DE2720482A1 - Vorrichtung zum steuern des blutzuckergehaltes bei einem patienten - Google Patents

Vorrichtung zum steuern des blutzuckergehaltes bei einem patienten

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DE2720482A1
DE2720482A1 DE19772720482 DE2720482A DE2720482A1 DE 2720482 A1 DE2720482 A1 DE 2720482A1 DE 19772720482 DE19772720482 DE 19772720482 DE 2720482 A DE2720482 A DE 2720482A DE 2720482 A1 DE2720482 A1 DE 2720482A1
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
    • A61M5/172—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic
    • A61M5/1723—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic using feedback of body parameters, e.g. blood-sugar, pressure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement

Description

IJR. ING. F. WITHSTHOFF
DH. K.V. PKCHMANN UH. INIi. ü. BKlIIiENS DIPL·. IN«. U. GOKTZ
PATENTANWÄLTE SOOO ilÜNCHEN
!■::iiw.:iot:Hs'niA.s.SK a TKLRPnN (OSS) eesu.11 ΤΚΙ,κχ S 24 070
272U4Ö2
T K I, K (J H Λ Μ Μ Ε : PHOTKCTI'ATENT MÜNCHEN
1A-49
Anmeldung
Anmelder:
Miles Laboratories, Inc. Elkhart, Indiana 46514, USA
Titel:
Vorrichtung zum Steuern des Blutzuckergehaltes bei einem Patienten
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UR. INO. F. WTUESTHOFF DH. K. ν. PECHM ANN IJK. IN«. D. BEHRENS UIPL. IN«. H. GOETZ PATENTAN Wi I.Tt
8 MÜrCHKN OO
S''HW1'I(1EHSTHASSS 2
TELEFON (089> ββ 20 TELEX S 24 070
TELKOHAMME :
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Beschreibung
Vorrichtung zum Steuern des Blutzuckergehaltes bei einem Patienten
Bei Personen, die an Diabetes mellitus leiden, ist die Funktion der Körperzellen, welche Insulin erzeugen, in verschieden starkem Maße gestört. Insulin ist für den richtigen Glukose - oder Zuckerstoffwechsel im Blut notwendig.
Die bisherige Behandlung eines diabetischen Zustandes bestand darin, in regelmäßigen Zeitabständen Insulin zu injizieren und eine Diätführung anzustreben, bei der das injizierte Insulin die Kohlehydrataufnahme meistern konnte. Dies war ziemlich unbefriedigend, da die Insulininjektionen im allgemeinen zeitlich nicht so gegeben wurden, daß sie mit der Kohlehydrataufnahme zusammenfielen. Es kam so zu Situationen, in denen die vorhandene Insulinmenge entweder die zur Beeinflussung des speziellen Blutzuckerspiegels zu einem gegebenen Zeitpunkt notwendige Insulinmenge überschritt oder nicht erreichte. Eine derartige Situation ist besonders schwerwiegend, wenn sich der Diabetiker in einem Streßzustand befindet, beispielsweise während eines chirurgischen Eingriffs oder einer Geburt.
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Piir die Analyse der Blutzuckerkonzentration und für die Infusion von Insulin oder Glukose aufgrund solcher Analysen mit dem Ziel, den Blutzucker besser auf gewünschte Bereiche herabzusetzen, sind verschiedene Systeme und Vorrichtungen vorgeschlagen worden. Ein bedeutender Portschritt auf diesem Gebiet wird in Diabetes, Bd. 23, Nr. 5, S. 389-404 (1974) beschrieben. Dort wird eine Vorrichtung beschrieben, die mit einem Rechner versehen ist, der zum Infudieren von Insulin oder Glukose aufgrund analytisch gewonnener Blutzuckerwerte eine Infusionspumpe betätigt. Der Rechner leitet die Ausgangssignale für die Betätigung der Pumpe von Algorithmen ab, die auf hyperbolischen Tangensfunktionen basieren. Wenngleich diese herkömmliche Rechnersteuerung viele Vorteile hatte, wies sie doch den deutlichen Nachteil auf, daß das Ansprechverhalten eine adäquate Steuerung nicht immer in zufriedenstellender Weise bewirkte. Auch bot die Vorrichtung nur eine beschränkte Flexibilität bei der Auswahl von speziellen Betriebsbedingungen für bestimmte Einzelpersonen, deren Blutzuckerkonzentrationen mittels der Vorrichtung gesteuert wurden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur besseren Steuerung der Blutzuckerkonzentration zu schaffen, die auch einen höheren Grad an Flexibilität bei der Auswahl von speziellen Betriebsbedingungen aufweist.
Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung zum Steuern der Glukosekonzentration im Blutstrom eines Patienten durch gesteuerte Infusion von Insulin und/oder Glukose an den Patienten in Abhängigkeit von der Glukosekonzentration dieses Blutstromes gelöst, die erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Bestimmen serieller Werte der Blutzuckerkonzentration und zum Erzeugen von diesen seriellen Werten entsprechenden Rechnereingangssignalen aufweist, einen Rechner, der so angeschlossen ist, daß er die genannten seriellen Eingangssignal empfängt, und so programmiert ist, daß er Ausgangssignale auf der Basis von seriellen Eingangssignalen abgibt, und eine Pumpe, die auf die
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genannten Ausgangssignale anspricht, um dem Patienten Insulin und/oder Glukose mit einer durch die genannten Ausgangssignale bestimmten Rate zu verabreichen, wobei der Rechner in der Lage ist, Ausgangssignale von solchen seriellen Eingangssignalen gemäß Gleichungen abzuleiten, die aus der Gruppe mit quadratischen und biquadratischen Gleichungen gewählt sind und als Elemente davon unabhängig gewählte Werte der Grundblutzuckerkonzentrationen und Insulin- und Glukoseinfusions-Grundraten bei diesen Grundblutzuckerkonzentrationen einschließen.
Vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung nach der Erfindung, die bei Behandlung eines Patienten gezeichnet ist,
Fig. 2 eine Betriebskennlinienschar für die Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die Insulininfusion über der Blutzuckerkonzentration für mehrere Grundglukosekonzentrationen aufgetragen ist,
Fig. 3 eine Betriebskennlinienschar für die Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die Insulininfusion über der Blutzuckerkonzentration für mehrere Insulininfusions-Grundraten aufgetragen ist,
Fig. 4 eine Betriebskennlinienschar für die Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die Insulininfusion über der Blutzuckerkonzentration für mehrere Werte von QI aufgetragen ist,
Fig. 5 eine Kurvenschar, die Beziehungen im Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung auf der Basis der Rate der Veränderung der Blutzuckerkonzentration zeigt,
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Pig. 6 eine Betriebskennlinienschar für die Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die Glukoseinfusion über der Blutzuckerkonzentration für mehrere Grundglukosekonzentrationen aufgetragen ist,
Fig. 7 eine Betriebskennlinienschar für die Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die Glukoseinfusion über der Blutzuckerkonzentration für mehrere Glukoseinfusions-Grundraten aufgetragen ist, und
Fig. 8 eine Betriebskennlinienschar für die Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die Glukoseinfusion über der Blutzuckerkonzentration für meliere Werte von QD aufgetragen ist.
Gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 1 weist die Vorrichtung 10 nach der Erfindung einen Sensor oder Meßwertgeber 11, einen Rechner 12 und eine Pumpe 13 als Bauteile auf. Der Meßwertgeber 11 vermag Rechnereingangssignale zu erzeugen, die dem Rechner 12 über eine Leitung 14 übermittelt werden. Der Rechner 12 vermag Ausgangssignale zu erzeugen, die der Pumpe 13 über eine Leitung 15 übermittelt werden. Im Betrieb der Vorrichtung 10 werden Blutproben einem Patienten 16 entnommen und dem Meßwertgeber 11 über eine Leitung 17 zugeleitet. Die Pumpe 13 ist an einen Vorratsbehälter 18 für Insulin oder Glukose über eine Leitung 19 und an den Patienten 16 über eine Leitung 20 angeschlossen. Der Meßwertgeber 11 bestimmt die Blutzuckerkonzentrationen der dem Patienten 16 entnommenen Blutproben in zweckmäßigen Intervallen, beispielsweise einmal pro Minute, und übermittelt derartige, diese Blutzuckerkonzentrationen anzeigende serielle Signale dem Rechner 12. Die Ausgangssignale aus dem Rechner 12 stehen in direkter Beziehung mit den vom Meßwertgeber 11 gemessenen seriellen Blutzuckerkonzentrationen und bilden Befehle für die Pumpe 13» entsprechende Mengen von Insulin oder Glukose zu liefern, um die Blutzuckerkonzentration in den gewünschten Bereich zu bringen.
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Die speziellen, neuen Merkmale der Erfindung stehen im Zusammenhang mit den Algorithmen oder Gleichungen, die der Rechner 12 zum Ableiten der richtigen Ausgangssignale auf der Basis der vom Meßwertgeber 11 erzeugten Eingangssignale anwendet, sowie mit der Betriebsflexibilität dieses Rechners 12.
