Resumen
Device and method of continuous infusion of insulin dose with corrective and predictive hybrid PID control. The objective of the invention is to perform an automatic calculation of insulin infusion doses that would be applied subcutaneously to a person with diabetes, to discharge it from the continuous decision making on the control of their disease and induce normoglycemia, thus reducing the health complications derived from poor glycemic control. The invention is implemented in a predictive and corrective hybrid PID controller (HandPID-PC) that presents several strategies of complement to the classic PID controller, calculating the dose of insulin based on an asymmetric control error and predictive, a signal of anticipatory reference conditioned by intakes. The control action (insulin dose) is conditioned by safety systems against hypoglycaemic events and is complemented by correction and pre-feeding systems. Finally, the dose of insulin proposed by the predictive and corrective hybrid PID is quantified to adapt the insulin doses to the electromechanical infusion equipment. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
Reivindicaciones
1. REIVINDICACIONES 2. 1.- Método de infusión continua de dosis de insulina con control PID Híbrido Correctivo y Predictivo, caracterizado porque comprende: paso 1.-obtener un valor de la medida de glucosa subcutánea (20) a partir de la medición de la glucosa (12) de un paciente (9), donde el valor de glucosa (12) depende principalmente de unas ingestas de CHOs (39) y de una dosis de insulina efectiva (32) previamente administrada; paso 2.-calcular una predicción de glucosa (22) a partir del valor de glucosa subcutánea (20) y de valores de glucosa previamente obtenidos; y calcular una variación pROC (23), a partir de la predicción de glucosa (22) y de la medida actual de glucosa; paso 3.-calcular una dosis correctora de insulina (27) a partir de una dosis de insulina correctora por nivel (25) y de una dosis de insulina correctora por desvío en la predicción de glucosa (26); paso 4.-calcular una glucosa de referencia anticipativa (21) y una dosis de insulina prealimentada (37) a partir de la terapia CSII (1), mediante el plan de ingestas de CHOs (39); paso 5.-calcular un error de control asimétrico y predictivo (24) a partir de la predicción de glucosa (22) y de la glucosa de referencia anticipativa (21); paso 6.-calcular una dosis de insulina de control (28) como la suma de una dosis de acción proporcional, una dosis de acción integral y una dosis de acción derivativa de tal forma que: 3. la dosis de acción proporcional (16) se calcula con el sistema de control proporcional (13) a partir del error de control asimétrico y predictivo (24) y de una dosis de insulina basal modificada (33) por el sistema de transporte de insulina (3); 4. la dosis de acción integral (17) se calcula con el sistema de control integral 5. (14) a partir del error de control asimétrico y predictivo (24), un histórico de insulina efectiva (32) y un histórico de las dosis de insulina de la terapia CSII (1); 6. la dosis de acción derivativa (18) se calcula con el sistema de control derivativo (15) a partir de la variación pROC (23); paso 7.-calcular una dosis de insulina de control complementada por la corrección (29) como la suma de la dosis de insulina de control (28) y la dosis 5 correctora de insulina (27); 7. paso 8.-calcular una dosis de insulina segura (30) a partir de la dosis de la dosis de insulina de control complementada por la corrección (29), la predicción de glucosa (22), la variación pROC (23) y dosis de insulina basal modificada por el transporte (33) de insulina; 8. 10 paso 9.-calcular una dosis de insulina segura prealimentada (31) a partir de la dosis de insulina condicionada y segura (30) que es incrementa con la dosis de insulina procedente de la prealimentación (37); 9. paso 10.-calcular una dosis de insulina efectiva (32) a partir de la dosis de insulina segura prealimentada (31) cuantificada con un sistema cuantificador con 15 memoria condicionada (8) con la predicción de glucosa (22) y un umbral 10. predeterminado. 11. 2.