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JPS631060B2 - - Google Patents
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JPS631060B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS631060B2
JPS631060B2 JP54104061A JP10406179A JPS631060B2 JP S631060 B2 JPS631060 B2 JP S631060B2 JP 54104061 A JP54104061 A JP 54104061A JP 10406179 A JP10406179 A JP 10406179A JP S631060 B2 JPS631060 B2 JP S631060B2
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JP
Japan
Prior art keywords
blood sugar
insulin
sugar level
δbgp
formula
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP54104061A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5628765A (en
Inventor
Motoaki Shichiri
Ryuzo Kawamori
Yoshimitsu Yamazaki
Sadaji Murata
Mikio Kikuchi
Toyohiko Morishima
Makoto Nomura
Ryuhei Todo
Kosuke Kubota
Yutaka Abe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikkiso Co Ltd
Original Assignee
Nikkiso Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikkiso Co Ltd filed Critical Nikkiso Co Ltd
Priority to JP10406179A priority Critical patent/JPS5628765A/en
Publication of JPS5628765A publication Critical patent/JPS5628765A/en
Publication of JPS631060B2 publication Critical patent/JPS631060B2/ja
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  • Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、一定のインスリン注入プログラム
に基づくインスリン注入装置を備えた人工膵臓の
改良に関するものであり、殊に所定のインスリン
注入プログラムを作成する演算式のパラメータを
経時的に血糖調節機構の特性の変化に即応して自
動的に変換して血糖値の適応制御を達成する人工
膵臓装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in an artificial pancreas equipped with an insulin injection device based on a predetermined insulin injection program. This invention relates to an artificial pancreas device that automatically performs conversion in response to changes in the characteristics of a blood sugar regulating mechanism to achieve adaptive control of blood sugar levels.

糖尿病患者などのインスリン分泌機能障害を有
する患者に対し、人工的にインスリンを一定プロ
グラムに基づいて注入する方法および装置は種々
知られている。本出願人も、この種の人工膵臓に
関し、特開昭53−47195号(特公昭58−44382号)
として特許出願を行つた。
Various methods and devices are known for artificially injecting insulin into patients with insulin secretion dysfunction, such as diabetic patients, based on a fixed program. The present applicant has also published Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-47195 (Japanese Patent Publication No. 58-44382) regarding this type of artificial pancreas.
A patent application was filed as .

従来、糖尿病患者に対するインスリン療法は1
日1回デポ型インスリンを皮下注射することによ
つて行われていることが多い。しかるに、生体内
の血糖値あるいはインスリンの分泌は一定のバイ
オリズムに基づいて変動しているため、1日1回
インスリンを大量投与しても正常の血糖値を維持
することは不可能である。さらに、現在の治療法
では、血糖値の変動幅が大きく、糖尿病性血管病
変の進展を阻止し得ないのが現状である。
Traditionally, insulin therapy for diabetic patients consists of 1
This is often done by subcutaneously injecting depot insulin once a day. However, since blood sugar levels or insulin secretion in living bodies fluctuate based on certain biorhythms, it is impossible to maintain normal blood sugar levels even if a large amount of insulin is administered once a day. Furthermore, with current treatment methods, blood sugar levels fluctuate widely, and the progress of diabetic vascular lesions cannot be prevented.

そこで、グリコースセンサ等を使用して血糖の
連続測定を行い、得られた血糖値に基づいて適正
なインスリンの注入量を算出し、これらのデータ
に基づいてインスリンを定量ポンプの作用下に所
定の時間間隔をもつて注入する、いわゆるバツチ
方式のインスリン注入量制御方法を採用した人工
膵臓が種々提案されている。
Therefore, we continuously measure blood sugar using a glucose sensor, etc., calculate the appropriate amount of insulin to inject based on the obtained blood sugar level, and then, based on this data, administer insulin at a predetermined amount under the action of a metering pump. Various artificial pancreases have been proposed that employ a so-called batch method insulin injection amount control method in which insulin is injected at time intervals.

しかしながら、この種の人工膵臓においては、
刻々と変化する血糖値に基づいて過不足なく適量
のインスリンを投与することが困難であつた。
However, in this type of artificial pancreas,
It has been difficult to administer an appropriate amount of insulin based on ever-changing blood sugar levels.

そこで、出願人は、先に出願した前記特公昭58
−44382号において、糖尿病患者に刻々と変化す
る血糖値に速応して外来性のインスリンを注入
し、健常者にみられると同じ糖代謝状態を再現す
るため、特定のプログラムすなわち演算式に基づ
いてインスリンを注入する方法を提案した。すな
わち、所定時刻tにおける、血漿インスリン濃度
IRI(t)を目的変数、血糖値BG(t)(mg/100
ml)および血糖値の変化率ΔBG(t)(mg/100
ml・min)を独立変数とした場合の関係式は、次
式で求められる。
Therefore, the applicant filed the application earlier.
- In No. 44382, exogenous insulin is injected into diabetic patients in response to ever-changing blood sugar levels, and the method is based on a specific program or calculation formula in order to reproduce the same sugar metabolic state as seen in healthy individuals. proposed a method of injecting insulin. That is, the plasma insulin concentration at a predetermined time t
IRI (t) is the objective variable, blood sugar level BG (t) (mg/100
ml) and rate of change in blood sugar level ΔBG (t) (mg/100
The relational expression when ml・min) is used as an independent variable is obtained by the following equation.

IRI(t)=aBG(t)+bΔBG(t)+c……(1) 但し、a、b、cは常数であつて、各個体に特
有な数値となる。
IRI(t)=aBG(t)+bΔBG(t)+c...(1) However, a, b, and c are constant numbers and are unique values for each individual.

内因性のインスリン分泌の少ないまたは消失し
た糖尿病患者に、外来性インスリンを静脈内に投
与すると、血漿インスリン濃度IRI(t)とイン
スリン注入量I.I.R.(1分間当りのインスリン注入
量)との関係は次式のようになる。
When exogenous insulin is administered intravenously to a diabetic patient with low or absent endogenous insulin secretion, the relationship between plasma insulin concentration IRI (t) and insulin injection volume IIR (insulin injection volume per minute) is as follows. It becomes like the expression.

θ・d IRI(t)/dt=I.I.R.−θ・F・D・IRI(
t)……(2) 但し、IRI(t):血漿インスリン濃度(μU/
ml) θ:インスリンスペース〔体重×15.7/100(ml)〕 D:インスリンの組織へ毎分取込まれる率
(min-1) F:拡散常数(無次元) I.I.R.:インスリン注入量(μU/min) 従つて、前記(1)、(2)式より短時間では測定不能
であるIRI(t)を消去してインスリン注入量を
求めると、次式が得られる。
θ・d IRI(t)/dt=IIR−θ・F・D・IRI(
t)...(2) However, IRI(t): Plasma insulin concentration (μU/
ml) θ: Insulin space [body weight x 15.7/100 (ml)] D: Rate of insulin uptake into tissues per minute (min -1 ) F: Diffusion constant (dimensionless) IIR: Insulin injection volume (μU/min ) Therefore, when calculating the insulin injection amount by eliminating IRI(t), which cannot be measured in a short time, from the above equations (1) and (2), the following equation is obtained.

