Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Data size considerations and hyperparameter choices in case-based reasoning approach to glucose prediction

Zulj Sara, Carvalho Paulo, Ribeiro Rogério T., Andrade Rita, Magjarevic Ratko

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2021

|

Vol. 41, no. 2

733--745

EN

Machine learning algorithms have become popular in diabetes research, especially within the scope of glucose prediction from continuous glucose monitoring (CGM) data. We investigated the design choices in case-based reasoning (CBR) approach to glucose prediction from the CGM data. Design choices were made with regards to the distance function (city-block, Euclidean, cosine, Pearson’s correlation), number of observations, and adaptation of the solution (average, weighted average, linear regression) used in the model, and were evaluated using five-fold cross-validation to establish the impact of each choice to the prediction error. Our best models showed mean absolute error of 13.35 ± 3.04 mg/dL for prediction horizon PH = 30 min, and 30.23 ± 6.50 mg/dL for PH = 60 min. The experiments were performed using the data of 20 subjects recorded in free-living conditions. The problem of using small datasets to test blood glucose prediction models and assess the prediction error of the model was also addressed in this paper. We proposed for the first time the methodology for estimation of the impact of the number of subjects (i.e., dataset size) on the distribution of the prediction error of the model. The proposed methodology is based on Monte Carlo cross-validation with the systematic reduction of subjects in the dataset. The implementation of the methodology was used to gauge the change in the prediction error when the number of subjects in the dataset increases, and as such allows the projection on the prediction error in case the dataset is extended with new subjects.

2

Blood glucose prediction with deep neural networks using weighted decision level fusion

Dudukcu Hatice Vildan, Taskiran Murat, Yildirim Tulay

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2021

|

Vol. 41, no. 3

1208--1223

EN

Background and Objective: Diabetes mellitus is a chronic disease that requires regular monitoring of blood glucose in the circulatory system. If the amount of glucose in the blood is not regulated constantly, this may have vital consequences for the individual. For this reason, there are many studies in the literature that perform blood glucose (BG) prediction. Methods: Blood glucose prediction is generally performed by using many parameters. In this paper, it was attempted to predict the future blood glucose values of the patient by using only the blood glucose values of diabetes patients’ history. For this purpose, Long short term memory (LSTM), WaveNet and Gated Recurrent Units (GRU) and decision-level combinations of these architectures were used to predict blood glucose. First of all, hyper-parameters were selected for the most efficient operation of these network architectures and experimental studies were conducted using the extended OhioT1DM data set which has blood glucose history of 12 diabetes patients. Results: Experimental studies using 30, 45 and 60 min prediction horizon (PH), the average lowest RMSE value were obtained by the fusion of three networks as 21.90 mg/dl, 29.12 mg/dl, 35.10 mg/dl respectively. Conclusions: When the obtained RMSE value compared to state-of-art studies in the literature, the results show that the proposed method is quite successful for short-term blood glucose prediction. In addition, the proposed fusion method gives a new perspective for future studies in the literature for BG prediction.

3

Preventive systems for the late complications of diabetes

Ładyżyński P., Wójcicki J. M., Foltyński P.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2011

|

Vol. 31, no. 2

3-21

EN

Aim of this work is to review and characterize methods and systems that are used to prevent onset and to slow down the progression of the late complications of diabetes. Two groups of methods and systems that might be used to prevent or to slow down the progression of the late complications of diabetes are characterized in this paper. Each of these two groups serves a different purpose. The first group is composed of the systems that facilitate a maintenance of strict metabolic control in diabetic patients, i.e. the systems which are used for monitoring and treatment of diabetes. The second group contains systems that are aimed at screening/monitoring or treatment of the risk factors or the early signs of the late complications. Obesity increases risk of diabetes and its complications. Thus, body mass monitoring and control systems are examples of the tools that belong to this group. Other examples include the diabetic retinopathy telescreening systems and the systems for monitoring of the diabetic foot syndrome.

4

The remote control system of the insulin level

Doniec R.

Journal of Medical Informatics & Technologies

|

2010

|

Vol. 15

201--208

EN

The following research characterises the system for remote data collection of blood glucose concentration. Based on the data an algorithm was introduced in order to determine the infusion of insulin. This paper presents a glucose measurement method using the test strips, instructions for collecting the source data, as well as the process of adjusting the insulin dosage.

5

Website control system of the human body insulin level

Doniec R., Doniec K., Doniec-Wolnik J., Goworek K.

