專利名稱：考慮到身體活動(dòng)對(duì)葡萄糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響的系統(tǒng)和方法
考慮到身體活動(dòng)對(duì)葡萄糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響的系統(tǒng)和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求保護(hù)2010年7月23日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)朜o. 61/367，268的權(quán)益，該申請(qǐng)被合并在此以作參考。
背景技術(shù)：
本公開內(nèi)容總體上涉及一種葡萄糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模型，并且特別涉及一種量化身體活動(dòng)對(duì)葡萄糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響的模型。糖尿病患者的血糖調(diào)節(jié)是長(zhǎng)期關(guān)注的事情。高血糖水平(其通常被稱作高血糖)可以例如導(dǎo)致器官受損和/或酮酸中毒，這是需要立即進(jìn)行醫(yī)療的危及生命的狀況。另一方面，低血糖水平(其通常被稱作低血糖)可以導(dǎo)致失去意識(shí)或者甚至死亡。為了避免這些狀況，許多研究者嘗試?yán)斫獠⑶议_發(fā)葡萄糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模型，從而可以采取適當(dāng)?shù)木戎涡袆?dòng)，比如注射適當(dāng)?shù)囊葝u素劑量或者攝取適當(dāng)?shù)氖澄?。在過去30年的文獻(xiàn)當(dāng)中已經(jīng)廣泛研究了對(duì)葡萄糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的建模，并且對(duì)葡萄糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的建模仍然是活躍的研究領(lǐng)域。除了改進(jìn)對(duì)葡萄糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的理解之外，這樣的模型的關(guān)鍵目的之一是允許預(yù)測(cè)血糖濃度，這為患有第I型糖尿病的患者開辟針對(duì)胰島素注射的基于模型的推薦或控制的道路。所出現(xiàn)的一個(gè)難點(diǎn)在于這些模型不僅應(yīng)當(dāng)考慮葡萄糖與胰島素之間的相互作用，而是還應(yīng)當(dāng)包括碳水化合物攝入和身體活動(dòng)的影響，因?yàn)樗鼈兇頃?huì)改變血糖濃度的兩個(gè)典型因子。具體來(lái)說，如果忽略身體活動(dòng)的影響，則在鍛煉期間發(fā)生低血糖的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著增大。雖然已經(jīng)廣泛研究了碳水化合物攝入的影響，但是僅僅開發(fā)出依賴于由身體活動(dòng)引發(fā)的代謝改變的幾種鍛煉模型。但是這些模型是復(fù)雜的，并且涉及過大從而無(wú)法進(jìn)行正確的參數(shù)識(shí)別的許多模型參數(shù)。舉例來(lái)說，其他人已使用了更加復(fù)雜的模型來(lái)描述鍛煉的影響，但是不能識(shí)別出所述參數(shù)，因?yàn)殡y以在臨床數(shù)據(jù)中檢測(cè)到建模的影響。為了評(píng)估患者所處的身體活動(dòng)的狀態(tài)，其他人使用例如心率監(jiān)測(cè)器之類的設(shè)備或者需要測(cè)量VO2 max的百分比。VO2 max (其也被稱作最大耗氧量、最大攝氧量、峰值攝氧量或有氧代謝能力)是一個(gè)人的身體在遞增負(fù)荷鍛煉過程中輸送以及使用氧氣的最大容量，其反映出所述個(gè)人的體適能。該名稱是從V-每時(shí)間單位的體積、O2-氧氣、max-最大值得到的。這就使得患者必須佩帶測(cè)量設(shè)備，從而會(huì)導(dǎo)致不便和附加的成本。其他人把由于鍛煉引發(fā)的血糖濃度下降建模成與心率或VO2 max的百分比成比例。這就意味著較高的活動(dòng)水平(即較高的鍛煉強(qiáng)度)會(huì)導(dǎo)致較陡的下降。但是已經(jīng)示出劇烈的鍛煉對(duì)胰島素釋放以及其在葡萄糖調(diào)節(jié)糖尿病中所起的作用二者具有獨(dú)特的影響，如果在進(jìn)行無(wú)氧鍛煉則情況不是這樣的。此外，當(dāng)進(jìn)餐與鍛煉接近時(shí)，這些針對(duì)控制血糖水平的參數(shù)的識(shí)別變得甚至更加困難。因此，在這一領(lǐng)域內(nèi)存在對(duì)改進(jìn)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
