Implementation of MPC and PID Control Algorithms to the Artificial Pancreas for Diabetes Mellitus Type 1: Diabetes diary calculator (DDC) web application

Abstract

La diabetes es una enfermedad crónica que se produce cuando el cuerpo no produce suficiente insulina o no puede utilizar la insulina eficazmente. La Diabetes mellitus tipo 1 (DMT1) se considera una enfermedad autoinmune que ocurre cuando las células beta pancreáticas se destruyen y no se produce suficiente insulina para mantener la homeostasis glucémica, por lo que, el paciente vive con la necesidad de reemplazo de insulina de por vida. Las terapias disponibles para pacientes de DMT1 se pueden dividir en terapias de lazo abierto y de lazo cerrado. En una terapia de lazo abierto, los pacientes deben auto-administrarse insulina exógena según las mediciones de la concentración de glucosa en sangre y la estimación del contenido de carbohidratos en sus comidas. Las terapias de control de lazo cerrado o páncreas artificial (PA) comprenden una bomba de infusión de insulina subcutánea continua y un sensor de monitorización continua de glucosa con un algoritmo que ajusta automáticamente la infusión de insulina en tiempo real, funcionando como un páncreas sano con poca o ninguna intervención del usuario. Los algoritmos ampliamente utilizados para el desarrollo de PA son el Control Predictivo por Modelo (MPC por sus siglas en inglés) y el control proporcional-integral-derivado (PID por sus siglas en inglés) que se han modificado para ayudar a los pacientes con DMT1 a regular sus niveles de glucosa en sangre. El desarrollo de PA debe considerar otros parámetros como la ingesta de alimentos y la actividad física. Estos parámetros son alteraciones que pueden ocurrir sin previo aviso, lo que puede reducir los niveles de glucosa en sangre y causar hipoglucemia. Por lo tanto, en este trabajo se comparan dos algoritmos de control (MPC y PID) ingresando parámetros como la glucosa, insulina, ingesta y ejercicio para comprender principalmente como se puede compensar los efectos del ejercicio y la comida para evitar la hipoglucemia. Además, se realiza una aplicación móvil con el propósito de integrar este análisis y ayudar a llevar un mejor control de los pacientes con DMT1.