Ar*ficial Pancreas an update Rela*onship between HbA1c; - - PDF document
4/30/15 Ar*ficial Pancreas an update Rela*onship between HbA1c; risk of progression of re*nopathy; and risk of severe hypoglycemia in TID Dotted
DCCT research group Diabetes 46: 271 (1997)
Dotted lines = 95% CI
POWERLESSNESS: ¡“no ¡ma'er ¡how ¡hard ¡I ¡try ¡with ¡my ¡diabetes, ¡it ¡will ¡never ¡be ¡ good ¡enough” ¡ ¡ HYPOGLYCEMIA ¡DISTRESS: ¡“I ¡can’t ¡ever ¡be ¡safe ¡from ¡the ¡possibility ¡of ¡a ¡severe ¡ low” ¡ ¡ NEGATIVE ¡SOCIAL ¡PERCEPTIONS: ¡“I ¡have ¡to ¡hide ¡my ¡diabetes ¡from ¡other ¡ people.” ¡ ¡ PHYSICIAN ¡DISTRESS: ¡“I ¡don’t ¡get ¡the ¡help ¡I ¡really ¡need ¡from ¡my ¡diabetes ¡ doctors”. ¡ ¡ FRIEND/FAMILY ¡DISTRESS: ¡too ¡much ¡focus ¡on ¡diabetes ¡amongst ¡loved ¡ones: ¡ “my ¡family ¡and ¡friends ¡make ¡a ¡bigger ¡deal ¡out ¡of ¡diabetes ¡than ¡they ¡should” ¡ ¡ MANAGEMENT ¡DISTRESS: ¡disappointment ¡with ¡one’s ¡own ¡self-‑care ¡efforts; ¡ e.g., ¡“I ¡don’t ¡give ¡my ¡diabetes ¡as ¡much ¡a'en?on ¡as ¡I ¡probably ¡should” ¡ ¡ EATING ¡DISTRESS: ¡“thoughts ¡about ¡food ¡and ¡ea?ng ¡control ¡my ¡life” ¡ ¡
¡ ¡ The ¡goal ¡of ¡beta ¡cell ¡replacement ¡therapy ¡and ¡ar*ficial ¡pancreas ¡is ¡ ¡ to ¡make ¡glucose ¡monitoring ¡and ¡insulin ¡delivery ¡automa*c; ¡reduce ¡ hypoglycemic ¡events; ¡reduce ¡the ¡burden ¡of ¡care ¡for ¡people ¡ ¡with ¡diabetes ¡
Glucose control in a type 1 patient
UCSF islet transplant team
TECHNICAL ¡ISSUES ¡
¡ ¡
CGM ¡use ¡in ¡adults ¡with ¡T1D ¡improves ¡HbA1c ¡(injec*ons ¡or ¡pumps) ¡ 4 ¡ 4.5 ¡ 5 ¡ 5.5 ¡ 6 ¡ 6.5 ¡ 7 ¡ 7.5 ¡ 8 ¡ 8.5 ¡ 9 ¡ > ¡25 ¡yrs ¡ 15 ¡to ¡24 ¡ 8 ¡ ¡to ¡14 ¡ pre ¡CGM ¡ Post ¡CGM ¡ JDRF ¡CGM ¡study ¡group ¡N ¡Engl ¡J ¡Med ¡359: ¡1464 ¡(2008) ¡
P<0.001 ¡
CGM ¡ ¡ glucose ¡ Reference ¡glucose ¡
Clarke ¡error ¡grid ¡analysis ¡for ¡one ¡of ¡the ¡current ¡genera*on ¡of ¡sensors ¡
75% ¡of ¡sensor ¡data ¡are ¡within ¡20% ¡of ¡reference ¡glucose ¡(Zone ¡A) ¡ 20% ¡of ¡sensor ¡data ¡are ¡outside ¡the ¡20% ¡ ¡range ¡but ¡would ¡not ¡lead ¡to ¡inappropriate ¡ ¡Rx ¡(Zone ¡B) ¡ 4% ¡of ¡sensor ¡data ¡indicate ¡clinically ¡important ¡ ¡with ¡failure ¡to ¡detect ¡hypoglycemia ¡or ¡ hyperglycemia ¡ ¡(zone ¡D) ¡
Luijf ¡et ¡al. ¡Diab. ¡Tech. ¡Therap. ¡15: ¡721 ¡(2013) ¡ ¡
Fachinnem ¡et ¡al ¡J ¡Diab ¡Sci ¡Tech ¡7: ¡1308 ¡(2013) ¡ Sensor ¡ ¡ data ¡
Denoising ¡module ¡-‑ ¡ aQenuate ¡random ¡ noise ¡ Enhancement ¡module ¡-‑ ¡account ¡ ¡for ¡ differences ¡between ¡ref. ¡BG ¡levels ¡& ¡ CGM ¡ ¡data ¡