這里所描述的技術(shù)和模型通過促進(jìn)更好地理解身體活動(dòng)對(duì)第I型糖尿病患者以及其他人的血糖濃度的影響而解決了前面提到的問題以及其他問題。先前的模型基于血糖濃度的任何改變都與鍛煉的強(qiáng)度有關(guān)的某種程度上的直覺假設(shè)。舉例來(lái)說，與較低強(qiáng)度的鍛煉或身體活動(dòng)相比，較高強(qiáng)度的鍛煉或身體活動(dòng)預(yù)期將會(huì)更加快速地降低血糖水平。因此，先前的模型要求對(duì)于鍛煉強(qiáng)度的可量化測(cè)量，比如心率或血氧水平。結(jié)果所得到的額外的監(jiān)測(cè)設(shè)備和附加的復(fù)雜度使得在商業(yè)上極難實(shí)現(xiàn)或使用這樣的模型。但是出乎意料地發(fā)現(xiàn)，至少在某些鍛煉強(qiáng)度范圍內(nèi)，鍛煉強(qiáng)度對(duì)由于鍛煉而導(dǎo)致的血糖水平的改變或下降沒有顯著影響。因此，在該鍛煉模型中預(yù)測(cè)鍛煉對(duì)血糖水平的影響所需要的參數(shù)的數(shù)目被顯著減少到容易確定的兩個(gè)參數(shù)，即鍛煉敏感度(Krai)和對(duì)于鍛煉影響的時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)(aex)。鍛煉敏感度(Krai)是一個(gè)人在鍛煉期間的血糖水平的下降幅度，并且對(duì)于鍛煉影響的時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)(aex)定義鍛煉影響在所述個(gè)人體內(nèi)出現(xiàn)和消失地有多快?？梢允褂迷谂R床鍛煉測(cè)試期間的簡(jiǎn)單血糖讀數(shù)來(lái)確定對(duì)于個(gè)人的這些參數(shù)。一旦 確定了這些參數(shù)，對(duì)鍛煉的影響進(jìn)行建模所需要的所有就是單個(gè)二進(jìn)制輸入，其被稱作鍛煉輸入(Urai)。當(dāng)沒有鍛煉被進(jìn)行時(shí)，鍛煉輸入(Urai)的值為零(O )，并且在鍛煉期間，鍛煉輸入(Uex)的值為一(I)。在這個(gè)意義上，鍛煉輸入是所述模型的唯一的非常數(shù)，即時(shí)變且所測(cè)得的參數(shù)。在更加一般的意義上，該模型與有氧鍛煉強(qiáng)度無(wú)關(guān)，并且不需要收集在鍛煉期間的附加信息(例如心率和靜脈氧氣水平)的復(fù)雜性。通過不依賴于鍛煉強(qiáng)度的這些測(cè)量，不需要附加的測(cè)量設(shè)備，這又導(dǎo)致更低的成本以及更多的患者舒適。換句話說，這種最簡(jiǎn)方法允許在預(yù)期的鍛煉期間或之前利用僅僅一個(gè)變量(即血糖測(cè)量)來(lái)對(duì)血糖水平進(jìn)行建模。由于必須被考慮、測(cè)量和驗(yàn)證的變量較少，所以所述模型也更加可靠。利用該最簡(jiǎn)模型方法，可以容易地實(shí)現(xiàn)關(guān)于鍛煉期間的未來(lái)血糖改變的預(yù)測(cè)。該最簡(jiǎn)身體活動(dòng)或鍛煉模型可以被合并到葡萄糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的其他現(xiàn)有模型中，比如那些基于胰島素劑量和碳水化合物攝入的模型，從而促進(jìn)更加全面的預(yù)測(cè)能力。合并實(shí)際鍛煉模型的該更加全面的方法例如可以增強(qiáng)自動(dòng)化胰腺(pancreases)的操作、優(yōu)化胰島素注射療法、改進(jìn)藥團(tuán)計(jì)算以及增強(qiáng)針對(duì)患者的教育工具。此外，這種建模方法可以被容易地合并到考慮例如餐食和胰島素的影響之類的其他因素的其他模型中。根據(jù)此處提供的詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的其他形式、目的、特征、方面、益處、優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例將變得顯而易見。


圖1示出了用在關(guān)于鍛煉如何影響血糖水平的模型的一個(gè)實(shí)例中的參數(shù)的框圖。圖2示出了曲線圖200，其示出了在對(duì)于一個(gè)個(gè)體患者的最大心率的近似75%下的鍛煉期間的心率和血糖濃度。圖3示出了曲線圖300，其示出了鍛煉導(dǎo)致的葡萄糖濃度下降的線性回歸斜率。圖4示出了將65%與75%鍛煉強(qiáng)度下的斜率進(jìn)行比較的箱線圖。圖5示出了將不同患者之間的斜率進(jìn)行比較的箱線圖。圖6示出了曲線圖，其具有上部(該上部示出了鍛煉葡萄糖效用值(Sg，ex))和下部(該下部示出了相應(yīng)的鍛煉輸入(υ ))。圖7示出了曲線圖，其具有上部(該上部示出了葡萄糖濃度測(cè)量以及由所述鍛煉模型生成的擬合線)和下部(該下部示出了相應(yīng)的鍛煉輸入(υεχ))。圖8示出了利用所述鍛煉模型的血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例的框圖。圖9示出了用于利用所述鍛煉模型監(jiān)測(cè)在鍛煉期間患者體內(nèi)的血糖水平的技術(shù)的流程圖。圖10示出了經(jīng)過優(yōu)化的胰島素注入簡(jiǎn)檔的一個(gè)實(shí)例。圖11示出了利用圖10的經(jīng)過優(yōu)化的胰島素注入簡(jiǎn)檔獲得的血糖簡(jiǎn)檔的模擬。