Journal of Medical Informatics & Technologies

|

2008

|

Vol. 12

103--108

EN

The following research characterizes the system for remote data collection of blood glucose concentration. Based on the data an algorithm was introduced in order to determine the infusion of insulin. This paper presents a glucose measurement method using the test strips, instructions for collecting the source data, as well as the process of adjusting the insulin dosage.

6

Continuous glucose monitoring and automated insulin infusion

Hoss U., Gessler R., Kalatz B., Sternberg F., Salgado M., Fussgänger R.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

1999

|

Vol. 19, no. 2

69-76

EN

Continuous glucose monitoring is necessary for an automated glucose controlled insulin infusion system in diabetes therapy. We developed a glucose sensor for continuous on-line tissue glucose measurement based on microdialysis and enzymatic amperometric glucose sensing. A microdialysis probe is inserted in the abdominal subcutaneous tissue and perfused with saline at a constant flow rate. The glucose concentration in the dialysate is determined ex-vivo in a portable device, and the glucose value is transmitted telemetrically to a wrist watch. Glucose is measured continuously over a time period of up to three days without recalibration. In order to close the loop with an insulin pump we have to develop algorithms for feed-back control. Despite of new fast acting insulin analogues the pharmacodynamic of insulin is the limiting factor for glucose controlled insulin infusion. External disturbances like carbohydrate intake and physical exercise have to be included in the algorithms. Mathematical models and computer simulations can help to predict glucose levels. With the development of the continuous tissue glucose sensor it is possible to prove the feasibility of tissue glucose controlled subcutaneous insulin infusion in diabetes therapy. The final goal is the artificial endocrine pancreas for use under daily life conditions.

PL

Ciągłe monitorowanie stężenia glukozy jest niezbędne do realizacji automatycznego, kontrolowanego stężeniem glukozy, systemu dozowania insuliny w leczeniu cukrzycy. Autorzy opracowali czujnik glukozy przeznaczony do ciągłego on-line pomiaru tkankowego stężenia glukozy oparty na zjawisku mikro dializy i enzymatycznego amperometrycznego pomiaru stężenia glukozy. Przez sondę mikrodializacyjną wprowadzoną w tkankę podskórną brzucha jest pompowana ze stałą szybkością sól fizjologiczna. Stężenie glukozy w dializacie określa się ex-vivo za pomocą miniaturowego urządzenia, które następnie przesyła zmierzoną wartość telemetrycznie do czytnika zbudowanego w postaci ręcznego zegarka. Stężenie glukozy mierzone jest w sposób ciągły, w okresie do trzech dni, bez konieczności ponownej kalibracji urządzenia. W celu zamknięcia pętli sprzężenia zwrotnego za pomocą pompy insulinowej, konieczne jest opracowanie algorytmu kontrolującego wlew insuliny. Pomijając nowe, szybko działające odpowiedniki insuliny, farmakodynamika insuliny jest czynnikiem ograniczającym realizację kontrolowanego stężeniem glukozy wlewu insuliny. Opracowywany algorytm musi również uwzględniać wpływ zakłóceń zewnętrznych; takich jak spożywane w posiłkach węglowodany czy też wysiłek fizyczny. Modele matematyczne i symulacje komputerowe mogą pomóc w przewidywaniu stężenia glukozy. Posiadając czujnik do ciągłego pomiaru tkankowego stężenia glukozy, możliwe jest przeprowadzenie, kontrolowanego stężeniem glukozy, podskórnego wlewu insuliny w leczeniu cukrzycy. Celem ostatecznym jest sztuczna trzustka stosowana w warunkach życia codziennego.

7

Another look at the regression graphs in an experiment on glucose control

Szczesny W., Pleszczyńska E.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

1999

|

Vol. 19, no. 4

31-40

EN

We refer to the raw data on glucose control published in Tables A1 and A2 by Cox and Wermuth [5] and analyzed there by means of the regression graphs. The data concern an experiment performed at the University of Mainz in order to investigate the influence of some psychological and socio-economic variables on glucose control. In the present paper the results obtained by Cox and Wermuth are compared with the results of the grade correspondence-cluster analysis as applied to investigate multivariate dependencies. A few inconsistencies of the conclusions are shown and discussed.

