JP5675889B2 - センサ値を用いてインスリンを注入するための閉ループ装置または半閉ループ装置 - Google Patents
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Description
図2に示すように、本発明の望ましい実施の形態は、使用者の身体20上に全てを装着した、センサ26と、センサセット28と、遠隔操作型特性値モニタ送信機30と、センサケーブル32と、注入デバイス34と、注入チューブ36と、注入セット38とを含むものである。図3aおよび図3bに示すように、遠隔操作型特性値モニタ送信機30は、プリント基板33と、バッテリ35と、アンテナ(図示せず)と、センサケーブルコネクタ(図示せず)とを支持している送信機ハウジング31を含んでいる。図3dおよび図4に示すように、センサ26の検出端40には露出した電極42があり、使用者の身体20の皮膚46を通して皮下組織44に差し込まれている。電極42は、皮下組織44に充満している間質液(ISF)と接している。図3cおよび図3dに示すように、センサ26は、使用者の皮膚46に貼り付けられたセンサセット28によって位置に保たれている。センサセット28は、センサケーブル32の第1端29へ接続する、センサ26のコネクタ端27を備えている。センサケーブル32の第2端37は、送信機ハウジング31に接続している。送信機ハウジング31内に収容されているバッテリ35は、センサ26と、プリント基板33上の電気部品39に電力を供給する。電気部品39はセンサシグナル16を検知して、デジタルセンサ値(Dsig)をメモリに記憶した後、定期的にデジタルセンサ値Dsigを、メモリから、注入デバイス内に含まれているコントローラ12に送信する。
前述の望ましい実施の形態などのように閉ループ装置のハードウェアを設定した後、人体に対するハードウェアの作用を、コントローラによって決定する。望ましい実施の形態において、コントローラ12は、膵臓ベータ細胞(β細胞)を模倣して設計されている。言い換えると、コントローラ12は、血中のインスリン濃度が、身体20中の血糖濃度に応じて、完全に機能するヒトβ細胞が生じる濃度プロフィールと同様のプロフィールとなるような速度で、身体20中にインスリン24を放出するよう、注入デバイス34に命令する。このように、コントローラ12は、生体内でのインスリン分泌パターンを模倣し、生体内β細胞適応と一致するようこのパターンを調節しようとするものである。正常耐糖能(NGT)を持ち、幅広く変化するインスリン感受性(SI)を持つ対象者における生体内β細胞応答は、グルコースホメオスタシスを保つ上で最適のインスリン応答である。β細胞の二相性インスリン応答は、比例積分微分(proportional, plus integral, plus derivative)(PID)コントローラの構成要素を、様々なフィルタと共に用いて模倣することができる。β細胞を模倣するためのPIDコントローラに関する記述は、その内容を全て本件に引用して援用する、同一出願人による米国特許第6,558,351号に見ることができる。別の実施の形態において、コントローラは単に、その個体のインスリン感受性/炭水化物比、標的血糖値、摂取する炭水化物の量、およびセンサの示した現在の血糖値の知見から、注入するインスリンの量を計算する、注入ポンプのコントローラであっても良い。このようなコントローラの例は、その内容を全て本件に引用して援用する、同一出願人による米国特許第6,554,798号、標題“External Infusion Device with Remote Programming, Bolus Estimator and/or Vibration Alarm Capabilities”に記載されている。
本装置で使用するコントローラに関わらず、インスリン送達用の閉ループ/半閉ループアルゴリズムは、ポンプ送達機構から投与する最適インスリン投与量を求める制御アルゴリズムを、連続式グルコースセンサに基づいて動かす。従って、センサの信頼性と故障の検出および対処は、このような応用での信頼性と安全性にとって極めて重要である。このため、センサシグナルの忠実性を評価し、センサ故障の検出後に適切な行動を開始できる評価機構を持つことが望ましい。故障が検出された場合には、センサ交換の要求を発して、インスリン送達を一時停止し、または制御を指定の基本パターンでの固定操作モードに切り替えなければならない。
