Diseño e implementación de un entrenador "patient-in-the-loop" virtual para aprendizaje de estrategias de control realimentado en pacientes de diabetes tipo I

Abstract

[ES] El presente trabajo consiste en el diseño e implementación de un entrenador virtual basado en un “patient-in-the-loop” con fines didácticos. Mediante este entrenador, el usuario puede aprender a controlar la concentración de glucosa en sangre en pacientes con diabetes mellitus de tipo I. El paciente virtual ha sido implementado en un microcontrolador (Arduino) externo al ordenador que utilizará el usuario. Este microcontrolador tiene incorporado el modelo insulina-carbohidratos-glucosa de pacientes con diabetes. El microcontrolador se comunica con la aplicación del ordenador del usuario. Para ello, se ha desarrollado un protocolo de comunicación, que permite: leer los valores actuales del paciente virtual, aplicar acciones de control y perturbaciones, y también modificar parámetros del paciente. Desde la aplicación del ordenador, el usuario podrá experimentar cuál es el efecto de las acciones de control sobre la glucosa. Además, podrá diseñar el controlador para ver cómo responde el paciente en distintos escenarios. La aplicación (Matlab-Simulink) consiste en un entorno de programación basado en bloques, donde se han desarrollado las herramientas necesarias para la comunicación entre el paciente virtual y el ordenador.

[CA] El present treball consisteix en el disseny i implementació d’un entrenador virtual basat en un “patient-in-the-loop” amb fins didàctics. Mitjançant aquest entrenador, l’usuari pot aprendre a controlar la concentració de glucosa en sang en pacients amb diabetis mellitus de tipus I. El pacient virtual ha estat implementat en un microcontrolador (Arduino) extern a l’ordinador que fa servir l’usuari. Aquest microcontrolador té incorporat el model insulina-carbohidratsglucosa de pacients amb diabetis. El microcontrolador es comunica amb l’aplicació de l’ordinador de l’usuari. Per això, s’ha desenvolupat un protocol de comunicació, que permet: llegir els valors actuals del pacient virtual, realitzar accions de control i pertorbacions, i també modificar paràmetres del pacient. Des de l’aplicació de l’ordinador, l’usuari pot experimentar l’efecte de les accions de control sobre la glucosa. A més, es pot dissenyar el controlador per veure com respon el pacient en un escenari específic. L’aplicació (Matlab-Simulink) consisteix en un entorn de programació basat en blocs, on s’han desenvolupat les eines necessàries per a la comunicació entre el pacient virtual i l’ordinador.

[EN] The present essay it’s about the design and implementation of a virtual trainer based on a “patient-in-the-loop” with didactic purposes. Through this trainer, the user can learn to control the blood glucose concentration in patients with type I diabetes mellitus. The virtual patient has been implemented in a microcontroller (Arduino) external to the computer that the user uses. This microcontroller has incorporated the insulin-carbohydrateglucose model of patients with diabetes. The microcontroller communicates with the user’s computer application. To this end, a communication protocol has been developed, which allows: reading the current values of the virtual patient, carrying out control and disturbance actions, and also modifying patient parameters. From the computer application, the user can experience the effect of control actions on glucose. In addition, you can design the controller to see how the patient responds in a specific scenario. The application (Matlab-Simulink) consists of a programming environment based on blocks, where the necessary tools for communication between the virtual patient and the computer have been developed.