I.I.R.=Kp・BG(t)+Kd・ΔBG(t)+Kc ……(3) 但し、Kp=F・D・θ・a(比較動作係数) Kd=(a+F・D・b)・θ(微分動作係数) Kc=F・D・θ・c・(基礎インスリン分泌恒
数) このようにして得られた前記(3)式に基づき、こ
の演算を行う演算回路を設け、これに血糖値を持
続的に検出するグルコースセンサと、インスリン
注入装置と、前記演算回路で算出された演算値に
基づいてインスリン注入装置を制御するコントロ
ーラとを夫々接続配置することにより、血漿イン
スリン濃度が常に生理的に適合した条件となるよ
うにインスリンの注入が達成でき、その結果とし
て注入量は従来の皮下注射時の1/2〜1/3となり、
低血糖の発現も認めないという特徴を有する人工
膵臓が提案されたのである。
IIR=Kp・BG(t)+Kd・ΔBG(t)+Kc...(3) However, Kp=F・D・θ・a (comparative action coefficient) Kd=(a+F・D・b)・θ(differential action coefficient) Kc = F・D・θ・c・(Basal insulin secretion constant) Based on the equation (3) obtained in this way, an arithmetic circuit that performs this calculation is provided, and this is used to continuously control the blood glucose level. By connecting and arranging a glucose sensor that detects blood pressure, an insulin injection device, and a controller that controls the insulin injection device based on the calculated value calculated by the calculation circuit, it is possible to maintain a plasma insulin concentration that is always physiologically compatible. Insulin injection can be achieved according to the conditions, and as a result, the injection amount is 1/2 to 1/3 that of conventional subcutaneous injection,
An artificial pancreas was proposed that has the characteristic of not causing hypoglycemia.

しかしながら、前述した人工膵臓を、糖尿病各
種病態時、殊に感染症などインスリン抵抗性を示
す場合、逆に内因性インスリン分泌能の存在する
場合やインスリン感受性の高い場合、さらに不安
定型糖尿病のごとくインスリン感受性の変化する
場合などに応用するには、適用一定時間後に血糖
制御能の個体特性を抽出した後、インスリン注入
プログラムのパラメータ(前記(1)〜(3)式に示され
るa、b、c)をマニユアルで変更し、血糖の適
応制御を行う必要がある。しかし、このようにマ
ニユアルで変更することは、ホルモン−代謝動態
の変化が長期に亘る場合その制御操作が極めて面
倒となり、適応性並びに制御性能を一層高めるた
めには自動コントロールできることが要望され
る。そこで、本発明においては、患者の代謝動態
の変化に対処できるよう、インスリン注入プログ
ラムのパラメータを一定のアルゴリズムの下で経
時的にその血糖調節機構の特性の変化に即応して
自動的に変換し、血糖値の適応制御を企図するパ
ラメータ自己変換プログラムを実行する人工膵臓
を提供するものである。
However, the above-mentioned artificial pancreas cannot be used in various pathological conditions of diabetes, especially when insulin resistance is shown due to infection, when endogenous insulin secretion ability exists or when insulin sensitivity is high, and even when insulin resistance is high, such as in unstable diabetes. To apply this to cases where sensitivity changes, etc., after extracting the individual characteristics of blood sugar control ability after a certain period of application, the parameters of the insulin injection program (a, b, c shown in equations (1) to (3) above) ) must be changed manually to perform adaptive control of blood sugar. However, such manual changes are extremely troublesome to control when changes in hormone-metabolic dynamics occur over a long period of time, and automatic control is desired in order to further improve adaptability and control performance. Therefore, in the present invention, in order to cope with changes in the patient's metabolic dynamics, the parameters of the insulin infusion program are automatically converted over time based on a certain algorithm in response to changes in the characteristics of the blood sugar regulation mechanism. , provides an artificial pancreas that executes a parameter self-conversion program designed to adaptively control blood sugar levels.

本発明者等は、種々検討を重ねた結果、個体特
性の変化に即応してインスリンを注入するには、
前記(1)式のパラメータa、b、cを変換し、a*
b*、c*を求めるアルゴリズムを作成する必要が
あることから、まず制御目標として健常者にみら
れる血糖応答特性曲線を得るべく、健常者48名に
対し夫々50gおよび100g経口ブドウ糖負荷を行
い、経時的に採血、血糖値を求めたところ、第1
図に示すような結果が得られた。すなわち、第1
図は、血糖値が頂値に達した後の各時点での血糖
値と血糖の変化率を図示したものである。第1図
に示す結果から、例えば、破線で示す一次式関係
式を導くことができる。
As a result of various studies, the present inventors found that in order to inject insulin in response to changes in individual characteristics,
Convert the parameters a, b, and c in equation (1) above to obtain a * ,
Since it is necessary to create an algorithm to calculate b * and c * , we first administered oral glucose loads of 50 g and 100 g to 48 healthy subjects, respectively, in order to obtain the blood glucose response characteristic curve seen in healthy subjects as a control target. When blood was collected over time and blood sugar levels were determined, the first
The results shown in the figure were obtained. That is, the first
The figure illustrates the blood sugar level and the rate of change in blood sugar at each point in time after the blood sugar level reaches its peak value. From the results shown in FIG. 1, for example, a linear relational expression indicated by a broken line can be derived.

ΔBG(t)=−0.0176・BG(t)+1.091 …(4) 従つて、前記(4)式から、ΔBG(t)=0とな血
糖値は60mg/100mlとなる。
ΔBG(t)=−0.0176・BG(t)+1.091 (4) Therefore, from the above equation (4), the blood sugar level when ΔBG(t)=0 is 60 mg/100ml.

次に、このようにして得られた実測値から、80
mg/100mlを血糖制御の目標値として、第1図に
実線で示したように、両者の一次関係式(5)〜(7)を
得た。
Next, from the measured values obtained in this way, 80
With mg/100ml as the target value for blood sugar control, linear relational expressions (5) to (7) between the two were obtained as shown by the solid line in FIG.

ΔBGp(t)=−1.5 〔BG(t)>165〕……(5) ΔBGp(t)=−0.0176・BG(t)+1.408 〔165≧BG(t)≧55〕 ……(6) ΔBGp(t)=0.44 〔55>BG(t) ……(7) 但し、ΔBGp(t):時間(t)における血糖の
1分当りの変化率の目標値 そこで、測定された血糖の変化率ΔBG(t)
と、測定された血糖値BG(t)から、前記式(5)
〜(7)を適用して求まる血糖の変化率の目標値
ΔBGp(t)との差が、一定値L(例えば0.3〜0.5
mg/100ml・min)以上となる時、次式よりa*
b*、c*を求める。
ΔBGp(t)=-1.5 [BG(t)>165]...(5) ΔBGp(t)=-0.0176・BG(t)+1.408 [165≧BG(t)≧55]...(6) ΔBGp(t)=0.44 [55>BG(t)...(7) However, ΔBGp(t): Target value of the rate of change in blood sugar per minute at time (t) Therefore, the rate of change in the measured blood sugar ΔBG(t)
From the measured blood sugar level BG(t), the above formula (5)
The difference between the target value ΔBGp(t) and the rate of change in blood sugar determined by applying ~(7) is a constant value L (e.g. 0.3~0.5
mg/100ml・min) or more, from the following formula, a * ,
Find b * and c * .

