Система управления течением диабета с автоматическим управлением базальным введением инсулина и ручным управлением болюсным введением инсулина - RU2758210C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение по существу относится к области систем управления течением диабета и более конкретно к системе и связанному с ней способу управления инсулином, включая как автоматическое управление базальным введением инсулина, так и ручное управление болюсным введением инсулина.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Сахарный диабет представляет собой хроническое метаболическое расстройство, вызванное неспособностью поджелудочной железы вырабатывать достаточное количество гормона инсулина, что приводит к снижению способности организма усваивать глюкозу. Это расстройство приводит к гипергликемии или наличию избыточного количества глюкозы в плазме крови. Постоянная гипергликемия сама по себе или в комбинации с гипоинсулинемией связана с различными серьезными симптомами и угрожающими жизни долгосрочными осложнениями. Так как восстановление производства эндогенного инсулина пока невозможно, необходима постоянная терапия, которая обеспечивает постоянный гликемический контроль, чтобы всегда поддерживать уровень глюкозы в крови в нормальных пределах. Такого гликемического контроля достигают посредством регулярной подачи инсулина в тело пациента извне для снижения таким образом повышенного уровня глюкозы в крови.

[0003] Существенные улучшения в терапии диабета были достигнуты благодаря разработке устройств для доставки лекарственных средств, которые избавляют пациента от необходимости использовать шприцы или шприц–ручки для введения множества ежедневных инъекций. Эти устройства для доставки лекарственных средств позволяют вводить лекарственное средство способом, который имеет большее сходство с физиологическим процессом, происходящим в естественных условиях, и могут контролироваться в соответствии со стандартом или индивидуально модифицированными протоколами, чтобы обеспечить пациенту более эффективный гликемический контроль.

[0004] Эти устройства для доставки лекарственных средств могут быть выполнены в виде имплантируемых устройств. В альтернативном варианте осуществления устройство для доставки может представлять собой внешнее устройство с инфузионным набором для подкожной инфузии в организм пациента посредством чрескожной вставки катетера, канюли или трансдермального средства доставки лекарственного средства, например, через пластырь. Внешние устройства для доставки лекарственного средства могут быть установлены на одежде или более предпочтительно спрятаны под или внутри одежды или установлены на теле и, как правило, управляются посредством пользовательского интерфейса, встроенного в устройство или расположенного на отдельном удаленном устройстве.

[0005] Для достижения приемлемого гликемического контроля с помощью устройств требуется мониторинг уровня аналита в крови или тканевой жидкости. Например, доставка подходящего количества инсулина с помощью устройства для доставки лекарственного средства требует, чтобы пациент часто определял свой уровень глюкозы в крови. Уровень может быть введен в устройство для доставки или в помпу, или в контроллер, после чего подходящая модификация может быть рассчитана в соответствии с протоколом доставки инсулина по умолчанию или в соответствии с применяемым в настоящее время протоколом доставки, т.е. с дозировкой и периодичностью, причем модификацию используют для соответствующего регулирования работы устройства для доставки лекарственного средства. В альтернативном варианте осуществления или в сочетании с эпизодическим определением уровня глюкозы в устройствах для доставки лекарственных средств может быть применен непрерывный мониторинг уровня глюкозы (CGM), который позволяет обеспечить управление с обратной связью инсулином, вводимым пациентам с диабетом путем инфузии.

[0006] Для обеспечения управления с обратной связью автономную модуляцию доставляемого пользователю лекарственного средства обеспечивает контроллер с использованием одного или более алгоритмов. Например, можно применять контроллер на основе пропорционально–интегрально–дифференциального (ПИД) алгоритма, который реагирует на наблюдаемые уровни глюкозы, причем контроллеры могут быть настроены на основании простых правил математических моделей взаимодействия между глюкозой и инсулином у человека.

[0007] В альтернативном варианте осуществления можно использовать контроллер на основе алгоритма управления с прогнозирующими моделями (MPC). Контроллер MPC является преимущественным по сравнению с ПИД–контроллером, поскольку MPC заранее учитывает эффекты изменения контроля в ближайшем будущем, иногда подверженные ограничениям, при определении результата MPC, в то время как ПИД, как правило, включает только прошлые результаты при определении будущих изменений. Ограничения могут быть реализованы в контроллере MPC таким образом, чтобы решение гарантировано находилось в ограниченном «пространстве», т.е. в пределах установленных ограничений на доставку, и система не могла превысить достигнутый предел. Известные MPC описаны в следующих документах: патент США № 7,060,059; заявка на патент США № 2011/0313680, 2011/0257627 и 2014/0180240; международная публикация WO 2012/051344; Percival et al., “Closed–Loop Control and Advisory Mode Evaluation of an Artificial Pancreatic β Cell: Use of Proportional–Integral–Derivative Equivalent Model–Based Controllers,” J. Diabetes Sci. Techn., Vol. 2, Issue 4, July 2008; Paola Soru et al., “MPC Based Artificial Pancreas; Strategies for Individualization and Meal Compensation,” Annual Reviews in Control 36, p. 118–128 (2012); Cobelli et al., “Artificial Pancreas: Past, Present, Future,” Diabetes, Vol. 60, November 2011; Magni et al., “Run–to–Run Tuning of Model Predictive Control for Type 1 Diabetes Subjects: In Silico Trial,” J. Diabetes Sci. Techn., Vol. 3, Issue 5, September 2009; Lee et al., “A Closed–Loop Artificial Pancreas Using Model Predictive Control and a Sliding Meal Size Estimator,” J. Diabetes Sci. Techn., Vol. 3, Issue 5, September 2009; Lee et al., “A Closed–Loop Artificial Pancreas based on MPC: Human Friendly Identification and Automatic Meal Disturbance Rejection,” Proceedings of the 17th World Congress, The International Federation of Automatic Control, Seoul Korea Jul. 6–11, 2008; Magni et al., “Model Predictive Control of Type 1 Diabetes: An in Silico Trial,” J. Diabetes Sci. Techn., Vol. 1, Issue 6, November 2007; Wang et al., “Automatic Bolus and Adaptive Basal Algorithm for the Artificial Pancreatic β–Cell,” Diabetes Techn. Vol. 12, № 11, 2010; Percival et al., “Closed–Loop Control of an Artificial Pancreatic β–Cell Using Multi–Parametric Model Predictive Control,” Diabetes Research 2008; Kovatchev et al., “Control to Range for Diabetes: Functionality and Modular Architecture,” J. Diabetes Sci. Techn., Vol. 3, Issue 5, September 2009; и Atlas et al., “MD–Logic Artificial Pancreas System,” Diabetes Care, Vol. 33, № 5, May 2010. Все статьи или документы, упомянутые в настоящей заявке, включены в настоящую заявку путем ссылки, как если бы они были полностью изложены в настоящем документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0008] На ФИГ. 1 показана система управления течением диабета в соответствии с аспектами настоящего описания.

