 달리 분석하여 사용자의 활동 수준 또는 운동의 변화를 검출한다(작업(802, 804)). 이와 관련하여, 펌프 제어 시스템(520, 600) 및/또는 운동 분류 애플리케이션(608)은 비-포도당 감지 장치(들)(506, 508)로부터 측정 값들을 획득하고, 사용자의 활동 또는 운동 수준의 변화를 나타내는 패턴들, 경향들, 또는 다른 특성들에 대해 측정 값들을 분석한다. 예를 들어, 펌프 제어 시스템(520, 600) 및/또는 운동 분류 애플리케이션(608)은, 운동을 나타내는 다른 측정 값들의 변화들과 동시에 사용자에 의한 증가된 운동 또는 활동을 나타내는 가속도 측정 값들에 기초하여 앉아 있는 상태로부터 활동 수준의 변화 또는 운동을 검출하기 위해, 예를 들어 심박수 측정치, 락테이트 측정치, 케톤 측정치 등과 같은 하나 이상의 다른 보조 감지 장치(506)로부터의 다른 측정 값들과 관련하여 가속도 감지 장치(508)로부터의 가속도 측정 값들을 분석할 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프 제어 시스템(520, 600) 및/또는 운동 분류 애플리케이션(608)은 상이한 감지 장치들(506, 508)로부터의 상이한 측정 값들의 동시 조합들 또는 경향들에 기초하여 운동을 검출하기 위해 신경망(neural network)들, 기계 학습(machine learning), 또는 다른 인공 지능을 활용할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 펌프 제어 시스템(520, 600) 및/또는 운동 분류 애플리케이션(608)은 상이한 감지 장치들(506, 508)로부터의 상이한 센서 측정 값들의 함수로서 운동 강도 수준을 나타내는 메트릭(metric)을 계산하기 위해 수학 식을 이용할 수 있다. 이와 관련하여, 상이한 운동 수준들에 참여하는 상이한 사용자들에 대해 상이한 감지 장치들(506, 508)로부터 측정 데이터를 수집하고 실험 측정 데이터를 분석하여 센서 측정 값들을 대응하는 운동 강도 메트릭 값에 매핑(mapping)하는 수학 함수에 도달함으로써 수학 모델이 개발될 수 있다. 예를 들어, 미분 방정식의 시스템이 측정된 락테이트 수준, 측정된 케톤 수준, 측정된 가속도 또는 운동, 및 보조 감지 장치를 사용하여 측정가능한 잠재적인 다른 바이오마커(biomarker) 또는 특성의 함수로서 포도당 수준에 대한 인슐린 및 운동의 효과를 포착하기 위해 이용될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에서, 펌프 제어 시스템(520, 600) 및/또는 운동 분류 애플리케이션(608)은 입력 가속도 측정 값, 입력 락테이트 측정 값, 및 입력 케톤 측정 값의 함수로서 운동 강도를 모델링할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 입력 값은 먼저 방정식
Figure pct00001
을 사용하여 0 내지 100의 값들의 범위로 정규화되며, 여기에서 정규화된 측정 값은 mnorm이고, m은 입력 측정 값이며, mmaximum은 측정 값이 도달할 수 있는 최대 값이고, mminimum은 측정 값이 도달할 수 있는 최소 값이다. 각각의 입력 신호의 역학관계(dynamics)를 포착하기 위해, 1차 미분 방정식이 이용되어 입력 신호의 역학관계를 포착하는 파라미터를 도출할 수 있다. 예를 들어, 방정식
Figure pct00002
은 입력 변수에 대한 평활화된 신호(smoothed signal)를 도출하는 데 이용될 수 있으며, 여기서 τM은 변수의 역학관계를 포착하는 그리고 기계 학습 기법을 사용하여 데이터를 기반으로 훈련될 수 있는 파라미터이다. 다양한 입력 변수들에 대한 평활화된 입력 신호들은 운동 강도 값에 대한 1차 미분 방정식 함수
Figure pct00003
를 제공하도록 조합될 수 있으며, 여기에서 A는 평활화된 가속도 측정 신호이고, L은 평활화된 락테이트 측정 신호이며, K는 평활화된 케톤 측정 신호이고, E는 운동 강도를 나타내며, 여기에서 k M , k L , 및 k K 는 조정가능한 이득 파라미터들이고, τE는 입력 가속도 측정 값, 입력 락테이트 측정 값 및 입력 케톤 측정 값의 함수로서 운동 강도 값에 대한 방정식에 도달하도록 기계 학습 기법을 사용하여 데이터를 기반으로 결정되거나 달리 훈련되는 시상수이다.
