1er sujet de thèse 2009

Abatalie

Description

Régulation artificielle de la glycémie chez les patients diabétiques TI Laboratoire d'accueil : SUPELEC / IETR Equipe : Automatique des Systèmes Hybrides Problématique générale : Le diabète est une maladie chronique qui atteint plus de 180 millions de patients dans le monde. Lecoût de sa prise en charge, déjà très élevé dans les pays développés, ne cesse en outre de s’alourdir,en raison des modes de vie actuels (sédentarité, alimentation trop riche) qui favorisent sondéveloppement. Le diabète de type 1, s’il reste le moins répandu, constitue toutefois la forme la plusastreignante de cette maladie, puisque son seul traitement efficace repose sur l’insulinothérapieintensive (apport d’insuline externe). Afin d’accroître le confort des patients au quotidien et limiter lerisque de complications à plus long terme, on s’oriente aujourd‘hui vers une insulinothérapieautorégulée, c’est-à-dire l’administration d’insuline artificielle en continu par le biais d’une pompedont le débit s’adapte automatiquement aux variations de la glycémie, elle-même mesurée en continu,afin de maintenir cette grandeur dans les limites de la normale (en référence à un sujet sain). Cettesolution est technologiquement rendue possible par la récente mise à disposition sur le marché decapteurs de glucose, les pompes à insuline étant déjà largement diffusées chez les patients diabétiquesdepuis plusieurs années. Dès lors, la fermeture de la boucle devient fondamentalement ...

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• Publié par: Vowyar
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Extrait

Régulation artificielle de la glycémie chez les patients diabétiques TI Laboratoire d'accueil : SUPELEC / IETR Equipe : Automatique des Systèmes Hybrides Problématique générale : Le diabète est une maladie chronique qui atteint plus de 180 millions de patients dans le monde. L coût de sa prise en charge, déjà très élevé dans les pays développés, ne cesse en outre de s’alourdir, en raison des modes de vie actuels (sédentarité, alimentation trop riche) qui favorisent so développement. Le diabète de type 1, s’il reste le moins répandu, constitue toutefois la forme la plus astreignante de cette maladie, puisque son seul traitement efficace repose sur l’insulinothérapie intensive (apport d’insuline externe). Afin d’accroître le confort des patients au quotidien et limiter l risque de complications à plus long terme, on s’oriente aujourd‘hui vers une insulinothérapie autorégulée, c’estàdire l’administration d’insuline artificielle en continu par le biais d’une pomp dont le débit s’adapte automatiquement aux variations de la glycémie, ellemême mesurée en continu, afin de maintenir cette grandeur dans les limites de la normale (en référence à un sujet sain). Cette solution est technologiquement rendue possible par la récente mise à disposition sur le marché d capteurs de glucose, les pompes à insuline étant déjà largement diffusées chez les patients diabétiques depuis plusieurs années. Dès lors, la fermeture de la boucle devient fondamentalement un problème de commande, que ce sujet de thèse se propose d’aborder, en appliquant une approche de type système inspirée de l’ingénierie aux mécanismes physiologiques qui gouvernent le métabolisme d glucose dans l’organisme humain. Contexte du projet : La thèse se déroulera dans l’équipe ASH de SUPELEC/IETR, sur le campus de Rennes. Ell bénéficiera également d’un étroit partenariat avec le service de diabétologie du CHU de Rennes, e plus particulièrement du support clinique de son unité en charge des patients sous pompe à insuline. Elle s’inscrit en effet dans le contexte d’un projet collaboratif entre ces deux institutions, démarré e septembre 2007. Ce projet, qui implique directement trois enseignantschercheurs de l’équipe ASH e deux médecins diabétologues, s’est jusqu’à présent essentiellement concrétisé par des études d’élèves en milieu et fin de cursus à SUPELEC, concernant aussi bien des aspects de modélisatio physiologique que de commande à des fins thérapeutiques. En complément, il va prochainemen recevoir l’appui d’un stagiaire de niveau master, qui sera notamment chargé d’examiner les aspects relatifs à l’identification d’un modèle ainsi que les possibilités de commande de type heuristique. Concernant des aspects plus généraux liés à la commande, les travaux préliminaires effectués dans le cadre du projet ont déjà abouti à un certain nombre de résultats prometteurs, qui ont fait l’objet d’une demande de dépôt de brevet et dont les résultats seront présentés à la communauté à l’occasion d’une conférence internationale de diabétologie en février 2009. Descriptif du travail proposé : En guise de préliminaire aux travaux, il conviendra d’établir un premier état de l’art relatif aux modes de traitement actuels du diabète de type 1 (en boucle ouverte, ou plutôt incluant le patient dans l boucle), avec l’objectif d’identifier leurs insuffisances, pour mieux cerner les enjeux d’une régulatio en boucle fermée et définir ainsi un cahier des charges de la commande cliniquement légitime. Il ser complété par un état de l’art des diverses approches utilisées jusqu’à présent en vue de générer u protocole de traitement du diabète en boucle fermée (aussi bien en termes de méthodologie que de mode d’implantation des capteurs etactionneurs). La recherche sur ce sujet est en effet très active,