[0009] на ФИГ. 2 представлен способ управления течением диабета с помощью автоматического управления базальным введением инсулина и ручного управления болюсным введением инсулина в соответствии с аспектами настоящего описания.

[0010] на ФИГ. 3 показан выбранный вариант осуществления устройства для доставки лекарственного средства, используемого в изобретении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0011] В настоящем документе термины «около» или «приблизительно» в отношении любых числовых значений или диапазонов указывают на приемлемый допуск на размер, который позволяет детали или совокупности компонентов выполнять функцию, предусмотренную для них в настоящем документе. Кроме того, в настоящем документе термины «пациент», «пользователь» и «субъект» относятся к любому человеку или животному и не предназначены для ограничения систем или способов использованием человеком, хотя использование объекта изобретения пациентом–человеком представляет собой предпочтительный вариант осуществления.

[0012] Настоящее изобретение частично относится к системам управления течением диабета, которые сочетают автоматическое управление базальным введением инсулина с ручным управлением болюсным введением инсулина. Автоматическое управление базальным введением инсулина с помощью контроллера, использующего алгоритм MPC или другой алгоритм автономной модуляции, может не учитывать вводимые вручную болюсные дозы инсулина, инициированные субъектом. Вводимые вручную болюсы могут быть рассчитаны субъектом с помощью калькулятора болюса, который использует модель на основе остаточного количества активного инсулина, фактор чувствительности к инсулину субъекта, текущие уровни глюкозы и целевые уровни глюкозы. В такой системе каждый из этих двух процессов, а именно автоматическое управление базальным введением инсулина и ручное управление болюсным введением инсулина, проходят независимо, даже если между двумя моделями существует прямое противоречие. Отсутствие корреляции между этими процессами может привести к возникновению таких проблем, как доставка избыточного инсулина субъекту, что приводит к сдвигу в сторону гипогликемии.

[0013] Одним из способов преодоления этих ограничений является устранение разрыва между ручным управлением болюсным введением инсулина и автоматическим управлением базальным введением инсулина путем обеспечения возможности использования некоторых или всех данных, полученных в ходе автоматического процесса, таких как физиологические данные, включая тенденции и скорости их изменения, для модификации, отмены или изменения болюса, вводимого субъектом с помощью ручного процесса. Преимуществом является то, что в настоящем описании частично предложены методики комбинирования как автоматического управления базальным введением инсулина, так и ручного управления болюсным введением инсулина таким образом, чтобы противоречия между моделями разрешались с учетом безопасности пациента.

[0014] Еще одно преимущество заключается в том, что методики, описанные в настоящем документе, можно рассматривать как усовершенствование традиционных автономных модулирующих алгоритмов управления, таких как MPC, для обеспечения в более полной мере автоматизированной искусственной поджелудочной железы, сочетающей управление как базальным, так и болюсным введением.

[0015] В целом в данном документе в одном варианте осуществления предложена система управления течением диабета с автоматическим управлением базальным введением инсулина и ручным управлением болюсным введением инсулина. Система управления течением диабета включает в себя устройство для доставки, датчик глюкозы и контроллер. Устройство для доставки предназначено для доставки инсулина субъекту. Датчик глюкозы предназначен для измерения уровней глюкозы у субъекта. Контроллер выполнен с возможностью приема уровней глюкозы у субъекта от датчика глюкозы. Контроллер выполнен с возможностью автоматического расчета базальной дозы инсулина для субъекта с использованием алгоритма управления с прогнозирующими моделями (MPC) на основе физиологических данных субъекта, включая необходимые уровни глюкозы, количества доставленного инсулина и измеренные уровни глюкозы у субъекта. Контроллер выполнен с возможностью приема вводимой вручную болюсной дозы инсулина, инициированной субъектом. Контроллер выполнен с возможностью модификации вводимой вручную болюсной дозы инсулина на основе физиологических данных субъекта. Контроллер выполнен с возможностью определения общей дозы инсулина на основе модифицированной вводимой вручную болюсной дозы инсулина и рассчитанной базальной дозы инсулина. В одном варианте осуществления контроллер может быть выполнен с возможностью доставки субъекту базальной дозы инсулина автоматически (т.е. без подтверждения пациента) и болюсной дозы инсулина после подтверждения. В другом варианте осуществления контроллер может дать пациенту указание об отмене болюсной дозы инсулина, например, уведомив об этом пациента. В дополнительном варианте осуществления контроллер может только модифицировать базальную дозу инсулина в зависимости от болюсной дозы.

