الگوریتم کنترل قند خون درپانکراس مصنوعی

 14 ژوئن 2016- در پانکراس مصنوعی که یک سیستم تحویل اتوماتیک انسولین برای افراد مبتلا به  دیابت نوع 1 است از یک الگوریتم پیشرفته برای تنظیم مقدار و زمان تحویل انسولین استفاده می شود. تنظیم قند خون یک چالش بزرگ است زیرا مقدار قند خون در پاسخ به مجموعه ی گسترده ای از متغیرها از جمله مواد غذایی، فعالیت بدنی، خواب، استرس، هورمون ها، متابولیسم وغیرو تغییر می کند.

پس از سالها تلاش برای یافتن بهترین الگوریتم کنترلی بمنظور در نظرگرفتن تمام متغیرها، دو استراتژی کنترلی اصلی به عنوان الگوریتمهای پیشتاز ظهور کردند: model predictive controlیا MPCو proportional integral derivativeیا PID، اما بحث های زیاد و طولانی مدتی در مورد این دو روش وجود داشت. حال گروهی از محققان دانشکده ی مهندسی و علوم کاربردی هاروارد و مرکز دیابت ویلیام سانسوم برای اولین بار به ارزیابی متقاطع، تصادفی و سر به سر این دو روش کنترلی در شرایط بالینی پرداختند. این گروه دریافتند که براساس نتایج اولیه ی این مطالعه و چندین نتیجه ی ثانویه سیستم MPCبهتر از سیستم PIDعمل می کند.

نتایج این مطالعه توسط دکتر Frank Doyleرئیس دانشکده ی مهندسی و علوم کاربردی پالسون در دانشگاه هاروارد در نشست علمی انجمن دیابت آمریکا در نیواورلئان ارائه و در مجله ی Diabetes Careمنتشر شد.

 دکتر Dassauمحقق ارشد در مهندسی پزشکی در  SEASمی گوید: این پژوهش پایانی برای بحث در مورد این دو الگوریتم نیست زیرا هر دو آنها خوب عمل می کنند اما ما نشان دادیم که حالت هایی وجود دارد که روشMPCدر آن بصورتی برتر عمل می کند که این موضوع به دلیل انعطاف پذیری در طراحی آن است. این تحقیق اولین مطالعه ی بالینی واقعی  سر به سر است که دو سیستم کنترلی پیشرو را در شرایط یکسان و در یک جمعیت یکسان بصورت تصادفی و متقاطع با هم مقایسه کرده است.

دکتر Doyleمی گوید: آنچه در این مطالعه قابل توجه بود، اینست که ما از نسخه ی بسیار اولیه ای از MPCاستفاده کردیم اما نتایج آن همچنان بر سیستم  PIDبرتری داشت، درحال حاضر نسخه های بسیار پیچیده تری از این الگوریتم که در مراحل اولیه ی تجاری سازی هستند، بر روی صدها نفر آزمایش شده اند، MPCیک الگوریتم انعطاف پذیر و قدرتمند است.

سیستم پانکراس مصنوعی کنترل شده توسط سیستم PIDواکنش پذیراست و به یک ترموستات خانگی شباهت دارد که دمای محیط را تنظیم می کند. اما آلگوریتم MPCفعال است که اجازه می دهد سیستم به چندین مرحله جلوتر فکر کند و می تواند زمان نیاز بدن به مقادیر بیشتر یا کمتر انسولین را پیش بینی کند و برای آن از قبل برنامه ریزی نماید.

در این کارآزمایی بالینی 30 فرد بالغ مبتلا به دیابت حضور داشتند، آنها بطور تصادفی در دور اول مطالعه از سیستم کنترل PIDیا MPCو سپس در مرحله ی دوم بطور برعکس استفاده کردند.

همه ی شرکت کنندگان غذاهای مشابهی را بر اساس برنامه هایی مشابه مصرف می کردند. محققان پاسخ سیستم ها را به خوردن غذا زمانیکه افزایش انسولین بصورت دستی قبل ازغذا تنظیم می شد، همچنین زمانیکه افزایش دوزانسولین قبل از خوردن غذا فراموش شده بود، بررسی کردند. آنها چگونگی کنترل انسولین توسط این دو سیستم را قبل و بعد از صبحانه زمانیکه مقاومت به انسولین به دلیل هورمونها افزایش می یابد و کنترل انسولین در طول شب را بررسی کردند.همچنین مقدار قند خون افراد را در زمان  واقعی با فواصل زمانی  پنج دقیقه ای بررسی و ثبت کردند.

آنها دریافتند که هر دو سیستم بخوبی عمل می کنند اما سیستم MPCمقدار قند خون شرکت کنندگان را در 74 درصد از زمانها در محدوده ی ایمن حفظ می کند درحالیکه این رقم برای سیستم  PIDبرابر با 64 درصد از زمانها از جمله زمانی است که خوردن غذا از قبل اعلام نشده است(افزایش دستی دوز انسولین قبل از غذا فراموش شده بود). متوسط مقدار قندخون افراد برای سیستم کنترلMPCاز نظر آماری پایین تر از PIDبود.

دکتر Dassauمی گوید: قابلیت پیش بینی افزایش و کاهش قندخون و ارائه ی بهینه ی انسولین، بخش بزرگی ازموفقیت سیستم کنترل MPCاست، با سیستم MPCما چشم اندازی به آینده در اختیار داریم و می توانیم اصلاحات لازم را قبل از اتفاقاتی مانند هیپوگلایسمی انجام دهیم. این مدل می تواند با افزایش و کاهش تدریجی تحویل انسولین از بروز اتفاقات بد جلوگیری کند، اما سیستم  PIDتوانایی پیش بینی لازم را ندارد.

در گام های بعدی، مطالعات سرپایی بمنظور درک چگونگی انطباق سیستم با تغییرات طولانی مدت در زمان استرس، تغییر شدت فعالیت، افزایش یا کاهش وزن انجام خواهد شد. هدف نهایی این است که سیستمی تولید شود که بتواند با تمام تغییرات احتمالی تطابق یابد و دخالت بیمار برای کنترل سیستم به حداقل برسد.

Dassauمی گوید: دیابت یک بیماری منحصر بفرد است که در آن بیماران در درمان خود بسیار دخالت دارند، به همین دلیل ما به یک سیستم خودکار با میزان اعتماد بالا نیاز داریم، هدف ما بهبود اعتماد به این سیستم است بطوریکه کاربران مدت کمتری از زمان خود را صرف مدیریت دیابت کنند.

منبع:www.sciencedaily.com/releases/2016/06/160614083833.htm