1/SIi=1/SIi-1+〔ΔBG(t)−ΔBGp(t)〕
/W……(8) a*=a/SIi ……(9) b*=b/SIi ……(10) c*=c/SIi ……(11) 但し、SIi:パラメータ変換時のインスリン感
受性指数 SIi-1:パラメータ変換前のインスリン感受性指
数 W:重みの係数 なお、正常血糖制御時はSIi=1とする。
1/SI i = 1/SI i-1 + [ΔBG(t)−ΔBGp(t)]
/W...(8) a * =a/SI i ...(9) b * =b/SI i ...(10) c * =c/SI i ...(11) However, SI i : Parameter conversion Insulin sensitivity index SI i-1 : Insulin sensitivity index W before parameter conversion: Weight coefficient Note that SI i =1 during normoglycemic control.

このようにして、適応制御の制御目標を健常者
にみられる血糖応答曲線とし、得られた血糖応答
曲線に基づきΔBG(t)=0となる血糖値を測定
したところ60mg/100mlであることが確認された
が、低血糖発症防止のため血糖値の制御目標を80
mg/100mlとし、血糖の変化率の制御目標
〔ΔBGp(t)〕を健常者の血糖値のバラツキ〔110
±55mg/100ml(M±2SD)〕 を考慮し、血糖値55〜165mg/100mlの間のΔBGp
(t)を健常者の血糖値と血糖の変化率の一次関
係式からΔBGp(t)=−0.0176・BG(t)+1.408
とし、また血糖値55mg/100ml以下の場合を
ΔBGp(t)=0.44とし、さらに血糖値165mg/100
ml以上の場合をΔBGp(t)=−1.5とした結果、
膵摘糖尿病犬や糖尿病患者のケトーシスや糖尿病
性昏睡の血糖制御時に5B〜100B〔Bは基礎イン
スリン注入率で通常225μU/Kg・min〕のインス
リンを少量持続注入した場合の血糖降下率約90
mg/100ml・hrとよく一致することを突き止めた。
In this way, the control target for adaptive control was set as the blood sugar response curve seen in healthy individuals, and the blood sugar level at which ΔBG(t) = 0 was measured based on the obtained blood sugar response curve, and it was found to be 60 mg/100 ml. However, the blood sugar level control target was set at 80 to prevent the onset of hypoglycemia.
mg/100ml, and the control target for the rate of change in blood sugar [ΔBGp(t)] is set to 110
±55mg/100ml (M±2SD)], ΔBGp between blood sugar levels 55-165mg/100ml
(t) is calculated from the linear relationship between the blood sugar level and the rate of change of blood sugar in a healthy person, ΔBGp(t) = -0.0176・BG(t)+1.408
In addition, if the blood sugar level is 55mg/100ml or less, ΔBGp(t) = 0.44, and if the blood sugar level is 165mg/100ml.
As a result of setting ΔBGp(t)=-1.5 in the case of ml or more,
Blood glucose lowering rate is approximately 90 when a small amount of insulin is continuously injected at 5B to 100B [B is the basal insulin infusion rate, usually 225μU/Kg・min] to control blood sugar in ketosis or diabetic coma in pancreatectomized diabetic dogs and diabetic patients.
It was found that there was good agreement with mg/100ml/hr.

そこで、本発明においては、血糖値を連続測定
するグルコースセンサと、測定血糖値に応じてイ
ンスリン注入量を算出する演算回路と、インスリ
ン注入装置と、前記演算回路で算出された演算値
に基づいてインスリン注入装置を制御するコント
ローラとを備えた人工膵臓において、前記演算回
路はインスリン注入量を演算式に基づいて算出す
る算出回路と演算式のパラメータを所定時点で自
己変換する変換回路とを備え、さらに健常者の血
糖応答特性から得られた血糖制御の目標値を定め
る関係式により求められる血糖値の変化率と測定
された血糖値との間の偏差値を検出する回路を備
え、前記偏差値が所定値に達した時点で演算式の
パラメータを前記変換回路で自己変換し、この変
換された演算式に基づき前記算出回路にてインス
リン注入量を算出するよう構成したことを特徴と
する。
Therefore, in the present invention, a glucose sensor that continuously measures blood sugar levels, a calculation circuit that calculates an insulin injection amount according to the measured blood sugar level, an insulin injection device, and a calculation value calculated by the calculation circuit are provided. In an artificial pancreas equipped with a controller that controls an insulin injection device, the calculation circuit includes a calculation circuit that calculates an insulin injection amount based on a calculation formula, and a conversion circuit that self-converts parameters of the calculation formula at a predetermined time, Furthermore, a circuit is provided for detecting a deviation value between the measured blood sugar level and the rate of change in blood sugar level determined by a relational expression that determines a target value for blood sugar control obtained from the blood sugar response characteristics of a healthy person. The present invention is characterized in that the parameters of the arithmetic expression are self-converted by the conversion circuit when the arithmetic expression reaches a predetermined value, and the insulin injection amount is calculated by the calculation circuit based on the converted arithmetic expression.

本発明において、パラメータの変換を行う場合
に、測定値が制御目標値からどれだけ偏位した場
合非生理的とするか問題になる。統計学的には、
第1図に示す一次関係式を基に、その95%信頼帯
域外の偏位を異常とすべきであるが、そのバラツ
キは大きいためその値を応用すれば個体特性に基
づく一定の制御が困難となる。従つて、血糖の変
化率の目標値ΔBGp(t)と、測定時点の血糖値
に対する変化率ΔBG(t)との差が、0.3〜0.5
mg/100ml・min以上のとき非生理的とし、パラ
メータの変換が行われるよう設定したところ、生
理的血糖応答曲線を得ることができた。
In the present invention, when converting parameters, the problem is how far the measured value deviates from the control target value to be considered non-physiological. Statistically,
Based on the linear relational expression shown in Figure 1, deviations outside the 95% confidence band should be considered abnormal, but the variation is large, so applying that value makes it difficult to perform constant control based on individual characteristics. becomes. Therefore, the difference between the target value ΔBGp(t) of the rate of change in blood sugar and the rate of change ΔBG(t) with respect to the blood glucose level at the time of measurement is 0.3 to 0.5.
When it was set to be non-physiological when it exceeded mg/100ml/min, and the parameters were set to be converted, a physiological blood sugar response curve could be obtained.

