Beny

1
INTENZÍV OSZTÁLYOKON ÁPOLT BETEGEK SZOROS
VÉRCUKOR SZABÁLYOZÁSA
Benyó Balázs, Homlok József, Illyés Attila,
Szabó Némedi Noémi, Geoffrey M. Shaw, Geoff
Chase Irányítástechnika és Informatika
Tanszék Budapesti Muszaki és Gazdaságtudományi
Egyetem Központi Aneszteziológiai és Intenzív
Betegellátó Osztály, Pándy Kálmán Megyei
Kórház Department of Mechanical
Engineering, University of Canterbury,
Christchurch, New Zealand
2
Tartalom

• Probléma
• Szoros vércukor szabályozás
• Kihívások és követelmények
• Módszerek
• Modell alapú megközelítés
• Kompartment modell a metabolikus rendszer
  leírására
• STAR protokoll muködés
• Lehetséges módosítások
• Eredmények
• Összehasonlító elemzés
• További kutatási lehetoségek

3
Probléma

• Szoros vércukor szabályozás
• A vércukorszint normoglikémiás tartományban
  tartásainzulin adagolással és a táplálás
  szabályozásával

Szoros vércukor szabályozással a mortalitás
25-40-al csökkentheto.
4
Probléma

• Probléma a szoros vércukor szabályozás
  megvalósítása nehéz
• Összetett fiziológiai rendszer
• Egymástól lényegesen különbözo, gyorsan változó
  állapotú betegek
• Hipoglikémia hiperglikémia
• Kórosasan alacsony, ill. magas vércukorszint
• Normoglikémiás tartomány
• 4,4 6 (8) mmol/l
• Különbözo mértékben és idotávon, de mindketto
  negatív következményekkel jár

5
A hipoglikémia következményei célszervkárosodások
KIR-történések2
Szív érintettség1
Ér-történések1

• Stroke, myocardium infarctus, akut szívbetegség,
  kamrai arrhythmia

• Csökkent perctérfogat, teljesítmény, myocardium
  kontraktilitás

• Rohamok, görcsök, kóma

Halál1,2

1. Desouza CV, et al. Diabetes Care
   201033(6)1389-1394
2. Boyle et al. South Med J 2007100(2)183-194

6
A hipoglikémia lehetséges hatásai a CV eseményekre
GYULLADÁS
?CRP, ?IL6, ?VEGF
Hipoglikémia
? Neutrophil aktiváció
VÉRALVADÁSI ZAVAROK
ENDOTHELIÁLIS DISZFUNKCIÓ
? Thrombocytaaktiváció
? Factor VII
? Vazodilatáció
SZIMPATIKUS-ADRENÁLIS VÁLASZ
Ritmuszavarok
Hemodinamikai változások

• Adrenalin
• Kontraktilitás

• Szív terhelés
• ? Oxigén felhasználás

Desouza et al. Diabetes Care 201033138994
7
A hipoglikémia kardiológiai és patofiziológiai
háttere
Amy L. Clark, Conor J. Best, and Simon J. Fisher
Diabetes Volume 63, May 2014
8
Hipoglikémia és akut CV események - aktualitások
9
A hipoglikémia és a ventrikuláris arrithmia
kapcsolata
Annett Stahn,et al., Diabetes Care Volume 37,
February 2014
10
Követelmények
Klinikai értékelés szempontjai
Alkalmazhatóság
Optimális szabályozás

• Elvárások
• Egyszeru muködési logika
• Orvosilag elfogadható kezelési ajánlások,
  javaslatok nyújtása
• Klinikai feltételek között lehessen alkalmazni,
  követelményekhez adaptálni
• Felhasználóbarát funkcionalitás és megjelenés

• Orvosok elvárásai a szabályozással kapcsolatban

11
Modell alapú megközelítés
A fiziológiai rendszer muködésének leírása
12
Modell alapú megközelítés
A fiziológiai rendszert leíró matematikai modell
kidolgozása
13
Modell alapú megközelítés
A modell alapján szimuláció, identifikáció stb.
felhasználásával tervezzük meg és implementáljuk
a terápiás módszert.
14
STAR protokoll

• STAR
• Stochastic Targeted Control
• Elonyök
• Betegenként állítható céltartomány
• Kockázatok közvetlen kezelése
• Számítógépes alkalmazás tabletre
• Egyszeru, felhasználóbarát kezeloi felület

15
Módszerek modellezés

• Kompartment modell
• a szervezet metabolikus egyensúlyát fenntartó
  fiziológiás folyamatok leírása
• In-silico szimulációs környezet
• beteg állapot-történetének meghatározása
• Különbözo kezelési alternatívák
• betegek veszélyeztetése nélkül lehet tesztelni új
  protokoll változatot
• Több 10.000 órányi betegadat
• inzulin szenzitivitás (SI) változást leíró
  valószínuség suruség függvény

