FOLYAMATSZABÁLYOZÁS. BMEVIMM158 Bevezető óra

FOLYAMATSZABÁLYOZÁS BMEVMM158 Bevezeő óra

Taralom Tárggyal kapcsolaos gyakorlai udnivalók Egészségügyi mérnöki udomány Biomedical Engineering Folyamaszabályozás alapok Szabályozás a biológiai rendszerekben A szabályozáselméle alkalmazásá bemuaó akuális kuaás bemuaása

FOLYAMATSZABÁLYOZÁS - YAKORLAT TUDNVALÓK

Tárgy célkiűzése Szabályozásechnikai és irányíáselmélei fogalmak megismereése és ezek alkalmazásának bemuaása. rányíáselmélei módszerek alkalmazásának demonsrálása orvosdiagnoszikai és -erápiás feladaok megoldására, éleani folyamaok elemzésére. Rendszerek alapveő szabályozási folyamaainak kvaniaív leírása és vizsgálaa. rányíáselmélei idenifikációs, modellezési és szimulációs módszerek és programcsomagok megismerése.

Köveelmények Szorgalmi időszakban: nagyzárhelyi, házi felada. Vizsgaidőszakban: vizsga. A félév végi aláírás feléele a házi felada elfogadása és a nagyzárhelyi sikeres eljesíése. A nagyzárhelyi eredménye a vizsgajegybe beleszámí.

A szemeszer erveze programja Hé időpon Jelleg Hely 1-7. hé 9/8-10/20 Előadás B310 8-12. hé 10/27-11/24 Előadás + yakorla 13. hé ZH, 12/1 Előadás 14. hé Előadás 12/8 Pó-ZH 15. hé Pólási hé Pó-pó- ZH B310/ B410 TBD B310 TBD Házi Felada 8. hé HF kiadása 11. hé HF beadása 15. hé HF pó beadás pólási héen

Tárgy előadói, honlap Dr. Benyó Zolán B325 benyo@ii.bme.hu Dr. Benyó Balázs B325 bbenyo@ii.bme.hu Dr. Szilágyi Béla B422 szbela@ii.bme.hu Dr. Juhász Ferencné B311 juhaszne@ii.bme.hu Homlok József B311 homlokj@ii.bme.hu Dr. Szlávecz Ákos B311 szlavecz@ii.bme.hu Tárgy honlapja: hps://www.ii.bme.hu/egeszsegugyimernok/folyamaszab%c3%a1lyoz%c3%a1s Előadások vázlaa Segédanyagok Házi Felada kiírás Házi Felada sablon Házi felada beadása

rodalom Szilágyi B. e. al.: Folyamaszabályozás, Egyeemi jegyze, 2006-2014. Szilágyi Béla: Szabályozásechinka. Számíógépes gyakorlaok, Egyeemi jegyze, 2003. Szilágyi Béla: Szabályozásechinka. Példaár. Ellenőrző kérdések, 2003. Lanos Béla: rányíási rendszerek elmélee és ervezése., Akadémiai Kiadó, Budapes, 2001. Benyó Z. Folyamaidenifikáció és Folyamasyzimuláció, Előadásjegyze, 2006 Francis J. Doyle e al.: Conrol in Biological Sysems Joseph D. Bronzino: The Biomedical Engineering Handbook

EÉSZSÉÜY MÉRNÖK TUDOMÁNY Biomedical Engeneering

Mi jelen egészségügyi mérnöki udomány Bioengineering/ Biomedical Engeneering - BioE? Egészségügyi mérnökök a mérnöki udományok, az éleudomány és az egészségügy elláás erüleeken dolgoznak. Az egészségügyi mérnökök az alkalmazo udományok gépészmérnöki, villamosmérnöki, vegyészmérnöki és informaikai udományok ermészeudományok fizika, kémia maemaika módszerei alkalmazzák a biológiában és az orvosudományban. A biológiai szervezeek a mérnöki rendszereknél összeeebb rendszerek, azonban számos mérnöki módszer felhasználhaó biológiai srukúrák elemzésénél, diagnosziki és erápiás feladaok megoldásakor. Az önálló udomány erüle kialakulásá az 1959 ben indul Bioechnology and Bioengineering folyóira indulásához köik. Egészségügyi mérnöki udományerülehez arozó szakerüleek megkísérelik kvaniaív módon leírni és elemezni a biológiai rendszereke, felhasználva számos ovábbi udományág eredményei. Jelenős udományos szervezeek: EEE Engineering in Medicine and Biology Sociey EMB agozaa, nernaional Federaion of Medical and Biological Engineering FMBE, FAC- nernaional Federaion of Auomaic Conrol Technical Commiee 8.2 Biological and Medical Sysems Forrás: hp://www.embs.org/abou-biomedical-engineering

