Blood Glucose Control in Critically Ill Patients: Design of Assessment Procedures and a Control System (Regelen van glycemie bij kritiek zieke patiënten: ontwerp van evaluatieprocedures en een regelsysteem)

Kritiek zieke patiënten, typisch gelegen op een afdeling Intensieve Geneeskunde, vertonen een verhoogde glucoseconcentratie in het bloed (hyperglycemie) en insulineresistentie. De gunstige effecten(mortaliteits- en morbiditeitsreductie) van een strikte regeling van de bloedglucose (tussen 80 en 110 mg/dl) werden reeds aangetoond. De huidige behandeling bestaat zo uit een manuele en nauwgezettetoediening van insuline en zou bijgevolg kunnen vervangen worden door een half- of volautomatisch bloedglucoseregelsysteem. Een dergelijk controlesysteem heeft het potentieel om de frequentie van hypoglycemies (te laag glucosegehalte in het bloed) en de werkdruk van het medisch team te verlagen. In deze thesis worden drie objectieven naar voren geschoven. Het eerste objectief is de ontwikkeling van een procedure die toelaat de betrouwbaarheid van glucosesensoren te evalueren ten opzichte van een gouden standaard bloedglucosesensor. De kwaliteit van de bloedglucoseregeling is immers nauw verbonden met de betrouwbaarheid (nauwkeurigheid) van de glucosemetingen. In de beoordeling van glucosesensoren kan men echter misleid worden door dehuidige evaluatiemethoden die bovendien regelmatig een gebrek vertonen aan voldoende statistisch bewijs. In deze thesis wordt de GLYCENSIT-procedure ontworpen die de performantie van een test-glucosesensor ten opzichte van een referentie-glucosesensor evalueert. De ontwikkelde methode kan afgesteld worden volgens de voorkeur van de clinicus betreffende significantie/tolerantie-niveau ende drempelwaarde voor hypo- en hyperglycemie. Het potentieel van deze nieuwe procedure is voorgesteld met behulp van analyses van hypothetische en reële, klinische glycemie-datasets. Het tweede objectief van deze thesis is het ontwerp van een procedure voor de evaluatie vaninsulinetitratie-algoritmen (die gebruikt worden op afdelingen Intensieve Geneeskunde om de bloedglucose te regelen). De Glycemische Penalty Index (GPI) wordt zo voorgesteld als maat om het totale glycemieregelgedrag bij kritiek zieke patiënten samen te vatten in één getal. De evaluatiemethoden die momenteel in gebruik zijn, vertonen immers zwakheden die kunnen leiden tot een verkeerde beoordeling van het regelalgoritme. De glucose-bemonsteringsfrequentie en de tijdsduur dat het algoritme effectief wordt toegepast zijn bovendien twee parameters die gelijkaardig moeten zijn onder patiëntengroepen opdat verschillende algoritmen adequaat vergeleken kunnen worden. Het derde objectief van deze thesis is het ontwerp van een voorspellend regelsysteem dat hetpotentieel heeft om (half-)automatisch de bloedglucose bij kritiek zieke patiënten te normaliseren. Dit glucoseregelsysteem bestaat uit een patiëntenmodel en een regelaar. Zowel "black-box"' - als "grey-box" - modelleringstechnieken worden toegepast met het oog op het nauwkeurig beschrijven van het glucoregulatorisch systeem van kritiek zieke patiënten. Enkel de "grey-box" - modelleringsmethode, die gefundeerd is op fysische inzichten en die zich uit in het ontworpen "intensive care unit" - minimale model (ICU-MM), wordt gevalideerd voor klinisch gebruik in een voorspellend regelsysteem. Het frequent herschatten van het ICU-MM (door gebruik te maken van een adaptieve modelleringsprocedure) laat toe om rekening te houden met de variabiliteit binnen de patiënt en tussenpatiënten onderling. Het verloop van het glucosesignaal kan aldus voldoende nauwkeurig voorspeld worden met deze methode. Ten slotte wordt een regelaar ontwikkeld op basis van Modelgebaseerde Predictieve Controle (MPC) technieken zodat het toe te dienen insulinedebiet kan geoptimaliseerd worden op basis van het ontworpen ICU-MM. Een simulatiestudie toont aan dat de resultaten van de MPC voldoen aan de eisen inzake regelgedrag (het volgen van een referentieglycemie en het onderdrukken van ongekende stoorfactoren) en klinische realiseerbaarheid.1. Introduction PART I: CLINICAL SETTING 2. Intensive Care: Patients and Data PART II: ASSESSMENT PROCEDURES 3. General Assessment of Glucose Sensors 4. General Assessment of Glycemia Control Systems PART III: GLYCEMIA CONTROL SYSTEM 5. Black-Box Modelling of Glycemia 6. Grey-Box Modelling of Glycemia 7. Control of Glycemia 8. Conclusions and Future Research04/08nrpages: 266status: publishe