この場合、その個体あるいはある病態時のイン
スリン感受性の変化は、その時点での血糖の変化
率の目標血糖変化率からの偏位すなわち〔ΔBG
(t)−ΔBGp(t)〕としてとらえることができ
る。そこで、健常者にみられる血糖応答曲線の各
時点でのインスリン感受性指数を1とし、〔ΔBG
(t)−ΔBGp(t)〕に一定の重み係数(W)を掛
け、個体のインスリン感受性指数を求め、この指
数を基にインスリン注入パラメータa、b、cを
式(9)〜(11)により変換したところ、前記重み係数W
を0.5〜1.0とすることにより追随性の良い結果を
得ることができ、0.5以下とした場合には過制御
となり、1.0以上の場合には制御が不可能であつ
た。
In this case, the change in insulin sensitivity of the individual or during a certain pathological condition is the deviation of the blood glucose change rate at that point from the target blood glucose change rate, that is, [ΔBG
(t)−ΔBGp(t)]. Therefore, the insulin sensitivity index at each point in the blood glucose response curve observed in healthy subjects is set to 1, and [ΔBG
(t) - ΔBGp(t)] is multiplied by a certain weighting coefficient (W) to obtain the individual's insulin sensitivity index. Based on this index, insulin injection parameters a, b, and c are calculated using equations (9) to (11). As a result of conversion, the weighting coefficient W
By setting the value to 0.5 to 1.0, results with good followability can be obtained; when it is less than 0.5, overcontrol occurs, and when it is more than 1.0, control is impossible.

なお、インスリン注入後のインスリン作用発現
までの時間遅れを見込み、パラメータ変動後、一
定の時間をパラメータ変換の不応時間として約15
〜20分と設定すれば好適である。
In addition, taking into account the time delay until the onset of insulin action after insulin injection, a certain period of time after parameter change is set as the refractory time for parameter conversion, which is approximately 15
It is preferable to set the time to ~20 minutes.

以上の操作によつて、パラメータ自己変換プロ
グラムの作動は可能であるが、このプログラムの
機能を充分に発揮させるためには、血糖測定上の
ノイズの処理が問題となつてくる。そこで、i分
前の血糖値BGiの変化態様が双曲線正接によく一
致することを基に、これをフイルタの作成に応用
した。すなわち、次式 但し、k:双曲線正接関数の振幅 ω:あてはめの係数 を最少二乗法でkを変数として回帰計算を行い、
そのバラツキの指標RIが一定値R(mg/100ml)
以下の場合のみパラメータの変換を行うようアル
ゴリズムを作成した。しかし、一定値Rの決定に
は、血糖値測定上のバラツキが血糖値の低い場合
は小さく、高くなると大きくなる点を考慮し、血
糖値で補正する必要がある。そこで、バラツキの
指標RIを次式で設定することにより、血糖値500
mg/100ml付近のバラツキの範囲は、100mg/100
mlのそれの5倍は許容することができる。
Although it is possible to operate the parameter self-conversion program through the above operations, in order to fully utilize the functions of this program, processing of noise in blood glucose measurement becomes a problem. Therefore, based on the fact that the change in the blood sugar level BGi for i minutes ago closely matches the hyperbolic tangent, this was applied to create a filter. That is, the following equation However, k: amplitude of hyperbolic tangent function ω: coefficient of fitting Perform regression calculation using least squares method with k as variable,
The indicator of variation RI is a constant value R (mg/100ml)
An algorithm was created to perform parameter conversion only in the following cases. However, in determining the constant value R, it is necessary to take into account the fact that the variation in blood sugar level measurement is small when the blood sugar level is low and becomes large when the blood sugar level is high, and to correct it based on the blood sugar level. Therefore, by setting the dispersion index RI using the following formula, the blood sugar level 500
The range of variation around mg/100ml is 100mg/100ml.
5 times that of ml can be tolerated.

前述した、パラメータ自己変換プログラムの作
動に関する各プログラムの機能を要約すれば、ア
ルゴリズムのコンピユータ・フローチヤートとし
て第2図に示され、その内容については後記に詳
述する。
The functions of each program related to the operation of the parameter self-conversion program described above are summarized as shown in FIG. 2 as a computer flowchart of the algorithm, and the contents thereof will be described in detail later.

従つて、本発明の別の実施態様としては、個体
の血糖調節能を経時的に把握し、インスリン注入
プログラムのパラメータを一定のアルゴリズム下
で自動的に変換し、血糖制御を行うパラメータ自
己変換プログラムの実行に際し、パラメータの変
換が行われるべき制御目標値との偏位幅を定め、
インスリン注入後のインスリン作用発現までの不
応時間を定め、さらに血糖測定上のノイズを処理
して、いかなる動態変化に対しても血糖の適応制
御を行うことができる人工膵臓装置を提供するに
ある。
Therefore, another embodiment of the present invention is a parameter self-conversion program that grasps an individual's ability to regulate blood sugar over time, automatically converts the parameters of an insulin injection program under a certain algorithm, and controls blood sugar. When executing, determine the deviation width from the control target value for which parameter conversion should be performed,
To provide an artificial pancreas device capable of adaptively controlling blood sugar in response to any dynamic changes by determining the refractory time until the onset of insulin action after insulin injection, and processing noise in blood sugar measurement. .

次に、本発明の実施例につき添付図面を参照し
ながら以下詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第3図は、本発明の基本構成を示すもので、イ
ンスリン分泌機能障害のある糖尿病患者または低
血糖症患者10に対し、グルコースセンサ12を
用いて血糖値を測定し、このグルコースセンサ1
2で測定された血糖値信号はコントローラ14に
伝達されるよう構成される。次いで、コントロー
ラ14の出力はインスリン注入量を算出するプロ
グラムが組込まれた演算回路16を作動して、生
体内に注入すべきインスリン量をそれぞれ算出
し、算出されたインスリン量によりコントローラ
14を介してインスリン注入ポンプ18を駆動制
御してインスリン貯槽20から患者10へ適正量
のインスリンを注入するよう構成されている。
FIG. 3 shows the basic configuration of the present invention, in which the blood glucose level of a diabetic patient or hypoglycemic patient 10 with insulin secretion dysfunction is measured using a glucose sensor 12.
The blood glucose level signal measured at 2 is configured to be transmitted to the controller 14. Next, the output of the controller 14 operates the arithmetic circuit 16 in which a program for calculating the amount of insulin to be injected is incorporated, and calculates the amount of insulin to be injected into the living body. It is configured to drive and control the insulin injection pump 18 to inject an appropriate amount of insulin from the insulin reservoir 20 to the patient 10.

以下、第2図のフローチヤートを参照して説明
すれば、本発明の人工膵臓においては、グルコー
スセンサ12で測定された血糖値に基づいて、イ
ンスリン量は次式に基づいて算出される。
Hereinafter, in the artificial pancreas of the present invention, the amount of insulin is calculated based on the blood sugar level measured by the glucose sensor 12 based on the following equation.

