تنظيم سطح گلوكز خون در بيماران مبتلا به ديابت نوع يك به روش تطبيقي مدل مرجع و پيش بين اسميت اصلاح يافته

Glucose Regulation in Type 1 Diabetes Mellitus with Model Reference Adaptive Control and Modified Smith Predictor

درحال حاضر، تزريق انسولين در بيماران ديابت نوع يك، اغلب موجب نوسان هاي شديد در قند خون آن ها شده و منجر به رخدادهاي هايپرگليسمي/هايپوگليسمي مي شود. كنترل حلقه بسته گلوكز توسط پانكراس مصنوعي كيفيت زندگي بيماران ديابت نوع يك را بهبود مي دهد. درين مقاله، با استفاده از سيمولاتور GIM، داده ي بيمار ديابتي در طول شبانه روز به دست آمده و سپس به مدل سازي معكوس رفتار فيزيولوژيكي سيستم پرداخته شد. نظر به ماهيت تاخيري سيستم، در گام بعد، ساختار كنترلي جديدي براي سيستم هاي تاخيردار پيشنهاد شده است كه تلفيقي از كنترل مدل مرجعِ تطبيقي و پيش بين اسميتِ اصلاح يافته است. با توجه به تنوع پذيري گسترده ي متابوليسم بيماران مختلف در دنياي واقعي، جمعيتي از 30 بيمار به صورت مجازي و با در نظر گرفتن تغييرات تصادفي و نوسان هاي سينوسي در پارامترهاي مدل گلوكز/انسولينِ دالمن ايجاد شد تا تغييرپذيري بين فردي سيستم تنظيم گلوكز پياده سازي شود. عملكرد الگوريتم طراحي شده، براساس شاخص هاي كمي و كيفي مورد ارزيابي قرار گرفت و با كنترلر PID در ساختار پيش بين اسميت مقايسه شد. نتايج حاكي از عملكرد مناسب كنترلر پيشنهادي در شرايط ناشتا، دفع اغتشاش غذا و توانايي آن در برابر تغيير پذيري بين بيماران است.

Insulin therapy for type 1 diabetes patients often causes high fluctuations in their blood glucose and hypoglycemic/hyperglycemic events. Closed loop control of blood glucose using artificial pancreas can improve life quality of patients. In this paper, physiological behaviour of the system has been modeled inversely using daily patient data acquired GIM simulator. Then, considering the delaed nature of the system, a novel adaptive control structure has been proposed for time-delayed systems, which is a combination of the model reference adaptive control with modified Smith Predictor. Due to extensive variability among patients in metabolism, an in silico trial consisting of 30 patients with random changes and sinusoidal oscillation in parameters of Dalla Man glucose-insulin model has been used to simulate the personal variability in the glucose control system. Performance of the proposed algorithm has been compared to the PID controller with Smith Predictor, based on the quantitative and qualitative indicatirs. Simulation results show that the proposed control scheme is effective in fasting conditions, meal disturbance rejection, and robustness against inter-patients variability.