Enhanced ¡CGM ¡ ¡ data ¡ Fachinnem ¡et ¡al ¡J ¡Diab ¡Sci ¡Tech ¡7: ¡1308 ¡(2013) ¡
¡ ¡
Set ¡point ¡ error ¡ PID ¡
¡ ¡
Insulin ¡on ¡board ¡ calcula*on ¡ [SC ¡to ¡plasma ¡insulin ¡ PK ¡model] ¡
+ ¡ _ ¡
pa*ent ¡ Sensor ¡ glucose ¡
Cascade ¡controller ¡
insulin ¡
glucose ¡ + ¡
Propor*onal ¡–integral-‑deriva*ve ¡control ¡
MPC ¡ Controller ¡
pa*ent ¡ Glucose ¡ setpoint ¡
¡model ¡
disturbance ¡ glucose ¡
+ ¡ insulin ¡ _ ¡ + ¡
Controller ¡chooses ¡a ¡sequence ¡of ¡insulin ¡doses ¡that ¡is ¡predicted ¡to ¡bring ¡glucose ¡ to ¡target ¡range ¡ Recompute ¡aser ¡5 ¡to ¡15 ¡minutes ¡and ¡update ¡op*mal ¡sequence ¡of ¡insulin ¡doses ¡
Del ¡Favero ¡et ¡al ¡in ¡Technol. ¡Adv ¡Treatment ¡Type ¡1 ¡Diabetes ¡24; ¡166 ¡(2015) ¡
Example: ¡TID ¡pa*ent ¡– ¡40 ¡g ¡CHO ¡meal; ¡6 ¡units ¡bolus ¡at ¡*me ¡0. ¡At ¡180 ¡minutes ¡ controller ¡takes ¡over ¡and ¡adjusts ¡insulin ¡dosing ¡to ¡bring ¡glucose ¡back ¡to ¡target ¡
between ¡plasma ¡and ¡sensor ¡glucose. ¡ Hovorka ¡et ¡al ¡ ¡Physiol ¡Meas ¡25: ¡905 ¡(2004) ¡
¡ Fuzzy ¡logic ¡modelling ¡incorporates ¡use ¡of ¡human ¡“expert” ¡knowledge ¡in ¡control ¡of ¡ system ¡without ¡detailed ¡knowledge ¡of ¡underlying ¡dynamics ¡of ¡a ¡system ¡ Describe ¡glucose ¡in ¡terms ¡of ¡ranges ¡ ¡: ¡very ¡low, ¡low, ¡normal, ¡normal ¡ high, ¡high, ¡very ¡high ¡ ¡ Describe ¡rate ¡of ¡changes ¡of ¡glucose ¡levels ¡in ¡terms ¡of ¡ranges: ¡steep ¡ descent, ¡descent, ¡stable, ¡ascent, ¡steep ¡ascent ¡ ¡ Describe ¡how ¡much ¡insulin ¡to ¡give: ¡ ¡basal ¡adjustment ¡or ¡bolus ¡ ¡ ¡ Es*ma*on ¡of ¡insulin ¡on ¡board ¡ ¡ Recognize ¡that ¡a ¡par*cular ¡change ¡in ¡glucose ¡reflects ¡– ¡a ¡meal ¡or ¡ unplanned ¡exercise ¡(disturbance) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡
Subcutaneous ¡ *ssue ¡
Mol/l ¡ Diffusion ¡ Capillary ¡ membrane ¡ 10-‑3 ¡ 10-‑4 ¡ 10-‑5 ¡ 10-‑8 ¡
Adapted ¡from ¡Brange ¡et ¡al. ¡1990 ¡ Data ¡from ¡Howey ¡ ¡DC, ¡et ¡al. ¡Diabetes. ¡ 1994;43:396-‑402. ¡
Time ¡ ¡(hours) ¡
600 ¡ 500 ¡ 400 ¡ 300 ¡ 200 ¡ 100 ¡ 0 ¡
Insulin ¡lispro ¡10 ¡U ¡ Regular ¡Insulin ¡10 ¡U ¡ ¡
0 ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ 11 ¡ 12 ¡
Glucose ¡ Infusion ¡ Rate ¡(mg/ min) ¡
30 ¡
Artificial pancreas - fully automated versus with meal announcement
Weinzimer SA et al. Diabetes Care Feb 5, 2008
