소개: 당뇨병에 있는 새로운 시대 배려

당뇨병은 특히 1 당뇨병 (T1D)을 입력하여, 위험한 고소 및 저에 대한 혈당 모니터링, 인슐린 투약 및 일정한 vigilance의 잔류 한 일일 부담을 부과합니다. 수십 년 동안 환자는 수동 손가락 스틱 테스트 및 여러 일일 주사 또는 인슐린 펌프를 통해이 상태를 관리하여 주변의 의사 결정에 필요한 지속적 결정을 내리고 있습니다. 그러나 의료 기술의 최근 발전은이 풍경을 다시 감안하고 있습니다. 인공 지능 시스템의 개발은 개인적 인 통제 시스템을 통해 개인적 인 통제 시스템을 개선하는 데 도움이되는 것입니다.

이 시스템은 단일 장치가 아니지만 연속 포도당 모니터 (CGM), 인슐린 펌프 및 제어 알고리즘을 결합하는 통합 플랫폼이 아닙니다. 실시간 포도당 판독, 인공 유리관 체계에 근거한 인슐린 납품을 자동화함으로써 건강한 판자의 생리적 피드백 루프를 mimic. 이 문서는 깊이에 기술, 현재 증거 및 승인 규제를 검토하고, 나머지 과제를 논의하고, 이러한 시스템이 진정으로 개인화 된 당뇨병에 대한 방법을 포장하는 방법을 검토합니다.

인공 Pancreas 시스템이란?

인공적인 pancreas 체계 (APS)는 지속적인 포도당 감시 자료에 응답에 있는 분지 인슐린 비율을 자동 조정하는 닫히는 반복 인슐린 납품 체계입니다. 목표는 표적 범위 (일반적으로 70-180 mg/dL) 안에 혈액 포도당 수준을, 두 hypoglycemia 및 hyperglycemia를 극소화하는 것을 가능하게 하는 만큼, 목표 입니다. 수동으로 수동으로 펌프를 지시하는 열리는 반복 체계는, 폐쇄한 조정을 삭제하는 것을 허용하.

핵심 성분은 다음을 포함합니다:

  • 지속적인 포도당 감시자 (CGM): 각 1 5 분마다 interstitial 포도당 수준을 측정하는 subcutaneous 감지기, 관제사에 무선으로 전송.
  • Insulin Pump: 퓨전 세트를 통해 급속하게 행동 인슐린을 전달하는 착용 가능한 장치. 펌프는 알고리즘에서 명령을 수신하고 수동 boluses에 사용할 수 있습니다.
  • Control Algorithm: 시스템의 “brain”, 일반적으로 스마트 폰, 전용 컨트롤러 또는 펌프 자체에 호스팅. 엑시즘 사용은 포도당 kinetics의 수학 모델 및 인슐린 행동을 사용하여 최적의 인슐린 배달 속도를 계산합니다.

일반적인 알고리즘 유형에는 모델 예측 제어 (MPC), 비례적 인 (PID) 컨트롤러 및 퓨지 논리 시스템이 포함됩니다. 각 접근법은 응답성, 안정성 및 식사 방해 및 운동을 처리 할 수있는 능력의 측면에서 거래 오프를 가지고 있습니다.

최초의 하이브리드 폐쇄 루프 시스템 (예 : Medtronic 670G, 780G) 부분적으로 자기 분비율이 있지만 여전히 사용자가 시작된 식사 boluses가 필요합니다. 더 고급 시스템 (예 : Tandem Control-IQ, Omnipod 5)은 자동화 된 보정 boluses 및 더 나은 야간 제어를 제공합니다. 식사 발표를 제거 할 필요가없는 완전 폐쇄 루프 시스템, 활성 연구의 영역을 유지.

인공 Pancreas는 어떻게 작동합니까?

인공적인 pancreas 체계의 조작상 주기는 3개의 지속적인 단계로 아래로 끊을 수 있습니다: 감각, 계산 및 액추에이터.

감지 단계

CGM 센서는 피부 밑에 배치 (부부부 또는 위 팔에서 전적으로) 간에 혈당 농도를 측정합니다. 5-15 분에 의해 혈액 포도당 뒤에 혈당 래그 동안, 현대 알고리즘은 예측 필터를 사용하여 보상하도록 설계되었습니다. 교정 요구 사항은 제조업체에 따라 다릅니다. 일부 시스템 (예 : Dexcom G6)는 다른 사람 (예 : Medtronic 혈전 센서).

