人工胰岛系统中的胰岛素残余活性含量计算

摘要

一种人工胰腺系统，包括连续葡萄糖监测装置、被配置为与连续葡萄糖监测装置交换数据并且包含控制算法的药物递送装置、以及可能有被配置为与药物递送装置交换数据的远程控制器。算法包含胰岛素‑葡萄糖模型，但在数学上与由用户注射的胰岛素分离以抵消摄入的碳水化合物。控制算法被设计为用于计算两种版本的胰岛素残余活性含量：患者对接的胰岛素残余活性含量(PFIOB)和系统对接的胰岛素残余活性含量(SFIOB)，以正确解析剂量，并且向系统仅告知用于修正高葡萄糖而非抵消碳水化合物的胰岛素。

权利要求

1.一种葡萄糖管理系统，包括：药物递送装置，所述药物递送装置被配置为将用户发起的胰岛素剂量递送给用户；和控制器，所述控制器被配置为与所述药物递送装置交换数据，所述控制器包括：处理器，所述处理器配置成：

计算剂量；

在通过所述药物递送装置施加所述用户发起的胰岛素剂量后，确定所述用户是否将血糖浓度值(BG)输入到所述控制器中；

基于所述血糖浓度值计算所述用户发起的剂量的血糖修正分量；

确定所述用户是否将碳水化合物值(CHO)输入到所述控制器中；

基于所述碳水化合物值计算所述用户发起的胰岛素剂量的膳食分量；

确定系统计算的剂量和所述用户发起的胰岛素剂量是否为相等的量，或者所述用户发起的胰岛素剂量是否为不同于所述系统计算的剂量的经调节的剂量；以及基于所述血糖修正分量、膳食分量以及所述经调节的剂量中的至少一者来确定系统对接的胰岛素残余活性含量值，

其中，如果所有先前的血糖浓度值、碳水化合物值以及连续葡萄糖测量值均不可用，则将所述用户发起的剂量的预先确定的百分比用作所述系统对接的胰岛素残余活性含量值；

以及

其中，所述系统对接的胰岛素残余活性含量值用于预测所述用户的未来葡萄糖值。

2.根据权利要求1所述的葡萄糖管理系统，其中，所述血糖浓度值是已知的，所述碳水化合物值是未知的，并且所述血糖修正分量计算为：其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，“目标值”是目标血糖值，“ISF”是预先确定的胰岛素敏感因子，并且“PFIOB”是患者对接的胰岛素残余活性含量值。

3.根据权利要求1所述的葡萄糖管理系统，其中，所述血糖浓度值是未知的，所述碳水化合物值是已知的，并且所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，并且“CR”是碳水化合物克数与胰岛素单位数的预先确定的比值。

4.根据权利要求1所述的葡萄糖管理系统，其中，给定BG值和CHO值两者，所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：

其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，“目标值”是目标血糖值，“ISF”是预先确定的胰岛素敏感因子，并且“CR”是碳水化合物克数与胰岛素单位数的预先确定的比值。

5.根据权利要求1所述的葡萄糖管理系统，其中，BG值和CHO值均不可用，并且基于连续葡萄糖测量值，所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，“目标值”是目标血糖值，“CGM”是所述连续葡萄糖测量值，“ISF”是预先确定的胰岛素敏感因子，并且“PFIOB”是患者对接的胰岛素残余活性含量值。

6.根据权利要求1所述的葡萄糖管理系统，其中，BG值、CHO值和CGM值不可用，并且所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量。

7.根据权利要求2所述的葡萄糖管理系统，其中，所述目标血糖值由所述控制器预先确定并存储在所述控制器的存储单元中。

8.根据权利要求2所述的葡萄糖管理系统，其中，所述预先确定的胰岛素敏感因子存储在所述控制器的存储部件中。

9.根据权利要求1所述的葡萄糖管理系统，其中，所述用户手动调节所述用户发起的胰岛素剂量。

10.一种葡萄糖管理系统，包括：泵，所述泵配置成向用户递送用户发起的胰岛素剂量；和控制器，所述控制器配置成与所述泵交换数据，所述控制器包括：处理器，所述处理器配置成：

确定所述控制器是否已从所述泵接收到与血糖浓度值(BG)有关的数据；

基于由所述控制器接收的所述血糖浓度值计算所述用户发起的胰岛素剂量的血糖修正分量；

确定所述控制器是否已接收到与碳水化合物值(CHO)有关的数据；

基于所述碳水化合物值计算所述用户发起的胰岛素剂量的膳食分量；以及至少基于所述用户发起的胰岛素剂量的所述膳食分量和所述血糖修正分量来确定系统对接的胰岛素残余活性含量值，其中，当所述控制器未接收到所述血糖浓度值和所述碳水化合物值时，将用户发起的胰岛素剂量的总量的预先确定的百分比用作所述系统对接的胰岛素残余活性含量值。

11.根据权利要求10所述的葡萄糖管理系统，所述处理器还配置成确定用户是否将所述用户发起的胰岛素剂量调整了某个量，以及基于所述血糖修正分量、膳食分量以及所述用户发起的胰岛素剂量的调节的量中的至少一者来确定所述系统对接的胰岛素残余活性含量。

12.根据权利要求10所述的葡萄糖管理系统，其中，当所述血糖浓度值和所述碳水化合物值未输入到所述控制器中时，将连续葡萄糖测量值(CGM)用于所述血糖浓度值。

13.根据权利要求10所述的葡萄糖管理系统，其中，所述用户发起的胰岛素剂量的所述血糖修正分量将从所述泵接收的所述血糖浓度值和目标血糖值考虑在内，并且所述血糖修正分量计算为：

