Implémentation d’un pancréas artificiel

La plupart des travaux proposés de la mise en œuvre de ce modèle sont effectués sous Matlab / Simulink ou logiciel java [72]. C'est souvent en raison de la complexité de l'utilisation du microcontrôleur et l'énorme quantité de temps nécessaire pour mettre en œuvre ces méthodes lors de l'incorporation des contraintes. L’objectif supplémentaire est de vérifier si la dose calculée est autorisée à être administrée. Les différents membres de la famille de microcontrôleurs 8051 conviennent à une vaste gamme de projets [73]. Dans cette partie, nous avons choisi de travailler avec un microcontrôleur 8051 afin de simuler notre système. Nous avons également simulé ce modèle en utilisant le programme Keil. Nous avons programmé le contrôleur en créant un programme C embarqué qui agissent comme pancréas artificiel. Son rôle principal était de réguler le niveau de sucre dans le sang par injection d'insuline (figure 19).

Patient

Capteur

Contrôleur

Actionneur

Quantité d’insuline Commande de contrôle Mise à jour de

l’actionneur Signal état

Fig. 19: Représentation en boucle fermée

Après que le capteur lit le niveau de glucose et envoie le résultat au contrôleur, ce dernier calcule la dose nécessaire pour maintenir un niveau existant dans les limites de glycémie entre 70 mg/dl et 110 mg/dl.

Le système mesure automatiquement le niveau de glucose dans le corps du patient. Les lectures consécutives, provenant du capteur intégré, sont comparées afin de fournir de l'insuline en cas de besoin. L'insuline est uniquement livrée dans les circonstances où il semble que le niveau de glucose est susceptible d'aller à l'extérieur de cette plage. La dose

proposée comme le glucagon, devient actif lorsque le niveau de glucose est inférieur à 60 mg/dl.

La configuration de la simulation est illustrée à la figure 20. Les entrées pour le patient virtuel sont le glucose et l'insuline, alors que la sortie U (t) est la concentration de glucose dans le sang.

Un algorithme de prédiction parallèle a été utilisé pour calculer les futures valeurs de concentration de glucose dans le plasma envoyées au contrôleur. Les valeurs mesurées ou estimées du glucose dans le sang à partir du simulateur ont été utilisées par le contrôleur pour déterminer les doses d'insuline ou de glucagon à être administrée au patient virtuel.

Fig. 20: Simulation boucle fermée

Le pancréas artificiel microcontrôleur (APM) choisit automatiquement la bonne dose à injecter en fonction du niveau de glucose en s'appuyant sur les règles de niveau de l'algorithme de contrôle de la glycémie. L’APM teste plusieurs fois le niveau de glucose dans le jour et se base sur son algorithme pour décider d'injecter ou non. Dans le cas d’injection, il calcule la dose nécessaire pour être injectée. Le tableau ci-dessous (tableau 2) décrit la règle de base qui a été principalement prise en compte pour construire notre algorithme de contrôle.

Règle# Description

1 Faible niveau de sucre

2 Taux de sucre moyen

3 Haut niveau de sucre

4 Augmentation du niveau de sucre 5 Taux de sucre stable

6 Taux de sucre en chute

7 Taux de croissance est en baisse 8 Taux de croissance augmente 9 Taux de décroissance augmentant

10 Taux de décroissance diminuant 11 Administrer la dose calculée

12 Gestionnaire de dose quotidienne maximale

Tableau 2: Principales règles de l'algorithme de contrôle

La définition des règles de base pour la qualité du service, avec la capacité du système de répondre à des critères de décision médicaux. Cette qualité de service doit respecter les valeurs dans le tableau 3 ci-dessous.

Paramètres Valeur Description

SafeMin 70 _{Niveau minimum de sécurité de la glycémie} SafeMax 110 _{Niveau de sécurité maximale de la glycémie} MaxDailyDose 25 _{La dose maximale de l'insuline dans 24 h} MaxSingleDose 5 _{La dose maximale en une seule injection}

MinDose 1 ^{La dose minimum pour maintenir une} tendance actuelle de la glycémie

MaxDose 4 ^{La dose maximum pour maintenir une} tendance existante de sucre dans le sang Tableau 3: Les paramètres spécifiques

Les résultats sont présentés dans le graphique ci-dessous (figure 21.a) avec le même scénario pour le repas comme dans le premier modèle. Les résultats sont bien sûre pires que le cas précédent à la décision humaine. Nous pouvons voir que, après le petit déjeuner et le dîner, le glucose dans le sang est trop élevé (cf. tableau III.1). En effet, l'injection humaine a été décidée une heure avant le repas, l’APM ne peut détecter un changement de PV seulement après le repas, ce qui veut dire après le niveau de glucose est levé.

Notre objectif n'était pas de développer un pancréas artificiel idéal qui aura probablement d'anticiper le repas afin de réguler la glycémie dans le bon intervalle. Dans ce travail, le dispositif de commande n'a été utilisé que dans le but de tester les performances de tous les composants du système.

Figure 21: Avec ou sans injection d'insuline

Nous pouvons voir dans la figure 21.b ce qui se passera sans APM, la glycémie atteint une valeur très élevée après le déjeuner et le dîner. Afin de formuler si le testeur est efficace, nous avons changé quelques paramètres dans le système. Si un problème se produit au niveau d'actionnement, ceux-ci produit une addition d'une ou deux unités ou plus dans la quantité de la dose injectée. Un autre cas est considéré, en cas de problème au niveau du capteur, le niveau de glucose mesuré est élevé, par exemple 10% ou 20% (Figure 22). Ceux-ci montrent comment le changement de la dose d'insuline injectée ou avoir un problème dans un niveau de matériel ou de logiciel peuvent affecter le système. Ces résultats permettent de tester le système, faire un bon changement de performance et de tester la réponse du système dans des nombreux cas.

Figure 22: Simulations des résultats: (a) une unité injecté (b) deux unités injectées (c) + 10% sur le taux de glucose (d) + 20% sur le niveau de glucose