Computing 단계

Glucose 판독은 전용 컨트롤러 또는 스마트 폰 앱에서 실행되는 알고리즘에 1 ~ 5 분마다 전송됩니다. 알고리즘은 트렌드, 최근 인슐린 납품 ( "insulin-on-board") 및 예측 된 미래 포도당 수준을 분석합니다. 수학 모델을 사용하여 향후 5 ~ 30 분 동안 최적의 인슐린 주입 속도를 계산합니다. 고급 알고리즘은 인슐린 배송 중단과 같은 안전 제약을 통합합니다. 포도당이 급증 할 때 인슐린 배송의 서스펜션과 같은.

법의학

묽게함이 있는 경우에, 확고한 인슐린 복용량은 마이크로 놀이쇠로 또는 분대 비율을 조정해서 펌프에 의해 전달됩니다. 많은 체계는 또한 포도당이 임계를 초과할 때 자동화한 개정 boluses를 제공합니다. 사용자는 식사, 운동, 또는 감지기 과실을 위한 체계를 수동으로 과량하는 기능을 유지합니다. 몇몇 체계 (예를들면, 통제 IQ)는 자동적으로 basal 인슐린을 증가할 때 포도당이 표적을 초과하기 위하여 예상됩니다.

이 지속적인 피드백 루프는 24/7 작동, 크게 수동 조정의 부담을 감소. 임상 시험은 하이브리드 폐쇄 루프 시스템의 사용은 센서 증강 펌프 치료에 비해 60 %에서 70-80 %의 시간 범위 (TIR, 70-180 mg / dL)을 증가 하였다.

인공 Pancreas 시스템의 문서화 된 이점

인공적인 pancreas 체계를 지원하는 증거 기초는, 수많은 무작위로 통제된 예심 및 실제적인 학문과 더불어, 글리세라이드 결과에 있는 의미 있는 개선 및 생활의 질 강화하.

  • 초기시간 범위: 40개 연구의 메타 분석은 하이브리드 폐쇄형 시스템 12-15 % 포인트 (~60% ~ 75%)의 평균으로 TIR을 증가시킨 것으로 나타났습니다. 이 변환은 대상 범위에서 약 3~4시간의 추가 시간을 번역합니다.
  • 효소성혈증 자동 인슐린 서스펜션 및 예측형 저당 관리는 극적으로 심각한 저혈당의 불균형을 감소시켰다. 탄뎀 분대 IQ (일반 서스펜션) 및 제어 IQ와 같은 시스템은 저혈당 사건에 대한 50 % 감소까지 입증했다.
  • Lower HbA1c: 많은 사용자는 0.3-0.8% (~8.5% ~7.5%)의 HbA1c에 있는 감소를 달성합니다, 장기적인 microvascular 합병증의 감소된 위험과 관련있는 개선.
  • 일부 관리 Burden: 설문조사는 사용자가 더 적은 시간의 치료를 촉구하고, 더 적은 당뇨병을 경험하고, 더 높은 만족 점수를 보고하는 것을 나타냅니다. 정신적 구호는 특히 밤새 발음됩니다. 시스템은 자당한 안정성을 유지할 수 있습니다.
  • 더 나은 장기적 결과에 대한 가능성:] 평평한 글리세라이드의 전혈을 줄이고, 하이퍼-와 갑게 혈당을 감소시켜, 폐쇄 루프 시스템은 당뇨병의 위험이 낮을 수 있습니다, 신경병, 장기적 이상 심장 혈관 질환.

이 혜택은 성인, 청소년, 어린이를 포함하여 다양한 인구를 통해 2 세, 임신 여성과 유형 1 당뇨병 (특히 도전 그룹)을 가진 임신 한 여성을 보여줍니다.

임상 증거 및 규제 승인

규제 기관은 FDA 및 CE 마킹 승인을받은 여러 장치와 인공 판크라 시스템의 잠재력을 인정했습니다. 최초의 하이브리드 폐쇄 루프 시스템, Medtronic의 MiniMed 670G는 2016 년에 승인되었습니다. 간접 시스템은 유용성과 성능을 향상 시켰습니다.