其中，“总数”是用户发起的剂量的总量，“目标值”是用户目标血糖值，“ISF”是预先确定的胰岛素敏感因子，并且“PFIOB”是患者对接的胰岛素残余活性含量值。

14.根据权利要求10所述的葡萄糖管理系统，其中，所述用户发起的胰岛素剂量的所述膳食分量将所述碳水化合物值(CHO)考虑在内，并且所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：

其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，并且“CR”是碳水化合物克数与胰岛素单位数的预先确定的比值。

15.根据权利要求10所述的葡萄糖管理系统，其中，给定血糖浓度值和碳水化合物值两者，所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，“目标值”是用户目标血糖值，“ISF”是预先确定的胰岛素敏感因子，“PFIOB”是患者对接的胰岛素残余活性含量值，并且“CR”是碳水化合物克数与胰岛素单位数的预先确定的比值。

16.根据权利要求12所述的葡萄糖管理系统，其中，所述血糖浓度值和碳水化合物值不可用，并且所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量，“CGM”是连续葡萄糖测量值，“目标值”是目标血糖值，“ISF”是预先确定的胰岛素敏感因子，并且“PFIOB”是患者对接的胰岛素残余活性含量值。

17.根据权利要求12所述的葡萄糖管理系统，其中，BG值，CHO值和CGM值均不可用，并且所述用户发起的剂量的所述修正分量计算为：其中，“总数”是所述用户发起的剂量的总量。

18.根据权利要求10所述的葡萄糖管理系统，其中，所述用户发起的胰岛素剂量由用户手动调节。

19.根据权利要求13所述的葡萄糖管理系统，其中，所述目标血糖值和所述胰岛素敏感因子是存储在所述控制器中的预先确定的值。

20.一种葡萄糖管理系统，包括：位于用户皮下的传感器；

药物递送装置，所述药物递送装置被配置为与所述传感器交换数据并且被编程为将用户发起的胰岛素剂量递送给所述用户；和控制器，所述控制器被配置为与所述药物递送装置交换数据，所述控制器包括：用户界面，和

处理器，所述处理器耦合至所述用户界面并且被配置为计算用户发起的胰岛素剂量，其中所述处理器被编程为：

确定所述用户是否已将所述葡萄糖管理系统测量的与血糖浓度值有关的数据输入到所述用户界面中，

基于所述血糖浓度值来计算所述用户发起的胰岛素剂量的血糖修正分量，确定所述用户是否已将与碳水化合物值有关的数据输入到所述用户界面中，以及基于所述碳水化合物值计算所述剂量的膳食分量，基于所述用户发起的胰岛素剂量的所述分量中的至少一者来确定系统对接的胰岛素残余活性含量值，

其中，当所述血糖浓度值和所述碳水化合物值未输入到所述控制器中时，使用连续葡萄糖测量值，并且

其中，当所述血糖浓度值和所述碳水化合物值未输入到所述控制器中并且所述连续葡萄糖测量值不可用时，将总胰岛素剂量的预先确定的百分比用作所述系统对接的胰岛素残余活性含量值。

21.根据权利要求20所述的葡萄糖管理系统，其中，所述处理器被编程为确定所述用户是否将所述用户发起的胰岛素剂量增加了某个量并基于所述血糖修正分量、所述膳食分量以及所述用户发起的胰岛素剂量的调节的量中的至少一者来确定所述系统对接的胰岛素残余活性含量。

说明书

人工胰岛系统中的胰岛素残余活性含量计算

技术领域

[0001] 本发明整体涉及血糖管理系统领域，更具体地，本发明涉及一种闭环血糖管理系统，例如采用使用不止一个模型的控制器来计算胰岛素残余活性含量的人工胰岛系统。

背景技术

[0002] 糖尿病是一种慢性代谢紊乱，是由于胰腺不能产生足量的胰岛素激素而导致身体代谢葡萄糖的能力降低引起的。葡萄糖代谢能力的降低会导致血流中葡萄糖含量过高或高
血糖症。单独的持续性高血糖或持续性高血糖与低胰岛素血症联合与多种严重症状和危及
生命的长期并发症相关。目前，还没有恢复内源性胰岛素生产的方法。因此，需要对患者进
行治疗，使患者血糖浓度保持在正常范围内。这种血糖控制是通过定期向患者提供外部胰
岛素来实现的，其目的是降低血糖水平。

[0003] 随着药物递送装置的发展，糖尿病诊断和治疗方面已经取得了相当大的进步，药物递送装置减轻了患者使用注射器或药笔每日多次进行胰岛素注射的需要。这些药物递送
装置以与人类胰腺自然释放胰岛素更相似的方式递送胰岛素，并且可被控制遵循不同的标
准或个别修改的方案，从而为患者提供更加个性化的血糖控制。

[0004] 这些药物递送装置可以被构造为植入式装置。可选地，装置还可以是带有输液器的外部装置，用于通过经皮插入导管、套管或经皮药物传输(例如通过贴片)向患者进行皮
下输注。外部药物递送装置安装在衣物上，或更优选地，隐藏在衣物下面或衣物里面，或者
安装在身体上，并且通常通过内置于装置中或设置在独立的远程装置上的用户界面来控
制。