Bioengineering erüleén jelenős kuaók a XX.-ik században Willem Kolff 1911-2009 Holland származású orvos a meserséges szervek ayjának ekinik. Első működő művese kifejleszője, 1943-ban kezele az első beegé és 1945-ben sikerül először megmeneni beege éleé hemodialízis erápiával. Meserséges szív és üdő fejleszése, a szív és légzési funkciók fennarására szívműéek ala. Mű szív fejleszése és beüleése 1982-ben a beeg 112 napo él és halála uán Kloff gépe működö még mindig. Yuan-Cheng Fung 1919- Amerikai bioengineer a modern biomechanika ayja. Fung féle exponenciális alakválozási anyagmodell rugalmas szöveek deformálásának leírására. James J. Collins 1965- Úörő a nemlineáris dinamika alkalmazásában. A molekuláris biológiai módszereke dolgo ki meserséges génhálózaok modellezésére és erveznére, amelyből a szineikus biológia erülee fejlődö ki.

Egészségügyi mérnöki udomány Bioengineering erüleei Bioanyagok Biomechanika Orvosbiológiai eszközök Orvosi és biológiai analízis Rehabiliáció Éleani folyamaok modellezése, szimulációja és szabályozása Proeikai eszközök és meserséges szervek Orvosi informaika Orvosi képalkoás Bioechnológia Klinika echnika Elekromágneses erek biológiai haásai

Éleani folyamaok modellezése, szimulációja és szabályozása

A FOLYAMATSZABÁLYOZÁS ALAPJA

BEVEZETŐ PÉLDA

Vízszin szabályozás Befolyó víz Kifolyó víz Szelep Hogyan állísuk be a szelepe? Kézi beállíás Auomaikus állíás Vízszin mérése úszóval Vízszinől függő szelep állíás

NYÍLT ÉS ZÁRT HURKÚ SZABÁLYOZÁS

Nyíl és zár hurkú szabályozás

Nyíl és zár hurkú szabályozás Nyíl hurkú szabályozás vezérlés Szabályozó bemene számíása folyamaos állapo válozó mérése nélkül Egyszerű smernünk kell ponosan a rendszer és a körülményeke, hogy működjön Nyíl hurkú szabályozás nem használhaó ha: Nem ismerünk minden eleme, körülmény A becslésben vagy modellezésben hibá véünk Válozások kövekeznek be a rendszerben Zár hurkú szabályozás szabályozás Rendszer állapoválozóinak mérése és használaa a szabályzó bemene számíására Sokkal bonyolulabb szükség van szabályozáselmélere Folyamaosan mérünk és beavakozunk ponos Visszacsaolásos szabályozás leheővé eszi a szabályozás akkor is ha: Nem vagyunk birokában minden információnak a rendszerünkről Ha hibázunk a becslésben/modellezésben Válozások kövekeznek be a rendszerben

ÁLTALÁNOSAN HASZNÁLT JELÖLÉSRENDSZER

Szabályozási folyama működési vázlaa Szabályozó Berendezés+ beavakozó szerv Vezérel berendezés A b E b Különbség képző A b E b Anyag energia X r X a X e X s A k E k X a Alapjel Rendel -kezőjel Szabályozó berendezés Beavakozójel Beavakozó szerv X r X b X m X r = X a - X e Módosío jellemző Vezérel berendezés A k E k Anyag energia X z Érzékelő szerv X e Ellenőrző jel Érzékelő szerv X s Szabályozo jellemző