I.I.R.=Kp・BG(t)+Kd・ΔBG(t)+Kc ……(3) 但し、Kp=F・D・θ・a(比例動作係数) Kd=(a+F・D・b)・θ(微分動作係数) Kc=F・D・θ・c(基礎インスリン分泌恒数) I.I.R…インスリン注入量(μU/min) θ…インスリンスペース〔体重×15.7/100(ml)〕 D…インスリン組織へ毎分取込まれる率
(min-1) F…拡散常数(無次元) ΔBG(t)…時刻tにおける血糖値の変化率
(mg/100ml・min) a、b、c…患者の病状に特有な常数(パラメー
タ) なお、この場合、基礎インスリン注入率Bは
225μU/Kg・minとした。
IIR=Kp・BG(t)+Kd・ΔBG(t)+Kc...(3) However, Kp=F・D・θ・a (proportional action coefficient) Kd=(a+F・D・b)・θ(differential action coefficient) Kc = F・D・θ・c (basal insulin secretion constant) IIR...Insulin injection amount (μU/min) θ...Insulin space [body weight x 15.7/100 (ml)] D...Insulin taken into tissue every minute F...Diffusion constant ( dimensionless ) ΔBG(t)...Rate of change in blood sugar level at time t (mg/100ml・min) a, b, c... Constants specific to the patient's medical condition ( Parameter) In this case, the basal insulin injection rate B is
It was set to 225μU/Kg・min.

また、患者の個体特性の変化に即応してインス
リンを注入するため、前記(3)式のパラメータa、
b、cを次のような条件下において変換する。
In addition, in order to inject insulin in response to changes in the patient's individual characteristics, the parameters a in equation (3) above,
b and c are converted under the following conditions.

(1) 血糖の変化率の制御目標値〔ΔBGp(t)〕の
設定 a 血糖値165mg/100ml以上の場合 ΔBGp(t)=−1.5 ……(5) b 血糖値55〜165mg/100mlの場合 ΔBGp(t)=−0.0176・BG(t)+1.408 …(6) c 血糖値55mg/100ml以下の場合 ΔBGp(t)=0.44 ……(7) (2) 測定値と制御目標値との偏差の設定 |ΔBG(t)−ΔBGp(t)|≧L ……(14) L=0.3〜0.5 この場合に非生理的と判断し、パラメータの
変換を行う (3) ノイズを除去するフイルタの設定 このバラツキの指標RIが一定値R以下の時
は、インスリン注入量(IIR)を算出する演算
式(3)のパラメータ(a、b、cあるいはKp、
Kd、Kc)の変換を行う。
(1) Setting the control target value [ΔBGp(t)] for the rate of change in blood sugar a. When the blood sugar level is 165 mg/100 ml or more ΔBGp (t) = -1.5 ......(5) b When the blood sugar level is 55 to 165 mg/100 ml ΔBGp(t)=-0.0176・BG(t)+1.408...(6) c When blood sugar level is 55mg/100ml or less ΔBGp(t)=0.44...(7) (2) Between the measured value and control target value Deviation setting |ΔBG(t)−ΔBGp(t)|≧L...(14) L=0.3~0.5 In this case, it is determined that it is non-physiological, and the parameters are converted. (3) Set the filter to remove noise. setting When the index RI of this variation is less than a certain value R, the parameters (a, b, c or Kp,
Kd, Kc) is converted.

(4) 不応時間の設定 パラメータ変動後、次のパラメータ変換が可
能となるまでの不応時間を15〜20分とする。
(4) Setting the refractory time The refractory time after a parameter change is set to 15 to 20 minutes until the next parameter conversion becomes possible.

次に、前記アルゴリズムをPANAFACOMU−
200ミニ・コンピユータに組込み、パラメータ変
換の妥当性につき膵摘出糖尿病犬を使用した血糖
制御実験例について説明し、これら実験例におい
て基礎インスリン注入率Bは、225μU/Kg・min
とした。
Next, we apply the above algorithm to PANAFACOMU−
200 mini-computer and the validity of parameter conversion using a pancreatectomized diabetic dog. In these experimental examples, the basal insulin infusion rate B was 225 μU/Kg・min
And so.

実験例 1 (実験的ケトアシドーシス時の血糖制御) 実験18時間前にインスリン注射と摂食を中止し
た膵摘糖尿病犬に3−OHBA(3−オキシ酪酸;
3−hydroxy butyric acid)を実験5時間に亘
り0.08mM/Kg・min持続注入した。この場合の
血糖応答特性を第4図に示す。この際の血漿3−
OHBAレベルは5.43〜5.95mM/、動脈血PH
7.206であつた。
Experimental Example 1 (Glucose control during experimental ketoacidosis) Pancreatectomized diabetic dogs were given 3-OHBA (3-oxybutyric acid;
3-hydroxy butyric acid) was continuously injected at 0.08 mM/Kg·min over 5 hours of the experiment. The blood sugar response characteristics in this case are shown in FIG. Plasma 3-
OHBA level is 5.43-5.95mM/, arterial blood PH
It was 7.206.

まず、3−OHBA非注入時、インスリン注入
プログラムのパラメータをa=0.1、b=0.4、c
=0として血糖制御を行つた場合、第4図におい
て破線で示すような血糖応答特性曲線が得ら
れ、この結果血糖値は前値400mg/100mlから除々
に低下し、3時間半後には100mg/100mlに達し
た。また、3−OHBA注入時に前記と同一のイ
ンスリン注入プログラムのパラメータを使用して
血糖制御を行つた場合、第4図において1点鎖線
で示すような血糖応答特性曲線が得られ、この
結果血糖値は5時間後も250〜260mg/100mlと高
値を示しインスリン低抗値を示した。
First, when 3-OHBA is not injected, the parameters of the insulin infusion program are a=0.1, b=0.4, c
When blood sugar control is performed with = 0, a blood sugar response characteristic curve as shown by the broken line in Figure 4 is obtained, and as a result, the blood sugar level gradually decreases from the previous value of 400 mg/100 ml, and after 3 and a half hours it reaches 100 mg/100 ml. It reached 100ml. Furthermore, when blood sugar control is performed using the same insulin injection program parameters as described above during 3-OHBA injection, a blood sugar response characteristic curve as shown by the dashed-dotted line in Figure 4 is obtained, resulting in blood sugar levels. Even after 5 hours, the insulin level remained high at 250 to 260 mg/100 ml, indicating a low insulin resistance value.