具體實(shí)施例方式在下面對(duì)于各實(shí)施例的詳細(xì)描述中，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本公開內(nèi)容的精神·和范圍的情況下可以利用其他實(shí)施例，并且可以做出邏輯、機(jī)械和電氣方面的改變。為了方便讀者，首先應(yīng)當(dāng)提到的是，在其中第一次引入某一元件的附圖通常由相應(yīng)的附圖標(biāo)記中的(多個(gè))最左數(shù)位表示。舉例來(lái)說，利用100系列的附圖標(biāo)記(例如100、101、102、103等等)標(biāo)識(shí)的組件通常將是參照?qǐng)D1首次討論的，利用200系列的附圖標(biāo)記(例如200、201、202、203等等)標(biāo)識(shí)的組件通常將是參照?qǐng)D2首次討論的，后面以此類推。正如前面所討論的那樣，已經(jīng)開發(fā)了許多模型來(lái)考慮葡萄糖與胰島素之間的相互作用以及碳水化合物攝入的影響。但是很少模型考慮鍛煉的影響。舉例來(lái)說，在自適應(yīng)藥團(tuán)模式(Adaptive Bolus Pattern, ABP)情境中，已經(jīng)開發(fā)出基于Bergman最簡(jiǎn)模型的可識(shí)別模型。其被設(shè)計(jì)成考慮餐食，但是不考慮鍛煉。由于每一餐都是不同的，因此每一餐被考慮成單獨(dú)的輸入。對(duì)于僅一個(gè)餐食輸入的模型等式如下
權(quán)利要求
1.一種用于考慮鍛煉對(duì)血糖水平的影響的系統(tǒng)，包括 用于至少基于鍛煉模型來(lái)生成針對(duì)個(gè)人的未來(lái)血糖水平的預(yù)測(cè)的計(jì)算設(shè)備，其中所述鍛煉模型基于與有氧鍛煉的強(qiáng)度無(wú)關(guān)的參數(shù)；以及 用于至少基于來(lái)自所述鍛煉模型的預(yù)測(cè)來(lái)采取行動(dòng)的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述用于采取行動(dòng)的裝置包括自動(dòng)化胰腺。
3.根據(jù)任一項(xiàng)在前權(quán)利要求的系統(tǒng)， 其中鍛煉監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)鍛煉的發(fā)生并且被連接到所述計(jì)算設(shè)備以便向所述計(jì)算設(shè)備發(fā)送是否正由或?qū)⒂伤鰝€(gè)人進(jìn)行有氧鍛煉的輸入信號(hào)。
4.根據(jù)任一項(xiàng)在前權(quán)利要求的系統(tǒng)， 其中接口設(shè)備被構(gòu)造從而使得所述利用計(jì)算設(shè)備來(lái)采取行動(dòng)包括通過所述接口設(shè)備向所述個(gè)人警告危險(xiǎn)的血糖水平狀況。
5.一種考慮有氧鍛煉對(duì)個(gè)人的血糖水平的影響的方法，包括 至少基于鍛煉模型利用計(jì)算設(shè)備來(lái)生成針對(duì)所述個(gè)人的未來(lái)血糖水平的預(yù)測(cè)，其中所述鍛煉模型基于與所述有氧鍛煉的強(qiáng)度無(wú)關(guān)的參數(shù)；以及 至少基于來(lái)自所述鍛煉模型的預(yù)測(cè)利用所述計(jì)算設(shè)備來(lái)采取行動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中唯一的非常數(shù)且測(cè)得的參數(shù)是表明是否進(jìn)行鍛煉的鍛煉輸入。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述鍛煉模型合并了鍛煉敏感度值，其代表在不考慮鍛煉的強(qiáng)度的情況下在鍛煉期間血糖水平隨時(shí)間的改變。
8.根據(jù)權(quán)利要求5到7當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述鍛煉模型基于以下內(nèi)容來(lái)解釋血糖水平的改變所述個(gè)人在鍛煉期間的血糖水平的改變幅度和鍛煉影響在所述個(gè)人體內(nèi)出現(xiàn)以及消失地有多快，以及在不考慮鍛煉強(qiáng)度的情況下考慮到是否正在進(jìn)行鍛煉的鍛煉輸入。
9.根據(jù)權(quán)利要求5到8當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述鍛煉模型基于下面的等式
10.根據(jù)權(quán)利要求5到9當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述鍛煉模式基于下面的等式
11.根據(jù)權(quán)利要求5到10當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，還包括 利用計(jì)算設(shè)備接收正由所述個(gè)人進(jìn)行有氧鍛煉的鍛煉輸入。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述鍛煉輸入是表明是否正在發(fā)生有氧鍛煉的二進(jìn)制類型的輸入。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述接收鍛煉輸入包括接收來(lái)自所述個(gè)人的人工輸入。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述接收鍛煉輸入包括接收來(lái)自鍛煉監(jiān)測(cè)設(shè)備的自動(dòng)輸入。