Szabályozási rendszer részei - definíciók Szerkezei vázla - Működési vázla- Haásvázla Szabályozo jellemző x s : A mennyiség vagy feléel,ami mérnek és szabályozva van. Ez a rendszer kimenee normális eseben Beavakozó jel x b : : Mennyiség vagy állapo, ami a szabályozó váloza, hogy szabályozo jellemző érékére hasson. Szabályozás a szabályozo jellemző mérésé jeleni, és a szabályzó jel alkalmazása a rendszerben a mér érékek elérésének kijavíására vagy korláozására Szakasz vagy vezérel berendezés : egy berendezés egy része, ami állha gépalkarészekből, amik együ működnek,és amiknek a célja, hogy ado művelee elvégezzen. Akármilyen fizikai árgy ami szabályozva van, mechanikai eszköz, kazán, kémiai reakor vagy egy űrhajó szakasznak nevezzük. Folyama: A Merriam Webser Szóár szerin a folyama fokozaosan folyamaos működés, ami szabályozo műveleek vagy mozdulaokból áll sziszemaikusan irányíva a rendszer egy kíván, ado eredmény vagy végkifejle felé. Rendszer: Komponensek kombinációjából áll, egymásra hanak a komponensek és egy ado objekumo alko. A rendszer nem csak fizikai lehe! Zavarás x z : A olyan jel, ami hárányosan ha a rendszer kimeneének érékére. külső- belső zavarás Szabályozás: Zavarások jelenléében megpróbálja a rendszer kimenee és a referencia bemene közö a különbségeke redukálni a különbség alapján.

Haásvázla ípusai: jelfolyamábra és blokkvagy ömbvázla

Az irányíási folyama elvi felépíése Éresülés nformáció ÉRZÉKELŐ ÍTÉLETALKOTÁS Éresülés nformáció Rendelkezés JELFORMÁLÓ MÓDOSÍTÓ Beavakozás Bemenő anyag Kimenő anyag FOLYAMAT Bemenő energia Kimenő energia

Kézi irányíás működési vázlaa ÉRZÉKSZERVEK Láás Hallás Szaglás Tapinás Ízlelés EMBER AY ondolkozás Emlékeze EMBER TEST Beszéd Mozdula Arckifejezés Éresülésszerzés Íélealkoás Beavakozás Végrehajás KÖRNYEZET

Számíógépes irányíás működési vázlaa MEMÓRA ÉRZÉKELŐ SZERVEK ÉS JELÁTALAKÍ- TÓK BEMENET EYSÉ VEZÉRLŐ EYSÉ KMENŐET EYSÉ JELÁTALAKÍ- TÁS ÉS BEAVATKOZÓ SZERVEK Éresülésszerzés ARTMETKA EYSÉ Íélealkoás Beavakozás Végrehajás RÁNYÍTOTT BERENDEZÉS

Az irányíási feladaok ípusai rányíás Vezérlés Szabályozás Kézi vezérlés Önműködő vezérlés Kézi szabályozás Önműködő szabályozás A b E b Anyag energia Érzékelő szerv Vezérlő berendezés Rendelkezőjel Beavakozójel Beavakozó szerv X r X b X m Módosío jellemző Vezérel berendezés A k E k Anyag energia X z Zavaró jelek

Hőfokarás megoldása szabályozással és vezérléssel szerkezei vázla Szabályozás Érzékelő szerv Vezérlés Érzékelő szerv Zavarkompenzáció Szabályozó berendezés Vezérlő berendezés Érzékelő szerv M M

A vezérlés ípusai T idő Beavakozó szerv A b E b Anyag energia X f feléel Beavakozó szerv Beavakozó szerv X m Vezérel berendezés X z X v vezeőjel Beavakozó szerv A k E k Anyag energia

Az irányíásechnikai feladaok feloszása rányíásechnika Szabályozás Zavarkompenzáció Vezérlés Komplex auomaizálási feladaok Érékaró szabályozás dőerv szabályozás Programvezérlés Köveővezérlés Köveő szabályozás Lefuóvezérlés dőervvezérlés

Komplex auomaizálási felada megoldása Kezelő személyze Vezérlő Berendezések Érzékelők Jelzők A b E b Folyama irányíó számíógép Alapjelszámíó, programadó Szabályozó Berendezések Beavakozó szervek rányío rendszer X z SZAMÍTÓÉP Érzékelők Jelzők A k E k rányío rendszer Adafeldolgozás Számíás Opimaliálás Szabályozás Vezérlés Mérés Jelzés Áalakíás