Auf den Blutzuckerspiegel gerichtete Versuche mit Diabeteskranken haben bestätigt, daß eine verbesserte Steuerung der Blutzuckerkonzentration erreicht werden kann, wenn man den Rechner gemäß bestimmten quadratischen und biquadratisehen Gleichungen arbeiten läßt.
Die Vorrichtung nach der Erfindung vermag in mehreren Betriebsarten nach Wahl des Benutzers zu arbeiten. In einer ersten Betriebsart wird das Insulin einem Patienten mit einer Rate infudiert, die sowohl von der speziellen Glukosekonzentration im Blut als auch von der Rate der Veränderung der Blutzuckerkonzentration abhängig ist. In einer zweiten Betriebsart wird das Insulin mit einer Rate infudiert, die nur von der speziellen Glukosekonzentration im Blut abhängig ist. Bei einer dritten Betriebsart erfolgt die Insulininfusion mit einer Rate, die nur von der Rate der Veränderung der Blutzuckerkonzentration abhängig ist. Zur Überwindung einer Hypoglykämie, einem Zustand mit unerwünscht niedriger Blutzuckerkonzentration, bietet die Vorrichtung auch die Möglichkeit zu einer Glukoseinfusion mit einer Rate, die nur von der speziellen Blutzuckerkonzentration abhängt, wann immer die Blutzuckerkonzeriration unter einem vorbestimmten Wert liegt. Die letztgenannte Maßnahme ti.rd als Notmaßnahme betrachtet, die hauptsächlich dann anzuwenden ist, wenn sich der Patient zu Anfang in einem Hypoglykämie-Zustand befindet. Das Arbeiten in den drei zuerst genannten Betriebsarten verhindert normalerweise das Eintreten eines solchen Zustandesals Ergebnis der Infusion einer Überschußmenge von Insulin. Diese Maßnahme könnt im Bedarfsfall auch angewandt werden, wenn der Benutzer beabsichtigt, einen Zustand der "GlukoBeklemmung" ("glucose clamping")
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beizubehalten, in dem der Glukosespiegel auf einem anomal hohen Niveau gehalten wird.
In der oben an erster Stelle genannten Betriebsart ist der Rechner 12 in der Lage, Ausgangssignale von seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
IR = RI (G + GD - BI +1)4 QI
abzuleiten, worin
IR = die errechnete Insulininfusionsrate, BI = die Grundglukosekonzentration, RI = die angestrebte Insulininfusions-Grundrate bei BI,
G = der gemessene vorherige serielle Blutzuckerwert und BI, RI und QI im voraus gewählte Werte sind. Steigt die Blutzuckerkonzentration an, dann ist
GD = KfjA2 + 6A ,
worin A die mittlere Veränderung der Blutzuckerkonzentration über mehrere vorherige serielle Werte und KR ein im voraus gewählter Wert ist. Sinkt die Blutzuckerkonzentration ab,
dann ist 0
GD = KpA* + 6A ,
worin A die gleiche Bedeutung hat wie oben und Kp ein im voraus gewählter Wert ist, der von KR verschieden und kleiner als dieser ist, wobei in der oben angegebenen Gleichung das genannte GD von G abgezogen wird, wenn die Blutzuckerkonzentration absinkt.
In der obenstehenden Gleichung sind IR und RI in Millieinheiten Insulin je Minute der Infusion angegeben, BI, QI, G, GD und A in mg# Glukose. Dies kann auch in Milligramm je Deziliter (mg/dl) angegeben werden. BI stellt eine gewählte Grundblutzuckerkonzentration dar, die bei einem normalen Patienten in Ruhe bestehen würde. RI stellt die Insulininfusions-Grundrate dar, für die normalerweise der Körper des normalen Patienten unter solchen Bedingungen sorgt. Wird die Vorrichtung nach der Erfindung beispielsweise für einen 70 kg
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schweren Menschen eingesetzt, dann ist RI in den meisten Fällen etwa 9 bis 12 Millieinheiten Insulin je Minute und BI etwa 80 mgf» Glukose. Ein üblicher Wert für QI ist etwa 85 mgfo Glukose. KR liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 60 und 200 und beträgt meistens etwa 125. K™ liegt im allgemeinen zwischen 0 und 100 und ist meistens etwa 25. Die Werte für RI, BI, QI, KR und K™ werden vom Benutzer abhängig vom betreffenden Patienten und unter Berücksichtigung früherer Erfahrung gewählt.