次いで、自己変換プログラム作動下で血糖制御
を試みたところ、第4図において実線で示すよう
な血糖応答特性曲線が得られた。この場合のイ
ンスリン注入プログラムのパラメータは、a=
0.1、b=0.4、c=0とし、自己変換プログラム
においてL=0.3、W=0.5、R=1.0、RP=20、
ω=0.1と設定した。インスリン注入開始後30分
にパラメータが自動的に変換し、図示したように
実験時間中計4回のパラメータ変換が行われ、イ
ンスリン注入量を増加し、血糖値を3−OHBA
非注入時の場合(血糖応答特性曲線)に近ずけ
ることができた。この場合のSIiは、各時点にお
いて、SI1(30分)=0.55、SI2(60分)=0.42、SI3
(100分)=0.33、SI4(120分)=0.24となり、インス
リン注入プログラムのパラメータ(a=0.1、b
=0.4、C=0)は、各時点において、それぞれ
(a*=0.18、b*=0.73、c*=0)、(a*=0.24、b*
=0.95、c*=0)、(a*=0.31、b*=1.22、c*
0)、(a*=0.41、b*=1.64、c*=0)に変換され
た。また、インスリン注入量を比較すると、3−
OHBA非注入時823×B/5時間に対し、3−
OHBA注入時のインスリン抵抗性を自己変換プ
ログラム作動下で3−OHBA非注入時の血糖応
答特性曲線に近ずけた場合には、2.314×B/
5時間必要であつた。
Next, when blood sugar control was attempted under the operation of the self-conversion program, a blood sugar response characteristic curve as shown by the solid line in FIG. 4 was obtained. The parameters of the insulin infusion program in this case are a=
0.1, b=0.4, c=0, and in the self-conversion program L=0.3, W=0.5, R=1.0, RP=20,
It was set as ω = 0.1. The parameters were automatically converted 30 minutes after the start of insulin infusion, and as shown in the figure, parameter conversion was performed a total of 4 times during the experiment, increasing the insulin infusion amount and lowering the blood glucose level to 3-OHBA.
It was possible to approximate the non-infusion case (blood sugar response characteristic curve). SI i in this case is SI 1 (30 minutes) = 0.55, SI 2 (60 minutes) = 0.42, SI 3 at each time point.
(100 minutes) = 0.33, SI 4 (120 minutes) = 0.24, and the parameters of the insulin infusion program (a = 0.1, b
= 0.4, C = 0) at each time point, respectively (a * = 0.18, b * = 0.73, c * = 0), (a * = 0.24, b *
= 0.95, c * = 0), (a * = 0.31, b * = 1.22, c * =
0), (a * =0.41, b * =1.64, c * =0). Also, when comparing the amount of insulin injected, 3-
3- compared to 823×B/5 hours without OHBA injection.
If the insulin resistance during OHBA injection approaches the blood glucose response characteristic curve when 3-OHBA is not injected under the self-conversion program, 2.314×B/
It took 5 hours.

実験例 2 (負荷時の血糖制御) 前記実験例1と同様に膵摘出糖尿病犬にアドレ
ナリン(エピネフリン;epinephrine)を5時間
に亘り0.1μg/Kg・min持続注入した。この場合
の血糖応答特性を第5図に示す。
Experimental Example 2 (Blood Glucose Control During Loading) In the same manner as in Experimental Example 1, epinephrine (epinephrine) was continuously injected at a rate of 0.1 μg/Kg·min over 5 hours to a pancreatectomized diabetic dog. The blood sugar response characteristics in this case are shown in FIG.

まず、アドレナリン非注入時、インスリン注入
プログラムのパラメータをa=0.1、b=0.4、c
=0として血糖制御を行つた場合、第5図におい
て破線で示すような血糖応答性曲線が得られ
た。また、アドレナリン注入時に前記と同一のイ
ンスリン注入プログラムのパラメータを使用して
血糖制御を行つた場合、第5図において1点鎖線
で示すような血糖応答特性曲線が得られ、この
結器、血糖制御は不可能であることが確認され
た。
First, when no adrenaline is injected, the parameters of the insulin infusion program are a=0.1, b=0.4, c
When blood sugar control was carried out with =0, a blood sugar responsiveness curve as shown by the broken line in FIG. 5 was obtained. Furthermore, if blood sugar control is performed using the same parameters of the insulin injection program as described above during adrenaline injection, a blood sugar response characteristic curve as shown by the dashed-dotted line in FIG. 5 will be obtained, and this was confirmed to be impossible.

次いで、自己変換プログラム作動下で血糖制御
を試みたところ、第5図において実線で示すよう
な血糖応答特性曲線が得られた。この場合のイ
ンスリン注入プログラムのパラメータは、a=
0.1、b=0.4、c=0とし、自己変換プログラム
においてL=0.5、W=1、R=1.0、RP=2.0、
ω=0.1と設定した。インスリン注入開始後20分、
さらに80分後にパラメータが自動変換され、血糖
値をアドレナリン非注入時の場合(血糖応答特性
曲線)に近ずけることができた。この場合の
SIiは、各時点において、SI1(20分)=0.66、SI2
(80分)=0.46となり、インスリン注入プログラム
のパラメータ(a=0.1、b=0.4、c=0)は、
各時点において、それぞれ(a*=0.15、b*
0.61、c*=0)、(a*=0.22、b*=0.88、c*=0)
に変換された。この際のインスリン注入量は、ア
ドレナリン非注入時660×B/5時間であるのに
対し、アドレナリン注入時のインスリン抵抗性を
自己変換プログラム作動下で制御した場合には
1.420×B/5時間であつた。
Next, when blood sugar control was attempted under the operation of the self-conversion program, a blood sugar response characteristic curve as shown by the solid line in FIG. 5 was obtained. The parameters of the insulin infusion program in this case are a=
0.1, b=0.4, c=0, and in the self-conversion program L=0.5, W=1, R=1.0, RP=2.0,
It was set as ω = 0.1. 20 minutes after starting insulin infusion,
After another 80 minutes, the parameters were automatically converted, making it possible to bring the blood sugar level closer to that without epinephrine injection (blood sugar response characteristic curve). In this case
SI i is SI 1 (20 minutes) = 0.66, SI 2 at each time point
(80 minutes) = 0.46, and the parameters of the insulin infusion program (a = 0.1, b = 0.4, c = 0) are:
At each time point, (a * = 0.15, b * =
0.61, c * = 0), (a * = 0.22, b * = 0.88, c * = 0)
Converted to . The amount of insulin injected at this time is 660 × B / 5 hours when epinephrine is not injected, whereas when insulin resistance is controlled under the self-conversion program operation during epinephrine injection,
It was 1.420×B/5 hours.