SZABÁLYOZÁS RENDSZEREK FEJLŐDÉSE

1. és 2. generációs irányíási rendszer vázlaa

3. generációs irányíási rendszer vázlaa

4. és 5. generációs irányíási rendszer vázlaa

6. generációs irányíási rendszer vázlaa

SZABÁLYOZÁSTECHNKA ALKALMAZÁS TERÜLETE

Szabályozásechnika alkalmazási erüleei pari szabályozások Vegyipari alkalmazások yárás-auomaizálás Beágyazo szabályozási rendszerek épek, gépjárművek, házarási berendezések, sb. Egészségügyi alkalmazások Diagnoszikai eszközök pl. képalkoó berendezések működeése Terápiás eszközök Lélegezeés, vércukor szabályozás, sb. Számíógéppel ámogao sebészei eszközök pl. da Vinci sebészei rendszer Kuaás: biológiai fiziológiai rendszerek modellezése, gyógyszerek haásmechanizmusa, sb.

SZABÁLYOZÁS BOLÓA RENDSZEREKBEN

Biológiai rendszerek szabályozása 1 bevezeés Szabályozás és rendszerek hosszú idő óa kapcsolaban vannak a biológiai rendszerekkel és bioechnológiával Mégis a szabályozás- és rendszerek udomány haása az uolsó években muakozo a biológiai rendszereken Különbségek a mérnöki és a fiziológiás szabályozórendszerek közö Fiziológiás rendszerek számos kölcsönhaásban lévő alrendszere é hálózaa van öbbszörös előre és visszacsaoló hurokkal és sok szinű kölcsönhaással. A dinamika egyedekől függően válozik és ugyanabban a külön rendszerben is az idő függvényében. Sokszor a fonos állapooka nem lehe megmérni és időnkén nem is lehe becsülni sem. Klinikai célok kvanifikálása egy másik nagy kihívás, mer nem egyszerűen lehe lefordíani maemaikai eljesímény mérőszámokra, melyek álalánosak a szabályozás elméleben. Sokszor a negaív visszacsaolásnál nem alálhaunk referenciajele, akkor hogy van negaív visszacsaolás? A negaív visszacsaolás be van épíve a szakasz karakeriszikájába. Lásd kövekező dia példa s Waler Cannon [1875-1945 ] Norber Wiener [1894-1964] A kiberneika megalapíója: az állaokban és gépekben zajló hírközlés, vezérlés és ellenőrzés udománya. Homeoszázis koncepciójának kidolgozója: Nyio rendszerekben min a esünk, az állandóság fennarásához szükség van mechanizmusokra, melyek fennarják a állandóságo. Claude Bernard [1813-1878] Mileu inerieur Homeoszázis szó ő használa először.

Egészségügyi szabályozásokkal foglalkozó folyóiraok Biomedical Signal Processing Compuer mehods and programs in biomedicine Journal of clinical monioring and compuing Conrol engineering pracice

Fiziológiás szabályzó rendszer 1 Legegyszerűbb a fiziológiás szabályzó rendszerek közé sorolhajuk az izom nyújási reflex. A érdflex, az összecsuklás megakadályozásra szolgál. 1. Paella ín hirelen megnyúlása, a feszíő izom hirelen nyúlásához veze a combban 2. zomorsók nyúlás receporok. 3. Neurológiai impulzusok, amelyek kódolják a nyújás nagyságá, afferensszállíó idegrosokon a gerincvelőig junak. 4. Moor-neuronba a gerincvelőben akiválódnak és válaszolnak egy efferens kivezeő neurális impulzussal ugyanaz a combizom irányába 5. Ez a folyama az izom összehúzódása, ami kiegyenesíi a lábszára és nem engedi összecsuklani az ember Moor neuron Szenzor neuron Nyúlás recepor Szenezor neuron sej es Reflex kalapács Paella ín yökér ideg dúc erincvelő Moor neuronok Szürke állomány Fehér állomány