Bei der oben genannten zweiten Betriebsart ist der Rechner 12 in der Lage, Ausgangssignale aus seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
IR = RI (G-BI +1)4 QI
abzuleiten, worin IR, RI, G, BI und QI die Bedeutung haben wie oben angegeben.
Bei der oben genannten dritten Betriebsart ist der Rechner 12 in der Lage, Ausgangssignale von seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
IR = RI (G + GD - BI +1)4 - RI (G - BI +1)4 QI ΊΠ
abzuleiten, worin IR, RI, G, GD, BI und QI die Bedeutung haben wie oben angegeben.
Wird die Vorrichtung 10 zu einer Glukoseinfusion benutzt, ist der Rechner 12 in der Lage, Ausgangsägnale von seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
DR = RD (BD - G +1)4
abzuleiten, worin
DR = die errechnete Glukoseinfusionsrate, BD = die Grundglukosekonzentration, RD = die angestrebte Glukoseinfusions-Grundrate bei BD,
G = der gemessene vorherige serielle Blutzuckerwert und RD, BD und QD im voraus gewählte Werte sind.
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i 2721K82
In der obenstehenden Gleichung sind DR und RD in Milligramm je Minute der Glukoseinfusion angegeben, BD, QD und G in mgfo Glukose. BD stellt eine gewählte Grundblutzuckerkonzentration dar, RD eine normale Glukoseinfusionsrate, die notwendig ist, um diese Grundkonzentration zu erreichen. Wenn die Vorrichtung 10 nach der Erfindung für einen beispielsweise 70 kg schweren Menschen eingesetzt wird, ist RD etwa 9 bis 11 Milligramm Glukose je Minute und BD etwa 70 mg$ Glukose. Ein übliches QD ist ungefähr 20 mgf» Glukose.
Es wurde festgestellt, daß zur Vermeidung jeglichen unerwünschten "Überschwingens" angestrebter Blutzuckerkonzentrationen durch zu starke Insulin- oder Glukoseinfusion bei den Infusionsraten für Insulin und Glukose kontrollierte Maximalwerte eingehalten werden sollten. Als geeignete maximale Infusionsraten haben sich für Insulin etwa 600 Millieinheiten je Minute und für Glukose etwa 200 Milligramm je Minute herausgestellt.
Typische Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Beziehungen zwischen rechnerermittelten Insulininfusionsraten (IR) und gemessenen seriellen Blutzuckerkonzentrationen (G) für die zweite Betriebsart sind in Pig. 2 dargestellt. RI und QI werden auf üblichen Werten von 10 Millieinheiten je Minute bzw. 85 mg$ konstant gehalten. BI ist für drei übliche Werte von 60, 80 und 100 mg$ angegeben. Das errechnete IR wird dann an der entsprechenden Kurve 20 abgelesen, entsprechend dem gemessenen Blutzuckerwert (G) und dem zugehörigen, vom Benutzer gewählten BI. Vergleichbare Kurven können auch für verschiedene Werte von BI festgelegt werden. Die Kurven sind nur bis zu einer maximalen Insulininfusionsrate von 600 Millieinheiten je Minute aufgetragen.
Typische Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Beziehungen zwischen rechnerermittelten Insulininfusionsraten (IR) und gemessenen seriellen Blutzuckerkonzentrationen (G) für die zweite Betriebsart sind in Fig. 3 dargestellt. BI und QI werden auf üblichen Werten von 80 bzw. 85 mg$ konstant
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gehalten. RI ist für vier übliche Werte von 5, 10, 20 und 40 Millieinheiten Insulin je Minute angegeben. Das errechnete IR wird dann an der zugehörigen Kurve 21 abgelesen, entsprechend dem gemessenen Blutzuckerwert (G) und dem zugehörigen, vom Benutzer gewählten RI. Vergleichbare Kurven können auch für verschiedene Werte von RI festgelegt werden.
Typische Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Beziehungen zwischen rechnerermittelten Insulininfusionsraten (IR) und gemessenen seriellen Blutzuckerkonzerirationen (G) für die zweite Betriebsart sind in Pig. 4 dargestellt. BI und RI werden auf üblichen Werten von 80 mg$ bzw. 10 Millieinheiten je Minute konstant gehalten. QI ist für drei übliche Werte von 50, 85 und 120 mg# angegeben. Das errechnete IR wird dann an der zugehörigen Kurve 22 abgelesen, entsprechend dem gemessenen Blutzuckerwert (G) und dem zugehörigen, vom Benutzer gewählten QI. Vergleichbare Kurven können auch für verschiedene Werte von QI festgelegt werden.