- Método de infusión continua de insulina con control PID Híbrido Correctivo y Predictivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque el paso 2) adicionalmente 20 comprende: i) calcular la predicción de glucosa (22) mediante el sistema predictor de glucosa (42) y de acuerdo a la ecuación (1.a): 12. donde (k+ph|k) es la predicción de glucosa (22) en un futuro de ph·T minutos realizada en el instante actual; T es el periodo de infusión; wj son los pesos de entrenamiento de la 13. 25 red; gsc es la medida de glucosa subcutánea (20); N define el histórico de medidas utilizadas y f una función de filtrado; ii) calcular la variación pROC (23) mediante el sistema predictor de glucosa (42) y de acuerdo a la ecuación (1.b): 14. donde 15. es la predicción de glucosa (22); ph es el horizonte de predicción; y, gsc es la medida de glucosa subcutánea (20). 16. 3.- Método de infusión continua de dosis de insulina con control PID Híbrido Correctivo y Predictivo, según la reivindicación 2, caracterizado porque el paso 3) adicionalmente comprende: 17. i) calcular la dosis correctora de insulina (27) mediante los sistemas de corrección por hiperglucemia (5) y corrección por error de predicción (6), y de acuerdo a la ecuación (2.a): 18. 10 donde ucr es la dosis correctora de insulina (27); ucrl es la dosis de insulina correctora por nivel (25) en periodos basales debido a niveles de hiperglucemia y ucrp es la dosis de insulina correctora por desvío en la predicción (26); ii) calcular la dosis de insulina correctora por nivel (25) con el sistema de corrección por hiperglucemia (5) y de acuerdo a las ecuaciones (2.b), (2.c) y (2.d): 19. de activación de la dosis correctora de insulina (27); MD es el máximum drop; kcl es el instante de conmutación OL-CL; IOB es la insulin on board debida únicamente a las dosis correctoras por nivel (25); EN es una función de inhabilitación; Nw es el tiempo de inhabilitación y kcrl es el instante de aplicación de la dosis correctora por nivel (25); 20. iii) calcular la IOB mediante un historial de dosis correctoras por nivel (25) mediante el sistema de corrección por hiperglucemia (5) y de acuerdo a las ecuaciones (2.e) y (2.f): 21. donde NIOB es el intervalo considerado de degradación de la dosis de insulina correctora por nivel (25); IOB es la función de degradación aproximación de Ellingsen; y, ucrl es la dosis de insulina correctora por nivel (25); 22. iv) calcular el error a posteriori entre el valor instantáneo de medida de glucosa subcutánea (20) y el valor que se predijo para ese instante, mediante el sistema de corrección por error de predicción (6) y de acuerdo a la ecuación (2.g): 23. es el horizonte de predicción; v) calcular la dosis de insulina correctora por desvío en la predicción (26) mediante el sistema de corrección por error de predicción (6) y de acuerdo a la ecuación (2.h): 24. donde ep es el error de predicción a posteriori y Kcrp es la ganancia de corrección. 25. 4.- Método de infusión continua de insulina con control PID Híbrido Correctivo y Predictivo, según la reivindicación 3, caracterizado porque el paso 4) adicionalmente 26. 15 comprende: i) calcular la dosis de insulina total prealimentada (37), aplicada en el instante kp, propuesta por la estrategia de prealimentación (uff), utilizando el sistema de prealimentación (19) y de acuerdo con la ecuación (3.a): 27. donde uffp es un porcentaje de la dosis de insulina prandial obtenida de la terapia CSII (1); 28. 20 kp es el instante del aviso previo a la ingesta; uffdv es la dosis de insulina de prealimentación por desvío en el control (36) en el periodo basal previo a la ingesta (39); uffd1 es la dosis de insulina extra (40) ocasionada por las variaciones en la glucosa de referencia anticipativa 29. (21) y ufft es la prealimentación por transporte de insulina basal a prandial (35); 30. ii) calcular la dosis de insulina manual prealimentada (34) mediante la terapia CSII 25 (1) y de acuerdo a la ecuación (3.b): 31. donde Kffp es una ganancia que indica proporción de la dosis prandial a administrar; kg es el momento de la ingesta; kp es el instante del aviso previo a la ingesta; y up la dosis de insulina prandial acorde a las ingestas de CHOs (39) en terapia CSII; 32. iii) calcular la dosis de insulina de prealimentación debida a los desajustes del control en periodos basales (40) mediante el sistema de detección de cambios (43) y de acuerdo con las ecuaciones (3.c) y (3.d): 33. donde 34. es la predicción de glucosa (22), m es la media de la predicción de glucosa en un periodo preprandial; kp es el instante del aviso previo a la ingesta; gt es la glucosa de referencia anticipativa (21); MD es el maximum drop del paciente y Nr es el conjunto de 35. 