Diabète de type 1 du modèle ... à la boucle fermée

Type 1 diabetes from the model to the closed-loop

• Auteur / Autrice : Nicolas Magdelaine
• Direction : Claude Moog, Éric Le Carpentier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 21/11/2017
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Moës
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Moog, Éric Le Carpentier, Nicolas Moës, Andrea de Gaetano, Isabelle Queinnec, Maeva Doron, Michel Krempf
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Andrea de Gaetano, Isabelle Queinnec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme -- Régulation

Études cliniques

Hypoglycémie

Insuline

Diabète insulinodépendant

Glucose sanguin

Mots clés libres

Diabète de type 1

Modélisation

Essais cliniques

Régulation automatique de glycémie

Systèmes Positifs

Brevet

Pancréas artificiel

Type-1 Diabetes

Modelling

Clinical study

Glycemic control

Positive systems

Patent

Artificial pancreas

Résumé

Pour les personnes atteintes du diabète de type 1 le traitement actuel consiste en de multiples injections quotidiennes d’insuline afin de maintenir la glycémie dans une plage admissible. Les complications à long terme peuvent être réduites grâce à des injections d’insuline correctement dosées mais également grâce à un système de régulation automatique de glycémie. Cette Thèse présente un nouveau modèle du métabolisme du patient diabétique de type 1. Son interprétation le rend directement utilisable pour dresser le profil des patients et les conseiller sur leurs injections d’insuline. La Société Francophone du Diabète a financé des essais cliniques réalisés actuellement au CHU de Nantes pour valider ce modèle. La deuxième contribution de cette Thèse est une loi de commande qui pour la première fois garantit à la fois positivité de la commande et l’absence d’hypoglycémie qui sont les deux contraintes fortes de ce problème. Elle s’inspire du calcul du bolus, tel que le font les patients tous les jours et tel que l’insulinothérapie le préconise. La commande Hypo-Free Hyper-Minimizer est la version destinée à fonctionner dans une boucle hybride ; le Dynamic Bolus Calculator régulera la glycémie dans une boucle autonome. Ces deux lois de commande restent simples, et en étant très proches de la pratique clinique sont donc immédiatement compréhensibles par les médecins et les patients. Notre travail balaye le spectre complet, de la démonstration rigoureuse de positivité de la commande et de l’état en termes d’ensemble positivement invariant, à l’application industrielle par un dépôt de Brevet.

For people living with type 1 diabetes, today’s treatment consists of a number of daily insulin injections in order to have a limited glycemic excursion. Poorly controlled glycemia leads to long term complications. In patient’s everyday life, functional insulin therapy helps patients to adjust insulin doses. The artificial pancreas could significantly improve glycemia equilibrium by means of an automated insulin infusion using continuous glucose monitoring. The first contribution of this thesis is a new model of the metabolism for type 1 diabetic. The interpretation of this model allows to compute the tools for the functional insulin therapy. Thus it becomes possible to advise the patient on how much insulin to inject. The ongoing clinical study will evaluate the impact of the model. The second contribution is a control-law that guaranties both hypoglycemia avoidance and positivity of the injection for the first time. It is inspired from the clinical practice. The theoretical proof makes use of the theory of positively invariant sets. The Hypo-Free Hyper-Minimizer is designed to regulate glycemia in a hybrid closed-loop whereas the Dynamic Bolus Calculator is designed for the fully-automated artificial pancreas. This control-law gathers clinical practice, artificial pancreas hard constraints, and theoretical proof and is being protected through a patent.