Typische Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Beziehungen zwischen in den entsprechenden Gleichungen zu verwendenden rechnerermittelten Werten für GD und der Rate der Veränderung A der Blutzuckerkonzentration für die erste und dritte Betriebsart sind in Fig. 5 dargestellt. Die Auswirkung von Veränderungen von K sind durch die verschiedenen Kurven 23 angegeben. Bei ansteigender Blutzuckerkonzentration bezieht sich K auf KR, bei absinkender Blutzuckerkonzentration auf Kp. Vergleichbare Kurven können auch für verschiedene Werte von K festgelegt werden.
Im Betrieb der Vorrichtung 10 in den verschiedenen Betriebsarten für Insulininfusion müssen die Teile der Gleichungen, die sich auf G-BI +1 und G + GD - BI +1 beziehen, Werte
QI QT
größer als Null haben. Wenn einer dieser Teile Werte kleiner als Null hat, stoppt der Rechner 12 jede Insulininfusion.
Pur den Pail, daß die gemessenen seriellen Blutzuckerkonzentrationen unter etwa 70 mg# absinken, ist es zweckmäßig,
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Glukose zu infudieren, um die Blutzuckerkonzentration auf einen Wert innerhalb des gewünschten physiologischen Bereiches zu bringen. In diesem Falle schaltet der Rechner automatisch auf die oben beschriebene Betriebsart für Glukose infusion um. Eine Glukoseinfusion gemäß dieser Betriebsart kann auch zu jedem Zeitpunkt nach Belieben des Benutzers unabhängig von der speziellen Blutzuckerkonzentration durchgeführt werden. Typische Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Beziehungen zwischen rechnerermittelten Glukoseinfusionsraten (DR) und gemessenen seriellen Blutzuckerkonzentrationen (G) sind in Fig. 6 dargestellt. QD und RD werden auf üblichen Werten von 35 mg$ bzw. 10 mg/min konstant gehalten. BD ist für drei übliche Werte von 60, 80 und 100 angegeben. Das errechnete DR wird dann an der zugehörigen Kurve 24 abgelesen, entsprechend dem gemessenen Blutzuckerwert (G) und dem vom Benutzer gewählten zugehörigen BD. Vergleichbare Kurven können auch für verschiedene Werte von BD festgelegt werden. Die Kurven sind nur bis zu einer maximalen Glukoseinfusionsrate von 200 Milligramm je Minute aufgetragen.
Typische Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Beziehungen zwischen rechnerermittelten Glukoseinfusionsraten (DR) und gemessenen seriellen Blutzuckerkonzentrationen (G) sind in Fig. 7 dargestellt. BD und QD werden auf üblichen Werten von 80 bzw. 35 mg$ konstant gehalten. RD ist für vier übliche Werte von 5, 10, 20 und 40 mg/min angegeben. Das errechnete DR wird dann an der entsprechenden Kurve 25 abgelesen, entsprechend dem gemessenen Blutzuckerwert (G) und dem vom Benutzer gewählten zugehörigen RD. Vergleichbare Kurven können auch für verschiedene Werte von RD festgelegt werden.
Typische Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Beziehungen zwischen rechnerermittelten Glukoseinfusionsraten (DR) und gemessenen seriellen Blutzuckerkonzentrationen (G) sind in Fig. 8 dargestellt. BD und RD werden auf üblichen Werten von
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80 mg?b bzw. 10 mg/min konstant gehalten. QD ist für drei übliche Werte von 20, 35 und 50 mg% angegeben. Das errechnete DR wird dann an der zugehörigen Kurve 26 abgelesen, entsprechend dem gemessenen Blutzuckerwert (G) und dem vom Benutzer gewählten zugehörigen QD. Vergleichbare Kurven können auch für verschiedene Werte von QD festgelegt werden.
Wenn Glukose infudiert wird, muß der Gleichtungsteil, der sich auf BD-G +1 bezieht, einen Wert größer als Null haben.
QD
Wenn dieser Wert kleiner als Null ist, stoppt der Rechner
jede Glukoseinfusion.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Vorrichtung 10 nach der Erfindung dem Benutzer beträchtliche Flexibilität nicht nur hinsichtlich der Wahl der gewünschten speziellen Betriebsart sondern auch hinsichtlich der Wahl gewünschter Kontrollwerte in der Rechneroperationsgleichung für die gewählte Betriebsart bietet. Im Bedarfsfall ist es möglich, die Vorrichtung 10 gemäß getrennten, verschiedenen Betriebsarten sowohl Insulin als auch Glukose gleichzeitig infudieren zu lassen, wenn dies notwendig ist, um richtige Steuerung bzw. Einstellung der Blutzuckerkonzentration des Patienten beizubehalten. Der Benutzer kann somit die Vorrichtung 10 so programmieren, daß weitestgehende Anpassung an den physiologischen Zustand eines bestimmten Patienten erreicht wird und die Blutzuckerkonzentration dieses Patienten in wirkungsvollster Weise auf ein vorbestimmtes Niveau eingestellt wird.