여전히 도 8을 참조하면, 운동 강도 수준의 변화가 없는 경우에, 제어 프로세스(800)는 현재 제어 정보에 따라 사용자의 포도당 수준의 폐루프 제어를 제공함으로써 계속된다(작업(806)). 이와 관련하여, 사용자가 앉아 있는 상태에 있거나 달리 임의의 상당한 양의 운동 또는 활동에 관여하지 않고 있는 동안, 펌프 제어 시스템(520, 600) 및/또는 명령 생성 애플리케이션(610)은 폐루프 작동 모드에 대한 정상, 디폴트, 또는 사전프로그래밍된 제어 정보에 따라 주입 디바이스(502)를 작동시키기 위한 투여량 명령(또는 모터 명령)을 생성한다. 다시 말하면, 폐루프 제어 시스템(700)은 목표 포도당 값(702), 이득 계수, 시상수, 및 사용자에 의해 프로그래밍되고/되거나 운동 수준에 대한 임의의 조정 없이 사용자에 대해 계산된 다른 파라미터들을 이용한다. 작업들(802, 804, 806)에 의해 한정되는 루프는 폐루프 제어를 제공하도록 그리고 전술된 바와 같이 측정된 포도당 값을 사용자에 대한 목표 포도당 값으로 조절하도록 무한히 반복될 수 있다.
사용자의 운동 또는 활동 수준의 변화를 검출하는 것에 응답하여, 제어 프로세스(800)는 사용자의 현재 운동 강도를 특성화하거나 달리 분류하고, 사용자의 현재 운동 강도 수준을 고려하기 위해 주입 디바이스에 대한 제어 정보를 자동으로 조정하거나 달리 수정한다(작업(808, 810)). 이와 관련하여, 펌프 제어 시스템(520, 600) 및/또는 운동 분류 애플리케이션(608)은 보조 감지 장치(506, 508)로부터의 보조 측정 데이터를 분석하여, 사용자가 어떤 유형의 운동에 관여하는지를 결정하거나 그렇지 않으면 운동의 상대 강도를 결정한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 펌프 제어 시스템(520, 600) 및/또는 운동 분류 애플리케이션(608)은 사용자의 운동 강도를 유산소 운동, 무산소 운동, 또는 운동하지 않음(또는 앉아 있음) 중 하나로 특성화한다. 또 다른 실시예에서, 펌프 제어 시스템(520, 600) 및/또는 운동 분류 애플리케이션(608)은 사용자의 운동 강도를 예를 들어 저강도, 중강도, 고강도 등과 같은 복수의 상이한 수준의 운동 강도 중 하나로 특성화한다.
예시적인 실시예들에서, 명령 생성 애플리케이션(610) 및/또는 폐루프 제어 시스템(700)에 의해 이용되는 하나 이상의 제어 파라미터는 사용자의 현재 활동이 분류되는 운동 강도의 결과적인 등급 또는 범주에 기초하여 자동으로 조정된다. 이와 관련하여, 상이한 수준들 또는 범주들의 운동 강도 수준들은 조정되어야 하는 상이한 제어 파라미터들, 그들 제어 파라미터들을 조정하기 위한 상이한 스케일링 인자들 또는 값들 등과 연관될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 실시예에서, 현재 운동이 저강도로 분류될 때 단지 하나의 제어 파라미터만이 조정될 수 있으며, 이때 현재 운동이 중강도로 분류될 때 하나 이상의 추가의 파라미터가 폐루프 제어를 추가로 적응시키도록 조정된다. 또 다른 실시예들에서, 제어 파라미터가 조정되는 크기 또는 양은 운동 강도 수준의 등급 또는 범주에 따라 달라질 수 있다.