  • Medtronic MiniMed 780G (FDA 승인 2023): 자동화된 보정 boluses, 조정가능한 포도당 표적 (100-120 mg/dL) 및 단순화된 이동할 수 있는 app 공용영역을 추가하십시오. 임상 예심은 TIR >80%를 달성하는 사용자를 보여주었습니다.
  • Tandem Diabetes Care Control-IQ (FDA 승인 2019): Dexcom G6 CGM을 사용 하 고 Tandem t:slim X2 펌프에 실행. 시스템은 자동으로 분대를 조정 하 고 자동 연결 boluses를 제공 합니다. 피벗 재판에서, TIR는 61%에서 71%로 증가.
  • Omnipod 5 (FDA 승인 2022): Dexcom G6과 통합된 관이 없는 방수 패치 펌프. 61%에서 74% 및 높은 사용자 만족도에 대한 TIR 개선을 데모했습니다.
  • iLet Bionic Pancreas (FDA 승인 2023): 사용자의 체중과 한정된 식사 발표 (아침 식사, 저녁 식사)만 필요로 하는 다른 접근법을 취합니다. 그것은 개별 패턴을 배우는 적응 알고리즘을 사용합니다. 연구는 HbA1c는 표준 치료보다 큰 감소를 보여주었지만, 시간이 지남에 따라 개선된 고형성에 약간 더 높은 시간이 나타났습니다.

자세한 내용은 FDA의 자동화된 인슐린 배달 시스템 정보] 및 American Diabetes Association의 인공적인 판자 기술 개요를 참조하세요.

도전과 기회

놀라운 진행에도 불구하고, 몇 가지 장애물은 인공적인 pancreas 시스템을 보편적으로 접근하고 효과적인 해결해야합니다.

비용 및 보험 적용

CGM, 인슐린 펌프 및 컨트롤러의 결합 된 비용은 매년 $ 10,000을 초과 할 수 있으며 보험과도 마찬가지입니다. 많은 건강 계획은 단계 치료 또는 사전 승인이 필요합니다. 저소득층 국가에서 개인을 위해이 시스템은 불쾌하게 남아 있습니다. 혁신적인 가격 모델, 일반 경쟁사 및 정책 변경은 평등을 개선하기 위해 필요합니다.

책임과 훈련

복잡성은 장벽을 유지. 사용자는 센서 인서트, 펌프 리필, 주입 설정 변경 및 시스템 오류 또는 실패 처리 방법 (예 : 센서 손실, 배당)를 이해해야합니다. 교육 프로그램 및 직관적 인 사용자 인터페이스는 학습 곡선을 줄이기 위해 필수적입니다. 스마트 폰 기반 제어의 출현 (예 : Omnipod 5)는 편리함을 향상 시켰습니다.

종교적 인 역동적 인 인구

Algorithms는 종종 모든 인종, 민족 또는 연령 그룹을 나타내는 수 없는 임상 시험에서 데이터를 사용하여 조정됩니다. 포도당 역학은 연령, 신체 구성, 신장 기능 및 활동 수준과 다릅니다. 시스템은 더 넓은 인구 및 알고리즘 개인화 (예 : 인슐린 감도 변조)에 대한 조정은 활성 연구 영역에 남아 있습니다.

센서 정확도 및 대기 시간

CGM 정확도는 일반적으로 우수한 (현대 센서 용 8 ~ 10 %)이지만, 오류는 급속한 포도당 변화 (예 : 식사 또는 운동 후) 동안 발생할 수 있습니다. 간질 유체 측정의 라그는 인슐린 배달의 과잉 또는 축소로 이어질 수 있습니다. 이중 호르몬 시스템 (글루코곤)은 저혈압 위험에 대한 조사에서 있지만 호르몬 안정성 문제로 인해 시장에 도달하지 않았습니다.

Cybersecurity 및 데이터 프라이버시

펌프, 센서, 스마트폰과의 무선 통신은 취약점을 소개합니다. 안전한 암호화 및 견고한 소프트웨어 업데이트는 환자의 안전과 데이터를 보호하는 데 필요합니다. 규제 기관은 연결 의료 기기의 사이버 보안 요구 사항에 점점 집중됩니다.

환자 자율성 및 심리적 수용

몇몇 사용자는 수동 통제를 유지하고 자동화를 위탁할지도 모르다 선호합니다. 투명한 산법, customizable 조정 및 점차적인 채택 전략은 도울 수 있습니다. 경도 학문은 닫히 반복 치료를 시작하기 위하여 계속하는 사용자의 광대한 대다수가, 안락이 설치되면 높은 만족을 건의하는 것을 보여주었습니다.