10 muestras que define el periodo preprandial; iv) calcular la dosis de insulina de prealimentación debida al transporte de insulina (35) mediante el sistema de transporte de insulina (3) y de acuerdo con la ecuación (3.e): 36. donde Kfft es la ganancia que condiciona la cantidad de insulina basal a transportar; kp es el instante del aviso previo a la ingesta; UbPP es la insulina basal acumulada en el período 37. 15 postprandial; ub la dosis de insulina basal (38) de la terapia CSII (1); y NPP el intervalo que forma la ventana postprandial; v) modificar la dosis de insulina basal (33) mediante el sistema de transporte de insulina (3) y de acuerdo a la ecuación (3.f): 38. vi) calcular la dosis de insulina de prealimentación extra (36) debida a las variaciones de la glucosa de referencia anticipativa (21) mediante el sistema de compensación por desvío de control (2) y de acuerdo a la ecuación (3.g): 39. donde Kffd1 es la ganancia de prealimentación por derivada; gt es la glucosa de referencia anticipativa (21); kp es el instante del aviso previo a la ingesta y T es el periodo de infusión; 40. vii) calcular la señal base para definir la glucosa de referencia anticipativa (21) mediante el sistema de prealimentación (19) y la terapia CSII (1), y de acuerdo a la ecuación (3.h), para un tiempo Tt después de la conmutación LA-LC: 41. donde gref es el nivel de glucosa deseado; ka es el inicio de la anticipación a la ingesta; kp es el instante del aviso previo a la ingesta; NPP es el intervalo del periodo postprandial; ka+1 es el inicio de la anticipación de la siguiente ingesta; gtht es un umbral de control; ginc es un incremento; y de glucosa en periodo postprandial; 42. viii) calcular la glucosa de referencia anticipativa (21) mediante la señal base y de acuerdo a la ecuación (3.i), para un tiempo definido entre la conmutación LALC (T·kcl) hasta un tiempo Tt después de la conmutación: 43. donde g es la medida de glucosa; kcl es el instante de conmutación OL-CL; gref es el nivel de glucosa deseado; Nt son es el intervalo que define la transición; y gt1 es la glucosa de 44. 15 referencia anticipativa para un tiempo Tt después de la conmutación OL-CL. 45. 5.- Método de infusión continua de insulina con control PID Híbrido Correctivo y Predictivo, según la reivindicación 4, caracterizado porque el paso 5) adicionalmente comprende: 46. 20 i) calcular el error de control asimétrico y predictivo (24) mediante las ecuaciones 47. (4.a) y (4.b): 48. donde ê es el error de control asimétrico y predictivo (24) en un horizonte de predicción ph; gt es la glucosa de referencia anticipativa (21); 49. es la predicción de glucosa (22); 50. es una ponderación variable para hacer asimétrico al error; gth es un umbral de asimetría; y un offset de asimetría. 51. 6.- Método de infusión continua de insulina con control PID Híbrido Correctivo y Predictivo, según la reivindicación 5, caracterizado porque el paso 6) adicionalmente comprende: 52. i) calcular la dosis de insulina de control (28) mediante el sistema controlador PI-D 53. (4) y de acuerdo a la ecuación (5.a): 54. donde P es la dosis de acción proporcional (16), I es dosis de la acción integral (17) y D es la dosis de acción derivativa (18); ii) calcular la dosis de acción proporcional (16) mediante el sistema de control proporcional (13) y de acuerdo a la ecuación (5.b): 55. donde Pe es la parte de acción proporcional debida al error de control asimétrico y predictivo (24); Pb es el offset que mantiene una dosis de insulina constante y proporcional a la dosis de insulina basal modificada (33) por el sistema de transporte de insulina (3); Kp es la ganancia proporcional; ê es el error de control asimétrico y predictivo (24); Kb es el porcentaje de la dosis de insulina basal y u’b es la dosis de insulina basal modificada (33) por el sistema de transporte de insulina (3); 56. iii) calcular la dosis de acción integral (17) mediante el