Titelaufnahme

Titel
Controllability and observability in clucose insulin systems in human / Muhammad Umer Saleem
Verfasser/ VerfasserinSaleem, Muhammad Umer
Begutachter / BegutachterinKappel Franz ; Kotanko Peter
Erschienen2011
UmfangX, 90 Bl. : Zsfassung ; Ill., graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Diss., 2011
Anmerkung
Zsfassung in dt. u. engl. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Bauchspeicheldrüse / Künstliches Organ / Mathematisches Modell / Insulinstoffwechsel / Bauchspeicheldrüse / Künstliches Organ / Mathematisches Modell / Insulinstoffwechsel / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-27868 Persistent Identifier (URN)
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Controllability and observability in clucose insulin systems in human [5.41 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zu den Bestrebungen, eine vollständig automatisierte künstliche Pankreas zu entwickeln. Mit ?künstliche Pankreas? wird die in Entwicklung begriffene Technologie bezeichnet, die es Typ-1 Diabetikern ermöglichen sollte, ihren Blutzuckerspiegel vollautomatisch zu regeln, indem die endokrine Funktionalität einer gesunden Person wiederhergestellt wird. Die Idee für das Konzept der künstlichen Pankreas ist, das Insulin-Glukose-System als Kontrollsystem aufzufassen, für das eine Feedback-Kontrolle realisiert werden soll, welche auf Grund von Messungen der Glukosekonzentration im Blut die adäquate Menge an Insulin verabreicht. Eine derartige Feedback-Kontrolle kann bestimmt werden, indem man für das um die Gleichgewichtslage linearisierte System ein linear-quadratisches Steuerungsproblem löst. In diesem Zusammenhang spielen die Konzepte ?Beobachtbarkeit? und ?Steuerbarkeit? eine wesentliche Rolle.Da gegenwärtig, trotz langjähriger Bemühungen, keine vollautomatische künstliche Pankreas verfügbar ist, wurde in der vorliegenden Dissertation eine Reihe von Modellen des Insulin-Glukose-Systems in Hinblick auf ihre systemtheoretischen Eigenschaften untersucht. Die Hauptschwierigkeit in der Entwicklung einer künstlichen Pankreas mit Insulin als einzigen Kontroll-Input ist die Vermeidung von hypoglykämischen Vorfällen. Die untersuchten Modelle wurden jeweils der Situation eines Typ-1 Diabetikers angepasst. Keines dieser Modelle besaß die Eigenschaften ?Beobachbarkeit? und ?Steuerbarkeit?, die hinreichen sind für die Lösung des linear-quadratischen Steuerungsproblems. Für zwei Modelle wurde der Steuerbarkeitsunterraum bzw. der nicht-beobachtbare Unterraum bestimmt. Die Ergebnisse der Arbeit unterstützen die von einigen Forschergruppen bereits verfolgte Idee, die Verabreichung von Glukagon als zweiten Kontroll-Input heranzuziehen.

Zusammenfassung (Englisch)

An effort is made to develop the idea of getting a fully automated artificial pancreas. The artificial pancreas is a developing technology to help patients with diabetes of type 1 to control automatically their blood glucose level by making available the alternative endocrine functionality of a healthy pancreas. There are several important exocrine (digestive) and endocrine (hormonal) functions of the pancreas, but it is the lack of insulin production which is the motivation to develop a substitute.A control system can only have a closed-loop control to stabilize the system. The concept of controllability and observability for the linearised control system of human glucose insulin systems is used so that we can have a feedback control. Currently no fully automated artificial pancreas is available although claims are made to have it soon in market since more than ten years. On the basis of our calculations the idea is to have Glucagon as the second input along with insulin or can be a deficiency of having a well behaved model for GIG system. Even the most comprehensive model for glucose insulin system has not stationary state in feasible region.We have treated a few most under discussion models for normal human, for type 1 diabetes, a couple of models modified from normal to type 1 diabetes for linearised controllability and observability. Models with delay differential equations are treated for approximate M2-controllability. Systems are linearised around the stationary points and their controllability and observability is examined. For a couple of uncontrollable and unobservable models the controllable and observable subspaces are calculated.