Modeling ¡use ¡of ¡inhaled ¡insulin ¡to ¡control ¡post ¡meal ¡glucose ¡rise ¡– ¡ fully ¡automated ¡vs ¡meal ¡announcement ¡with ¡SC ¡or ¡inhaled ¡insulin ¡ Lee ¡et ¡al. ¡Jdiab ¡Sci ¡Tech ¡7:215 ¡(2013) ¡
No ¡announcement ¡
Announcement ¡(SC ¡bolus) ¡ Announcement ¡(inhaled ¡insulin) ¡
10 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 4 0 8 0 12 0 16 0 6 0 12 0 18 0 2 4 0 4 0 8 0 12 0 16 0
Glucose ¡ Insulin ¡ Glucagon ¡ Minutes ¡
CHO ¡meal ¡
Diabetes ¡ Controls ¡ Effect ¡of ¡pramlin*de ¡(30 ¡mcg) ¡on ¡post ¡meal ¡glucose ¡excursions ¡using ¡a ¡closed ¡loop ¡ ¡ system ¡in ¡T1D ¡(effect ¡on ¡gastric ¡emptying ¡and ¡presumably ¡glucagon ¡excursions) ¡
Weinzimer ¡et ¡al. ¡Diab ¡Care ¡35: ¡1994 ¡(2012) ¡
Glucagon ¡response ¡to ¡hypoglycemia ¡declines ¡with ¡longer ¡dura*on ¡of ¡DM ¡
Lorenzi et al. West J Med: 141: 467 (1984)
Closed ¡loop ¡using ¡insulin ¡and ¡glucagon ¡ El-‑kha*b ¡et ¡al. ¡Sciencetransla*onalmedicine.org ¡2010 ¡
Other ¡sensors ¡
ac*vity ¡
pulse ¡rate ¡
¡
technology ¡and ¡signal ¡processing ¡sosware ¡ ¡
glucose ¡measurements ¡and ¡insulin ¡absorp*on ¡and ¡ac*on ¡ ¡
control ¡glucose ¡levels ¡with ¡lower ¡risk ¡of ¡hypoglycemia ¡ ¡
to ¡control ¡postmeal ¡glucose ¡excursions ¡
Ar*ficial ¡pancreas ¡could ¡be ¡'holy ¡grail' ¡for ¡Type ¡1 ¡diabe*cs ¡ By ¡Saundra ¡Young, ¡CNN ¡Medical ¡Senior ¡Producer ¡November ¡26, ¡2011 ¡ Clinical ¡trials ¡– ¡closed ¡loop ¡
Minimed ¡Enlite ¡: ¡Preven*on ¡of ¡hypoglycemia ¡using ¡low ¡glucose ¡ ¡ insulin ¡suspend ¡func*on ¡
Prevention of hypoglycemia using low glucose insulin suspend function
Adapted from: Danne et al. Diab Tech & Therap. Vol 13, 2011
Choudhary P et al. Diab Care 2011;34:2023-2025
T1D with more nocturnal hypoglycemia at run-in had lower median duration of nocturnal hypoglycemia (sensor glucose < 40mg/dl) with LGS on (grey bars) than LGS off (black bars)
Overnight Closed-Loop Insulin Delivery in Young People With Type 1 Diabetes: A Free-Living, Randomized Clinical Trial,
Hovorka et al. Diabetes Care 2014;37:1204–1211 ¡
16 ¡type ¡1 ¡pa*ents ¡ages ¡12 ¡to ¡18 ¡on ¡insulin ¡pumps ¡ ¡ MPC ¡controller ¡on ¡laptop ¡– ¡linked ¡by ¡cable ¡to ¡sensor ¡receiver ¡which ¡controlled ¡ pump ¡insulin ¡levels ¡wirelessly ¡ ¡ Calibra*on ¡check ¡before ¡evening ¡meal ¡and ¡before ¡star*ng ¡close ¡loop ¡at ¡night ¡ ¡ If ¡sensor ¡fails ¡– ¡pa*ent’s ¡usual ¡insulin ¡pump ¡semng ¡come ¡into ¡play ¡within ¡30 ¡to ¡60 ¡ minutes ¡ ¡ There ¡are ¡limits ¡on ¡maximum ¡insulin ¡infusion ¡rate ¡and ¡delivery ¡is ¡suspended ¡if ¡ glucose ¡< ¡77 ¡mg/dl ¡or ¡decreasing ¡rapidly ¡ ¡ Target ¡glucose ¡70 ¡to ¡144 ¡mg/dl ¡ ¡
