PROGETTAZIONE E SIMULAZIONE DI UN CONTROLLORE PREDITTIVO NON LINEARE PER LA REGOLAZIONE DELLA GLICEMIA

La gestione clinica del diabete mellito di tipo 1 richiede l'apporto continuo di insulina esogena. Il raggiungimento di un controllo glicemico ottimale è tuttavia ostacolato dalla cinetica di assorbimento sottocutaneo, caratterizzata da una latenza temporale significativa tra la somministrazione dell’ormone e il manifestarsi del suo effetto terapeutico. La tesi analizza la fattibilità di un sistema di controllo automatico della glicemia, delineando la progettazione e la simulazione, in ambiente MATLAB, di un controllore predittivo non lineare (NMPC) in configurazione hybrid closed-loop. Il sistema ha origine dall’integrazione del modello glucoregolatorio di Hovorka et al., con la cinetica dell’insulina sottocutanea di Wilinska et al. (Modello 10), completato dai modelli dinamici del sensore CGM e del microinfusore. La strategia adottata nel controllo è la linearizzazione adattiva, su un orizzonte di predizione di tre ore, con l’obiettivo di mantenere la glicemia attorno al valore nominale di 110 mg/dL. L’ausilio di tre livelli di supervisione consente al controllore di modulare la dose di insulina sulla base della glicemia predetta e di sospendere l’erogazione al superamento di una soglia minima di sicurezza. Le prestazioni del sistema sono state valutate in uno scenario di circa 24 ore, caratterizzato da pasti dichiarati con margine di errore, spuntino non annunciato e rumore di misura. In tali condizioni, non sono emersi episodi di ipoglicemia e la curva glicemica è rientrata verso il valore di riferimento a seguito di ciascun picco postprandiale. Alcune simulazioni successive mostrano la coerenza dell’azione del controllore, persino in relazione ad un’escursione glicemica di circa 520 mg/dL, nel caso più severo. I risultati evidenziano la forte dipendenza dell’efficacia algoritmica dall’accuratezza nella segnalazione dei pasti, eseguita dall’utente. La coincidenza del paziente virtuale con il modello predittivo limita la portata dei dati ottenuti alla sola dimostrazione di fattibilità teorica (proof of concept), rimandando a studi successivi la validazione di carattere clinico.