Fiziológiás szabályzó rendszer analízise 2 ez és más nyújó reflex magába foglal reflexíve, mely monoszinapikus, azaz csak ké neuron és egy szinapsis vesz rész a reflexben. Más reflexeknél van legalább egy az afferens és efferens pályához csalakozó inerneuron. fonos ulajdonsága az izom-összehúzódás reflexnek, hogy jó példája a negaív visszacsaolásnak a fiziológiás szabályozó rendszerben comb izmok mos a szakaszra vagy a szabályozo rendszerre vonakoznak. A x zavarás, a kezdei nyúlás méréke Az ín megnyúlásának méréke arányos az izomorsó megnyúlásával y, lényegében úgy működik min a visszacsaolás érzékelője. Az orsók ez a mechanikai mennyisége áalakíják az afferens neurális inger növekedésévé z vissza küldve a reflex közponba a gerincvelőbe, ami a szabályzásunkér felelős ~szabályozó. A szabályozó válasza az efferens neurális ingerüle u növekedése, ami visszaha a combizomra, mely összehúzódva ellensúlyozza a kezdei nyújás. Habár ez a zár hurkú szabályozó rendszer különbözik néhány részleben a kanonikus srukúráól, összességében mégis jól ükrözi a negaív visszacsaol rendszerek működésé. A kezdei zavar koppinás indukála nyúlás szabályzó beavakozáshoz veze, ami a zavar haásá akarja redukálja.

lükóz szabályozási sraégiák 1-es ípusú diabéesz mellius kezelésére 1 1-es ípusú diabéesz eljes hasnyálmirigy béa sej elégelenséggel Kezelési módszere a szubkuán vagy inravénás injekció. nzulin kezelés nélkül a beegek meghalnának. Személyre szabo kezelés kell, hogy uánozzuk a normál fiziológiá és megelőzzük a hiper- vagy hipoglikémiás epizódoka. Egészséges szervezeben a glükóz szabályozás: 1. Függ a hormonállapoól, élekoról, nemől, sressz állapoól, egészségi állapoól és fizikai akiviás szinjéől. 2. Ékezés arányosan meghaározo inzulin szükségle. 3. Álagosan 0.5-2.0 egység/kg/nap inzulinszükségle. 4. Hasnyálmirigy ké mechanizmuson kereszül befolyásolja a vércukorszine, az 1.fázisegy hirelen bolus jellegű glukagon, a 2. fázis egy elnyújo haás inzulin. 5. Béa sej kiválaszásához ellenregulációs hormonok: adrenalin,korizol növekedési hormon.

lükóz szabályozási sraégiák 1-es ípusú diabéesz mellius kezelésére 2 Egészséges és egy 1-es ípusú diabéeszben szenvedő beeg vérglükózszinje egy napos inervallumban. 5,45 mmol/l 0,3 mmol/l szórással. 11,4 mmol/l 5,6 mmol/l szórással. Az 1-es ípusú diabéeszes emberek eseében előír kezdei adag uán a vércukor szin alapján kell beállíani a bevi inzulin méréké. Folyamaos hiper-és hipoglikémia rizikó. lükóz szin folyamaosan flukuál, opimális inzulin beviel: folyamaos vérglükóz moniorozás és folyamaos inzulin adagolás.

Köszönjük a figyelme!

NTENZÍV OSZTÁLYOKON ÁPOLT BETEEK SZOROS VÉRCUKOR SZABÁLYOZÁSA Benyó Balázs*, Homlok József*, llyés Aila**, Szabó Némedi Noémi**, eoffrey M. Shaw***, eoff Chase*** *rányíásechnika és nformaika Tanszék Budapesi Műszaki és azdaságudományi Egyeem **Közponi Aneszeziológiai és nenzív Beegelláó Oszály, Pándy Kálmán Megyei Kórház ***Deparmen of Mechanical Engineering, Universiy of Canerbury, Chrischurch, New Zealand

Probléma Szoros vércukor szabályozás A vércukorszin normoglikémiás arományban arása inzulin adagolással és a áplálás szabályozásával Vércukor mérés nzulin és ápanyag Szoros vércukor szabályozással a moraliás 25-40%-al csökkenheő.