以上の実験例から、インスリン注入開始時のパ
ラメータを、夫々a=0.1、b=0.4、c=0と
し、パラメータ自己変換プログラムをL=0.5、
W=1.0、R=1.0、RP=20、ω=0.1と設定して
おくと、個体(膵摘犬)のインスリン抵抗性の程
度に応じて自動的にパラメータを変換し、インス
リンの注入量を増加し、血糖値を3−OHBAも
しくはアドレナリンの非注入時の血糖値に近ずけ
ることができた。また、このアルゴリズムを応用
することにより、3−OHBA注入時には非注入
時の28倍量、アドレナリン注入時には非注入時の
2.2倍量のインスリン注入量が必要であることが
確認され、インスリン抵抗性の定量的評価が可能
であつた。
From the above experimental example, the parameters at the start of insulin injection are a = 0.1, b = 0.4, and c = 0, respectively, and the parameter self-conversion program is L = 0.5,
By setting W = 1.0, R = 1.0, RP = 20, and ω = 0.1, the parameters will be automatically converted according to the degree of insulin resistance of the individual (pancreatectomized dog), and the amount of insulin injected will be adjusted. It was possible to bring the blood sugar level close to the blood sugar level when 3-OHBA or epinephrine was not injected. In addition, by applying this algorithm, the amount of 3-OHBA injection was 28 times that of non-injection, and the amount of adrenaline injection was 28 times that of non-injection.
It was confirmed that 2.2 times the amount of insulin injected was required, and quantitative evaluation of insulin resistance was possible.

以下の実験例は、実験時間中3−OHBAを持
続注入しており、臨床治験と異なるが、ケトン体
が存在すると血糖の低下と共にインスリン感受性
が悪くなりインスリン注入量の増量を必要とし
た。例えば、糖尿病性昏睡のインスリン治療時に
しばしばインスリン抵抗性を認め、少量インスリ
ン注入療法時に少くとも8U/hr.の注入の必要な
ことが知られている。しかし、前記臨床症例で
は、インスリン注入による糖代謝の改善と共にケ
トン体の消失、、PHの是正をみることが常であり、
経過の進行と共に抵抗性が軽減されるのが通例で
ある。従つて、前記実験例の結果は、臨床症例に
おける遷延性ケトーシスの際、血糖値が低下して
いるに拘らずインスリン抵抗性を示し、インスリ
ン量をより大量必要とする成績と良く一致する
が、個体のインスリン感受性は各時点での血糖値
の高さとインスリン注入量とに密接な関係をもつ
ものと考えられる。
In the following experimental example, 3-OHBA was continuously injected during the experimental period, and although this differs from the clinical trial, the presence of ketone bodies led to a decrease in blood sugar and poor insulin sensitivity, necessitating an increase in the amount of insulin injected. For example, it is known that insulin resistance is often observed during insulin treatment for diabetic coma, and that at least 8 U/hr. is required during low-dose insulin infusion therapy. However, in the clinical cases mentioned above, it is common to see improvement in glucose metabolism by insulin injection, as well as disappearance of ketone bodies and correction of PH.
Resistance usually decreases over time. Therefore, the results of the above-mentioned experimental examples are in good agreement with the results in clinical cases where, during prolonged ketosis, insulin resistance is shown despite a decrease in blood sugar levels, and a larger amount of insulin is required. It is thought that the insulin sensitivity of an individual is closely related to the height of blood sugar level and the amount of insulin injected at each time point.

前述したところから明らかなように、本発明を
ベツドサイド型人工膵β細胞に組み込まれたイン
スリン注入プログラムに適用し、前記プログラム
のパラメータを一定のアルゴリズム下で経時的に
その血糖調節機構の特性の変化に即応して自己変
換するように構成すれば、パラメータ自己変換
プログラムは、健常者における血糖値と血糖の変
化率の関係から得られる関係式より求められる血
糖制御時の血糖の変化率の目標血糖変化率からの
偏位を個体のインスリン感受性の指標としてとら
え、インスリン注入率を自動的に変化させること
ができ、このようにして得られたパラメータ自
己変換プログラムを膵摘糖尿病犬に3−OHBA
またはアドレナリン持続注入時のインスリン抵抗
性モデルに適応した結果、インスリン抵抗時の血
糖の適応制御が可能であり、さらに、膵摘糖尿
病犬に対する3−OHBAまたはアドレナリン持
続注入時にはインスリン抵抗性を示し、非注入時
と同じ血糖制御を得るには夫々2.8倍量、2.2倍量
のインスリンの注入が必要であることが明らかと
なつた。
As is clear from the foregoing, the present invention is applied to an insulin injection program incorporated into bedside artificial pancreatic β cells, and the parameters of the program are changed over time under a certain algorithm in the characteristics of the blood sugar regulation mechanism. If the parameter self-conversion program is configured to self-convert immediately in response to the change in blood glucose level, the parameter self-conversion program can calculate the target blood glucose level for the rate of change in blood sugar during blood sugar control, which is determined from the relational expression obtained from the relationship between the blood sugar level and the rate of change in blood sugar level in a healthy person. The deviation from the rate of change can be taken as an index of the individual's insulin sensitivity, and the insulin infusion rate can be automatically changed, and the parameter self-conversion program obtained in this way can be applied to pancreatectomized diabetic dogs using 3-OHBA.
Or, as a result of adapting to the insulin resistance model during continuous infusion of epinephrine, it is possible to adaptively control blood sugar during insulin resistance.Furthermore, when pancreatectomized diabetic dogs are injected with 3-OHBA or epinephrine continuously, they show insulin resistance and non-diabetic dogs. It became clear that 2.8 times and 2.2 times the amount of insulin needed to be injected, respectively, to achieve the same blood sugar control as during injection.

従つて、本発明によれば、個体の各時点におけ
るインスリン感受性の変化を指標とし、インスリ
ン注入プログラムのパラメータを自動的に変更
し、血糖の適応制御を行うことができると共に糖
尿病患者のインスリン感受性の定量化への応用は
勿論のこと、各種病態時の血糖調節機構の解明に
も有力な手段となり得る。
Therefore, according to the present invention, it is possible to automatically change the parameters of an insulin infusion program using changes in insulin sensitivity at each point in time as an index, and to perform adaptive control of blood sugar. Not only can it be applied to quantification, but it can also be a powerful means for elucidating blood sugar regulation mechanisms during various pathological conditions.