[0016] В другом варианте осуществления представлена система управления течением диабета с автоматическим управлением базальным введением инсулина и ручным управлением болюсным введением инсулина. Система управления течением диабета включает в себя устройство для доставки, датчик глюкозы и контроллер. Контроллер выполнен с возможностью приема уровней глюкозы у субъекта от датчика глюкозы. Контроллер выполнен с возможностью автоматического расчета базальной дозы инсулина для субъекта с использованием MPC или другого алгоритма автономного управления на основе физиологических данных субъекта, включая необходимые уровни глюкозы, количества доставленного инсулина и измеренные уровни глюкозы у субъекта. Контроллер выполнен с возможностью приема вводимой вручную болюсной дозы инсулина, инициированной субъектом. Контроллер выполнен с возможностью модификации вводимой вручную болюсной дозы инсулина на основе алгоритма автономного управления и физиологических данных субъекта.

[0017] В дополнительном варианте осуществления предложен способ управления течением диабета с помощью автоматического управления базальным введением инсулина и ручного управления болюсным введением инсулина с использованием устройства для доставки инсулина субъекту и датчика глюкозы для измерения уровней глюкозы у субъекта. Уровни глюкозы субъекта принимают от датчика глюкозы. Базальная доза инсулина для субъекта рассчитывается автоматически с использованием алгоритма автономного управления, такого как MPC, на основе физиологических данных субъекта, включая необходимые уровни глюкозы, количества доставленного инсулина и измеренные уровни глюкозы. Принимают вводимую вручную болюсную дозу инсулина, инициированную субъектом. Вводимую вручную болюсную дозу инсулина модифицируют на основе физиологических данных субъекта. Общую дозу инсулина определяют на основе модифицированной вводимой вручную болюсной дозы инсулина и рассчитанной базальной дозы инсулина. Например, устройство для доставки может быть запрограммировано на доставку субъекту общей дозы инсулина. В другом примере базальная доза может быть отменена, и пациенту может быть дано указание отменить болюсную дозу инсулина.

[0018] Описанные выше варианты осуществления являются лишь примерами. Из следующего описания будет очевидно, что другие варианты осуществления входят в объем описанного объекта изобретения.

[0019] Конкретные демонстрационные примеры будут описаны со ссылкой на ФИГ. 1–3. На ФИГ. 1 показана система 100 управления течением диабета, которую можно рассматривать как искусственную поджелудочную железу, в соответствии с данным вариантом осуществления. Система 100 управления течением диабета включает в себя устройство 102 для доставки лекарственного средства и контроллер 104. Устройство 102 для доставки лекарственного средства соединено с инфузионным набором 106 посредством гибкой трубки 108. Различные варианты осуществления изобретения могут также использовать при инъекциях посредством шприца или шприц–ручки с инсулином вместо введения посредством устройства 102 для доставки лекарственного средства или в дополнение к нему.

[0020] Устройство 102 для доставки лекарственного средства выполнено с возможностью передачи данных контроллеру 104 и приема данных от него, например, посредством канала 111 связи, такого как радиочастотный (РЧ) канал, BLUETOOTH® или т. п. В одном варианте осуществления устройство 102 для доставки лекарственного средства представляет собой устройство для инфузии инсулина, или помпу, а контроллер 104 может представлять собой портативный контроллер или пользовательское электронное устройство, такое как смартфон, компьютер, устройство мониторинга упражнений или состояния пользователя или т. п. В таком варианте осуществления данные, переданные от устройства 102 для доставки лекарственного средства на контроллер 104, могут включать в себя такую информацию, как, например, данные о доставке инсулина, информация об уровне глюкозы в крови, базальной концентрации, болюсном введении, соотношении инсулина и углеводов или коэффициенте чувствительности к инсулину. Контроллер 104 может быть выполнен с возможностью включения в него контроллера с обратной связью, запрограммированного на прием непрерывных показаний уровня глюкозы от датчика 112 CGM посредством канала 110 связи. Данные, переданные от контроллера 104 на устройство 102 для доставки лекарственного средства, могут включать в себя результаты измерения глюкозы и базу данных о приеме пищи, чтобы устройство 102 для доставки лекарственного средства могло вычислять количество инсулина, которое следует ввести устройством 102 для доставки лекарственного средства. В альтернативном варианте осуществления контроллер 104 может выполнять расчет базальной дозы или болюса и отправлять результаты таких расчетов на устройство для доставки лекарственного средства. Расчет болюса может быть выполнен вручную после запуска субъектом или может быть автоматизирован таким образом, что система способна вводить управление введением инсулина как в болюсном, так и базальном режиме.

[0021] Глюкометр 114 (например, глюкометр для эпизодического измерения уровня глюкозы в крови), отдельно или в сочетании с датчиком 112 CGM, предоставляет контроллеру 104 и/или устройству 102 для доставки лекарственного средства данные, например, по каналам 117 и 118 связи. Глюкометр 114 может измерять образец текучей среды, помещенный на тест–полоску 115. Как описано ниже, две заштрихованные области на тест–полоске 115 графически обозначают два электрода. Контроллер 104 может представлять информацию и принимать команды через пользовательский интерфейс, такой как отображаемый сенсорный экран 144, или другие устройства. Датчик 112 CGM может передавать данные, например текущие значения уровня глюкозы в крови, непосредственно в устройство 102 для доставки лекарственного средства по каналу 113 связи.