Probléma Probléma: a szoros vércukor szabályozás megvalósíása nehéz Összee fiziológiai rendszer Egymásól lényegesen különböző, gyorsan válozó állapoú beegek Hipoglikémia hiperglikémia Kórosasan alacsony, ill. magas vércukorszin Normoglikémiás aromány: 4,4 6 8 mmol/l Különböző mérékben és időávon, de mindkeő negaív kövekezményekkel jár

A hipoglikémia kövekezményei: célszerv-károsodások Szív érineség 1 Ér-örénések 1 Csökken percérfoga, eljesímény, myocardium konrakiliás Sroke, myocardium infarcus, aku szívbeegség, kamrai arrhyhmia KR-örénések 2 Rohamok, görcsök, kóma Halál 1,2 1. Desouza CV, e al. Diabees Care 2010;336:1389-1394 2. Boyle e al. Souh Med J 2007;1002:183-194

Hipoglikémia és aku CV események - akualiások

A hipoglikémia és a venrikuláris arrihmia kapcsolaa Anne Sahn,e al., Diabees Care Volume 37, February 2014

Köveelmények Klinikai érékelés szemponjai Opimális szabályozás Alkalmazhaóság Orvosok elvárásai a szabályozással kapcsolaban: Szigorú konroll A vércukorszin sabil arományban arása Legfonosabb a bizonság Hypoglycaemia rövidebb idő ala okoz éleveszélyes állapoo, min a hyperglycaemia Magas ápanyagbeviel Alacsony ápanyagbeviel hosszabb inenzív ápolási idő eredményez Elvárások: Egyszerű működési logika Orvosilag elfogadhaó kezelési ajánlások, javaslaok nyújása Klinikai feléelek közö lehessen alkalmazni, köveelményekhez adapálni Felhasználóbará funkcionaliás és megjelenés Mérés szám csökkenése Ápolás egyszerűsíésével idő és pénz udunk megakaríani

Módszerek Fiziológiai folyama komparmen modell Q P EP MAX p. S.. 1 Q V CNS Komparmen modell a szerveze meabolikus egyensúlyá fennaró fiziológiás folyamaok leírása n u ex e 1 V Q kq k k u ex B nsulin Brain nsulin losses liver, kidneys Plasma nsulin Blood lucose Effecive insulin Pancreas lucose nsulin sensiiviy Liver Oher cells

Modell alapú megközelíés A fiziológiai rendszer működésének leírása

Modell alapú megközelíés A fiziológiai rendszer leíró maemaikai modell kidolgozása en L ex K L c b V u x V u Q n n n Q Q n Q n Q V PN CNS EP P P d Q Q S p 1 1 1, min 1.. max 2 2.

Modell alapú megközelíés en L ex K L c b V u x V u Q n n n Q Q n Q n Q V PN CNS EP P P d Q Q S p 1 1 1, min 1.. max 2 2. A modell alapján szimuláció, idenifikáció sb. felhasználásával ervezzük meg és implemenáljuk a erápiás módszer. en L ex K L c b V u x V u Q n n n Q Q n Q n Q V PN CNS EP P P d Q Q S p 1 1 1, min 1.. max 2 2.

Vércukor szine befolyásoló fiziológiai folyamaok modellezése

CN modell Endogenous lucose producion EP Cenral Nervous Sysem upake CNS nsulin-independen glucose upake p Exogenous nsulin lucose absorpion hrough gu Endogenous insulin secreion PN Plasma nsulin Blood lucose n nersiial nsulin Q Recepor binding nsulin-dependen glucose removal hrough receporbound insulin S nersiial insulin degradaion hrough recepor binding Kidney clearance Hepaic clearance

CN modell en L ex K L c b V u x V u Q n n n Q Q n Q n Q V PN CNS EP P P d Q Q S p 1 1 1, min 1.. max 2 2. nsulin-dependen glucose removal hrough receporbound insulin S Endogenous insulin secreion PN n Kidney clearance Hepaic clearance Endogenous lucose producion EP Cenral Nervous Sysem upake CNS Blood lucose Plasma nsulin nersii al nsulin Q Exogenous nsulin nersiial insulin degradaion hrough recepor binding nsulinindependen glucose upake p lucose absorpion hrough gu Recepor binding