여전히 도 8을 참조하면, 현재 운동 강도를 고려하도록 제어 정보를 조정한 후에, 제어 프로세스(800)는 조정된 제어 정보에 따라 사용자의 포도당 수준의 폐루프 제어를 제공한다(작업(812)). 이와 관련하여, 현재 포도당 측정 값(704)에 기초하여 전달되는 인슐린 주입의 속도 또는 양은 운동으로 인한 사용자의 포도당 수준 또는 인슐린 반응의 예상되는 변화를 고려하여 증가 또는 감소될 수 있다. 사용자가 동일한 등급 또는 유형의 운동에 관여하고 있는 동안, 작업(802, 804, 806)에 의해 한정되는 루프는 사용자의 운동 수준의 변화가 검출될 때까지, 운동의 지속시간 동안 조정된 제어 정보에 따라 폐루프 제어를 유지하도록 반복된다. 그 후에, 제어 프로세스(800)는 증가된 운동 강도를 고려하도록, 또는 대안적으로, 사용자가 앉아 있는 상태를 다시 취할 때 원래의 또는 디폴트 제어 파라미터로 다시 복귀하도록 제어 정보를 조정함으로써 진행된다(작업(808, 810)). 따라서, 제어 프로세스(800)는 시간 경과에 따른 사용자의 활동 수준의 변동을 고려하기 위해 폐루프 제어 파라미터들을 동적으로 적응시키도록 무한히 반복될 수 있다.
도 9는 보조 감지 장치(506, 508)로부터의 측정 데이터에 기초하여 계산되거나 달리 결정될 수 있는 운동 강도 메트릭의 예시적인 그래프를 도시하고, 도 10은 도 9에 도시된 운동 강도 메트릭의 값에 기초하여 제어 프로세스(800)에 따라 동적으로 조정될 수 있는 폐루프 제어 시스템에 대한 목표 포도당 값(예컨대, 폐루프 제어 시스템(700)의 목표 포도당 값(702))의 예시적인 그래프를 도시한다. 도 5 내지 도 7에 관련하여 도 9 및 도 10을 참조하면, 시간 t 1 이전에, 보조 감지 장치들(506, 508)로부터의 현재 측정 값들에 기초하여 운동 분류 애플리케이션(608)에 의해 계산된 운동 강도 메트릭은 사용자가 앉아 있음을 나타내는 제1 임계 값보다 작다. 시간 t 1 에서, 운동 강도 메트릭에 대한 값은 (예컨대, 가속도 측정 값, 심박수 측정 값, 락테이트 측정 값, 케톤 측정 값 등에 대한 변화로 인해) 제1 임계 값 위로 증가하며, 이에 의해, 운동 분류 애플리케이션(608)이 사용자의 활동 수준의 변화를 검출하게 하고, 운동 강도 메트릭 값이 제1 임계 값보다 크지만 중강도 운동을 나타내는 제2 임계 값보다 작음으로 인해 사용자의 현재 활동 수준을 저강도 운동으로 분류하게 한다.
도 10에 예시된 바와 같이, 시간 t 1 에서, 사용자의 현재 활동 수준을 저강도 운동으로 검출하고 분류하는 것에 응답하여, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 사용자가 운동에 관여하는 것을 고려하기 위해 목표 포도당 값(702)을 120 밀리그램/데시리터(mg/dL)로부터 150 mg/dL로 증가시킴으로써 폐루프 제어 시스템(700)에 의해 사용되는 목표 포도당 값(702)을 자동으로 조정한다. 이와 관련하여, 목표 포도당 값(702)을 증가시키는 것은 폐루프 제어 시스템(700)에 의해 명령된 투여량 출력(730)을 감소시키는 방식으로 합산 블록(706)에 의해 출력되는 결과에 영향을 준다. 그 후에, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 사용자의 활동 수준의 후속 변화를 검출할 때까지 150 mg/dL의 조정된 제어기 목표 값을 사용하여 주입 디바이스(502)의 폐루프 작동을 유지한다.