PL

Cox i Wermuth w swojej książce o wielowymiarowych zależnościach przedstawili jako jeden z przykładów analizę danych pilotażowego doświadczenia, przeprowadzonego na Uniwersytecie w Mainz, a dotyczącego kształtowania stężenia glukozy. Dane zebrano w grupie 67 diabetyków. Wynikiem tej analizy były równania regresji, wyrażające stężenie glukozy i wiedzę o cukrzycy za pomocą sześciu zmiennych charakteryzujących stan i predyspozycje psychiczne pacjentów, ich płeć i poziom wykształcenia. Równania regresji posłużyły autorom książki do konstrukcji poglądowego grafu regresyjnego, opisującego domniemaną strukturę przyczynowo-skutkową wykształcania się poszczególnych cech. W niniejszej pracy przedstawiono analizę tej samej macierzy danych metodami gradacyjnego clusteringu, a wysnute stąd wnioski skonfrontowano z wnioskami poprzedników i odnotowano niezgodności. W zakończeniu pracy omówiono różnice między metodologią prowadzącą do grafów regresyjnych a metodologią prowadzącą do gradacyjnych clustrów, próbując wyjaśnić w ten sposób źródło i charakter zaistniałych niezgodności.

8

Non-linear model of glucose kinetics after intranasal administration of insulin in rats

Kalicka R.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

1998

|

Vol. 18, no. 3-4

55-78

EN

Non-linear models of insulin -+ glucose metabolism are considered. The insulin is administered intranassaly with intermediary medium caIIed promoter. Bred hypoglycaemia is conquered by a built-in self-defence mechanism. Four alternative ways of describing the self-defence mechanism are proposed, which leads to different modeIs. For aII the models analytical solution is presented. Output functions and measurements are used for reckoning of the parameters estimates. IIIustrative examples are presented.

PL

Przy pozanaczyniowym podaniu insuliny (donosowo z promotorem) badano zmiany stężenia glukozy we krwi. W analizowanym procesie wyróżniono dwie fazy odgraniczone chwilą, w której w obronie przed głębokim niedocukrzeniem uruchomiony zostaje endogenny strumień powrotny glukozy. Rezultatem jest wzrost jej stężenia. Dla drugiej fazy, po wyróżnionej chwili, zaproponowano 4 modele alternatywne. Model procesu dla pierwszej fazy jest wspólny. Przedstawiono rozwiązania w postaci funkcji opisujących zmiany stężenia glukozy. Opracowane na ich podstawie procedury umożliwiają wyznaczenie parametrów modeli na podstawie wyników eksperymentu. Rezultatem są zbiory parametrów, wraz z ich dokładnościami, niezbędne do oceny skuteczności procesów regulacyjnych. Może to umożliwić opracowanie procedur dawkowania insuliny w cukrzycy, dobór promotora do typu schorzenia i ocenę skuteczności terapii. Eksperymenty były przeprowadzone według sztywnych schematów próbkowania: w każdym przypadku zebrano jedenaście próbek w ciągu 240 minut. Łącznie przebadano 145 zwierząt, doskonaląc technikę eksperymentów. W wyniku poszukiwań i konsultacji z chirurgiem naczyniowym ostatnio wypracowano technikę badawczą polegającą na podawaniu, pod mikroskopem operacyjnym heparyny i narkozy do tętnicy udowej i pobieraniu krwi do oznaczeń tylko z systemu żylnego. Łącznie dokonano 1560 oznaczeń insuliny i tyle samo oznaczń glukozy. Jak wynika z dotychczasowej analizy, pomiary przeprowadzano zbyt często, a niekiedy zbyt długo. Ma to wpływ na koszty i jakość wyników, zwłaszcza w przypadku tak małych zwierząt doświadczalnych jak szczury. Zebrany matariał badawczy dostarczył interesujących spostrzeżeń, np.: niezgodnie z oczekiwaniem, rosnącym stężeniom insuliny towarzyszyło rosnące stężenie glukozy u zwierząt, u których konieczne było stosowanie w przebiegu eksperymentu większych dawek heparyny. Wskazywać by to mogło na niewyjaśnioną rolę heparyny lub/i promotora w badanej przemianie glukozy. Nie ulega wątpliwości, że konieczne są dalsze badania, aż do wyjaśnienia wszystkich wątpliwości.

9

Kinetics of insulin and glucose after intranasal administration of insulin in rats

Kalicka R., Mnich S.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

1998

|

Vol. 18, no. 3-4

79-95

EN

A model of insulin - remote insulin distribution is considered. The insulin was administered to nostril mucous in the form of mixture with intermediary medium called promoter. The remote insulin, which is dependent on the insulin, is responsible for glucose metabolism. The considered remote insulin is beyond measurement access. An indirect identification method of the remote insulin model parameters is described. Parameters of insulin, remote insulin and glucose model functions are presented.