[0005] 需要对血液或间质葡萄糖进行监测，以通过装置实现可接受的血糖控制。例如，由药物递送装置递送适量的胰岛素要求用户频繁地、不定期地通过检测确定其血糖水平。将
水平输入到泵或控制器中，之后可计算对默认或当前使用的胰岛素递送方案(即用量和定
时)的适当修改。此类修改用于相应地调节药物递送装置的操作。可选地，或结合此类不定
期测定，连续葡萄糖监测(“CGM”)与药物递送装置一起使用，并且允许对注入到糖尿病患者
体内的胰岛素进行闭环控制。

[0006] 此外，为了实现闭环控制，由使用一种或多种控制算法的控制器来进行用户给药的自主调节。例如，可使用比例‑积分‑微分算法(“PID”)，该算法对观察到的葡萄糖水平具
有反应性。PID可基于人体中葡萄糖和胰岛素之间的代谢相互作用的数学模型的简单规则
进行调节。可选地，还可以使用模型预测控制器(“MPC”)。MPC具有优势，因为MPC主动地考虑
控制变化的近期效应，并且有时在确定MPC的输出方面受到约束，而PID通常仅通过过去的
输出来确定未来的变化。可在MPC中实现约束，使得在受限“空间”(即，在强制递送限制内)
中的解决方案得到保证，并且防止系统超过已达到的限制。

[0007] 已知的MPC在以下文献中有所描述：美国专利第7,060,059号；美国专利公开第2011/0313680号和第2011/0257627号；国际公开第WO 2012/051344号；Percival等，“，人工
胰腺β细胞的闭环控制和咨询模式评价：基于比例‑积分‑微分等效模型的控制器的应用”，
《糖尿病科学技术杂志》，第2卷，第4期，2008年7月；Paola Soru等，“基于MPC的人工胰腺；个
性化和膳食补偿策略”，《控制年度评论》，第36卷，第118‑128页(2012)；Cobelli等，“人工胰
腺：过去、现在、未来”，《糖尿病》，第60卷，2011年11月；Magni等，“1型糖尿病受试者模型预
测控制的逐段调节：硅中试验”，《糖尿病科学技术杂志》，第3卷，第5期，2009年9月；Lee等，
“根据模型预测控制和可调节摄食量估算器的闭环人工胰腺”，《糖尿病科学技术杂志》，第3
卷，第5期，2009年9月；Lee等，“基于MPC的闭环人工胰腺：人性化识别与自动膳食干扰抑
制”，第17届世界大会会议记录，国际自动控制联合会，韩国首尔，2008年7月6‑11日；Magni
等，“1型糖尿病的模型预测控制：硅中试验”，糖尿病科学技术杂志，第1卷，第6期，2007年11
月；Wang等，“人工胰腺β细胞的自动推注和自适应基础算法”，《糖尿病科学理论》，第12卷，
第11期，2010年；Percival等，“根据多参数模型预测控制的人工胰腺β细胞闭环控制”，《糖
尿病研究》，2008年；Kovatchev等，“糖尿病范围的控制：功能化和模块化架构”，《糖尿病科
学技术杂志》，第3卷，第5期，2009年9月；以及Atlas等，“MD Logic人工胰腺系统”《，糖尿病
护理》，第33卷，第5期，2010年5月。本申请中列出的所有文章或文档通过引用并入本申请
中，如同本申请中列明阐述一样。

[0008] 葡萄糖控制系统通常使用胰岛素残余活性含量加以衡量，在不考虑膳食相关目的的胰岛素注射和修正目的(即降低葡萄糖浓度)的胰岛素注射之间的差异的前提下，该衡量
值考虑了所有注射的胰岛素剂量。在没有膳食模型的系统中，提出了两种用于计算胰岛素
残余活性含量的模型来改善葡萄糖控制：患者对接的胰岛素残余活性含量和系统对接的胰
岛素残余活性含量。所谓“患者对接的胰岛素残余活性含量”或“PFIOB”是指包括膳食相关
胰岛素和修正相关胰岛素，但通常不包括基础胰岛素的胰岛素残余活性含量，患者容易理
解的众所周知的值。所谓“系统对接的胰岛素残余活性含量”或“SFIOB”是指在无膳食模型
的系统中，具有降低葡萄糖浓度(即修正相关胰岛素)的潜能的胰岛素残余活性含量；该值
不包括膳食相关胰岛素和基础胰岛素，两者均不能降低葡萄糖浓度。这些独立模型的使用
是有难度的，因为需要将膳食相关的胰岛素从可能包括膳食和修正相关胰岛素的剂量中分
离出来。系统通过使用准确的治疗参数，如胰岛素与碳水化合物的比值和胰岛素敏感因子，
以及正确使用剂量计算器来解决该问题。然而，如果系统用户在使用剂量计算器的同时未
告知系统膳食剂量或修正剂量或漏记碳水化合物、血糖或以上两者同时漏记，或者在系统
不知道增加或减少的原因的情况下增加或减少计算的用量，则可能发生胰岛素的错误的增
加、减少或延期。