시간 t 2 에서, 운동 세기 메트릭에 대한 값은 제2 임계 값 위로 증가하여, 이에 의해 운동 분류 애플리케이션(608)이 사용자의 활동 수준의 변화를 검출하고 사용자의 현재 활동 수준을 중강도 운동으로 분류하게 한다. 결과적으로, 시간 t 2 에서, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 증가된 운동 강도 및 추가의 인슐린 주입 없이 운동으로 인해 사용자의 포도당 수준이 떨어질 대응하는 가능성을 고려하여 폐루프 제어 시스템(700)에 의해 사용되는 목표 포도당 값(702)을 150 mg/dL로부터 180 mg/dL로 추가로 증가시킨다. 다시 말하면, 증가된 목표 포도당은 잠재적인 운동-유발 저혈당증을 피하기 위해 잠재적인 고혈당증 이벤트(예를 들어, 180 mg/dL보다 큰 측정된 포도당 값(704))의 징후가 없는 지속적인 운동 동안 인슐린 전달을 효과적으로 중단시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 시간 t 2 에서, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 증가된 운동 강도를 고려하기 위해 명령 생성 애플리케이션(610)에 의해 이용되는 하나 이상의 다른 제어 파라미터들을 자동으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 (예컨대, 시상수에 분수 스케일링 인자를 곱함으로써) 미분 경로와 연관된 시상수를 감소시켜, 측정된 포도당 값(704)의 증가에 대한 폐루프 제어 시스템(700)의 응답성을 감소시킬 수 있다. 전술된 바와 같이, 일부 실시예에서, 시상수는 비대칭적으로 조정되고, 측정된 포도당 값(704)의 경향에 의존한다. 예를 들어, 측정된 포도당 값(704)의 경향이 양성일 때, 미분 항과 연관된 시상수는 중강도 또는 유산소 운동 동안 미분 경로 성분을 덜 적극적이거나 덜 반응적으로 만들어 인슐린의 과도한 주입을 피하면서, 측정된 포도당 값(704)의 경향이 0 이하일 때 동일한 시상수를 유지하여 하향 경향에 대한 동일한 수준의 응답성을 유지하고 운동-유발 저혈당증에 대해 추가로 보호하기 위해 감소되거나 축소될 수 있다.
다른 예로서, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 추가적으로 또는 대안적으로, 인슐린 주입의 양 또는 속도를 추가로 감소시키기 위해 폐루프 제어 시스템(700)의 출력부(730)에 적용되는 하나 이상의 인슐린 전달 한계를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 명령 생성 애플리케이션(610)은 대응하는 모터 명령들을 결정하는 데 사용되는 투여량 명령을 한도설정하거나 한정하거나 달리 제한하는 출력부(730)에 대한 최대 투여량 한계 값을 지원할 수 있으며, 따라서, 최대 투여량 한계 값을 낮추는 것은 목표 포도당 값(702) 및/또는 미분 경로 시상수에 대한 조정과 협력하여 인슐린 주입 속도 또는 양을 추가로 감소시키도록 작동할 수 있다. 다른 예로서, 명령 생성 애플리케이션(610)은 사용자가 중강도 운동에 관여하고 있는 동안에 인슐린 주입 속도를 효과적으로 중단시키거나 달리 감소시키기 위해 유사하게 낮추어질 수 있는, 이전의 시간 간격에 걸쳐 전달되는 최대량의 인슐린을 지원할 수 있다.