Modell paraméerek

Módszerek Fiziológiai folyama komparmen modell Q P EP MAX p. S.. 1 Q V CNS Viruális beeg előállíása, n-silico szimulációs környeze lérehozása beeg állapo-öréneének meghaározása Különböző kezelési alernaívák beegek veszélyezeése nélkül lehe eszelni új prookoll válozao Brain n u ex e 1 V Q kq k k u ex nsulin nsulin losses Plasma liver, kidneys nsulin B Blood lucose Effecive insulin Pancreas lucose nsulin sensiiviy Liver Oher cells

Viruális beegek 1... V CNS EP P Q Q S p MAX k kq Q B u k ex e V u n ex 1

n-silico szimuláció 1... V CNS EP P Q Q S p MAX k kq Q B u k ex e V u n ex 1

Módszerek Fiziológiai folyama komparmen modell Q P EP MAX p. S.. 1 Q V CNS nzulin érzékenység válozás valószínűségi modellje Több 10.000 órányi beegada inzulin szenziiviás S válozás leíró valószínűség sűrűség függvény Brain n u ex e 1 V Q kq k k u ex nsulin nsulin losses Plasma liver, kidneys nsulin B Blood lucose Effecive insulin Pancreas lucose nsulin sensiiviy Liver Oher cells

nzulin érzékenység S /Q mu/l B mmol/l 15 10 B measuremens - simulaed Model B - simulaed 400 5 Targe band - simulaed 0 2000 10 20 30 40 50 60 Q - simulaed 70 80 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 2 x 10-3 1.8 1.6 1.4 S [L/mU.min] 3 x 10-3 2 1 nsulin sensiiviy 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Time Hours nsulin Sensiiviy N FOUR HOURS 1.2 1 0.8 0.6 nsulin U/hr 0.2 nsulin EN Dexrose 0.1 EN PN Dexrose PN nsulin Dexrose 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Time hours 0.2 0.1 0 Dex g/hr 0.4 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 nsulin Sensiiviy NOW x 10-3

nzulin érzékenység S Valószínűség sűrűség függvény előállíása Tengelyek: S jelenlegi érése S éréke egy ado idő 1,2,3 óra múlva

Valószínűség sűrűség függvény használaa Perceniles of fuure insulin sensiiviy 95 h S 1.8 1.6 1.4 2 x 10-3 50 h nsulin Sensiiviy N FOUR HOURS 1.2 1 0.8 0.6 5 h S A probabiliy disribuion of fuure S can hen be derived for any curren S 0.4 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 nsulin Sensiiviy NOW nsulin Sensiiviy S NOW x 10-3

nzulin érzékenység jövőbeni érékének jóslása Perceniles of fuure insulin sensiiviy 95 h S nsulin and Nuriion 50 h 5 h S

Vércukor szin jövőbeni érékének jóslása inzulin érzékenység alapján Perceniles of fuure insulin sensiiviy 95 h S nsulin and Nuriion Perceniles of fuure Blood glucose concenraions 95 h B 50 h 5 h S 5 h B

BLOOD LUCOSE nzulin adagolás megválaszása A hipoglikémiás vércukorszin esélyének meghaározása és annak a kezelésnek a kiválaszása, amely ez bizosíja amelle, hogy maximalizálja annak valószínűségé, hogy a várhaóan kialakuló vércukorszin a célarományba essen 95 h B Targe Band 5 h B Time now Time of nex B TME

STAR prookoll STAR: Sochasic Targeed Conrol Előnyök: Beegenkén állíhaó célaromány Kockázaok közvelen kezelése Számíógépes alkalmazás ablere Egyszerű, felhasználóbará kezelői felüle

A nővér beállíja a javasol érékeke a pumpákon Beeg kezelése Mér beeg paraméerek Nurse-in-he-loop ípusú rendszer. nenzív erápiában álalánosan használ eszközökkel és álalános célú számíásechnikai eszközzel megvalósíhaó. Dönésámogaó rendszer en L ex K L c b V u x V u Q n n n Q Q n Q n Q V PN CNS EP P P d Q Q S p 1 1 1, min 1.. max 2 2. Közvelenül nem mérheő beegparaméerek meghaározása a dönésámogaáshoz nzulin szenziiviás S STAR:Visszacsaol szabályozás