[0009] 因此，有必要在该领域提供一种糖尿病管理系统，该系统可利用一组规则来克服这一缺点。

附图说明

[0010] 图1是人工胰腺(“AP”)糖尿病管理系统的实施方案的示意图。

[0011] 图2是图1AP糖尿病管理系统的核心的示意图。

[0012] 图3是在患者发起的胰岛素剂量递送后，AP系统的一个实施方案中的胰岛素递送图，在本实施方案中，没有报告为胰岛素残余活性含量的胰岛素。

[0013] 图4是在患者发起的胰岛素剂量递送后，AP系统的一个实施方案中的胰岛素递送图，在本实施方案中，所有胰岛素均报告为胰岛素残余活性含量。

[0014] 图5是在患者发起的胰岛素剂量递送后，AP系统的一个实施方案中的胰岛素递送图，在本实施方案中，部分胰岛素报告为胰岛素残余活性含量。

[0015] 图6是AP糖尿病管理系统的实施方案的剂量解析逻辑的流程图。

具体实施方式

[0016] 使用模型预测控制算法(“MPC”)有效实现闭环胰岛素递送系统的关键要求是确定并准确计算施用至用户的胰岛素剂量，该剂量指当前在体内已激活和尚未激活的胰岛素的
量，从患者或用户角度称为胰岛素残余活性含量(“IOB”)。本发明提供了系统以及在系统中
使用的方法，其中，胰岛素剂量以确保系统对接的IOB(“SFIOB”)尽可能准确地只维持所有
修正胰岛素(即用于降低血糖所施用的胰岛素)的方式进行计算，从而使得能够安全有效地
通过系统进行胰岛素给药。

[0017] 本发明的血糖管理系统包括：用于确定生物样品的血糖(“BG”)值的血糖仪；胰岛素泵，该胰岛素泵与血糖仪通信连接，并且被编程为向用户递送用户发起的胰岛素剂量；控
制器，该控制器耦合至用户界面，并且包括处理器，该处理器被编程为：(i)确定用户是否已
将血糖值输入到用户界面中，(ii)基于血糖值计算胰岛素的修正分量，即施加的用于降低
血糖的剂量分量；(iii)确定用户是否已将碳水化合物的量输入到用户界面中；以及(iv)基
于碳水化合物的量(剂量的膳食分量)计算剂量分量。在本发明的系统中，基于剂量的修正
分量和膳食分量中的至少一者来确定SFIOB。当葡萄糖值和碳水化合物值未输入到控制器
中时，可以基于最新CGM值计算这些分量。如果CGM值也不可用，则总胰岛素剂量的一半
(50％)用作SFIOB。

[0018] 本发明还涉及一种在葡萄糖测量系统中计算胰岛素残余活性含量的方法，其中，在患者发起的胰岛素给药之后，首先确定用户是否已将系统测量的与先前的血糖浓度值有
关的数据输入到控制器中。如果输入了先前的血糖浓度值，则基于该值计算剂量的血糖修
正分量。第二，确定用户是否已将与碳水化合物的量有关的数据输入到控制器中。如果输入
了碳水化合物的量，则基于该碳水化合物的量计算剂量的膳食分量。第三，确定用户是否调
整了用户发起的胰岛素剂量。然后基于计算的剂量分量和第三步确定或调节量中的至少一
个来确定SFIOB。当先前的血糖值和碳水化合物的量未输入到控制器并且最新CGM值不可用
时，将膳食相关的总胰岛素剂量的一半(50％)的预先确定的分量用作胰岛素残余活性含
量。

[0019] 本发明还涉及一种血糖管理系统，该系统具有自动确定生物液体中的血糖值的传感器和接收传感器所获得的数据的胰岛素泵，该胰岛素泵被编程为将患者或用户发起的胰
岛素剂量递送至用户。该系统还包括与泵交换数据并且具有用户界面和处理器的控制器。
处理器被编程为：确定用户是否已将系统测量的与先前血糖值相关的数据输入到用户界面
中；基于先前的血糖值来计算剂量的修正分量；确定用户是否已将与碳水化合物的量有关
的数据输入到用户界面中；以及基于碳水化合物的量来计算剂量的膳食分量。然后基于剂
量分量中的至少一个来确定SFIOB。当先前的血糖值和碳水化合物的量未输入到控制器并
且最新CGM值不可用时，将膳食相关的总胰岛素剂量的一半(50％)的预先确定的修正分量
用作胰岛素残余活性含量。

[0020] 参见图1，人工胰腺(“AP”)糖尿病管理系统100包括控制器110和药物递送装置或胰岛素泵130。药物递送装置130经由柔性管134连接到输液器135上。控制器110包括外壳
111，用户界面112，自主调节(或控制)算法，该算法可为任何合适的控制算法并且优选地为
MPC150(图2)以及存储单元(未示出)。药物递送装置130被配置为通过(例如)通信链路122
(诸如射频， )来传送和接收来自控制器110的数据和从控制器接收数据。在一个实施
方案中，药物递送装置130是胰岛素注射装置或泵，并且控制器110可以是手持式便携式控
制器或消费性电子装置，例如智能电话、电脑、运动或用户监测装置，诸如此类。在此类实施
方案中，从药物递送装置130传输至控制器110的数据可以包括诸如胰岛素递送数据、血糖
信息、基本信息、剂量、胰岛素与碳水化合物比值或胰岛素敏感因子等信息。控制器110可以
被配置为包括闭环控制器，该闭环控制器已被编程为从CGM传感器117经由通信链路123接
收连续葡萄糖读数。从控制器110传输到药物递送装置130的数据可以包括葡萄糖测试结果
和食物数据库，以允许药物递送装置130计算待递送的胰岛素的量。可选地，控制器110可以
执行基础给药或剂量计算，并且将该计算结果发送给药物递送装置130。剂量计算可以在开
始时由受试者手动完成，或者可自动进行，以便系统能够将胰岛素剂量和基础胰岛素控制
相结合。