même si elle n’a encore abouti à aucune solution exploitable cliniquement. Les classes de modèles utilisés le cas échéant devront notamment faire l’o jet d’un recensement soigneux, ainsi que les problématiques associées,parmi lesquelles on peut a priori repérer la gestion d’aspects non linéaires, hybrides et incertains. Dans un second temps, le travail se concentrera spécifiquement sur l’une des approches sur le pla implantatoire, qui consiste à la fois à mesurer la glycémie et à injecter l’insuline par voie sous cutanée, ce mode d’action étant choisi en raison de son caractère peu invasif, qui laisse augurer de meilleures perspectives de diffusion du traitement auprès des patients. Du point de vue méthodologique, on cherchera d’abord à établir et identifier un modèle de connaissance d métabolisme humain du glucose et de ses interactions avec l’insuline, en se basant à nouveau sur les travaux antérieurs, mais également sur les résultats de mesures cliniques fournies par le CHU. O s’orientera vers les représentations de type compartimental, avec le souci d’assurer un compromis acceptable entre réalisme et simplicité. Dans ce contexte, le choix délibéré d’un mode d’action sous cutané est un facteur de complexité supplémentaire dans la mesure où il induit des retards liés à des phénomènes de propagation dans les tissus, dont il faudra tenir compte. Sur la base du modèle obtenu, des stratégies de commande en boucle fermée seront ensuite étudiées. Elles devront prendre en compte les diverses contraintes de réalisation et d’implantation. En raison d la nature des mécanismes mis en jeu par les évolutions de la glycémie, les techniques de commande non linéaires seront très certainement à privilégier. Toutefois, on se gardera d’exclure complètemen d’autres formes de commandeplus heuristiques (flou, neuronal, etc.) qui pourraient peutêtre également se révéler fécondes. Le doctorant devra disposer de bonnes connaissances en automatique, notamment en matière d modélisation et de commande, et bien sûr manifester un intérêt pour les sciences du vivant. Des compétences en optimisation peuvent également se révéler utiles. Mots clés : Diabète de type 1, régulation de la glycémie, commande non linéaire, modèles de connaissance Références : [1] P.Dua and E. N. Pistikopoulos, “Modelbased control of blood glucose for type 1 diabetes”, inMultiParametric ModelBased Control(E.N. Pistikopoulos, M.C. Georgiadis, V. Dua),vol. N°2: Theory and Applications, Wiley ed., 2007, pp. 173196. [2] R. Hovorka, “Continuous glucose monitoring and closedloop systems”,Diabetes U.K. Diabetic Medicin, vol. 23, pp.112, 2005. [3] G.M. Steil, A.E. Pantaleon, K. Rebrin, “Closedloop insulin delivery – the path to physiological glucose control”,Advanced drug delivery reviews, vol. 56, pp.125144, 2004. [4] R. Hovorka, L.J. Chassin, M.E. Wilinska, V. Canonico, J.A. Akwe, M.O. Federici, M. Massi Benedetti, I. Hutzli, C. Zaugg, H. Kaufmann, M. Both, T. Vering, H.C. Schaller, L. Schaupp, M. Bodenlenz, T.R. Pieber, “Closing the loop: the Adicol experience”,Diabetes technology & therapeutics, vol. 6, N°3, pp. 307318, 2004. [5] B.W. Bequette, “A critical assessment of algorithms and challenges in the development of a closedloop artificial pancreas”,Diabetes technology & therapeutics, vol. 7, N°1, pp. 2847, 2005. Contact(s) : ℡02 99 84 45 47 PierreYves R ICHARD Professeur email pierre[e-mail] SUPELEC / IETR