sistema de control integral (14) 57. y de acuerdo a la ecuación (5.c): 58. donde Ie es la acción integral debida al error de control asimétrico y predictivo (24) e Icsii indica el resultado de la comparación de las dosis de insulina de la terapia CSII (1) con las dosis de insulina efectiva (32); 59. donde: 60. donde Kie es la ganancia integral relativa al error, ê es el error predictivo y Ni es el intervalo empleado para la evaluación de la integral; Ni es el intervalo empleado para la evaluación de la integral Kicsii es la ganancia integral relativa a la restricción de la terapia CSII; csii es un factor de olvido, ui es la dosis de insulina efectiva (32) suministrada por la bomba (11); y ucsii es la dosis de insulina CSII; 61. iv) calcular la dosis de acción de control derivativa (18) mediante el sistema de control derivativo (15) y de acuerdo a la ecuación (5.h): 62. donde Kd es la ganancia derivativa y pROC es la variación predictiva de glucosa. 63. 10 7.- Método de infusión continua de insulina con control PID Híbrido Correctivo y Predictivo, según la reivindicación 6, caracterizado porque el paso 7) adicionalmente comprende: i) calcular la dosis de insulina de control complementada por la corrección (29), mediante la dosis de insulina de control (28) y de acuerdo a la ecuación (6), 64. 15 donde upid es la dosis de insulina de control y ucr es la dosis correctora de insulina (27). 65. 8.- Método de infusión continua de insulina con control PID Híbrido Correctivo y Predictivo, según la reivindicación 7, caracterizado porque el paso 8) adicionalmente comprende: 66. 20 i) calcular la dosis de insulina segura (30) mediante el sistema de seguridad (7) y de acuerdo a la ecuación (7.a): 67. donde: 68. donde usf es la dosis de insulina segura (30); Ks es la ganancia booleana de insulina negativa; Kbk es la ganancia de frenado; ucn es la dosis de insulina de control complementada por la corrección (29); 69. es un valor booleano que evita la suspensión; umbs es la resolución mínima basal; Nsf es el tiempo máximo de suspensión continuada; 70. es 5 la predicción de glucosa (22); ph es el horizonte de predicción y gths es el umbral frenado. 71. 9.- Método de infusión continua de insulina con control PID Híbrido Correctivo y Predictivo, según la reivindicación 8, caracterizado porque el paso 9) adicionalmente comprende: 72. 10 i) calcular la dosis de insulina segura prealimentada (31) de acuerdo a la ecuación (8): 73. donde u es la dosis de insulina segura prealimentada (30), usf es la dosis de insulina segura 74. (30) y uff es la dosis de insulina prealimentada (37). 75. 10.- Método de infusión continua de insulina con control PID Híbrido Correctivo y 15 Predictivo, según la reivindicación 9, caracterizado porque el paso 10) adicionalmente comprende: i) calcular la dosis de insulina efectiva (32) mediante el sistema cuantificador con memoria condicionada (8) y de acuerdo a la ecuación (9.a). 76. donde: 77. donde Q es el sistema cuantificador con memoria condicionada (8); u es la dosis de insulina segura prealimentada (31); usf es la dosis de insulina segura (30); uff es la dosis de insulina prealimentada (37); uac es la dosis de insulina acumulada no suministrada debido al error de cuantificación; umin es la resolución de la bomba de insulina; gthq es el umbral de 78. 5 acumulación; umbl es la resolución mínima prandial o de corrección; umbs es la resolución mínima basal; kp es el momento del inicio del periodo postprandial; y kcrl es el instante de aparición de una dosis de insulina correctora por nivel (25). 79. 11.- Dispositivo de infusión continua de dosis de insulina con control PID Híbrido 80. 10 Correctivo y Predictivo caracterizado porque está configurado para llevar a cabo el método de infusión continua de insulina con control PID Híbrido Correctivo y Predictivo definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10. 81. 12.- Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende al menos un 82. 15 sistema controlador PI-D (4), un sistema de protección frente a hipoglucemias (7), un sistema cuantificador con memoria condicionada (8), un sistema de corrección por hiperglucemia (5), un sistema de corrección por error de predicción (6) y un sistema de prealimentación (19). 83. FIG. 2