[0022] Контроллер 104, устройство 102 для доставки лекарственного средства и датчик 112 CGM можно встраивать в многофункциональные блоки в любой комбинации. Например, контроллер 104 можно интегрировать с устройством 102 для доставки лекарственного средства с образованием совмещенного устройства в одном корпусе. Функции инфузии, измерения и контроля можно также интегрировать в единую искусственную поджелудочную железу. В различных вариантах осуществления контролер 104 совмещают с глюкометром 114 в интегрированное единое устройство, имеющее корпус. В других вариантах осуществления контроллер 104 и глюкометр 114 представляют собой два разъединяемых устройства, которые могут подключаться друг к другу с образованием единого устройства. Каждое из устройств 102, 104 и 114 имеет соответствующий микроконтроллер (не показан для краткости), запрограммированный на выполнение различных функций.

[0023] Устройство 102 для доставки лекарственного средства или контроллер 104 также могут быть выполнены с возможностью двусторонней связи с удаленной станцией 116 мониторинга состояния здоровья посредством, например, сети 118 связи. Один или более серверов 126 или запоминающих устройств 128 могут быть соединены с возможностью связи с контроллером 104 посредством сети 118. В примере устройство 102 для доставки лекарственного средства обменивается данными с персональным компьютером (например, с контроллером 104) по каналу связи, такому как РЧ–канал, BLUETOOTH или т. п. Контроллер 104 и удаленная станция 116 также могут быть выполнены с возможностью двусторонней проводной связи посредством, например, сети связи на основе телефонной линии. Примеры станций 116 удаленного мониторинга могут включать в себя, без ограничений, персональный или сетевой компьютер 126, сервер 128 для хранения данных в памяти, карманный персональный компьютер, мобильный телефон, станцию мониторинга на базе больницы или выделенную станцию удаленного клинического мониторинга. В альтернативном варианте осуществления, хотя это и не показано на Фиг. 1, хранение, например, алгоритма управления может дополнительно осуществляться в облачном хранилище.

[0024] Алгоритм управления может находиться в удаленном контроллере 104, в устройстве 102 для доставки лекарственного средства, либо в обоих устройствах в конфигурациях, представленных на ФИГ. 1. В одной конфигурации контроллер 104 может по беспроводной связи собирать необходимую информацию (например, историю доставки инсулина) от устройства 102 для доставки лекарственного средства, а также от датчика 112 глюкозы (например, данные об уровне глюкозы), чтобы устройство 102 для доставки лекарственного средства, используя алгоритм управления, выполнило расчет количества инсулина, которое можно модулируемым образом доставить посредством устройства 102 для доставки лекарственного средства. В альтернативном варианте осуществления контроллер 104 включает в себя алгоритм управления и может выполнять расчет базальной дозы или болюса и отправлять результаты таких расчетов вместе с инструкциями по доставке на устройство 102 для доставки лекарственного средства. В альтернативном варианте осуществления глюкометр 114 для эпизодического измерения и биодатчики 115 могут также применять отдельно или в сочетании с датчиком 112 CGM для предоставления данных об уровне глюкозы в крови на контроллер 104 и/или устройство 102 для доставки лекарственного средства. Глюкометр 114 может измерять ток с помощью электродов на биодатчике 115 для определения уровня глюкозы в образце текучей среды. Примеры датчиков глюкозы и сопутствующих компонентов показаны и описаны в патентах США № 6,179,979, 8,163,162 и 6,444,115, которые полностью включены в настоящий документ путем ссылки. Примеры датчиков CGM для измерения аналита используют технологию амперометрического электрохимического датчика. Датчик 112 CGM может включать в себя три электрода, функционально связанных с электронными компонентами датчика и покрытых чувствительной мембраной и мембраной с биоинтерфейсом, которые прикреплены с помощью зажима. Верхние концы электродов находятся в контакте с электролитной фазой (не показана), которая представляет собой свободнотекучую жидкую фазу, расположенную между чувствительной мембраной и электродами. Чувствительная мембрана может включать в себя фермент, например оксидазу аналита, который покрывает электролитную фазу. Подробная информация о датчике и сопутствующих компонентах показана и описана в патенте США № 7,276,029, который включен в настоящий документ путем ссылки.

[0025] Устройство 102 для доставки лекарственного средства может включать в себя любое или все из электронных компонентов для обработки сигнала, включая центральный блок обработки данных и элементы памяти для хранения программ управления и операционных данных, модуля связи (не показан) для отправки и приема сигналов связи (например, сообщений), дисплея для представления рабочей информации пользователю, множества навигационных кнопок, позволяющих пользователю вводить информацию, батареи для обеспечения питания системы, сигнализатора (например, визуального, звукового или тактильного) для обратной связи с пользователем, вибрационного устройства для обратной связи с пользователем и механизма для доставки лекарственного средства (например, помпы для введения лекарственного средства и приводного механизма) для вытеснения инсулина из резервуара для инсулина (например, инсулинового картриджа) через боковой порт, соединенный посредством гибкой трубки 108 с инфузионным набором 106, в организм пользователя.

