Il controllore PID applicato alla terapia del diabete di tipo 1

La terapia del diabete diventerà un giorno un processo automatizzato che permetterà una vita più agevole a tutti i pazienti che ne soffrono. In questa tesi verrà verificata la validità dell’utilizzo di un controllore PID (proporzionale-integrativo-derivativo) nella terapia del diabete di Tipo 1. Viene innanzitutto discusso il funzionamento del meccanismo biologico di regolazione della concentrazione di glucosio nel sangue; si tratta quindi di mostrare il funzionamento biologico dell’ insulina. Si discute poi della patologia del diabete, delle sue forme, delle conseguenze sulla salute del paziente e delle metodologie di trattamento. Segue poi un commento alla ricerca condotta da Steil e dai suoi collaboratori in “Feasibility of Automating Insulin Delivery for the treatment of Type 1 Diabetes”, ovvero un trial clinico dove si testò l’efficacia di una pompa insulinica automatizzata mediante controllore PID e sensore di glucosio sottocutaneo su pazienti diabetici di Tipo 1 e si confrontarono i risultati ottenuti con quelli raggiunti tramite terapia tradizionale e con valori ricavati da uno studio condotto su un gruppo di pazienti nondiabetici. La tesi prosegue discutendo brevemente il concetto di controllo applicato al diabete di Tipo 1, elencando i differenti trattamenti a seconda della tipologia di feedback utilizzato nel processo. Viene poi descritta la cosiddetta terapia standard per i soggetti diabetici, con particolare attenzione alle azioni che devono essere condotte dal paziente e dal medico curante in modo da mantenere il soggetto in stato di salute. Vengono anche introdotti alcuni parametri fondamentali quali Correction Ratio (CR), Correction Factor (CF ) e BGtarget . Si passa poi alla descrizione dell’implementazione del controllore PID all’interno di Simulink e alla sua successiva integrazione con il simulatore di paziente diabetico approvato dalla FDA. Successivamente vengono presentati i risultati del tuning del PID per ciascuno dei dieci soggetti in esame, riportando i grafici del BG, dell’azione delle singole componenti del controllore e del flusso di insulina fornito dalla pompa. In una tabella vengono riportati quattro valori di notevole interesse che permettono di valutare la qualità del controllo ottenuto, ovvero [BG]max, concentrazione massima di glucosio nel sangue raggiunta nel corso della simulazione, [BG]min, concentrazione minima di glucosio nel sangue raggiunta nel corso della simulazione, [BG]t=20min, concentrazione di glucosio nel sangue raggiunta a fine simulazione e ∆thg, intervallo di tempo passato in iperglicemia. Al termine della presentazione tutti i dati ottenuti vengono analizzati e commentati. Viene poi aperta una discussione sui criteri che permettono di ottenere i valori ottimali per ciascun paziente e come questi possano poi effettivamente essere considerati validi anche per pazienti reali basandosi su un metodo di regressione statistica, ovvero ricavando una legge f che permetta di trovare un coefficiente ottimo a partire dai parametri specifici del paziente, quali CF , CR, DIR e basal insulin. Le conclusioni della ricerca mostrano come il controllore PID permetta di raggiungere il target di BG prefissato e di evitare efficacemente l’ipoglicemia, mentre il picco iperglicemico postprandiale, sebbene ridotto sia in ampiezza che in durata, non viene mantenuto nel range euglicemico, anche a causa del target elevato scelto per la simulazione. La seguente tesi dimostra che il controllo automatico della glicemia è fattibile e più efficace della terapia standard e che il simulatore offre risultati non dissimili dai trial su pazienti reali. Tuttavia, sono presenti ancora delle difficoltà che obbligano il paziente a dover compiere delle azioni giornaliere per mantenersi in salute.