DISEÑO DE UN REGULADOR DE GLUCOSA-INSULINA UTILIZANDO REDES NEURONALES ARTIFICIALES

Abstract

En el presente trabajo de tesis se presenta el diseño y síntesis de un regulador de glucosainsulina basado en redes neuronales artificiales. El regulador se aplicará en el tratamiento tecnológico de personas enfermas con diabetes mellitus tipo 1 (T1DM por sus siglas en inglés). El diseño del regulador está hecho usando una red neuronal recurrente de alto orden en tiempo discreto (RHONN) para identificar y controlar un sistema dinámico no lineal el cual representa de forma matemática la interación de la glucosa con la insulina y los carbohidratos de un paciente virtual. La red neuronal artificial la cual reproduce e identifica el comportamiento dinámico del sistema, tiene una configuración serie-paralelo y es entrenada en línea usando el algoritmo del filtro de Kalman extendido (EKF por sus siglas en inglés) para alcanzar una rápida convergencia de identificación in silico. Una vez que se han identificado todas las variables de espacio de estado, una ley de control neuronal no lineal por bloques es aplicada al modelo de la red neuronal y al paciente virtual. El objetivo del control es regular el nivel de glucosa-insulina bajo diferentes estados metabólicos, distintos niveles de glucosa y con diferentes ingestas de carbohidratos que representarán las perturbaciones. Para hacer mas realistas las simulaciones, la dosificación de insulina es cuantificada de acuerdo a la resolución de bombas de infusion comerciales. Esta dosis de insulina es usada como ley de control de el sistema, donde los bolos de insulina son administrados cada 5 minutos porque es la tasa de adquisición de la concentracion de glucosa por el glucómetro. También es incluido un bloque de seguridad entre la salida del regulador y el paciente virtual con T1DM con la finalidad de prevenir al paciente de padecer periodos de hipoglucemia. Las funciones/operaciones de seguridad que realiza el sistema “safety” consisten en suspender la actividad de la bomba (ó suspender la salida de la señal de control) si la concentración de glucosa se encuentra por debajo de un umbral. Adicionalmente, esta restricción dosifica micro bolos de insulina cada 30 minutos de suspensión de la bomba para evitar la oclusi ón del catéter debida a la cristalización de la insulina. Los resultados de las simulaciones son comparados en lazo abierto contra lazo cerrado durante el periodo de ayuno nocturno. Pruebas en semi lazo cerrado son hechas prealimentando información al regulador para obtener mejores resultados. Al comparar el tratamiento en lazo abierto en el que la concentración media es de 153.8±13.5mg/dl contra uno de los experimentos en el que la concentración media de glucosa se redujo a 132.9±18.5mg/dl la conenctración media de glucosa de los seis pacientes simulados presento considerables mejoras.