Closed ¡loop ¡increased ¡ *me ¡in ¡target ¡range ¡ By ¡~ ¡15% ¡ ¡ Reduced ¡mean ¡
By ¡14 ¡mg/dl ¡
1 ¡day ¡in ¡research ¡center; ¡7 ¡days ¡at ¡home ¡– ¡closed ¡loop ¡or ¡sensor ¡augmented ¡ pump ¡ ¡ ¡ No ¡strenuous ¡exercise ¡but ¡otherwise ¡normal ¡ac*vity ¡ ¡ laptop ¡running ¡algorithm ¡and ¡CGM ¡device ¡– ¡control ¡pump ¡wirelessly ¡ ¡ Pa*ents ¡bolus ¡for ¡carbs ¡and ¡for ¡correc*on ¡at ¡meals ¡ ¡ Target ¡glucose ¡range ¡104 ¡to ¡131 ¡mg/dl; ¡calibra*on ¡2 ¡xs/day ¡ ¡ Safety ¡rules ¡– ¡if ¡sensor ¡glucose ¡unavailable ¡pa*ent’s ¡usual ¡insulin ¡pump ¡semng ¡ come ¡into ¡play ¡within ¡30 ¡to ¡60 ¡minutes. ¡Limits ¡on ¡maximum ¡insulin ¡infusion ¡rate ¡ and ¡delivery ¡is ¡suspended ¡if ¡glucose ¡< ¡77 ¡mg/dl ¡or ¡decreasing ¡rapidly ¡
Target ¡range ¡3.9 ¡to ¡10 ¡– ¡dashed ¡lines; ¡ ¡Closed ¡loop ¡– ¡solid ¡red ¡line; ¡red ¡shading; ¡ sensor ¡augmented ¡pump ¡(open ¡loop) ¡grey ¡dashed ¡line ¡and ¡grey ¡shaded ¡areas ¡ Glucose ¡in ¡target ¡range ¡ ¡75% ¡[range ¡61-‑79] ¡on ¡closed ¡loop ¡vs ¡ 62% ¡[53-‑70] ¡open ¡loop, ¡p=0.005. ¡Time ¡spent ¡above ¡target ¡lower ¡on ¡ ¡ closed ¡loop. ¡Time ¡spent ¡below ¡target ¡the ¡same. ¡
Barnard ¡et ¡al. ¡ ¡Diab ¡Med ¡(2015) ¡
CGM ¡ ¡with ¡injec*ons ¡or ¡pumps ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Yes ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Yes ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡No ¡ ¡ Sensor ¡augmented ¡pump ¡with ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Yes ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡No ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡For ¡some ¡ suspend ¡feature ¡ ¡ Overnight ¡closed ¡loop ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡No ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡in ¡studies, ¡lowers ¡overnight ¡glucose ¡levels ¡ ¡ Day ¡& ¡night ¡closed ¡loop ¡ with ¡meal ¡announcement ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡No ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡in ¡studies, ¡more ¡*me ¡on ¡target ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Availability ¡Improves ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Reduces ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡HbA1c ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Hypoglycemia ¡