Stage M2/Ingénieur: Vers la conception de lois de commande robustes pour une régulation de la glycémie entièrement automatisée

The laboratory focuses on ten research themes including bioelectronics, cognitics, productics, signal and image, automatic, conception, reliability, nanoelectronics, waves, and organic. The laboratory emphasizes research where all the themes are interconnected.
The laboratory is at the forefront of technology, and its strong industrial partnerships enable IMS Bordeaux to be a major player in research in France.

Contexte :

Le sujet s'inscrit dans le cadre du projet MIMICbio (Mathematical Modelling of human pancreatic Islet electrical aCtivity for bio-inspired and fully automated insulin delivery system), financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) française. Si les systèmes d'administration d'insuline automatisée (AIA) - également appelés pancréas artificiel – connaissent un grand intérêt pour fournir des soins sûrs, fiables et confortables aux patients de diabète de type 1 (DT1), aucune solution ne s'est encore imposée aujourd’hui. En effet, les systèmes AIA restent limités à une automatisation partielle, i.e. il faut annoncer les repas, estimer la quantité de glucides prise pendant les repas, et l'hypoglycémie peut toujours se produire en raison d'une suradministration d'insuline. Le projet MIMICbio vise à lever cette limitation d’automatisation partielle en s’inspirant des mécanismes des ilots pancréatiques, et en apprenant du mode de vie du patient DT1. Notons que ce stage de M2 peut être suivi d’un projet de thèse sur la problématique du traitement d’un diabète de type 1, financement de thèse déjà acquis !

Objectifs/méthodes :

L'objectif de ce stage est (A) de s’approprier le simulateur UVA/Padova [1] développé sous Matlab/Simulink. Basé sur cinq familles de modèles d’état non-linéaires, ce simulateur est un outil de référence approuvé par la US Food and Drug Administration (FDA) pour la validation préclinique de nouveaux dispositifs médicaux et d'algorithmes de commande. Puis, le(la) candidat(e) devra (B) reproduire la méthode de linéarisation proposée dans [2,3], et l’étendre à la dynamique glucose-glucagon. Ensuite, le(la) candidat(e) devra (C) concevoir une loi de commande robuste [3-6] aux variabilités au sein d’une cohorte de patient adulte ayant le DT1. Une étude visant à identifier expérimentalement les mécanismes glucose-insuline des ilots pancréatiques à partir de données expérimentales biologiques peut être envisagée afin de fournir un socle solide pour le projet de doctorat visé.

(In english)

Context:

The topic is part of the MIMICbio project (Mathematical Modelling of human pancreatic Islet electrical aCtivity for bio-inspired and fully automated insulin delivery system), funded by the French National Research Agency (ANR). Although automated insulin delivery (AID) systems - also known as artificial pancreas - are gaining considerable interest as a safer, more reliable and more comfortable way of caring patients with type 1 diabetes (T1D), no solution has yet become the norm. In fact, AID systems are still limited to partial automation, i.e. meals have to be announced, the amount of carbohydrate taken during meals has to be estimated, and hypoglycaemia can still occur due to over-administration of insulin. MIMICbio project aims to overcome the limitation of partial automation by taking inspiration from the mechanisms of the pancreatic islets, and by learning from the lifestyle of the T1D patient. Note that this internship can be followed by a PhD on this topic. PhD funding is already obtained!

Goal/methods:

The aim of this internship is (A) to familiarise ourselves with the UVA/Padova simulator [1] developed in Matlab/Simulink. Based on nonlinear models, this simulator is a reference tool approved by the US Food and Drug Administration (FDA) for the preclinical validation of new medical devices and control algorithms. Next, the candidate will (B) reproduce the linearization method proposed in [2,3], and extend it to glucose-glucagon dynamics. Then, the candidate will (C) design a control law robust [3-6] to the variabilities within a cohort of adult T1D patients. A study aimed at experimentally identifying the glucose-insulin mechanisms of pancreatic islets from biological experimental data may be envisaged in order to provide a solid foundation for the targeted PhD project.

References

[1] Dalla Man et al, The UVA/Padova type 1 diabetes simulator: new features, JDST, 8(1): 26-34 (2014)

[2] Cassany, Modélisation et régulation de la glycémie dans la maladie du diabète, PhD, Univ. De Bordeaux, (2022)

[3] Cassany et al., A robust control solution for glycaemia regulation of type-1 diabetes mellitus, IEEE ECC, (2021)

[4] Cassany et al., A robust H_∞ control approach for blood glucose regulation in type-1 diabetes, IFAC BMS, (2021)

[5] Olçomendy et al., Towards the integration of an islet-based biosensor in closed-loop therapies for patients with type 1 diabetes, Frontiers in Endocrinology 13, (2022)

[6] Henry et al., Further results on" non individualized" closed–loop for T1DM patients, IEEE CCTA, (2023)

Profil recherché : 1) Commande robuste, 2) Identification expérimentale, 3) Modélisation mathématique.

Compétences requises : Le candidat devra avoir de bonnes connaissances et compétences en automatique. Une pratique confirmée de la programmation sous Matlab sera nécessaire.

Durée du stage : 5 mois, éventuellement à partir de février-mars 2025.

(in English)

Profile: 1) Robust control, 2) Experimental Identification, 3) Mathematical modelling

Requested skills: The candidate should have developed good knowledge and skills in control theory, especially in robust control and/or experimental identification. A confirmed practice of Matlab programming will be necessary.

Duration: 5 months, possibly starting with February-March 2025.