[0021] 仍参考图1，血糖仪160(例如插接式血糖仪)单独地或结合CGM传感器117向控制器110和药物递送装置130中的任一者或两者提供数据(例如经由相应的通信链路123、124)。
血糖仪160可测量放置于测试条170上的液体样本。控制器110可通过用户界面(例如所示的
触摸屏113)或其它装置来呈现信息和接收命令。

[0022] 控制器110、药物递送装置130和CGM传感器117可以以任何组合整合到多功能单元中。例如，控制器110可以与药物递送装置130整合成具有独立外壳的组合装置。注射、感测
和控制功能也可整合到单片人工胰腺中。在各种实施方案中，控制器110与血糖仪160组合
成具有外壳的一体化单片装置。在其它实施方案中，控制器110和血糖仪160是两个可以彼
此对接以形成集成装置的可分离装置。装置130、110和160中的每一种都具有被编程为用于
执行各种功能的合适的微处理器(简洁起见未示出)。

[0023] 药物递送装置130或控制器110还可以被配置为用于通过例如通信网络119与远程健康监测站进行双向通信。一个或多个服务器128或存储装置129能够通过通信网络119通
信连接到控制器110上。在一个示例中，药物递送装置130、控制器110或以上两者可以经由
通信链路(例如射频、 诸如此类)与个人计算机127进行通信。控制器110和远程站还
可以被配置为通过例如电话陆基通信网络进行双向有线通信。远程监测站的示例可以包括
但不限于个人或网络计算机127、服务器128、存储装置129、个人数字助理、其它移动电话、
基于医院的监测站或专用远程临床监测站。可选地，并且尽管图1中未示出，可以在云中进
一步提供存储。

[0024] 仍参考图1，控制器110还包括用户界面112。如图所示，用户界面112具有显示屏113和一个或多个可操作按钮115，用户可以通过该按钮打开和关闭控制器110以及手动输
入数据并选择控制器110的各种功能。在一个实施方案中，用户界面112还可以包括声音警
报、振动器或语音提示，以通知用户特定操作状态或向用户请求数据。在另一个实施方案
中，除了一个或多个可操作按钮之外，用户界面112还包括触摸屏显示器。

[0025] 控制算法可以位于图1所示构造中的远程控制器110、药物递送装置130或以上两者中。在一种构造中，控制器110将从药物递送装置130和葡萄糖传感器117(例如葡萄糖数
据)中无线收集必要信息(例如胰岛素史)，以允许药物递送装置130使用控制算法来计算由
药物递送装置130调制递送的胰岛素的量。可选地，控制器110包括控制算法并且可执行基
础给药或剂量计算，并且经由通信链路122将此类计算结果连同递送指令发送给药物递送
装置130。在替代实施方案中，插接式血糖仪160和生物传感器170也可以单独使用或与CGM
传感器117结合使用，以向控制器110和药物递送装置130中的任一者或两者提供血糖数据。

[0026] 根据一个实施方案，控制器110还包括MPC150(图2)，该MPC被编程为经由发射器118并通过通信链路123从CGM传感器117接收连续数据，该发射器耦合至CGM传感器117。发
射器118传输从CGM传感器117接收的与用户间质液的葡萄糖浓度有关的数据。在另一个实
施方案中，控制器110通过通信链路122从容置于药物递送装置122中的CGM接收器接收数
据。控制器110可以处理所接收的数据并将附加数据传输到药物递送装置130，该数据可以
包括葡萄糖测试结果和食物数据库相关数据。药物递送装置130可以使用从控制器110接收
的数据来计算在给定时间点递送给用户的胰岛素的量。控制器110还可以执行基础给药或
胰岛素剂量的计算，并且将此类计算传输到药物递送装置130。

[0027] 在一个实施方案中，控制器110通过通信链路123从连接到CGM葡萄糖传感器117的发射器118接收信号。控制器110具有被编程为执行各种功能和计算的中央处理单元
(“CPU”)。在一种情况下，MPC150(图2)被编程为使用从CGM传感器117获得的数据来确定以
预先确定的周期性时间间隔向用户递送的胰岛素的适当剂量。然后，控制器110将给药指令
传输到药物递送装置130，该药物递送装置通过输液器135递送所计算的量的胰岛素。间质
液的葡萄糖浓度可以与血液的葡萄糖浓度相关，使得用户不必用多根手指进行指刺来测量
血糖。由于控制器110被编程为从发射器118或CGM接收器(未示出)接收数据，因此控制器
110也可以被编程为使用数据来估算血糖浓度值以及预测随时间变化的血糖趋势和血糖变
化速率。

[0028] 仍参考图1，血糖仪160还包括血糖仪用户界面166，该血糖仪用户界面可以包括一个或多个可操作按钮168和显示屏169。在另一个实施方案中，显示屏169可以具有触摸屏功
能。测试条端口162被配置为接纳电化学测试条或生物传感器170。电化学测试条170被配置
为在一端与生物样品(例如血液)和试剂反应，并且在另一端与血糖仪160建立电通信。