시간 t 3 에서, 운동 강도 메트릭에 대한 값이 무산소 또는 고강도 운동을 나타내는 제3 임계 값 위로 증가할 때, 운동 분류 애플리케이션(608)은 사용자의 활동 수준의 변화를 검출하고, 사용자의 현재 활동 수준을 무산소 또는 고강도 운동으로 분류한다. 그 결과, 시간 t 3 에서, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 감소된 인슐린 반응으로 인한 운동-유발 고혈당증을 완화시키거나 달리 피하기 위해 폐루프 제어 시스템(700)에 의해 사용되는 하나 이상의 제어 파라미터를 조정한다. 예를 들어, 도 10의 예시된 실시예에서, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 목표 포도당 값(702)을 다시 사용자에 대해 이전에 프로그래밍되거나 결정된 120 mg/dL의 원래의 목표 포도당 값(702)으로 복귀시킴으로써 목표 포도당 값(702)을 자동으로 조정한다. 또한, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 시상수, 최대 인슐린 전달 한계, 및 다른 제어 파라미터를 그들의 원래 값으로 자동으로 복원하여 운동-유발 고혈당증의 가능성을 추가로 감소시킬 수 있다. 또한, 다양한 실시예에서, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 측정된 포도당 값(704)의 증가에 대한 응답성을 증가시키도록 폐루프 제어 시스템(700)의 제어 파라미터를 조정할 수 있다. 예를 들어, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 측정된 포도당 값(704)의 증가를 완화시키기 위해 폐루프 제어 시스템(700)의 응답성을 증가시키도록 미분 경로와 연관된 시상수에 1보다 큰 스케일링 인자를 곱할 수 있다. 최대 인슐린 전달 한계는 또한 더 큰 속도 또는 양의 인슐린 주입을 허용하도록 완화되거나 추가로 증가될 수 있다.
그 후에, 펌프 제어 시스템(520, 600) 및/또는 운동 분류 애플리케이션(608)이 무산소 또는 고강도로부터 다시 더 낮은 강도 또는 앉아 있는 수준으로의 운동 수준의 변화를 검출할 때, 펌프 제어 시스템(520, 600)은 그에 따라 제어 파라미터들을 자동으로 조정할 수 있다. 이와 관련하여, 운동 강도 메트릭이 제1 임계 값 미만으로 떨어질 때, 운동 분류 애플리케이션(608)은 앉아 있는 상태를 검출하고, 운동 동안 조정되었던 제어 파라미터들 중 임의의 것을 다시 앉아 있는 상태에 대한 그들의 원래의 또는 디폴트 값으로 자동으로 복원하여, 이에 의해 사용자의 포도당 수준의 폐루프 조절을 정상 상태로 복원한다.
이번에도, 상이한 운동 강도 수준들에 대한 폐루프 제어 방식의 응답성을 조율하도록 조정될 수 있는 다수의 상이한 제어 파라미터들 또는 이들의 조합들과, 또한 그러한 제어 파라미터들이 원하는 제어기 거동을 달성하기 위해 조정되거나 스케일링되거나 달리 수정될 수 있는 많은 상이한 방식들이 있음을 이해해야 한다. 또한, 운동 강도가 결정 및 분류될 수 있는 다수의 상이한 방식들, 및 운동 강도를 검출하고 분류하는 데 활용될 수 있는 다수의 상이한 유형들 또는 조합의 보조 감지 장치들이 있다. 따라서, 본 명세서에 기술된 예들은 총망라하거나 제한하고자 하는 것이 아니며, 본 명세서에 기술된 요지는 임의의 특정 방식 또는 유형의 운동 강도 등급 또는 범주, 운동 강도 또는 다른 활동 수준들을 검출 및 분류하는 데 사용되는 임의의 특정 유형 또는 조합의 감지 장치들, 또는 임의의 특정 방식 또는 유형의 제어 파라미터 조정으로 제한되지 않는다.
본 명세서에 기술된 요지는 잠재적으로 포도당 수준 또는 인슐린 민감도에 영향을 미치는 운동 또는 다른 활동이 보조 감지 장치를 사용하여 인슐린 반응 또는 포도당 수준에 대한 그들의 상이한 영향에 따라 자동으로 검출 및 분류되도록 허용하며, 이때 사용자의 혈당 수준의 폐루프 제어를 제공하기 위한 제어 정보는 사용자의 포도당 수준 또는 인슐린 반응의 예상되는 변화를 고려하기 위해 운동 강도의 분류 또는 범주화에 기초하여 자동으로 조정된다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 저강도 내지 중강도 유산소 운동으로 인한 잠재적인 저혈당 이벤트가 완화되거나 회피될 수 있는 한편, 또한 무산소 또는 더 높은 강도의 운동에 기인하는 잠재적인 운동-유발 고혈당 이벤트가 운동 강도의 변화를 검출 및 분류하고 운동 강도에 대한 신체의 반응의 동적 및 가변적인 성질을 고려하기 위해 폐루프 제어 정보를 실시간으로 동적으로 조정함으로써 완화 또는 회피되도록 허용할 수 있다.
