SmartCGMS as an Environment for an Insulin-Pump Development with FDA-Accepted In-Silico Pre-Clinical Trials

Abstract

Diabetes je civilizační choroba. Projevuje se zvýšenou hladinou glukózy v krvi. V dlouhodobém měřítku zvýšená hladina glukózy progresivně poškozuje orgány. V krátkodobém měřítku jsou komplikacemi hypo- a hyper-glykémie. Inzulin snižuje hladinu glukózy v krvi tím, že podporuje její utilizaci. Inzulinová pumpa dávkuje nastavenou rychlostí bazální inzulin do podkoží, aby regulovala hladinu glukózy v krvi. Pacient navíc dávkuje bolusový inzulin v závislosti na odhadnutém množství karbohydrátů v konzumovaném jídle. Regulátor inzulinové pumpy bere bolusový inzulin v potaz při stanovení bazálních dávek. V naší předcházející práci jsme navrhli paralelní architekturu pro monitorování a regulaci glukózy – SmartCGMS. Sjednocuje zdrojový kód a paradigma napříč reálnými, simulovanými a prototypovanými zařízeními. S postupujícím vývojem, zejména v oblasti regulačních algortmů, je nutné redukovat nároky SmartCGMS se zohledněním nízkopříkonových zařízení. V tomto článku představujeme úpravy, které vedly k redukování paralelizmu a implementaci uzavřené smyčky mezi senzorem a inzulinovou pumpou. S těmito úpravami je nyní možné provést pre-klinické testy s modely schválenými autoritou FDA.

Diabetes is a widespread civilization disease. It manifests with an elevated blood glucose level. In the long-term, elevated blood glucose level continuously damages organs. In the short-term, hypo- and hyperglycemia are acute complications. Insulin lowers blood glucose level by promoting its utilization. At basal rate, insulin pump delivers insulin to subcutaneous tissue to control blood glucose level. In addition, patient doses insulin boluses in accordance with estimated carbohydrate content of consumed meal. Control algorithm of the pump considers the boluses, when calculating the basal rate. In our previous work, we have proposed a parallel-architecture for the next-generation of glucose monitoring - SmartCGMS. It unifies the source-code base and the glucose-monitoring-and-control paradigm across real, simulated and prototyped devices. As the development continues, especially towards the pump-control algorithms, we face a problem of reducing the SmartCGMS requirements when considering a low-power hardware. In this paper, we present the modifications that lead to a reduced number of threads, while implementing the closed-loop feedback between a glucose sensor and insulin pump to conduct FDA accepted in-silico pre-clinical trials.