[0029] 参考图2，MPC150访问由CGM传感器117或(并且优选地)由血糖仪160(图1)获得的葡萄糖浓度数据并计算修正剂量值，该修正剂量值将传输到药物递送装置130，从该药物递
送装置将计算的剂量分配给用户。在一个实施方案中，葡萄糖浓度经由通信链路126从血糖
仪获得。控制器110还可以包括与MPC150通信的存储单元(未示出)。存储单元(未示出)可以
包括易失性和非易失性存储器，可以存储一系列血糖值和可以由MPC150访问的其它相关数
据，以计算指定时间段和预先确定的时间间隔内的血糖趋势和平均血糖值。根据一个实施
方案，预先确定的时间间隔为五(5)分钟。在一个实施方案中，存储单元)存储与用户的胰岛
素敏感因子(“ISF”)、碳水化合物比值(“CR”)、目标血糖浓度(“T”)以及其它预先确定的代
谢参数相关的预先确定的信息。存储单元可以包括易失性和非易失性存储器。MPC150被编
程为基于由CGM传感器117提供的葡萄糖测量值、用户输入的数据以及存储在存储单元中的
每个预先确定的时间间隔的任何参数来自动调节向用户递送胰岛素的速率。

[0030] 药物递送装置130还包括CPU和CGM接收器。CPU被编程为基于从控制器110接收的指令分配适当的胰岛素剂量。CGM接收器被编程为从发射器118接收数据并将该数据传输或
中继到控制器110。在一个实施方案中，药物递送装置130具有允许用户将数据输入到药物
递送装置130中的一个或多个可操作按钮或转盘136。药物递送装置还可以包括将视觉信息
传递给用户的药物递送显示屏140，该显示屏140可以具有触摸屏功能。用户输入到药物递
送装置130中的数据可以包括患者发起的胰岛素剂量的编程。

[0031] 葡萄糖传感器117是电化学传感器，其在预先确定的时间间隔处测量用户间质液的葡萄糖浓度，并且经由发射器118将这些数据传输回控制器110(或放置于独立的药物递
送装置130中的CGM接收器)。血糖浓度可以使用由葡萄糖传感器117获得的数据来估算，并
且经由发射器118传输至控制器110或容置于独立药物递送装置130中的CGM接收器。控制器
110从发射器118接收信息并计算施用于用户的适当的胰岛素剂量，并且将这些给药指令传
输给药物递送装置130。控制器110还可以通过通信网络119传输和接收数据，使得与用户的
治疗有关的数据可以由医疗专业人员或其他个人或实体通过互联网或任何其它信息网络
来访问。

[0032] 参考图2，MPC150的第一个输出151可以指示胰岛素泵或药物递送装置130在下一预先确定的时间向用户递送所需剂量的胰岛素154以达到所需的葡萄糖浓度(例如，此类时
间间隔可以为五分钟)。如上所述，葡萄糖传感器117测量用户间质液的葡萄糖水平，并且该
信息用于估算用户的实际血糖水平。

[0033] 上文所述并且在图2中示意性地描述的逻辑依赖于先前通过与其它AP系统100部件或用户进行通信而输入到AP系统100(图1)中的信息所预测的葡萄糖浓度水平。如果没有
合适信息，MPC150无法提供准确的预测，因此可能对药物递送装置130造成不恰当的修正或
改进。例如，具有模型预测控制算法的当前AP系统不能准确地解析膳食相关的和修正相关
的IOB，从而导致对未来血糖浓度做出根本性的错误预测。

[0034] 当前，有三种(3)公认的在患者发起的胰岛素剂量递送后计算IOB的方法：(1)任何胰岛素剂量都不归类为IOB，(2)将所有胰岛素剂量都归类为IOB，或(3)将一半(50％)的胰
岛素剂量归类为IOB。然而，本发明提供了一种更准确地确定或归类修正碳水化合物摄取所
需的胰岛素剂量(“CHO”)和修正次优血糖浓度(“BG”)所需的量的技术。

[0035] 如图3所示，方法1的特征在于用户将胰岛素剂量300与餐食结合施用，并且不将其任何一个作为IOB报告给MPC150(图2)。因此，AP系统100(图1)不考虑胰岛素剂量300，因此
在给予胰岛素剂量300后，不能预计在近期310是否出现血糖浓度下降，并且向AP系统100
(图1)提供不恰当的预测。“近期”或“递送后阶段”是指施用胰岛素剂量300之后紧接的一段
时间，在该时间段内相应膳食的吸收显著影响葡萄糖浓度。由MPC150(图1)提供给系统100
(图1)的预测将是对在递送后阶段由药物递送装置130(图1)施用的胰岛素的量的过高估
算。因此，由系统确定的对用户胰岛素递送的修正或改进将不会导致胰岛素递送的适当减
少，并且可能导致胰岛素诱导的低血糖事件，因为递送到用户的胰岛素过多并且用户血糖
水平低于预先确定的范围或目标值。如图3所示，在未报告的胰岛素剂量之后，系统的胰岛
素递送在近期310仍保持在高水平。

[0036] 如图4所示，方法2的特征在于用户将胰岛素剂400与膳食一起施用并且将整个胰岛素剂400作为IOB报告给MPC150(图2)。然而，仅胰岛素剂400的一部分为修正碳水化合物
摄取所需的膳食分量，另一部分是用于修正用户在正常过程中的血糖的修正分量。因此，
MPC150(图2)将识别人为的高SFIOB，并且预测血糖浓度将会在在递送后阶段410出现急剧
下降。因此，由AP系统100(图1)提供的对用户基础胰岛素递送的修改相当于在胰岛素剂400
递送之后的近期出现胰岛素递送的减少(或甚至是暂停)。这将导致用户的血糖水平升高到
高于T值并且可能导致高血糖事件。如图4所示，在报告的胰岛素剂400之后，系统在近期410
的胰岛素递送显著降低。在近期410递送的胰岛素的量也被认为是波动的，这与系统100(图
1)试图重建胰岛素递送的基础水平引起的用户血糖水平的波动相对应。

