نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• رضا وثوقی ¹
• آرمین الله‌وردی ²
• سجاد شفیع‌خانی ¹
• امیرهمایون جعفری ³

¹ گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران - مرکز تحقیقات فناوری‌های بیومدیکال و رباتیک پزشکی، بیمارستان امام خمینی، تهران

² گروه رادیولوژی، دانشکده‌ی علوم پزشکی ساری، دانشگاه علوم پزشکی مازندارن، ساری

³ دانشیار، گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران - مرکز تحقیقات فناوری‌های بیومدیکال و رباتیک پزشکی، بیمارستان امام خمینی، تهران

چکیده

در دهه‌های اخیر، به علت افزایش شیوع بیماری دیابت و عوارض مزمن آن، اندازه‌گیری قند­ خون، مدل‌سازی سیستم انسولین-گلوکز و کنترل قند­ خون از اهمیت ویژه‌ای برخوردار شده­ است. از آن‌جا که در دیابت نوع اول بدن انسولین ترشح نمی‌کند، سلول‌ها گلوکز را جذب نمی‌کنند و بنابراین سطح گلوکز خون افزایش می‌یابد. برای کنترل قند­ خون، باید انسولین به­صورت زیرپوستی و در شرایط پیچیده‌ی کنترل شده‌ی محیطی، به بدن تزریق شود. اگر سطح انسولین از محدوده‌ی فیزیولوژیکی طبیعی بالاتر رود، احتمال مرگ وجود دارد. درمان‌های مختلفی برای بیماری دیابت وجود دارد، که درمان اصلی آن انسولین-درمانی است. پایش سطح قند­ خون بیمار به­طور پیوسته در طول شبانه‌روز، راه­کار درمانی بسیار مناسبی است از جهت آن‌که با کم‌ترین میزان تزریق انسولین در زمان‌های مورد نیاز، مقدار قند­ خون بیمار را در محدوده­ی ایمن تحت کنترل قرار می­دهد. این امر از هایپرگلاسمی (مقدار قند­ خون بیش‌تر از 120mg/dl ) و هیپوگلاسمی (مقدار قند ­خون کم‌تر از mg/dl  65) بیمار جلوگیری می­کند. برای دست‌یابی به این هدف، یک مدل دوتاخیری موجود، به منظور مدل­سازی تغییرات سطح قند خون به طور پیوسته در طول شبانه­روز، توسعه داده شده است. برخی از پارامترهای این مدل با استفاده از الگوریتم ژنتیک جهت دست‌یابی به بیش‌ترین تطبیق بین دینامیک حاصل از مدل با دیتاهای اخذ شده در این مطالعه، تخمین زده شده­اند. در نتیجه، مدل توسعه داده شده در این پژوهش، قادر است دینامیک قند­ خون را به­طور پیوسته در طول شبانه­روز به دست آورد و به تبع آن، دینامیک انسولین مورد نیاز جهت تزریق به بیمار برای تحت کنترل قرار دادن میزان قند­ خون در محدوده­ی مجاز را پیش­بینی کند. بنابراین، این سیستم کنترلی قادر است از هیپوگلاسمی و هایپرگلاسمی شدن بیمار جلوگیری کند.

کلیدواژه‌ها

• مدل‌سازی سیستم گلوکز-انسولین
• مدل دوتاخیری
• الگوریتم ژنتیک

موضوعات

• مدل‌سازی رایانه‌ای زیستی / شبیه‌سازی رایانه‌ای زیستی

عنوان مقاله [English]

Modeling Two Delay System of Insulin-Glucose based on Noninvasive Continuous Measurement

نویسندگان [English]

• Reza Vosoughi ¹
• Armin Allahverdy ²
• Sajjad Shafiekhani ¹
• Amir Homayoun Jafari ³

¹ Department of Biophysics & Biomedical Engineering, School of Medicine, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran - Research Center for Biomedical Technologies and Robotics (RCBTR), Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran

² Department of Radiology, Sari School of Allied Medical Sciences, Mazandaran University of Medical Sciences, Sari, Iran

³ Associate Professor, Department of Biophysics & Biomedical Engineering, School of Medicine, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran - Research Center for Biomedical Technologies and Robotics (RCBTR), Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran

چکیده [English]

In recent decades, due to the increased prevalence of diabetes and its chronic complications, glucose measurement, modeling of glucose-insulin system and glucose control have been especially important. Since the type I diabetes does not secrete insulin, cells do not absorb glucose, and thus the blood glucose level increase. In order to control your blood sugar, insulin should besubcutaneously injected into the body under complex, controlled conditions. If the level of insulin increases beyond the natural physiological range, there is a risk of death. There are various treatments for diabetes, the main treatment of which is insulin therapy. Monitoring the patient's blood sugar level continuously during the day and night is a very good treatment strategy, since it controls the patient's blood sugar level in a safe area with the lowest amount of insulin injected at the required times. This mechanism avoid the hyperglycemia (blood glucose levels greater than 120 mg/dl) and hypoglycemia (blood sugar less than 65 mg / dl). To achieve this goal, a two delay model has been developed to model blood glucose levels continuously during time. Some of the parameters of this model are estimated using the genetic algorithm to achieve the best fitness between the dynamics of the model with the experimental data obtained in this study. As a result, the developed model of this study can dynamically obtain blood glucose continuously during time, consequently it can predicts the insulin dynamics required to be injected into the patient to control the amount of blood glucose in the normal range. Therefore this controlling system is capable of preventing hypoglycemia and hyperglycemia.

کلیدواژه‌ها [English]

• Modeling of Glucose-Insulin System
• Two Delay Model
• genetic algorithm