Die Vorrichtung 10 nach der Erfindung wurde für mehrere Diabeteskranke eingesetzt und hat deren Blutzuckerkonzentrationen sowohl unter Belastung als auch ohne Belastung und bei verschiedenen Diäten erfolgreich auf gewünschten Niveaus gehalten. Der erreichte Grad der Steuerung war besser, als mit herkömmlichen Geräten erzielt wurde.
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In der in Pig. 1 dargestellten Vorrichtung 10 kann zum Messen der Blutzuckerkonzentration in den dem Patienten entnommenen Blutproben jeder beliebige Sensor oder Meßwertgeber 11 verwendet sein. In ähnlicher Weise kann zum Verabreichen von Insulin oder Glukose an den Patienten durch Infusion, abhängig von Signalen aus dem Rechner 12, jede beliebige Pumpe eingesetzt sein. Die Einzelheiten der Ausbildung, Anordnung, Arbeitsweise u.dgl. des Meßwertgebers 11, des Rechners 12 oder der Pumpe 13 bilden nicht Teil der Erfindung. Es versteht sich, daß aus Zweckmäßigkeitsgründen für die Infusion von Insulin und für die Infusion von Glukose getrennte Pumpen vorgesehen sind.
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Claims (9)

  1. ANSPRUCHE
    Vorrichtung zum Steuern der Glukosekonzentration
    im Blutstrom eines Patienten durch gesteuerte Infusion von Insulin und/oder Glukose an den Patienten in Abhängigkeit von der Glukosekonzentration dieses Blutstromes, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (Meßwertgeber 11) zum Bestimmen serieller Werte der Blutzuckerkonzentration und zum Erzeugen von diesen seriellen Werten entsprechenden Rechnereingangssignalen, einen Rechner (12), der so angeschlossen ist, daß er die genannten seriellen Eingangssignale empfängt, und so programmiert ist, daß er Ausgangssignale auf der Basis von seriellen Eingangssignalen abgibt, und durch eine Pumpe (13)» die auf die genannten Ausgangssignale anspricht, um dem Patienten (16) Insulin und/oder Glukose mit einer durch die genannten Ausgangssignale bestimmten Rate zu verabreichen, wobei der Rechner (12) in der Lage ist, Ausgangssignale von solchen seriellen Eingangssignalen gemäß Gleichungen abzuleiten, die aus der Gruppe mit quadratischen und biquadratisehen Gleichungen gewählt sind und als Elemente davon unabhängig gewählte Werte der Grundblutzuckerkonzentrationen und Insulin- und Glukoseinfusions-Grundraten bei diesen Grundblutzuckerkonzentrationen einschließen.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie Insulininfusionen in Abhängigkeit sowohl von der speziellen Glukosekonzentration im genannten Blutstrom als auch von der Rate der Veränderung der genannten Blutzuckerkonzentration verabreicht, und daß der Rechner (12) in der Lage ist, Ausgangssignale von solchen seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
    /2
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    IE= RI (G + GD - BI +1)4 2/2U48/
    Ql
    abzuleiten, worin
    IR = die errechnete Insulininfusionsrate, BI = die Grundglukosekonzentration, RI = die angestrebte Insulininfusions-Grundrate bei BI,
    G = der gemessene vorherige serielle Blutzuckerwert und BI, RI und QI im voraus gewählte Werte sind, und in der bei ansteigender Blutzuckerkonzentration
    GD = KRA2 + 6A ,
    "VT
    worin A die mittlere Veränderung der Blutzuckerkonzentration über mehrere vorherige serielle Werte und KR ein im voraus gewählter Wert ist, und in der bei absinkender Blutzuckerkonzentration
    GD = KpA2 + 6A ,
    "TTT
    worin A die gleiche Bedeutung hat wie oben und K^1 ein im voraus gewählter Wert ist, der von KR verschieden und kleiner als dieser ist, wobei in der oben angegebenen Gleichung das genannte GD von G abgezogen wird, wenn die Blutzuckerkonzentration absinkt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie Insulininfusionen in Abhängigkeit von der speziellen Glukosekonzentration im genannten Blutstrom verabreicht, und daß der Rechner (12) in der Lage ist, Ausgangssignale von solchen seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
    IR = RI (G - BI +1)4
    abzuleiten, worin
    IR = die errechnete Insulininfusionsrate, BI = die Grundglukosekonzentration, RI as die angestrebte Insulininfusions-Grundrate bei BI,
    G = der gemessene vorherige serielle Blutzuckerwert und BI, RI und QI im voraus gewählte Werte sind.