[0037] 方法3将患者发起的胰岛素剂量的一半(50％)或一些其它预先确定的百分比归类为IOB。然而，系统100(图1)仍然可以递送比在递送后阶段控制用户血糖所需的胰岛素更多
或更少的胰岛素。因此，与公开的方法相比，用户仍将经历较高频率的次优葡萄糖水平。将
每个替代方法的结果与实施例1‑6中的当前方法的结果进行比较，下文将对这些结果进行
进一步讨论。

[0038] 当前AP系统100(图1)使用MPC150(图2)，该MPC150被编程为考虑SFIOB，以防止在先前讨论的图3和图4的系统中发生的血糖浓度的大幅增加和降低。参考图5，MPC150(图2)
被编程为仅将递送给用户的胰岛素剂500的一部分归类为SFIOB，因此，在近期510预测葡萄
糖水平时，仅将胰岛素的这一部分考虑在内。在比较来自图3‑5的系统的近期310、410及510
的胰岛素递送时，510的递送后胰岛素给药更加规范，并且介于310(可能导致低血糖事件)
和410(可能导致高血糖事件)的水平之间。

[0039] MPC150(图2)确定从系统100(图1)的其它部分接收了哪些数据以及将患者发起的胰岛素剂量的一部分归类为SFIOB将需要作出哪些假设(如果有)。参考图6的流程图600，在
步骤602施用患者发起的剂量。在步骤604，算法确定BG值是否可用—由用户手动输入或由
血糖仪经由通信链路126(图1)自动填入。一旦MPC150(图2)确定BG值是否可用，接下来MPC
确定是否由用户在步骤608提供CHO。CHO值对应于用户将要食用或当前正在食用的食物中
的碳水化合物的量的估计值。

[0040] 如果BG值可用，而碳水化合物的量不可用，则在步骤606使用下列公式确定用于修正高BG值的胰岛素的量或BG修正胰岛素量：

[0041] (1)

[0042] 其中，“min”是最小函数，

[0043] “max”是最大函数，

[0044] “总数”是总剂量，“目标值”是患者的葡萄糖目标值；并且

[0045] “ISF”是患者的胰岛素敏感因子。

[0046] 如果用户提供了CHO值，而BG值不可用，则在步骤610使用以下公式计算用于修正高BG的胰岛素的量：

[0047] (2)

[0048] 其中，“CR”是用户的碳水化合物比值。

[0049] 当BG值和CHO值均可用时，则在步骤612使用下列公式计算用于修正的胰岛素的量：

[0050] (3)

[0051] 为了预防胰岛素引起的低血糖事件，在输送给用户的胰岛素量上要保守一些是有益的。例如，当有两种或更多种方法来计算IOB时，计算出较大数量的方法将导致MPC150(图
2)向接合点A提供较低的血糖预测。这将使得控制器110(图1)在近期提出更保守的胰岛素
方案或修正分量(即递送的胰岛素比所需的胰岛素少)。

[0052] 当BG或CHO量均不可用时，CGM值可在步骤614取代BG。然后使用下列关系式确定SFIOB的所得修正值：

[0053] (4)

[0054] 在CGM数据也不易获得的情况下，算法恢复到50％/50％的方法，并使用以下关系式计算预期修正值(图6的616)：

[0055] (5)

[0056] 提供以下实施例以展示所描述的方法：

[0057] 实施例

[0058] 实施例1

[0059] 以下值是预先确定的并且存储在药物递送装置130的存储单元(未示出)中：

[0060] ·用户的CR为10克/单位胰岛素；

[0061] ·用户的ISF为50mg/dl/单位胰岛素；

[0062] ·使用者的目标血糖值为120mg/dl；并且

[0063] ·当前PFIOB为0。

[0064] 根据本实施例，用户没有输入血糖(BG)值，但确实提供了在一餐中摄入的碳水化合物的量的估计值为20g。MPC150(图2)如下计算CHO胰岛素的量：

[0065]

[0066] 然而，用户随后手动将剂量增加到3个单位胰岛素。控制器110被编程为使得其相信用户能够尽可能正确地估计他们所输入的碳水化合物的量。因此，MPC150(图2)可以正确
地将2个单位胰岛素归因于用户消耗20g碳水化合物后预期葡萄糖的增加。在这种情况下，
算法确定修正胰岛素，这就是由控制器计算出的和基于用户输入的碳水化合物的量计算出
的总剂量和碳水化合物剂量的差值。

[0067] 修正：递送3个单位—计算2个单位＝1个单位

[0068] 因此，MPC150(图2)将一(1)个单位胰岛素归类为用于修正用户的BG值的修正分量，将两(2)个单位胰岛素归类为用于膳食覆盖的膳食分量。因此，接下来仅一个单位胰岛
素被归类为SFIOB，并且在预测葡萄糖浓度时被MPC150(图2)考虑在内，以便在近期或递送
后阶段进行胰岛素给药。该结果可与先前讨论过的方法1‑3进行比较，并且其实施例如图3‑
5所示。如下所示，与要求保护的方法相比，利用前述方法中的任意一种可在近期导致低于
或高于最优的胰岛素递送。