以上、本発明の好適な実施例について説明した
が、本実施例においてはパラメータ自己変換プロ
グラムの作成に際し、健常者の血糖値と血糖の変
化率の関係を一次関係式として導出したが、これ
に限定されることなく高次関係式を導出すること
も可能であり、その他本発明の精神を逸脱しない
範囲内において種々の設計変更をなし得ることは
勿論である。
The preferred embodiment of the present invention has been described above. In this embodiment, when creating the parameter self-conversion program, the relationship between the blood sugar level and the rate of change of blood sugar in a healthy person was derived as a linear relational expression. It goes without saying that higher-order relational expressions can be derived without limitation, and that various other design changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は多数の健常者に対するブドウ糖負荷を
行つた場合の血糖応答特性曲線図、第2図は本発
明を実施するためのパラメータ自己変換プログラ
ム作成フローチヤート、第3図は本発明を実施す
る人工膵臓のブロツク制御回路図、第4図は膵摘
糖尿病犬に本発明に係る人工膵臓を適用して3−
OHBAを注入した場合の血糖応答特性およびイ
ンスリン注入量特性を示す特性曲線図、第5図は
膵摘糖尿病犬に本発明に係る人工膵臓を適用して
アドレナリンを注入した場合の血糖応答特性およ
びインスリン注入量特性を示す特性曲線図であ
る。 10……患者、12……グルコースセンサ、1
4……コントローラ、16……演算回路、18…
…インスリン注入ポンプ、20……インスリン貯
槽。
Fig. 1 is a blood sugar response characteristic curve diagram when a glucose load is applied to a large number of healthy subjects, Fig. 2 is a flowchart for creating a parameter self-conversion program for implementing the present invention, and Fig. 3 is a diagram for implementing the present invention. FIG. 4 is a block control circuit diagram of an artificial pancreas.
A characteristic curve diagram showing the blood sugar response characteristics and insulin injection amount characteristics when OHBA is injected. Figure 5 shows the blood sugar response characteristics and insulin when the artificial pancreas according to the present invention is applied to a pancreatectomized diabetic dog and epinephrine is injected. It is a characteristic curve diagram showing injection amount characteristics. 10...patient, 12...glucose sensor, 1
4...Controller, 16...Arithmetic circuit, 18...
...insulin infusion pump, 20...insulin reservoir.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 血糖値を連続測定するグルコースセンサと、
測定血糖値に応じてインスリン注入量を算出する
演算回路と、インスリン注入装置と、前記演算回
路で算出された演算値に基づいてインスリン注入
装置を制御するコントローラとを備えた人工膵臓
装置において、前記演算回路はインスリン注入量
を演算式に基づいて算出する算出回路と演算式の
パラメータを所定時点で自己変換する変換回路と
を備え、さらに健常者の血糖応答特性から得られ
た血糖制御の目標値を定める関係式により求めら
れる血糖値の変化率と測定された血糖値との間の
偏差値を検出する回路を備え、前記偏差値が所定
値に達した時点で演算式のパラメータを前記変換
回路で自己変換し、この変換された演算式に基づ
き前記算出回路にてインスリン注入量を算出する
よう構成したことを特徴とする人工膵臓装置。 2 演算回路は、次の演算式 I.I.R=Kp・BG(t) +Kd・ΔBG(t)+Kc 但し、Kp=F・D・θ・a(比例動作係数) Kd=(a+F・D・b)・θ(微分動作係数) Kc=F・D・θ・c(基礎インスリン分泌恒数) 〔式中、I.I.R:インスリン注入量(μU/min) BG(t):時刻tにおける血糖値 (mg/100ml) ΔBG(t):時刻tにおける血糖値の変化率 (mg/100ml・min) F:拡散常数 (無次元) D:インスリンの組識へ毎分取込まれる率 (min-1) θ:インスリンスペース [体重×15.7/100(ml)] a、b、c:各個体に特有な常数であつて自己変
換されるパラメータ〕 に基づいてインスリン注入量を算出することから
なる特許請求の範囲第1項記載の人工膵臓装置。 3 変換回路は、血糖の変化率の目標値 [ΔBGp(t)]を、 a 血糖値165mg/100ml以上の場合 ΔBGp(t)=−1.5 b 血糖値55〜165mg/100mlの場合 ΔBGp(t)=−0.0176・BG(t)+1.408 c 血糖値55mg/100ml以下の場合 ΔBGp(t)=0.44 とし、測定された血糖値[ΔBG (t)]との間
に次式 |ΔBG(t)−ΔBGp(t)|≧L L=0.3〜0.5 の関係が成立する時インスリン注入量演算式のパ
ラメータ(a、b、c)を自己変換することから
なる特許請求の範囲第2項記載の人工膵臓装置。 4 変換回路は、血糖値のバラツキの指標(RI)
が次式 RI=√2/BG(t)×100≦R 但し、 〔式中、BGi:時刻i分前の血糖値 k:双曲線正接関数の振幅 ω:あてはめの係数 R:自由に設定する値(例えば1.0)〕 を満足する時インスリン注入量演算式のパラメー
タ(a、b、c)を自己変換することからなる特
許請求の範囲第2項記載の人工膵臓装置。 5 演算回路はパラメータ変換後次のパラメータ
変換数が可能となるまでの不応時間を設定するこ
とからなる特許請求の範囲第1項記載の人工膵臓
装置。
[Claims] 1. A glucose sensor that continuously measures blood sugar levels;
An artificial pancreas device comprising: an arithmetic circuit that calculates an insulin injection amount according to a measured blood sugar level; an insulin injector; and a controller that controls the insulin injector based on the arithmetic value calculated by the arithmetic circuit. The calculation circuit includes a calculation circuit that calculates the insulin injection amount based on a calculation formula, and a conversion circuit that self-converts the parameters of the calculation formula at a predetermined time point. The conversion circuit includes a circuit that detects a deviation value between the rate of change in blood sugar level determined by a relational expression that determines the blood sugar level and the measured blood sugar level, and when the deviation value reaches a predetermined value, An artificial pancreas device, characterized in that it is configured to self-convert the formula and calculate the amount of insulin to be injected in the calculation circuit based on the converted arithmetic expression. 2 The calculation circuit uses the following calculation formula IIR=Kp・BG(t) +Kd・ΔBG(t)+Kc However, Kp=F・D・θ・a (proportional operation coefficient) Kd=(a+F・D・b)・θ (differential action coefficient) Kc = F・D・θ・c (basal insulin secretion constant) [In the formula, IIR: Insulin injection amount (μU/min) BG (t): Blood sugar level at time t (mg/100ml) ) ΔBG (t): Rate of change in blood sugar level at time t (mg/100ml・min) F: Diffusion constant (dimensionless) D: Rate of insulin taken into tissue per minute (min -1 ) θ: Insulin Space [body weight x 15.7/100 (ml)] a, b, c: parameters that are constants unique to each individual and are self-converted] Claim 1 comprising calculating the insulin injection amount based on the following: Artificial pancreas device as described in Section. 3. The conversion circuit converts the target value of the rate of change in blood sugar [ΔBGp(t)] into: a) When blood sugar level is 165mg/100ml or more ΔBGp(t)=-1.5 b When blood sugar level is 55 to 165mg/100ml ΔBGp(t) =-0.0176・BG(t)+1.408 c When the blood sugar level is 55mg/100ml or less, ΔBGp(t)=0.44, and the following formula between the measured blood sugar level [ΔBG(t)] and ΔBG(t) -ΔBGp(t)|≧L When the relationship of L=0.3 to 0.5 holds true, the artificial body according to claim 2, which comprises self-converting the parameters (a, b, c) of the insulin injection amount calculation formula. pancreatic apparatus. 4 The conversion circuit is an indicator of blood sugar level dispersion (RI)
is the following formula: RI=√ 2 /BG(t)×100≦R However, [In the formula, BGi: blood glucose level k before time i minutes: amplitude of hyperbolic tangent function ω: coefficient of fitting R: freely set value (for example, 1.0)] When the following is satisfied, the parameter (a) of the insulin injection amount calculation formula , b, c). 5. The artificial pancreas device according to claim 1, wherein the arithmetic circuit sets a refractory time until the next number of parameter conversions becomes possible after parameter conversion.
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