    709846/1102
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß sie Insulininfusionen in Abhängigkeit von der Rate der Veränderung der Blutzuckerkonzentration verabreicht, und daß der Rechner (12) in der Lage ist, Ausgangssignale von solchen seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
    IR = RI (fl + GD - BI + 1)4 - RI (G-BI +1)4 51 QI
    abzuleiten, worin
    IR = die errechnete Insulininfusionsrate, BI = die Grundglukosekonzentration, RI = die angestrebte Insulininfusions-Grundrate bei BI,
    G = der gemessene vorherige serielle Blutzuckerwert und BI, RI und QI im voraus gewählte Werte sind, und in der bei ansteigender Blutzuckerkonzentration
    GD = KRA2 + 6A ,
    "TTT
    worin A die mittlere Veränderung der Blutzuckerkonzentration über mehrere vorherige serielle Werte und Kn ein im voraus
    ti
    gewählter Wert ist, und in der bei absinkender Blutzuckerkonzentration
    GD = KpA2 + 6A ,
    worin A die gleiche Bedeutung hat wie oben und Kp ein im voraus gewählter Wert ist, der von Kn verschieden und kleiner als dieser ist, wobei in der oben angegebenen Gleichung das genannte GD von G abgezogen wird, wenn die Blutzuckerkonzentration absinkt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie Glukoseinfusionen in Abhängigkeit von der speziellen Glukosekonzentration im genannten Blutstrom verabreicht, und daß der Rechner (12) in der Lage ist, Ausgangssignale von solchen seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
    DR = RD (BD- G +1)4
    /4 709845/1102
    - 4 - £9 278
    272U482
    abzuleiten, worin
    DR = die errechnete Glukoseinfusionsrate, BD = die Grundglukosekonzentration, RD = die angestrebte Glukoseinfusions-Grundrate bei BD,
    G = der gemessene vorherige serielle Blutzuckerwert und BD, RD und QD im voraus gewählte Werte sind.
  6. 6. Vorrichtung zum Steuern der Glukosekonzentration im Blutstrom eines Patienten durch gesteuerte Insulingabe an den Patienten in Abhängigkeit sowohl von der speziellen Glukosekonzentration im genannten Blutstrom als auch von der Rate der Veränderung der genannten Blutzuckerkonzentration, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (Meßwertgeber 11) zum Bestimmen serieller Werte der Blutzuckerkonzentration und zum Erzeugen von diesen seriellen Werten entsprechenden Rechnereingangssignalen, einen Rechner (12), der so angeschlossen ist, daß er die genannten seriellen Eingangssignale empfängt, und so programmiert ist, daß er Ausgangssignale auf der Basis der genannten seriellen Eingangssignale abgibt, und durch eine Pumpe (13)» die auf die genannten Ausgangssignale anspricht, um dem Patienten (16) Insulin mit einer durch die genannten Ausgangssignale bestimmten Rate zu verabreichen, wobei der Rechner (12) in der Lage ist, Ausgangssignale von seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
    IR = RI (G + GD - BI +1)4
    abzuleiten, worin
    IR = die errechnete Insulininfusionsrate, BI = die Grundglukosekonzentration, RI = die angestrebte Insulininfusions-Grundrate bei BI,
    G = der gemessene vorherige serielle Blutzuckerwert und BI, RI und QI im voraus gewählte Werte sind, und in der bei ansteigender Blutzuckerkonzentration
    GD = K11A2 + 6A ,
    worin A die mittlere Veränderung der Blutzuckerkonzentration
    /5 7Q9845/1102
    - «Γ- 49 278
    5 /72Ü482
    über mehrere vorherige serielle Werte und KR ein im voraus gewählter Wert ist, und in der bei absinkender Blutzuckerkonzentration
    GD = KpA2 + 6A ,
    worin A die gleiche Bedeutung hat wie oben und K-, ein im voraus gewählter Wert ist, der von KR verschieden und kleiner als dieser ist, wobei in der oben angegebenen Gleichung das genannte GD von G abgezogen wird, wenn die Blutzuckerkonzentration absinkt.