しかし、異なるセンサ技術および異なる測定液体は、大きく変動する時間遅延を持つことが知られている。例えば、問題の複雑さは、皮下グルコースセンサ26に見ることができる。図11について述べるならば、生理的遅延422は、血漿420と間質液(ISF)との間をグルコースが移動するために必要な時間に起因する。この遅延は、図11中の円で囲まれた双方向矢印422で示されている。一般に、先に述べたように、センサ26は身体20の皮下組織44内に差し込まれ、センサの先端40付近の電極42が間質液(ISF)と接している。しかし測定すべき所望のパラメータは、血糖濃度である。グルコースは、血漿420により全身に運ばれる。拡散過程によってグルコースは血漿420から皮下組織44のISFへ移動し、また同様にその逆も起こる。血糖値18が変化すると、ISF中のグルコース濃度も変化する。しかし、血漿420とISFとの間のグルコース濃度が平衡に達するまでに身体が必要とする時間のため、ISF中のグルコース濃度は血糖値18よりも遅れる。調べたところ、血漿420とISFとの間のグルコース遅延時間は、0〜30分の間で変動することがわかった。血漿420とISFとの間のグルコース遅延時間に影響すると考えられるいくつかのパラメータは、個体の新陳代謝、現在の血糖値、グルコース濃度が上昇しているか下降しているか、などである。図12aに図示したモデルは、ISFグルコースと血漿グルコースとの間のこの動的な関係を示すために作られたものである。このモデルは、皮下組織44コンパートメント内で血漿420とISFとを隔てているキャピラリ410が、グルコースのISF空間(即ち、皮下空間)への拡散の妨げとなっているという前提に基づいている。グルコースは、そのコンパート内でのグルコース濃度に比例した速度で、ISF空間44から消失して、脂肪/筋肉細胞440へ移動する。この数学的関係は、次の物質収支方程式で記述される。
単一のセンサを効率的に作動させて信頼性の高いセンサ測定値を得ることは、現在困難であるが、追加センサを加えることは先行技術において考えられていなかった。しかし、本発明では、変化する部位が異なり、センサが異なっている2つの異なるセンサを用いて、互いの伝達関数の違いを模倣するために使用でき、それがそれぞれ互いの測定値の確認と、それぞれ互いの故障の識別の助けとなる、方法および装置を考案する。この伝達関数は、検出部位特性値での違いと、時間変化する固有のセンサ力学とを含んでいる。このようなモデルは、他のセンサシグナルを基にしてそれぞれのセンサ出力を予測することを可能とする。望ましい実施の形態では、異なる部位にある2つの異なる種類のセンサを想定しているが、後に示すアルゴリズムは、同じ空間をサンプリングする2つの同一のセンサ、または、異なる液体、例えば、血漿、全血、またはISFをサンプリングする全く技術の異なる2つのセンサでも機能することができる。この方法では、各リアルタイムセンサ測定値中の差を基にして一組のフィルタ係数を調節する。これはデータ型手法であるため、センサ、センサ部位、またはセンサ特性値について更に情報を必要としないという長所がある。
mad1=100×|CF.s1−BG|/BG %
mad2=100×|CF.s2−BG|/BG %
(式中、「BG」はBlood Glucoseの略であり、ここでは「フィンガープリック法を用いて計測された現在の血糖値」を意味し、「CF.s1」は第1センサシグナルを較正して血糖値を得るために用いられる較正係数であり、「CF.s2」は第2センサシグナルを較正して血糖値を得るために用いられる較正係数である。)
Claims (3)
- センサ値を用いてインスリンを注入するための閉ループ装置または半閉ループ装置であって、
第1血糖測定値を発生する、第1部位に設置した第1グルコースセンサと、
第2血糖測定値を発生する、第2部位に設置した第2グルコースセンサと、
前記第1血糖測定値または前記第2血糖測定値に基づいて、個体の血糖値を計算するためのコントローラであって、
入力として前記第2血糖測定値を用いて、前記第1血糖測定値に対する第1予測値を導き出し、
入力として前記第1血糖測定値を用いて、前記第2血糖測定値に対する第2予測値を導き出し、
前記第1予測値と前記第1血糖測定値との間の第1誤差を求め、
前記第2予測値と前記第2血糖測定値との間の第2誤差を求め、
前記第1および第2誤差の絶対誤差値の合計を閾値と比較し、
前記絶対誤差値の合計が前記閾値を超えないならば、前記第1グルコースセンサおよび前記第2グルコースセンサのどちらが最小誤差を有するかを決定し、
前記最小誤差を有する前記第1又は第2グルコースセンサの血糖測定値又は予測値を用いて前記個体の血糖値を計算するコントローラと、
前記個体の血糖値に基づいてインスリンを送達する注入ポンプと、
を含むことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置であって、前記第1グルコースセンサと前記第2グルコースセンサとは互いに確認し合うことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記第1グルコースセンサと前記第2グルコースセンサとが互いに確認し合えなくなったならば、故障センサが検出されることを特徴とする装置。
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