[0026] Различные системы контроля глюкозы включают в себя глюкометр для эпизодического измерения уровня глюкозы (например, глюкометр 114) и инфузионную помпу. Пример такой системы представляет собой систему контроля глюкозы ONETOUCH PING® производства Animas Corporation. Функция «ezBG» такой системы рассчитывает объем корректирующего болюса инсулина, который должен быть доставлен инфузионной помпой, на основе результатов эпизодического измерения глюкозы. Помпа и измерительное устройство обмениваются данными по беспроводной связи. Еще одним примером является инсулиновая помпа ANIMAS VIBE, которая обменивается данными с системой с Dexcom, Inc. G4® или G5® CGM. Для соединения данных компонентов могут быть обеспечены стыковочные элементы. Алгоритмы автономного управления с обратной связью могут быть запрограммированы на, например, языке MATLAB для регулирования скорости доставки инсулина на основе уровня глюкозы у пациента, прошлых результатов измерения глюкозы, прогнозируемых будущих тенденций изменения уровня глюкозы и специфической информации о пациенте.

[0027] В примере устройство 102 для доставки лекарственного средства представляет собой инсулиновую помпу, которая обменивается данными непосредственно с датчиком 112 CGM по каналу 113. Устройство 102 для доставки лекарственного средства включает в себя функции управления для расчета количества инсулина для доставки с использованием данных об уровне глюкозы в крови, полученных от датчика 112 CGM. Контроллер 104 представляет собой смартфон, на котором запущено приложение (загружаемое программное приложение) и который обменивается данными с устройством 102 для доставки лекарственного средства по каналу 111 для обеспечения функций удаленного управления устройством 102 для доставки лекарственного средства и удаленного мониторинга уровня глюкозы в крови. Приложение может выполнять функции для расчета болюсов или корректировки количества инсулина для доставки.

[0028] Контроллер 104 может включать в себя один или более процессоров обработки данных, реализующих процессы различных вариантов осуществления, описанных в настоящем документе. «Процессор обработки данных» представляет собой устройство обработки данных, такое как центральный процессор (ЦП), настольный компьютер, ноутбук, центральная ЭВМ, карманный персональный компьютер, цифровая камера, сотовый телефон, смартфон или любое другое устройство обработки данных, управления данными или преобразования данных, реализованное с электрическими, магнитными, оптическими, биологическими компонентами или другим способом. Контроллер 104 может иметь или обеспечивать подсистемы, такие как периферийная система, пользовательский интерфейс и запоминающее устройство, которые могут быть встроены в контроллер 104 или могут быть реализованы в виде отдельных компонентов.

[0029] Программный код для выполнения способов, описанных в настоящем документе, может выполняться полностью на одном процессоре или на множестве процессоров, соединенных с возможностью связи. Например, код может выполняться полностью или частично на компьютере пользователя и полностью или частично на удаленном компьютере, например на сервере. Удаленный компьютер может быть соединен с компьютером пользователя посредством сети 118. В качестве компьютера пользователя или удаленного компьютера можно использовать стационарные компьютеры, такие как стандартные настольные персональные компьютеры (ПК), или портативные компьютеры, такие как планшеты, сотовые телефоны, смартфоны или ноутбуки. Периферийная система может включать в себя одно или более устройств, выполненных с возможностью предоставления записей с цифровым контентом или других данных контроллеру 104. Например, биодатчик, такой как тест–полоска 115, может быть соединен с контроллером 104 посредством периферийной системы, например, с применением стандарта Bluetooth Smart или другого беспроводного соединения. Биодатчик также может быть соединен с контроллером 104 напрямую. Периферийная система может также включать в себя цифровые фотокамеры, цифровые видеокамеры, сотовые телефоны или другие процессоры обработки данных. Периферийная система может также включать в себя одну или более внутренних шин, например, для соединения с возможностью связи устройств, имеющих USB, FIREWIRE, RS–232 или другие стыковочные элементы, с контроллером 104. Контроллер 104, получив данные от устройства в периферийной системе, может сохранять эти данные на запоминающем устройстве 128.

[0030] Контроллер 104 соединен с возможностью обмена данными с пользовательским интерфейсом, выполненным в виде сенсорного экрана 144, или в альтернативном варианте осуществления пользовательский интерфейс может представлять собой или включать в себя мышь, клавиатуру, другой компьютер (подключенный, например, через сеть или нуль–модемный кабель), микрофон и речевой процессор или другие устройства для приема голосовых команд, камеру и процессор для обработки изображений или другие устройства для приема визуальных команд, камеру и процессор изображения или другие устройства для приема визуальных команд, например жестов, или любое устройство или комбинацию устройств.

[0031] Контроллер 104 может отправлять сообщения и принимать данные, включая программный код, в сеть 118 и от нее. Например, запрашиваемый код для прикладной программы (например, JAVA–приложение) может храниться на физическом энергонезависимом машиночитаемом носителе данных, соединенном с сетью 118. Сетевой сервер 128 может извлекать код из носителя и передавать его посредством сети 118. Принятый код может быть выполнен контроллером 104 после получения или сохранен для последующего выполнения.

[0032] Контроллер 104 может быть выполнен с возможностью работы в режиме без обратной связи. В этом рабочем режиме система функционирует подобно традиционной инсулиновой помпе, управляемой в режиме без обратной связи. Инсулин доставляется в соответствии с установленным пациентом профилем величины базального введения и вычисленными пациентом пищевым и корректирующим болюсами. Данные CGM могут быть записаны и отображены для информирования пациента, но не используются для автоматизированных расчетов инсулина. Аналогичные функции обеспечивает, например, инсулиновая помпа ANIMAS VIBE с системой DEXCOM G4 CGM.