간결함을 위해, 포도당 감지 및/또는 모니터링, 센서 교정 및/또는 보상, 및 본 요지의 다른 기능적 태양과 관련된 종래의 기술은 본 명세서에 상세히 기술되지 않을 수 있다. 또한, 소정 용어는 또한 단지 참조의 목적으로 본 명세서에서 사용될 수 있으며, 따라서 제한하고자 하는 것이 아니다. 예를 들어, 구조들을 언급하는 "제1", "제2", 및 다른 그러한 수치 용어들과 같은 용어들은 문맥에 의해 명확하게 지시되지 않는 한 시퀀스 또는 순서를 암시하지 않는다. 전술한 설명은 또한 요소들 또는 노드들 또는 특징부들이 함께 "연결되는" 또는 "결합되는" 것을 언급할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 달리 명확하게 언급되지 않는 한, "결합되는"은 하나의 요소/노드/특징부가 다른 요소/노드/특징부에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되되(또는 그와 직접적으로 또는 간접적으로 연통됨), 반드시 기계적으로 결합되지는 않음을 의미한다.
적어도 하나의 예시적인 실시예가 전술한 상세한 설명에서 제시되었지만, 많은 수의 변형이 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예 또는 실시예들은 청구된 요지의 범주, 적용가능성, 또는 구성을 어떠한 방식으로도 제한하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 요지는 본 명세서에 기술된 주입 디바이스 및 관련 시스템으로 제한되지 않는다. 더욱이, 전술한 상세한 설명은 기술된 실시예 또는 실시예들을 구현하기 위한 편리한 지침(road map)을 당업자에게 제공할 것이다. 본 특허 출원의 출원시에 공지된 등가물 및 예측가능한 등가물을 포함하는, 청구범위에 의해 한정되는 범주로부터 벗어남이 없이 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 전술된 예시적인 실시예 또는 다른 제한의 상세사항은 반대로 명확한 의도가 없는 한 청구범위 내로 해석되어서는 안 된다.

Claims (26)

  1. 사용자에게 유체를 전달할 수 있는 주입 디바이스(502)를 작동시키는 방법으로서, 상기 유체는 상기 사용자의 생리학적 상태에 영향을 미치며, 상기 방법은,
    상기 주입 디바이스(502)와 연관된 제어 시스템(520)에 의해, 상기 생리학적 상태와는 상이한 상기 사용자의 제2 상태를 나타내는 하나 이상의 측정치들을 획득하는 단계;
    상기 제어 시스템(520)에 의해, 상기 하나 이상의 측정치에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제2 상태를 복수의 강도 수준들 중 하나로 분류하는 단계;
    상기 제어 시스템(520)에 의해, 제1 감지 장치로부터 상기 사용자의 생리학적 상태를 나타내는 제1 측정치를 획득하는 단계; 및
    상기 제어 시스템(520)에 의해, 상기 복수의 강도 수준들 중 상기 하나에 의해 영향을 받는 방식으로 상기 생리학적 상태의 상기 제1 측정치에 기초하여 상기 유체를 상기 사용자에게 전달하도록 상기 주입 디바이스(502)를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 강도 수준들 중 상기 하나에 기초하여 목표 값을 조정하여, 조정된 목표 값을 생성하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 복수의 강도 수준들 중 상기 하나에 의해 영향을 받는 방식으로 상기 유체를 상기 사용자에게 전달하도록 상기 주입 디바이스(502)를 작동시키는 단계는 상기 제1 측정치와 상기 조정된 목표 값 사이의 차이에 기초하여 상기 주입 디바이스(502)의 모터(532)를 작동시키기 위한 