다변수 인공 췌장: 예고 없는 신체 활동 및 급성 심리적 스트레스 감지 및 완화

인공 췌장(AP)의 개발은 지난 10년 동안 상당한 진전을 이루었습니다. AP 시스템의 목표는 자신의 췌장과 같은 방식으로 혈당 수치에 반응하여 필요할 때 인슐린을 제공하는 장치를 개발하는 것입니다. 1세대 AP 시스템인 하이브리드 폐쇄 루프 AP는 CGM(지속적인 포도당 모니터링) 장치에서 데이터를 수집하고 수동 사용자 입력에 의존하여 식사 및 신체 활동의 영향을 완화합니다. 이 제안의 목적은 당뇨병 환자의 포도당 수치를 더 잘 조절하기 위해 수동 입력 없이 식사, 신체 활동(PA) 및 급성 심리적 스트레스(APS) 문제를 해결할 실행 가능하고 기능적으로 통합된 다변량 인공 췌장(mvAP)을 시연하는 것입니다. . 급성 심리적 스트레스와 계획된 운동 외에 PA의 다른 많은 형태는 혈당 수치에 영향을 미칠 수 있으며 제1형 당뇨병(T1DM) 환자의 정상 혈당을 유지하는 데 문제를 일으킬 수 있습니다. 다양한 PA 및 APS는 다양한 방식으로 인슐린에 대한 신진대사 및 감수성에 영향을 미칩니다. 따라서 최적의 인슐린 투여를 결정하기 위해서는 유형, 강도 및 기간, 개별 및 동시 존재를 감지해야 합니다. mvAP 접근 방식은 사용자의 부담을 최소화하면서 잘 통합되고 사용자 친화적인 기술을 제공하고 예기치 않은 PA 및 APS 유도의 영향을 완화합니다. 이 제안의 목적은 T1DM을 가진 사람들의 포도당 수준을 더 잘 조절하기 위해 수동 입력 없이 식사, PA 및 APS 문제를 해결할 실행 가능하고 기능적으로 통합된 mvAP를 시연하는 것입니다. 우리의 가설은 PA 및 APS의 특성에 대한 실시간 감지 및 결정과 자동 제어에 의한 영향 완화를 통합하는 차세대 다변수 AP가 T1DM 환자의 포도당 조절을 개선하는 데 더 효과적일 것이라는 것입니다. 또한 이 기술은 저혈당 및 고혈당 사건의 횟수와 기간을 줄임으로써 CGM 데이터만을 기반으로 하는 AP에 비해 더 안전할 것입니다. 이러한 mvAP 시스템은 CGM의 실시간 정보와 자유로운 일상생활에서 착용하는 웨어러블 장치에서 얻은 생리적 변수를 사용하는 정교한 다변수 접근 방식을 사용해야만 개발할 수 있습니다. 예상치 못한 계획되지 않은 이벤트를 포함하여 식사, PA 및 APS 문제를 완화할 완전 자동화된 mvAP 기술을 이 프레임워크에 구축할 것을 제안합니다. 제안된 연구의 구체적인 목표는 다음과 같습니다. 목표 1. 다양한 유형의 신체 활동, 급성 심리적 스트레스 에피소드, 동시 존재 및 특성을 실시간으로 식별하는 mvAP 알고리즘 및 모듈을 개발합니다. 목표 2a: PA 및 APS 유도의 유형과 강도를 확장하기 위해 클리닉 및 자유 생활에서 개방형 루프 연구를 수행하여 계획되지 않은 자발적인 활동을 포함하여 일상 생활(단독 또는 APS와 결합) 활동 중에 수집된 데이터로 데이터베이스를 풍부하게 합니다. PA 및 APS 이벤트. 목표 2b: APS 유도와 시뮬레이터의 포도당 수준 및 생리학적 변수 출력에 대한 영향을 시뮬레이션하기 위한 mvAP의 in silico 연구를 위해 다변수 포도당-인슐린-생리 변수 시뮬레이터(mGIPsim)를 확장합니다. 목표 3: 폐쇄 루프 작동에서 완전히 자동화된 mvAP의 성능을 평가하기 위해 임상 설정 및 자유 생활에서 2세대 mvAP로 임상 실험을 수행합니다. 현재 Aim 1, 2a 및 2b에 대한 IRB 승인을 받았습니다. 목표 3은 추후에 실시할 예정입니다. 임상 연구는 일리노이 대학교 시카고(UIC)-간호 대학과 피험자의 집에서 실시됩니다. 프로토콜에는 검사실 방문 1회와 실험실에서의 5회 세션이 포함됩니다. 피험자는 연구 내내 CGM과 Empatica 및 Actigraph 손목 밴드를 착용합니다. 각 회의의 주요 활동에는 다음이 포함됩니다. (1) 심사; (2) 준최대 운동 테스트(자전거 및 러닝머신)에서 최대 운동 능력 추정; (3) 준최대 강도 시험으로부터 최대 강도 추정; (4) 유산소 운동 및 저항 운동의 준최대 시합; (5) 사회적으로 평가된 냉압 테스트 사용; (6) 운전 시뮬레이션; (7) 저항 운동 및 스트레스가 있거나 없는 일상 생활 활동(예: 암산, 비디오 게임) (8) 운전 중 GoPro/Dash Cam 사용(적절한 경우) 및 설문지. 이러한 활동은 적절한 경우 방문 3, 4 및 5에 포함됩니다. 또한 피험자는 집에서 다음과 같은 활동을 수행합니다. 집안일, 고정식 자전거(가능한 경우); 런닝머신(가능한 경우) 걷는; 가벼운 무게(사용 가능한 경우) 및 수면 모니터(Z-Machine Insight+). 주기적으로 연구 조교는 이 시간 동안 피험자에게 전화를 걸어 활동을 수행하는 동안 스트레스를 유발하는 활동을 수행하도록 요청합니다. 스트레스 유발 활동에는 활동을 수행하는 동안 수학적 계산과 같은 정신적 도전이 포함됩니다. 피험자는 연구 중에 집에서 3-5 번 호출됩니다. 완전 자동화 알고리즘은 가정 환경에서 테스트됩니다. 방법론이 개선되면 목표 3에 대한 IRB(Institutional Review Board) 승인을 받게 됩니다.