  7. 7. Vorrichtung zum Steuern der Glukosekonzentration im Blutstrom eines Patienten durch gesteuerte Insulingabe an den Patienten in Abhängigkeit von der speziellen Glukosekonzentration im genannten Blutstrom, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (Meßwertgeber 11) zum Bestimmen serieller Werte der Blutzuckerkonzentration und zum Erzeugen von diesen seriellen Werten entsprechenden Rechnereingangssignalen, einen Rechner (12), der so angeschlossen ist, daß er die genannten seriellen Eingangssignale empfängt, und so programmiert ist, daß er Ausgangssignale auf der Basis der genannten seriellen Eingangssignale abgibt, und durch eine Pumpe (13)» die auf die genannten Ausgangs signale anspricht, um dem Patienten (16) Insulin mit einer durch die genannten Ausgangssignale bestimmten Rate zu verabreichen, wobei der Rechner (12) in der Lage ist, Ausgangssignale von seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
    IR = RI (G - BI +1)4
    51
    abzuleiten, worin
    IR = die errechnete Insulininfusionsrate, BI = die Grundglukosekonzentration, RI = die angestrebte Insulininfusions-Grundrate bei BI,
    G = der gemessene vorherige Glukosewert und BI, RI und QI im voraus gewählte Werte sind.
    /6 709845/1102
  8. 8. Vorrichtung zum Steuern der Glukosekonzentration im Blutstrom eines Patienten durch gesteuerte Insulingabe an den Patienten in Abhängigkeit von der Rate der Veränderung der Glukosekonzentration im genannten Blutstrom, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (Meßwertgeber 11) zum Bestimmen serieller Werte der Blutzuckerkonzentration und zum Erzeugen von diesen seriellen Werten entsprechenden Rechnereingangssignalen, einen Rechner (12), der so angeschlossen ist, daß er die genannten seriellen Eingangssignale empfängt, und so programmiert ist, daß er Ausgangssignale auf der Basis der genannten seriellen Eingangssignale abgibt, und durch eine Pumpe (13), die auf die genannten Ausgangssignale anspricht, um dem Patienten (16) Insulin mit einer durch die genannten Ausgangssignale bestimmten Rate zu verabreichen, wobei der Rechner (12) in der Lage ist, Ausgangssignale von seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
    IR = RI (G + GD - BI +1)4 - RI (G - BI +1)4
    abzuleiten, worin
    IR = die errechnete Insulininfusionsrate, BI = die Grundglukosekonzentration, RI as die angestrebte Insulininfusions-Grundrate bei BI, G = der gemessene vorherige Glukosewert
    und BI, RI und QI im voraus gewählte Werte sind, und in der bei ansteigender Blutzuckerkonzentration GD = KRA2 + 6A ,
    worin A die mittlere Veränderung der Blutzuckerkonzentration über mehrere vorherige serielle Werte und K^ ein im voraus gewählter Wert ist, und in der bei absinkender Blutzuckerkonzentration
    GD = KpA2 + 6A ,
    worin A die gleiche Bedeutung hat wie oben und Kp ein im voraus gewählter Wert ist, der von Kß verschieden und kleiner
    /7 709845/1102
    - / - 49 278
    7 2720A82
    als dieser ist, wobei in der oben angegebenen Gleichung das genannte GD von G abgezogen wird, wenn die Blutzuckerkonzentration absinkt.
  9. 9. Vorrichtung zum Steuern der Glukosekonzentration im Blutstrom eines Patienten durch gesteuerte Glukosegabe an den Patienten in Abhängigkeit von der speziellen Glukosekonzentration im genannten Blutstrom, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (Meßwertgeber 11) zum Bestimmen serieller Werte der Blutzuckerkonzentration und zum Erzeugen von diesen seriellen Werten entsprechenden Rechnereingangssignalen, einen Rechner (12), der so angeschlossen ist, daß er die genannten seriellen Eingangssignale empfängt, und so programmiert ist, daß er Ausgangssignale auf der Basis der genannten seriellen Eingangssignale abgibt, und durch eine Pumpe (13)» die auf die genannten Ausgangssignale anspricht, um dem Patienten Glukose mit einer durch die genannten Ausgangssignale bestimmten Rate zu verabreichen, wobei der Rechner (12) in der Lage ist, Ausgangssignale von seriellen Eingangssignalen gemäß einer Gleichung von der Form
    DR = RD (BD-G +1)4
    QD
    abzuleiten, worin
    DR = die errechnete Glukoseinfusionsrate, BD = die Grundglukosekonzentration, RD = die angestrebte Glukoseinfusions-Grundrate bei BD,
    G = der gemessene vorherige Glukosewert und BD, RD und QD im voraus gewählte Werte sind.
    709845/1102
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