명령을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 목표 값을 조정하는 단계는 상기 제2 상태를 유산소 운동으로 분류하는 것에 응답하여 상기 목표 값을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 목표 값을 조정하는 단계는 상기 제2 상태를 무산소 운동으로 분류하는 것에 응답하여 상기 목표 값을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생리학적 상태의 폐루프 제어와 연관된 시상수를 조정하여, 조정된 시상수를 생성하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 복수의 강도 수준들 중 상기 하나에 의해 영향을 받는 방식으로 상기 유체를 상기 사용자에게 전달하도록 상기 주입 디바이스(502)를 작동시키는 단계는 상기 조정된 시상수를 갖는 상기 폐루프 제어를 사용하여 상기 제1 측정치와 목표 값 사이의 차이에 기초하여 상기 주입 디바이스(502)의 모터(532)를 작동시키기 위한 명령을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 시상수를 조정하는 단계는 상기 제2 상태를 유산소 운동으로 분류하는 것에 응답하여 상기 시상수를 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 측정치 및 상기 제1 감지 장치로부터의 상기 생리학적 상태를 나타내는 하나 이상의 이전의 측정치들에 기초하여 상기 사용자의 상기 생리학적 상태와 연관된 경향을 결정하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 시상수를 조정하는 단계는,
    상기 경향이 양성일 때 상기 폐루프 제어의 응답성을 감소시키도록 상기 시상수를 조정하는 단계; 및
    상기 경향이 음성일 때 상기 시상수를 유지하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 시상수를 조정하는 단계는 상기 제2 상태를 무산소 운동으로 분류하는 것에 응답하여 상기 시상수를 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 상태를 유산소 운동으로 분류하는 것에 응답하여 전달 한계를 감소시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 유체를 상기 사용자에게 전달하도록 상기 주입 디바이스(502)를 작동시키는 단계는,
    상기 생리학적 상태에 대한 상기 제1 측정치와 목표 값 사이의 차이에 기초하여 상기 주입 디바이스(502)의 모터(532)를 작동시키기 위한 명령을 결정하는 단계; 및
    상기 감소된 전달 한계에 따라 상기 명령을 제한하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 상태를 무산소 운동으로 분류하는 것에 응답하여 전달 한계를 증가시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 유체를 상기 사용자에게 전달하도록 상기 주입 디바이스(502)를 작동시키는 단계는 상기 증가된 전달 한계에 따라 상기 생리학적 상태에 대한 상기 제1 측정치와 목표 값 사이의 차이에 기초하여 상기 주입 디바이스(502)의 모터(532)를 작동시키기 위한 명령을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 측정치를 획득하는 단계는 락테이트 감지 장치, 케톤 감지 장치, 및 가속도 감지 장치 중 적어도 하나로부터 상기 하나 이상의 측정치를 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 상태는 상기 사용자의 운동, 상기 사용자의 락테이트 수준, 또는 상기 사용자의 케톤 수준 중 하나를 포함하는, 방법.