[0033] Контроллер 104 может также быть выполнен с возможностью работы в режиме с обратной связью. В этом рабочем режиме контроллер 104 управляет устройством 102 для доставки лекарственного средства для обеспечения предварительно заданных для пациента величин базального введения, модулированных, при необходимости, с помощью алгоритма управления с прогнозированием и обратной связью, который в качестве одного из вводных параметров использует данные об уровне глюкозы, передаваемые датчиком 112 CGM, глюкометром 114 или обоими устройствами через определенные временные интервалы, например каждые пять минут. Это позволяет снизить вероятность сдвигов в сторону гипогликемии за нижним пределом уровня глюкозы или сдвигов в сторону гипергликемии за верхним пределом уровня глюкозы. Пользователи могут рассчитывать пищевые и корректирующие болюсы. Контроллер 104 может быть выполнен с возможностью обеспечения калькулятора болюса посредством пользовательского интерфейса сенсорного экрана 144, чтобы помочь пользователям в определении объемов болюсов инсулина. Алгоритм управления с обратной связью может учитывать эти вводимые вручную болюсы при формировании оценки остаточного количества активного инсулина (ОАИ), а затем может использовать оценку ОАИ для определения количества дополнительного инсулина, необходимого для обработки определенного уровня глюкозы в крови.

[0034] Контроллер 104 может также быть выполнен с возможностью работы в режиме обслуживания, в котором низкоуровневое управление устройством 102 для доставки лекарственного средства обеспечено посредством пользовательского интерфейса сенсорного экрана 144 или другого пользовательского интерфейса. Также могут быть обеспечены возможности управления другими функциями, которые обычно недоступны пациентам. Этот режим может позволить проводить тестирование контроллера 104, устройства 102 для доставки лекарственного средства или глюкометра 114 во время производства, или, например, когда контроллер 104 и глюкометр 114 нуждаются в обслуживании.

[0035] Ниже со ссылкой на ФИГ. 2 представлен способ 200 контроля течения диабета у субъекта 101. Как объяснено выше со ссылкой на ФИГ. 1, способ 200 может быть реализован на одном многофункциональном блоке или может работать на одном или более из контроллера 104, устройства 102 для доставки или датчика 112 в зависимости от конкретного варианта осуществления, потребности в портативности или других факторов. Устройство 102 для доставки может быть использовано для доставки инсулина субъекту 101, а датчик 112 глюкозы может быть использован для измерения уровней глюкозы у субъекта 101.

[0036] В одном примере в способе 200 используют как автоматическое управление базальным введением инсулина, так и ручное управление болюсным введением инсулина. Автоматическое управление базальным введением инсулина может быть обеспечено в виде контроллера с обратной связью с помощью контроллера MPC или ПИД–контроллера, или любой другой автоматизированной стратегии для автономного управления инфузией инсулина в сочетании с измерением уровней глюкозы. В другом примере вместо полностью автоматизированного управления базальным введением инсулина в способе 200 могут применять либо инъекции инсулина, производимые вручную, либо ручное измерение уровня глюкозы, либо и то и другое. Аналогичным образом в способе 200 могут применять различные формы управления болюсным введением инсулина. Например, можно использовать полностью ручное управление болюсным введением инсулина, при котором субъект рассчитывает болюс инсулина, например, перед приемом пищи и вручную вводит инсулин. В другом примере управление болюсным введением инсулина может быть частично ручным и частично основанным на расчетах. Например, субъект может вводить определенную информацию о приеме пищи в систему, и система, например устройство 102 для доставки, может рассчитывать целевую болюсную дозу инсулина.

[0037] Возвращаясь к более конкретному примеру, в способе 200 на этапе 210 происходит прием уровней глюкозы субъекта 101 от датчика 112 глюкозы, например, на постоянной основе. Например, стратегия непрерывного мониторинга уровня глюкозы может включать в себя прием измерений, выполняемых один или более раз в минуту или в другой предварительно заданный интервал (например, каждые пять (5) минут). Далее в способе 200 на этапе 220 автоматически рассчитывается базальная доза инсулина с помощью MPC.

[0038] Пример устройства 300 для доставки лекарственного средства для применения в настоящем изобретении показан на ФИГ. 3 и содержит модуль 314 насоса для доставки, модуль 320 CGM и модуль 324 MPC. В данном варианте осуществления предпочтительно используют систему минимизации гипогликемии–гипергликемии (HHM), как, например, описано в патенте США № 8,526,587 и заявке на патент США № 14/015,831, которые полностью включены в настоящий документ путем ссылки, причем каждая из этих систем интегрирована в корпус устройства для доставки лекарственного средства. Модуль 220 CGM выполнен с возможностью приема сигналов от датчика 112 CGM, показанного на Фиг. 1 и размещенного на пациенте 310. Модуль 324 MPC функционально соединен с модулем CGM, а также с модулем насоса для доставки и выполнен с возможностью приема информации о глюкозе в ходе подкожного мониторинга для предоставления этих данных сохраненному алгоритму, который также получает информацию обо всех предыдущих доставках инсулина. Эти данные используют для расчета прогнозов уровней глюкозы в ближайшем будущем и для получения величины доставки инсулина, которая позволит снизить прогнозируемые на ближайшее будущее или фактические гипер– или гипогликемические состояния. Впоследствии эту величину реализует модуль 314 насоса для доставки относительно установленной для пациента величины для текущего (например, 5–минутного) интервала. Этот протокол повторяют для каждого последующего временного интервала.