15.根據(jù)權(quán)利要求5到14當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述利用計(jì)算設(shè)備采取行動(dòng)包括向所述個(gè)人警告危險(xiǎn)的血糖水平狀況。
16.根據(jù)權(quán)利要求5到15當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述利用計(jì)算設(shè)備采取行動(dòng)包括提供向所述個(gè)人通知有氧鍛煉對(duì)該個(gè)人的血糖水平的影響的輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求5到16當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述利用計(jì)算設(shè)備采取行動(dòng)包括改變用于自動(dòng)化胰腺的胰島素注射簡(jiǎn)檔。
18.根據(jù)權(quán)利要求5到17當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述利用計(jì)算設(shè)備采取行動(dòng)包括 執(zhí)行藥團(tuán)計(jì)算。
19.根據(jù)權(quán)利要求5到18當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述有氧鍛煉發(fā)生在對(duì)于所述個(gè)人的最大心率的65%到75%的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求5到19當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，還包括 實(shí)施鍛煉研究以便確定用于所述鍛煉模型的參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中僅鍛煉研究期間的血糖濃度被用來(lái)確定用于所述鍛煉模型的參數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21的方法，其中所述鍛煉研究是在醫(yī)師的辦公室內(nèi)執(zhí)行的。
23.根據(jù)權(quán)利要求20或21的方法，其中所述鍛煉研究是在家中執(zhí)行的。
24.根據(jù)權(quán)利要求5到23當(dāng)中的方法，其中所述鍛煉的持續(xù)時(shí)間不超過90分鐘。
25.根據(jù)權(quán)利要求5到24當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述鍛煉的持續(xù)時(shí)間不超過45分鐘。
26.根據(jù)權(quán)利要求5到25當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述鍛煉的持續(xù)時(shí)間不超過30分鐘。
27.根據(jù)權(quán)利要求5到26當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中所述計(jì)算設(shè)備包括血糖計(jì)。
28.一種具有用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求5到27當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法的裝置的系統(tǒng)。
全文摘要
描述了一種用于對(duì)鍛煉的影響進(jìn)行建模的系統(tǒng)和技術(shù)，其減少了預(yù)測(cè)在鍛煉期間鍛煉對(duì)血糖水平的影響所需要的參數(shù)的數(shù)目。該鍛煉模型包括容易確定的兩個(gè)參數(shù)，即鍛煉敏感度(Kex)和對(duì)于鍛煉影響的時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)(aex)。一旦確定了這些參數(shù)，對(duì)鍛煉的影響進(jìn)行建模所需要的所有就是單個(gè)二進(jìn)制輸入，其被稱作鍛煉輸入(Uex)。因此，該模型與有氧鍛煉強(qiáng)度無(wú)關(guān)，并且不需要收集在鍛煉期間的附加信息(例如心率和靜脈氧氣水平)的復(fù)雜性。通過不依賴于鍛煉強(qiáng)度的這些測(cè)量，不需要附加的測(cè)量設(shè)備，這又導(dǎo)致更低的成本以及更多的患者舒適。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103003819SQ201180035861
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者A.S.索尼, A.博克, D.L.杜克 申請(qǐng)人:霍夫曼-拉羅奇有限公司