[0069] 方法1 方法2 方法3 要求保护的方法0个单位 3个单位 1.5个单位 1个单位

[0070] 实施例2

[0071] 使用与实施例1相同的存储参数，用户再次估算其碳水化合物摄入量为20g。如在实施例1中，控制器110计算两(2)个单位胰岛素是CHO胰岛素，并且应当被递送给用户以计
算CHO值。然而，在这种情况下，用户将剂量从两(2)个单位降低至一(1)个单位。

[0072] 修正：递送1个单位—计算2个单位＝‑1个单位

[0073] 得到的剂量是负数，这意味着由于胰岛素的量不能小于零，因此递送给用户的胰岛素将不会被MPC150(图2)归类为修正。如下所示，与要求保护的方法相比，仅方法1会分配
与SFIOB相同数量的胰岛素单位，以便MPC150(图2)预测近期的血糖水平。

[0074] 方法1 方法2 方法3 要求保护的方法0个单位 1个单位 0.5个单位 0个单位

[0075] 实施例3

[0076] 使用与实施例1和2中相同的存储信息，用户将BG值270mg/dl输入到控制器中并且不输入CHO值。MPC150(图2)如下确定BG修正胰岛素：

[0077]

[0078] 然后用户手动将总剂量增加到五(5)个单位胰岛素。MPC150(图2)被编程为使得其相信用户能够正确地确定输入到控制器110中的血糖值。因此，MPC150(图2)可以正确地将
三(3)个单位胰岛素用作用于修正用户升高的血糖水平的修正分量。在这种情况下，修正量
是总剂量(5个单位)和基于用户输入的BG值(3个单位)计算的修正之间的最小值：

[0079] 修正：min(总计5个单位，计算3个单位)＝3个单位

[0080] 由于系统认为用户为了可能摄入碳水化合物增加了总剂量，MPC150(图2)不将两(2)个单位胰岛素考虑在内，并仅根据用户输入的BG值(或由BGM无线传输的BG值)进行修
正。如下所示，与要求保护的方法相比，利用前述方法中的任意一种可在近期导致低于或高
于最优的胰岛素递送。

[0081] 方法1 方法2 方法3 要求保护的方法0个单位 5个单位 2.5个单位 3个单位

[0082] 实施例4：

[0083] 使用与实施例1‑3相同的存储信息和与实施例3相同的BG值，用户随后手动将需要递送的总剂量降低至一(1)个单位胰岛素。MPC150(图2)被编程为使得其相信用户正确地确
定了输入到控制器110中的血糖值。然而，由于总剂量为一(1)个单位胰岛素，因此MPC150
(图2)只能将一(1)个单位归类为修正分量而不是基于BG值和用户的CF和目标值计算的3个
单位的修正。在本实施例中，与要求保护的方法相比，仅方法2可将相同数量单位的胰岛素
归类为修正，以便MPC150(图2)预测近期的葡萄糖水平。

[0084]

[0085]

[0086] 实施例5

[0087] 使用与上述实施例相同的存储信息，用户输入BG值170mg/dl和碳水化合物值20g。MPC150(图2)如下确定BG修正胰岛素：

[0088]

[0089] MPC150(图2)如下确定CHO胰岛素的量：

[0090]

[0091] 基于上述计算，由MPC150(图2)确定的总胰岛素剂量为三(3)个单位。然而，在本实施例中，用户将总剂量从三(3)个单位增加到五(5)个单位。MPC150(图2)将修正分量确定为
基于BG和CF计算的修正(1个单位)与总胰岛素剂量(5个单位)和计算的CHO胰岛素的量(2个
单位)之间的差值(3个单位)之间的最大值。接下来这三(3)个单位胰岛素被归类为SFIOB，
并且在系统预测血糖浓度时被考虑在内，以用于递送后阶段的胰岛素给药。在本实施例中，
与要求保护的方法相比，方法中没有一种将相同数量单位的胰岛素界定为修正，以便
MPC150预测近期的葡萄糖水平。

[0092] 方法1 方法2 方法3 要求保护的方法0个单位 5个单位 2.5个单位 3个单位

[0093] 实施方案6

[0094] 使用与上述实施例中相同的存储信息，用户输入BG值220mg/dl和碳水化合物值20g。MPC150(图2)如下确定BG修正：

[0095]

[0096] MPC150(图2)如下确定CHO胰岛素的量：

[0097]

[0098] 基于上述计算，由MPC150(图2)确定的总胰岛素剂量为四(4)个单位。在本实施例中，用户将剂量从四(4)个单元降低至三(3)个单元。由于用户输入了BG值，因此算法假定该
BG值是准确的，并且将两(2)个单元归类为修正分量，并且在系统预测葡萄糖浓度时将该值
考虑在内，以用于递送后阶段的胰岛素给药。如下所示，与要求保护的方法相比，利用前述
方法中的任意一种可在近期导致低于或高于最优的胰岛素递送。

[0099]方法1 方法2 方法3 要求保护的方法
0个单位 3个单位 1.5个单位 2个单位

[0100] 附加实施方案包括上文所述以及本文提交的任何和所有附件和其它材料中描述的实施方案中的任一个，其中其组分、功能或结构中的一种或多种与可上述不同实施方案
的一个或多个所述组分、功能或结构交换，替换或增强。

[0101] 应当理解，对本文所述的实施方案的各种改变和修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。在不脱离本公开的实质和范围的情况下，并且在不削弱其预期优点的情况下，
可进行此类改变和修改。因此，所附权利要求书旨在涵盖此类改变和修改。