多变量人工胰腺：检测和减轻未经通知的身体活动和急性心理压力

人工胰腺 (AP) 的开发在过去十年中取得了长足的进步。 AP 系统的目标是开发一种设备，该设备将以与自身胰腺相同的方式响应血糖水平按需提供胰岛素。 第一代 AP 系统，混合闭环 AP，从连续血糖监测 (CGM) 设备收集数据，并依靠手动用户输入来减轻膳食和身体活动的影响。 该提案的目的是展示一种可行的、功能整合的多变量人工胰腺 (mvAP)，无需任何人工输入即可解决膳食、身体活动 (PA) 和急性心理压力 (APS) 挑战，从而更好地调节糖尿病患者的血糖水平. 除了有计划的运动之外，急性心理压力和许多其他形式的身体活动会影响血糖水平，并对 1 型糖尿病 (T1DM) 患者维持正常血糖造成挑战。 各种 PA 和 APS 以不同的方式影响代谢和对胰岛素的敏感性。 因此，必须检测它们的类型、强度和持续时间，以及它们的个体和同时存在，以确定最佳的胰岛素给药。 mvAP 方法提供了一种集成良好且用户友好的技术，对用户的负担最小，并减轻了意外 PA 和 APS 诱导的影响。 该提案的目的是展示一种可行的、功能集成的 mvAP，无需任何手动输入即可解决膳食、PA 和 APS 挑战，以更好地调节 T1DM 患者的血糖水平。 我们的假设是，结合实时检测和确定 PA 和 APS 的特性并通过自动控制减轻其影响的新一代多变量 AP 将更有效地改善 T1DM 患者的血糖控制。 此外，通过减少低血糖和高血糖事件的数量和持续时间，与完全基于 CGM 数据的 AP 相比，该技术将更安全。 这种 mvAP 系统只能通过使用复杂的多变量方法来开发，该方法使用来自 CGM 的实时信息和从自由生活中佩戴的可穿戴设备获得的生理变量。 建议在此框架上构建一种全自动 mvAP 技术，该技术将减轻膳食、PA 和 APS 挑战，包括意外和计划外事件。 拟议研究的具体目标是： 目标 1。 开发 mvAP 算法和模块，实时识别各种类型的身体活动、急性心理压力事件、它们的同时存在及其特征。 目标 2a：在临床和自由生活中进行开环研究，以扩大 PA 和 APS 诱导的类型和强度，用日常生活活动（单独或与 APS 结合）期间收集的数据丰富我们的数据库，包括计划外的自发PA 和 APS 事件。 目标 2b：扩展我们的多变量葡萄糖-胰岛素-生理变量模拟器 (mGIPsim)，用于 mvAP 的计算机模拟研究，用于模拟 APS 诱导及其对葡萄糖水平和模拟器生理变量输出的影响。 目标 3：在临床环境和自由生活中使用第二代 mvAP 进行临床实验，以评估我们的全自动 mvAP 在闭环操作中的性能。 目前，已获得 IRB 对目标 1、2a 和 2b 的批准。 目标 3 将在稍后进行。 临床研究将在伊利诺伊大学芝加哥分校 (UIC) 护理学院和受试者家中进行。 该协议将包括 1 次筛查访问和 5 次实验室会议。 在整个研究过程中，受试者将佩戴 CGM 以及 Empatica 和 Actigraph 腕带。 每次会议的主要活动将包括：(1) 筛选； (2) 通过亚最大运动测试（自行车和跑步机）估计最大运动能力； (3) 从次最大力量测试中估计最大力量； (4) 次极量的有氧运动和阻力运动； (5) 使用社会评价的冷加压测试； (6) 驾驶模拟； (7) 抗阻训练，以及有压力和无压力的日常生活活动（例如心算、电子游戏）； (8) 在驾驶过程中使用 GoPro/Dash Cam（如果适用）和问卷调查。这些活动将视情况包括在访视 3、4 和 5 中。 此外，受试者将在家中进行活动，包括：家务、固定自行车（如果有）；跑步机（如果有的话）；步行;重量轻（如果有）和睡眠监测器（Z-Machine Insight+）。 定期地，研究助理会在这些时间给受试者打电话，并要求他们在进行活动的同时进行压力诱导活动。 压力诱导活动将包括心理挑战，例如在执行活动时进行数学计算。 在研究期间，受试者将被叫回家 3-5 次。 全自动算法将在家庭环境中进行测试。 改进方法后，将获得机构审查委员会 (IRB) 对目标 3 的批准。