[0039] Примеры алгоритмов для применения в модуле MPC, которые генерируют прогностические значения для контроля доставки инсулина на основании величины базального введения, приема пищи и непрерывного мониторинга глюкозы, описаны в патентах США № 8,562,587 и 8,762,070 и в заявках на патент США № 13/854,963 и 14/154,241, содержание которых полностью включено в настоящий документ путем ссылки. С технической точки зрения CGM осуществляют в соответствии с периодическим расписанием (например, один раз в пять минут). Как отмечалось выше, в данном варианте осуществления и во всех последующих частях данного обсуждения пациенту вводят инсулин с помощью системы HHM. Однако, как отмечалось ранее, можно использовать и другие известные системы доставки типа MPC или ПИД и связанные с ними алгоритмы прогнозирования.

[0040] MPC использует физиологические данные субъекта. Например, физиологические данные включают в себя требуемые уровни глюкозы у субъекта, которые были предварительно запрограммированы в системе. Данные также включают в себя ранее доставленные количества инсулина и ранее измеренные уровни глюкозы, а также дополнительный анализ, такой как скорости изменения инсулина или глюкозы. Как объяснено выше, управление базальным введением инсулина позволяет осуществлять управление стабильным состоянием субъекта таким образом, чтобы поддерживать уровни глюкозы в нормальном диапазоне, определяемом в консультации с врачом субъекта. Однако в управлении базальным введением инсулина не учитываются различные приемы пищи и информация о пище не обязательно известна системе, если только она не была введена в систему. Например, в способе 200 на этапе 230 необязательно выполняется расчет вводимой вручную болюсной дозы инсулина, реализуя функцию калькулятора болюса. В таком случае система может учитывать целевой уровень глюкозы, чувствительность субъекта к глюкозе и остаточный уровень активного инсулина у субъекта для выполнения вычисления.

[0041] Альтернативно в одном варианте осуществления в способе 200 на этапе 240 вместо использования функции калькулятора болюса для определения дозы происходит прием вводимой вручную болюсной дозы инсулина, инициированной субъектом 101. Независимо от того, рассчитана ли вводимая вручную болюсная доза инсулина с помощью встроенного калькулятора болюса по способу 200 на этапе 230 или введена субъектом 101 полностью вручную по способу 200 на этапе 240, вводимая вручную болюсная доза инсулина представляет собой отклонение от базальной доставки инсулина в соответствии с алгоритмом управления. В частности, субъект 101, который знает о предстоящем приеме пищи, принимает решение о необходимости введения болюса инсулина. Однако субъект 101 не обязательно осведомлен о текущем состоянии управления базальным введением инсулина.

[0042] Преимуществом является то, что система способна принимать эту вводимую вручную болюсную дозу и управлять ею с учетом текущего состояния управления базальным введением инсулина. Например, в одном варианте осуществления в способе 200 на этапе 250 может быть обнаружен потенциальный предстоящий сдвиг в сторону гипогликемии у субъекта 101. Например, MPC может указывать на сдвиг в сторону гипогликемии на основе скорости изменения уровня глюкозы у субъекта, предыдущих уровней доставки инсулина или т.п. В таком случае обеспечение доставки вводимой вручную дозы инсулина субъекту 101 может иметь неблагоприятные последствия. Открытием настоящего изобретения является то, что в такой ситуации можно улучшить состояние здоровья пациента по сравнению с традиционными методиками MPC путем отмены вводимой вручную болюсной дозы инсулина. Для субъекта 101 соответствующее указание и пояснение может быть передано посредством пользовательского интерфейса, чтобы уведомить субъекта о том, что требуемая вводимая вручную болюсная доза инсулина тщательно просчитана и отклонена системой и что субъект 101 может смело продолжать прием пищи без беспокойства.

[0043] В другом примере в способе 200 на этапе 260 вместо полной отмены или замены вводимой вручную болюсной дозы инсулина выполняется модификация вводимой вручную болюсной дозы инсулина на основе физиологических данных субъекта. Например, после расчета функции разницы между текущим уровнем глюкозы у субъекта и целевым уровнем глюкозы у субъекта и с учетом чувствительности к глюкозе и остаточного количества активного инсулина или после учета текущей скорости изменения уровня глюкозы у субъекта 101 способ 200 обеспечивает уменьшение рассчитанной дозы до уровня, который позволяет избежать любых эпизодов или сдвигов в сторону гипогликемии. С одной стороны, описывая процесс модификации, следует отметить, что управление MPC было модифицировано так, чтобы учитывать дополнительные источники данных в отношении вводимой вручную болюсной дозы, таким образом, способ 200 представляет собой способ с применением улучшенного управления MPC, осуществляющего управление как базальным, так и болюсным введением инсулина субъекту 101. С другой стороны, описывая процесс модификации, следует отметить, что калькулятор болюса был улучшен таким образом, что способ 200 реализует улучшенный калькулятор болюса, который учитывает физиологические данные субъекта, включая текущие измерения уровня глюкозы, предыдущие дозы инсулина и скорости их изменения. Независимо от того, как описывают способ 200, преимущества комбинирования управления болюсным и базальным введением инсулина позволяют субъекту 101 лучше контролировать уровень глюкозы на постоянной основе, в том числе даже во время приема пищи.

[0044] Возвращаясь к примеру, показанному на ФИГ. 2, в способе 200 на этапе 270 определяется общая доза инсулина на основе модифицированной вводимой вручную болюсной дозы инсулина и рассчитанной базальной дозы инсулина. Например, в ходе многочисленных итераций блок–схемы, показанной на ФИГ. 2, вводимая вручную болюсная доза инсулина может отсутствовать. В таких случаях общая доза инсулина может быть такой же, как рассчитанная базальная доза инсулина в соответствии с моделью MPC. Во время других итераций блок–схемы, показанной на ФИГ. 2, субъект 101 может инициировать введение вручную болюсов инсулина. В таких случаях в способе 200 выполняется определение соответствующей дозы инсулина с учетом физиологических данных, данных калькулятора болюса или т. п. Следует отметить, что термин «общая доза инсулина» не ограничивается сложением модифицированной вводимой вручную болюсной дозы инсулина и рассчитанной базальной дозы инсулина и может определяться математически на основе алгоритмов определения тенденций, справочных таблиц, составленных по результатам клинических испытаний и запрограммированных в системе, и т.д.

