[发明专利]在闭环控制器中处理手动推注或膳食事件的方法和系统

说明书

本发明描述和示出了一种包括注入泵、葡萄糖传感器和控制器的糖尿病管理系统，以及一种被编程到所述控制器中的方法。所述注入泵被配置成将胰岛素递送给受检者。所述葡萄糖传感器被配置成感测所述受检者的葡萄糖水平并提供代表所述受检者的葡萄糖水平的输出信号。所述控制器被编程为接收来自所述葡萄糖传感器和所述泵中至少一者的信号，并且被配置成发出信号至所述泵以递送一定量胰岛素，所述量由反馈控制器利用所述受检者的模型预测控制来确定。

背景技术

糖尿病是因胰腺无法产生足够量的激素胰岛素导致身体代谢葡萄糖能力降低所引起的慢性代谢疾病。该障碍导致高血糖，即，血浆中存在过量的葡萄糖。顽固型高血糖和/或低胰岛素血症已与各种严重症状及致命性长期并发症相关联，诸如脱水、酮酸血症、糖尿病昏迷、心血管疾病、慢性肾衰竭、视网膜损伤及神经损伤，并带有截肢的风险。因为内源性胰岛素产生还不可恢复，所以需要永久治疗，提供恒定的血糖控制，以使血液葡萄糖水平始终保持在正常限值内。通过定期为患者身体供应外源胰岛素从而降低升高的血液葡萄糖水平而实现此类血糖控制。

外源生物制品诸如胰岛素通常经由皮下注射器通过每日多次注射速效和中效药物的混合物来施用。已发现，此方式无法实现最佳的血糖控制程度，这是因为递送与生理激素产生不同，根据生理激素产生方式，激素会以较低速率并在更长的时间段内进入血流。可通过所谓的强化激素治疗来实现改善的血糖控制，强化激素治疗基于每日多次注射，包括每日一次或两次注射提供基础激素的长效激素以及在每餐前额外注射与用餐量成比例的量的速效激素。虽然传统注射器已至少部分地被胰岛素笔所取代，但是对于患者而言，尤其对于无法可靠地自行施行注射的患者，频繁注射仍然极不方便。

已通过开发药物递送装置，减轻患者对注射器与药物笔以及施行每日多次注射的需要，来实现糖尿病治疗的实质性改善。药物递送装置允许以更类似于自然发生的生理过程的方式递送药物，并且可控制药物递送装置，使之遵循标准或个人修改的方案，从而给予患者更佳的血糖控制。

此外，药物递送装置可实现直接递送至腹腔内空间或经静脉内递送。药物递送装置可被构造为用于皮下布置的可植入装置，或可被构造为带有输液器的外部装置，用于经由皮肤插入导管、插管或经皮肤药物输送(诸如通过贴剂)以皮下注入至患者。外部药物递送装置安装在衣服上、隐藏在衣服下方或内部，或安装在身体上，并且通常经由内置于装置中或在单独的遥控装置上的用户界面控制。

实现可接受的血糖控制需要血液或间质分析物监测。例如，通过药物递送装置递送适量的胰岛素需要患者频繁地确定自身的血液分析物水平并将该值手动输入至外部泵的用户界面，接着计算对默认或当前使用中的胰岛素递送方案(即，剂量和定时)的适当修改，并且随后与药物递送装置通信以相应地调整其操作。通常通过间歇性测量装置诸如手持式电子仪表进行血液分析物浓度确定，手持式电子仪表经由基于酶的测试条接收血液样品并且基于酶促反应计算血液分析物值。

在近20年来也将连续分析物监测(CGM)连同药物递送装置一起使用，以允许对注入糖尿病患者体内的胰岛素的闭环控制。为了允许对注入的胰岛素的闭环控制，已将比例积分微分(PID)控制器连同人体中葡萄糖与胰岛素之间代谢相互作用的数学模型一起使用。可基于代谢模型的简单规则来调谐PID控制器。然而，当PID控制器被调谐或配置成强有力地调节受检者的血液葡萄糖水平时，可发生设定水平过调，通常随后发生振荡，这在调节血液葡萄糖方面是极其不期望的。研究了替代控制器。已确定的是，在石化工业中使用的模型预测控制器(MPC)(其中处理需要大量时间延迟和系统响应)最适用于胰岛素、胰高血糖素与血液葡萄糖之间复杂的相互作用。已证实MPC控制器比PID更稳健，因为MPC在确定MPC输出时考虑控制变化和约束的近期效应，而PID在确定未来变化时通常仅涉及过去的输出。可在MPC控制器中实施约束，使得在已达到限值时MPC防止系统失控。MPC控制器的另一优点在于，在一些情况中，MPC中的模型理论上补偿动态系统变化，而反馈控制诸如PID控制不可能有此类动态补偿。