Time Prookoll működése 5 h, 25 h, 50 h median, 75 h, 95 h percenile bounds for S variaion based on curren value nsulin sensiiviy Blood glucose now 95 h 75 h 50 h 25 h 5 h now +1-3hr 5 h 25 h 50 h 75 h 95 h Valószínűségi modell az S becslésére Sochasic model shows he bounds 5 h 95 h percenile for insulin sensiiviy variaion over nex 1-3 hours from he iniially idenified level Paien response forecas can be recalculaed for For a given feed+insulin differen reamens inevenion an oupu B disribuion can be forecas using he model B [mg/dl] 6.5 4.4 nsulin sensiiviy Blood glucose now 95 h 75 h 50 h 25 h S haárérékek + ismer inzulin beviel now +1-3hr Jósol VC érékek: A beeg várhaó reakciója! 5 h 25 h 50 h 75 h 95 h + Rendszer modell =... eraive 5 h process arges his B forecas o he range we wan: = opimal reamen found! Sochasic model shows he bounds 5 h 95 h percenile for insulin sensiiviy variaion over nex 1-3 hours from he iniially idenified level For a given feed+insulin inevenion an oupu B disribuion can be forecas using he model

Time Prookoll működése 5 h, 25 h, 50 h median, 75 h, 95 h percenile bounds for S variaion based on curren value nsulin sensiiviy Blood glucose now 95 h 75 h 50 h 25 h 5 h now +1-3hr 5 h 25 h 50 h 75 h 95 h Szochaszikus modell az S becslésére Sochasic model shows he bounds 5 h 95 h percenile for insulin sensiiviy variaion over nex 1-3 hours from he iniially idenified level A jósol beeg válasz ki udjuk számolni For a különböző given feed+insulin kezelési opciókhoz inevenion an oupu B disribuion can be forecas using he model B [mg/dl] 6.5 4.4 nsulin sensiiviy Blood glucose now 95 h 75 h 50 h 25 h S haárérékek + ismer inzulin beviel now +1-3hr Jósol VC érékek: A beeg várhaó reakciója! Lépésenkéni közelíéssel beállíjuk a 5VC h szine a célarományba : 5 h 25 h 50 h 75 h 95 h + Rendszer modell =... = megaláluk az opimális kezelés! Sochasic model shows he bounds 5 h 95 h percenile for insulin sensiiviy variaion over nex 1-3 hours from he iniially idenified level For a given feed+insulin inevenion an oupu B disribuion can be forecas using he model

Eredmények STAR Chch STAR yula Workload # VC mérések száma ápolási óra/beegszám: 11979 20287/343 4169 8217/71 Álagos mérési gyakoriság óra: 1,69 1,97 Conrol performance VC median [QR] mmol/l: 7,01 [6,08 8,47] 6,62 [5,91 7,51] % VC célarományban* 67% 79% % VC > 10 mmol/l 11,5% 5,11% Safey % VC < 4.0 mmol/l 0.65% 1.04% % VC < 2.2 mmol/l 0,005% 0.01 # beeg < 2.2 mmol/l 1/1 3/3 1/1 3/4 Clinical inervenions Median insulin [QR] U/óra: 2,0 [1-3] 2,7 [1,7-4,3] *4,4-8mmol/L Median szénhidrá [QR] g/óra: 5,2 [3,5 6,6] 7,1 [5,7 8,8]

Vércukor szinek eloszlása CDF a ké kórházban

HATÉKONY?

BZTONSÁOS?

Összefoglalás STAR Bizonyíoan sikeres prookoll szoros vércukor szabályozásra Beegmodell alapú anácsadó rendszer, mely rugalmasan állíhaó a beeg állapoához Bizonságos kockázaok udaos kezelése A szabály alapú heuriszikus opimum keresés javíhaó Alkalmazhaó különböző beegpopulációkon, elérő körülmények közö Rendszeres használaban: Új-Zéland, Magyarország, Validáció beegek bevonásával: Belgium

Köszönöm a figyelme! Kapcsola: bbenyo@ii.bme.hu