지속적인 연구의 포괄적인 검토는 ]에서 찾아낼 수 있습니다 인공적인 pancreas 예심의 PubMed 저장소 ].

개인 당뇨병의 미래 약

인공적인 pancreas 체계는 개인화한 당뇨병 배려의 모석입니다, 그러나 시각은 현재 잡종 폐쇄 반복 기술 저쪽에 멀리 확장합니다.

인공지능 및 예측 개인화

기계 학습 모델은 역사적인 포도당 데이터를 분석 할 수 있습니다, 식사 타이밍, 운동 패턴, 심지어 스트레스 지표 (예 : 심장 박동, 수면 품질)은 게놈의 절정을 주장. 미래 시스템은 시간 이상 적응 개별화된 포도당 예측 모델을 만들 깊은 학습을 통합 할 수있다. 예를 들어, 시스템은 사용자의 오후 포도당 스파이크가 일반적으로 더 크고 평균보다 일찍, 식사 boluses를 조기에 조정 할 수 있습니다.

멀티하운드 시스템

글루코곤 (혈당을 올리기 위해)과 아마도 아미린 또는 pramlintide (저하 가스를 비우기 위하여)는 bi- 또는 다 호르몬 인공적인 pancreas를 창조할 수 있었습니다. 이중 호르몬 시제품은 작은 학문에 있는 개량한 통제를 보여주었습니다, 그러나 해결책에 있는 포도당의 불안정한 상업적인 발달이 있습니다. 인슐린과 글루코곤을 둘 다 통합하는 닫히는 루프 체계는 더 밀접하게 자연 pancreas를 mimic 그리고 hypoglycemia를 감소시킬 수 있었습니다.

Wearable Sensors 및 Health Apps와의 통합

스마트워치(heart rate, Activity, sleep), 스마트 스케일(body weight), 식사 로깅 앱을 CGM과 인슐린 데이터와 결합하여 종합적인 디지털 페인팅을 만들 수 있습니다. 이 멀티모탈 데이터는 실시간 인슐린 배달 알고리즘을 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 피트니스 트래커를 통해 실행을 감지하면 인슐린의 임시 감소를 유발할 수 있습니다. Tidepool[[FLT]]]Tidepool[FLT:]][FLT:]]][FLT:FLT:]]]

원격 모니터링 및 Telehealth

의료 제공자는 실시간 포도당 데이터, 시스템 경고 및 사용 패턴을 원격으로 조정하고 즉시 코칭을 제공 할 수 있습니다. 이 모델은 팬텀과 시골 지역에 환자들에게 특히 귀중하게 입증되었습니다. telehealth 플랫폼과 인공 판크라스 시스템의 통합은 민감하지 않고도 유능하게 활성화 할 수 있습니다.

유형 1 Diabetes를 넘어서 확장

대부분의 인공적인 pancreas 연구는 T1D에 집중되더라도, 기술은 집중적인 인슐린 치료에 환자에서 유형 2 당뇨병을 위해 특히 탐구되고. 자동화한 인슐린 납품은 중성 인슐린 식이 요법을 요구하는 유형 2 당뇨병을 가진 개인을 위한 관리를 감소시킬 수 있었습니다. 초기 성숙 학문은 증가한 비혈구 없는 개량한 TIR와 더 낮은 HbA1c와 더불어, 유망한 결과를 보여주었습니다.

Algorithm 투명성 및 오픈 소스 혁신

OpenAPS 및 Loop과 같은 커뮤니티 중심 프로젝트는 사용자가 자신의 폐쇄 루프 시스템을 구축하고 운영 할 수 있다는 것을 입증했습니다. 종종 상업 시스템에 비교할 수있는 결과가 있습니다. 이러한 노력은 혁신을 가속화하고 개방 된 기준을 채택하는 압력 제조업체 및 규제 기관을 가지고 있습니다. 미래는 상호 운용 가능한 구성 요소 (interoperable CGM, 펌프 및 알고리즘)을 포함하며 사용자가 다른 제조업체에서 장치를 혼합하고 일치 할 수 있습니다.

오픈 소스 인공 판스크 시스템의 심층적인 모습에 대해서는 OpenAPS 참조 디자인을 참조하십시오.

의약

이 시스템은 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한 진정한