PL

Insulinę podano w pojedynczej dawce na blonę śluzową nosa za pośrednictwem substancji zwanej promotorem. Stężenie glukozy i insuliny mierzono w tych samych momentach czasu. Celem było utworzenie modelu dystrybucji insuliny, tzw. insuliny remote i modelu przemiany glukozy w obecności insuliny egzogennej. Utworzone modele poddano identyfikacji na podstawie wyników eksperymentów. Rezultatem jest zbiór parametrów modelu. Pozwala to na porównanie jakości badanego procesu dla wybranych promotorów. Weryfikacja wyników modelowania wskazuje na adekwatność proponowanych modeli. Funkcje regresji wiernie opisują wyniki eksperymentu. Z analizy otrzymanych wyników oraz z dostępnej literatury wynika, że profil farmakokinetyczny dla insuliny donosowej jest bardzo zbliżony do profilu dla insuliny donaczyniowej, natomiast znacznie różni się od profilu dla insuliny podskórnej. Dla donosowej insuliny zarówno początek jej działania jak i czas trwania akcji oraz jej przebieg są dobrze przewidywalne. Wskazuje to na możliwości wykorzystania donosowej insuliny zarówno jako wspomaganie podstawowej terapii np. przed posiłkiem, jak również jako samodzielnej terapii. Znajomość parametrów badanego procesu może być przydatna także przy rozwiązywaniu innych zagadnień, takich jak np. opracowanie adaptacyjnych procedur dawkowania insuliny. Badania są kontynuowane. Ich główne kierunki to: poszukiwanie najlepszego opisu drugiej fazy przemiany insulina-glukoza i doskonalenie optymalizacji eksperymentu z punktu widzenia jakości identyfikacji parametrów modelu badanego, nieliniowego procesu.

10

Wpływ wolnozmiennych pól magnetycznych na czynność wewnątrzwydzielniczą i enzymatyczną trzustki u szczurów

Laitl-Kobierska A., Cieślar G., Sieroń A.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

1998

|

Vol. 4, nr 4

139-151

PL

W pracy analizowano wpływ długotrwałej ekspozycji szczurów w wolnozmiennym polu magnetycznym o parametrach stosowanych w terapii u ludzi na czynność wewnątrzwydzielniczą trzustki ocenianą na podstawie stężenia insuliny i glukozy w surowicy oraz aktywność wybranych enzymów (α-amylaza i lipaza) syntetyzowanych w zewnątrzwydzielniczej części tego narządu. Wartości badanych parametrów w 2 grupach zwierząt eksponowanych 30 minut dziennie przez 14 dni w zmiennym polu magnetycznym o różnych parametrach porównywano z wynikami grupy kontrolnej, którą podawano ekspozycji pozorowanej. W obu grupach szczurów eksponowanych w polu magnetycznym wykazano znamienne obniżenie stężenia glukozy w końcowej fazie cyklu ekspozycji, które ulegało normalizacji po zakończeniu działania pola magnetycznego. W obu grupach szczurów poddanych działaniu pola magnetycznego obserwowano wzrost stężenia insuliny we wstępnej fazie ekspozycji, przy czym w grupie zwierząt eksponowanych w polu o przebiegu sinusoidalnym miał on charakter przemijający podczas gdy w grupie eksponowanej w polu o przebiegu prostokątnym obserwowano kompensacyjny spadek stężenia insuliny w końcowej fazie ekspozycji z ponownym jego wzrostem w 10 dniu po zakończeniu ekspozycji. W żadnej z grup szczurów poddanych działaniu pola magnetycznego nie obserwowano istotnych zmian aktywności α-amylazy i lipazy w porównaniu z grupą kontrolną. Wyniki przedstawionych badań wskazują na adaptacyjny charakter obserwowanych zmian czynności trzustki.

EN

The influence of long-lasting exposure of rats to extremely-low-frequency magnetic field with parametres used in therapy in humans on endocrinologic function of pancreas evaluated on basis of serum concentration of insulin and glucose and activity of some enzymes (α-amylase and lipase) synthetised in extrasecretory part of pancreas was analysed. The values of estimated parametres in 2 groups of animals exposed 30 minutes daily for 14 days to variable magnetic field with different parametres were compared to the results of control group in which sham-exposure was made. In both groups of rats exposed to magnetic field a significant decrease of glucose concentration in the last phase of exposure was observed with subsequent normalization after the end of action of magnetic field. In both groups of rats exposed to magnetic field an increase of insulin concentration in initial phase of exposure was observed. In the group of animals exposed to the field with sinusoidal course of impulse this increase was transitory, while in group of animals exposed to the field with rectangular course of impulse a decrease of insulin concentration in the last phase of exposure with subsequent increase in 10 th day after the end of exposure was observed. No changes of a-amylase and lipase serum activity was observed in any of groups exposed to the field as compared to the control one. The results of the study indicate adaptative character of observed changes of pancreas function.