Design and implementation of a closed-loop blood glucose control system in patients with type 1 diabetes

Abstract

In the work presented in this dissertation, open-loop and closed-loop control strategies that were aimed at resolving major glucose control problems in the postprandial period were developed. A new model-based control algorithm for postprandial glucose regulation in open-loop, which is based on set-inversion technology, was developed. It automatically and efficiently coordinates the values of basal-bolus insulin to achieve certain predefined control objectives. The algorithm was designed to enable integration into existing smart insulin pumps. Closed-loop control strategies based on sliding mode techniques and insulin-on-board constraints were implemented to reduce the risk of late hypoglycaemic events and to obtain safer controller performance without increasing the period of hyperglycaemia. Extensive evaluation and validation of the control robustness was performed in a comprehensive virtual environment that was specifically designed and implemented to facilitate realistic simulations. A practical methodology to “virtualise” a cohort of real Type 1 diabetic patients was also developed

En aquesta investigació, es desenvolupen estratègies de control en llaç obert i llaç tancat encaminades a superar els principals problemes de control de glucosa al període postprandial. Es va desenvolupar un nou algoritme de control basat en models en llaç obert amb tecnologia d'inversió de conjunts. Aquest coordina automàticament els valors d'insulina basal-bol d'una manera eficient per tal d'aconseguir certs objectius de control predefinits. L'algoritme va ser dissenyat per permetre la seva integració en bombes d'insulina intel•ligents. També, es van implementar estratègies de regulació en llaç tancat basades en tècniques de control en mode lliscant i limitacions de la insulina a bord, per reduir el risc d'episodis d'hipoglucèmia tardana per tal d'aconseguir un acompliment més segur sense augmentar el temps a hiperglucèmia. La robustesa dels controladors va ser demostrada mitjançant una àmplia avaluació i validació en un entorn virtual integral específicament dissenyat i implementat en aquesta tesi per permetre simulacions realistes