Fiziológiai folyamat kompartment modell
16
STARVisszacsatolt szabályozás
Döntéstámogató rendszer
Mért beteg paraméterek
Közvetlenül nem mérheto betegparaméterek
meghatározása a döntéstámogatáshoz Inzulin
szenzitivitás (SI)
A novér beállítja a javasolt értékeket a
pumpákon
Beteg kezelése
Nurse-in-the-loop típusú rendszer. Intenzív
terápiában általánosan használt eszközökkel és
általános célú számítástechnikai eszközzel
megvalósítható.
17
Protokoll muködése
Sztochasztikus modell az SI becslésére
SI (határ)értékek ismert inzulin bevitel
Rendszer modell ...
Jósolt VC értékek A beteg várható reakciója!
Iterative process targets this BG forecast to the
range we want optimal treatment found!
Patient response forecast can be recalculated for
different treatments
18
Protokoll muködése
Sztochasztikus modell az SI becslésére
SI (határ)értékek ismert inzulin bevitel
Rendszer modell ...
Jósolt VC értékek A beteg várható reakciója!
Lépésenkénti közelítéssel beállít-juk a VC
szintet a céltartományba megtaláltuk az
optimális kezelést!
A jósolt beteg választ ki tudjuk számolni
különbözo kezelési opciókhoz
19
Virtuális betegek
20
In-silico szimuláció
21
Eredmények
STAR Chch STAR Gyula SPRINT Chch SPRINT Gyula
Workload
VC mérések száma 1,486 2,703 26,646 1,088
Mérés/nap 13.5 12.8 16.1 16.4
Control performance
VC median IQR (mmol/L) 6.1 5.7 6.8 6.43 5.7 7.4 5.6 5.0 6.4 6.30 5.5 7.5
VC céltartományban 89.4 86.8 86.0 76.4
VC gt 10 mmol/L 2.48 6.37 2.0 2.8
Safety
VC lt 4.0 mmol/L 1.54 1.73 2.89 1.90
VC lt 2.2 mmol/L 0.0 0.04 0.04 0
beteg lt 2.2 mmol/L 0 1 (érkezéskor hypo) 8 (4) 0
Clinical interventions
Median insulin (U/hr) 3 2.6 3.0 3.0
Median glucose (g/hr) 4.9 7.3 4.1 7.4
4-8mmol/L
22
Eredmények
STAR Chch STAR Gyula
Workload
VC mérések száma 1531 1304
Mérés/nap 15.26 13.0
Control performance
VC median IQR (mmol/L) 7.01 6.07 8.58 6.50 5.8 7.7
VC céltartományban 65.74 76.0
VC gt 10 mmol/L 11.50 7.25
Safety
VC lt 4.0 mmol/L 0.58 1.20
VC lt 2.2 mmol/L 0.0 0.04
beteg lt 2.2 mmol/L 0 1 (érkezéskor hypo)
Clinical interventions
Median insulin (U/hr) 2 2.5
Median glucose (g/hr) 4.1 7.2
4,4-8mmol/L
23
Vércukor szintek eloszlása (CDF) a két kórházban
24
Táplálás összehasonlítása (CDF) elso két nap
25
Táplálás összehasonlítása (CDF) harmadik naptól
26
Vércukor értékek összehasonlítása idoszakonként
27
Eredmények
28
STAR értékelése in-silico szimulációval
Jobb Pontosabb szabályozás
A javulás legfontosabb területe a SPRINT
önmaga világelso volt
29
Klinikai eredmények
371 patients 40,101 hours
10 patients 1,458 hours
371 patients 39,841 hours
30
Eredmények vércukor eloszlás függvény
31
Eredmények vércukor eloszlás függvény
32
Eredmények
33
Eredmények outlier-ek nélkül
34
Összefoglalás

• STAR
• Bizonyítottan sikeres protokoll szoros vércukor
  szabályozásra
• Betegmodell alapú tanácsadó rendszer, mely
  rugalmasan állítható a beteg állapotához
• Biztonságos kockázatok tudatos kezelése
• A szabály alapú heurisztikus optimum keresés
  javítható
• Alkalmazható különbözo betegpopulációkon, eltéro
  körülmények között
• Rendszeres használatban Új-Zéland, Magyarország,
  
• Validáció betegek bevonásával Belgium

35
Folytatás

• Betegcsoport specifikus modell kidolgozása
• PLoS ONE 8(2) e57119.
• Táplálási protokollok finomítása
• STAR hypothermiás betegek kezelése során
• STAR alkalmazása újszülöttek kezelése során
• STAR alkalmazása hasnyálmirigy gyulladásos
  betegeknél
• STAR májátültetés alatti alkalmazása

36
Köszönöm a figyelmet!Kapcsolat
bbenyo_at_iit.bme.hu