  13. 주입 디바이스(502)를 작동시키는 방법으로서,
    상기 주입 디바이스(502)와 연관된 제어 시스템(520)에 의해, 포도당 감지 장치(504)로부터 현재 포도당 측정치를 획득하는 단계;
    상기 제어 시스템(520)에 의해, 상기 포도당 감지 장치(504)와는 상이한 보조 감지 장치(506)로부터 하나 이상의 측정치를 획득하는 단계;
    상기 제어 시스템(520)에 의해, 상기 하나 이상의 측정치들에 적어도 부분적으로 기초하여 복수의 운동 강도 수준들 중 일정 운동 강도 수준을 검출하는 단계; 및
    상기 제어 시스템(520)에 의해, 상기 운동 강도 수준에 의해 영향을 받는 방식으로 상기 현재 포도당 측정치에 기초하여 포도당 수준을 조절하기 위해 인슐린을 전달하도록 상기 주입 디바이스(502)의 작동 장치를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 운동 강도 수준을 결정하는 단계는 상기 하나 이상의 측정치에 적어도 부분적으로 기초하여 유산소 운동을 검출하는 단계를 포함하고;
    상기 주입 디바이스(502)를 작동시키는 단계는 유산소 운동을 검출하는 것에 응답하여 인슐린 전달의 속도 또는 양을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 인슐린 전달의 속도 또는 양을 감소시키는 단계는 상기 주입 디바이스(502)의 상기 작동 장치의 폐루프 제어와 연관된 목표 포도당 값을 증가시켜 상기 현재 포도당 측정치를 상기 증가된 목표 포도당 값으로 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 인슐린 전달의 속도 또는 양을 감소시키는 단계는 상기 주입 디바이스(502)의 상기 작동 장치의 비례-적분-미분(proportional-integral-derivative, PID) 제어와 연관된 미분 시상수를 감소시켜 상기 현재 포도당 측정치를 목표 포도당 값으로 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 운동 강도 수준을 결정하는 단계는 상기 하나 이상의 측정치에 적어도 부분적으로 기초하여 무산소 운동을 검출하는 단계를 포함하고;
    상기 주입 디바이스(502)를 작동시키는 단계는 무산소 운동을 검출하는 것에 응답하여 인슐린 전달의 속도 또는 양을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 인슐린 전달의 속도 또는 양을 증가시키는 단계는 상기 주입 디바이스(502)의 상기 작동 장치의 폐루프 제어와 연관된 목표 포도당 값을 감소시켜 상기 현재 포도당 측정치를 상기 감소된 목표 포도당 값으로 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 인슐린 전달의 속도 또는 양을 증가시키는 단계는 상기 주입 디바이스(502)의 상기 작동 장치의 폐루프 제어와 연관된 전달 한계를 증가시켜 상기 현재 포도당 측정치를 목표 포도당 값으로 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 감지 장치(506)는 락테이트 감지 장치, 케톤 감지 장치, 및 가속도 감지 장치 중 하나를 포함하는, 방법.
  21. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 측정치는 측정된 락테이트 수준, 측정된 케톤 수준, 측정된 가속도, 또는 측정된 운동을 포함하는, 방법.
  22. 상기 주입 디바이스(502)의 상기 제어 시스템(520)에 의해 실행될 때, 상기 제어 시스템(520)으로 하여금 임의의 선행하는 항의 상기 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 실행가능 명령어들이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체.
  23. 주입 시스템으로서,
    사용자에게 인슐린을 전달하도록 작동가능한 작동 장치(532);
    상기 사용자에 대한 측정된 포도당 값을 획득하기 위한 포도당 감지 장치(504);
    상기 사용자에 의한 운동을 나타내는 측정 데이터를 획득하기 위한 제2 감지 장치(506); 및
    제어 시스템(520) - 상기 제어 시스템은 상기 작동 장치, 상기 포도당 감지 장치(504), 및 상기 제2 감지 장치에 결합되어,
    상기 측정 데이터에 기초하여 상기 사용자에 의한 상기 운동을 복수의 운동 강도 수준들 중 제1 수준으로 분류하고;
    상기 제1 운동 강도 수준에 기초하여 상기 작동 장치를 작동시키기 위한 제어 정보를 조정하여, 조정된 제어 정보를 생성하고;
    상기 조정된 제어 정보 및 상기 측정된 포도당 값에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 인슐린을 상기 사용자에게 전달하도록 상기 작동 장치를 작동시킴 - 을 포함하는, 주입 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제2 감지 장치는 락테이트 감지 장치, 케톤 감지 장치, 또는 가속도 감지 장치 중 하나를 포함하는, 주입 시스템.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 조정된 제어 정보는 증가된 목표 포도당 값을 포함하고;
    상기 제어 시스템(520)은 상기 측정된 포도당 값과 상기 증가된 목표 포도당 값 사이의 차이에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 사용자에게 상기 인슐린을 전달하도록 상기 작동 장치를 작동시키는, 주입 시스템.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 데이터는 측정된 락테이트 수준, 측정된 케톤 수준, 측정된 가속도, 또는 측정된 운동을 포함하는, 주입 시스템.
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