[0045] Затем в способе 200 на этапе 280 устройству 102 для доставки дают команду доставить общую дозу инсулина субъекту для данной итерации блок–схемы 300. После этого способ 200 возвращается к этапу 210, чтобы снова повторить непрерывное управление с обратной связью, описанное выше.

Далее для иллюстрации будет приведен конкретный демонстрационный пример. Коэффициент чувствительности к инсулину (КЧИ) у пациента на 1 единицу составляет: 50 мг/дл, целевой уровень глюкозы 100 мг/дл и диапазон 90–180 мг/дл, в котором контроллер MPC стремится управлять уровнем глюкозы.

[0046] В одной итерации цикла управления способа 200 текущие данные и условия могут быть следующими: CGM показывает 130 мг/дл с понижением; по данным измерительного прибора уровень глюкозы в крови составляет 130 мг/дл; ОАИ – 0,2 единицы; углеводы (УГВ) – 0 г (т.е. в данный момент приема пищи нет). Кроме того, MPC в настоящее время прогнозирует низкий уровень глюкозы (ниже 90 мг/дл, нижний предел диапазона) и, следовательно, приостанавливает доставку некоторого количества или всего инсулина относительно запланированной величины базального введения.

[0047] В одном конкретном демонстрационном примере пациент может принять решение о доставке болюса инсулина и ввести следующую информацию в калькулятор болюса: уровень глюкозы в крови (ГК) = 130 мг/дл; УГВ=0 г. В этом примере калькулятор болюса предложит болюс инсулина, рассчитанный следующим образом:

[0048] Однако, поскольку в способе 200 известно, что MPC прогнозирует низкий уровень глюкозы 90 мг/дл, в способе 200 будет предложена новая коррекция нулевого значения:

[0049] Хотя настоящее изобретение было описано в контексте конкретных вариаций и иллюстрирующих фигур, средним специалистам в данной области будет понятно, что изобретение не ограничено описанными вариациями или фигурами. Кроме того, средним специалистам в данной области будет очевидно, что в тех случаях, когда описанные выше способы и этапы указывают на наступление определенных событий в определенном порядке, этот порядок может быть изменен для некоторых этапов и что такие изменения соответствуют возможным вариантам осуществления настоящего изобретения. Кроме того, по возможности некоторые из этапов можно выполнять одновременно в рамках параллельного процесса, а также выполнять последовательно, как описано выше. Таким образом, в той мере, в которой возможны вариации настоящего изобретения, которые соответствуют сущности описания или эквивалентны изобретениям, описанным в формуле изобретения, предполагается, что настоящий патент будет также охватывать и все такие вариации.

[0050] Соответствующие структуры, материалы, действия и эквиваленты всех элементов «средство или этап плюс функция» нижеприведенной формулы изобретения, если они имеются, предназначены для обозначения любой структуры, материала или действия для выполнения функции в комбинации с другими заявленными элементами, как указано в формуле изобретения. Описание, изложенное в настоящем документе, было представлено для целей иллюстрации и описания, но не должно рассматриваться как исчерпывающее или ограниченное приведенной в настоящем документе формой. Средним специалистам в данной области будет очевидно, что допускается множество модификаций и вариаций без отклонения от сущности и объема описания. Данный вариант осуществления был выбран и описан для лучшего объяснения принципов одного или более аспектов, изложенных в настоящем документе, и практического применения, а также для того, чтобы дать возможность другим средним специалистам в данной области понять один или более аспектов, описанных в настоящем документе, для различных вариантов осуществления с различными модификациями, соответствующими конкретному предполагаемому варианту применения.

Реферат

Группа изобретений относится к медицине, а именно к системам для управления доставки инсулина. Предложена система для реализации способа, причем система содержит: устройство для доставки, доставляющее инсулин субъекту; датчик глюкозы для измерения уровней глюкозы у субъекта; калькулятор болюса для определения вводимой вручную болюсной дозы инсулина на основе физиологических данных субъекта; и контроллер, выполненный с возможностью: приема уровней глюкозы субъекта от датчика глюкозы на периодической основе, автоматического расчета базальной дозы инсулина с использованием алгоритма управления с прогнозирующими моделями (MPC) и физиологических данных субъекта, включая необходимые уровни глюкозы, количества доставленного инсулина и измеренные уровни глюкозы у субъекта, приема вводимой вручную болюсной дозы инсулина, рассчитанной с помощью калькулятора болюса или инициированной субъектом вручную, прогнозирования, с использованием алгоритма MPC, будет ли в ближайшем будущем гликемический скачок у субъекта на основе физиологических данных, включая скорость изменения уровня глюкозы у субъекта, которая указывает на гипогликемию, модификации вводимой вручную болюсной дозы инсулина на основе определения гликемического скачка, спрогнозированного в ближайшем будущем с помощью алгоритма MPC, включая скорость изменения уровня глюкозы у субъекта, которая указывает на гипогликемию, определения общей дозы инсулина на основе модифицированной вводимой вручную болюсной дозы инсулина и рассчитанной базальной дозы инсулина, и доставки субъекту общей дозы инсулина. Группа изобретений обеспечивает повышение эффективности контроля введения инсулина. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула