STUDIA: An application to support carbohydrate counting by simulating glucose dynamics

Abstract

Background: Carbohydrate counting is often considered the ideal way to calculate meal-related insulin doses. Several ways to improve carbohydrate counting have been proposed. Purpose: We propose that carbohydrate counting can be refined via simulation and, as such, we present a mobile application for the real-time simulation of postprandial glucose dynamics: STUDIA.Methods: We used a phenomenological model of the gastrointestinal tract, coupled with the minimal glucose model to recreate postprandial glucose challenges in people with type 1 diabetes (T1DM). A requirements gathering process was implemented to define the application's functionalities and technical requirements. In addition, a person-based approach was used to characterize the users. Technological stacks were evaluated under the UX/UI criteria, learning curve, flexibility, and the possibility of executing mathematical models with a resolution of differential equations. We used data from one patient with T1DM to guide users in how to use the app. Continuous glucose monitor readings were used for comparison.Results: STUDIA is a mobile app built on Android Studio® with a user interface and a web-based administrative module connected to AWS®. The app, allows glucose simulations for day-to-day carbohydrate counting refinement, and patient parameter modification based on previous glucose readings and data analysis for comparison and clinical research. Conclusions: We present the first-of-a-kind postprandial simulation app based on a phenomenological model of the GI tract for patients with T1DM and its subsequent clinical research use. STUDIA will be tested in silico with data from multiple meals from patients with T1DM, and in a clinical trial.

Alternate abstract:

Contexto: El conteo de carbohidratos se ha considerado la forma ideal de calcular la insulina prandial, por ende se han propuesto varias formas de mejorarlo. Objetivo: Proponemos refinar el conteo de carbohidratos utilizando una simulación, la cual se presenta en una aplicación móvil, STUDIA, que simula en tiempo real la glucosa postprandial.Métodos: Utilizamos un fenomenológico del tracto gastrointestinal, acoplado al modelo mínimo para la glucosa postprandial en personas con diabetes mellitus tipo 1 (DM1). Las funciones y requisitos técnicos se definieron mediante un sistema de adquisición de requerimientos. Para la caracterización de usuarios, utilizamos una aproximación basada en el individuo. El ecosistema de datos se evaluó mediante el criterio UX/UI, la curva de aprendizaje, flexibilidad y la posibilidad de ejecutar modelos matemáticos. Utilizamos datos de un paciente con DM1 para ejemplificar el uso de la aplicación y los datos del monitoreo continuo de glucosa para comparación.Resultados: STUDIA fue construida en Android Studio® con una interfaz de usuario y un módulo administrativo basado en la web conectado a AWS®. Permite similar la glucosa basado en el conteo de carbohidratos para su refinamiento. Se utilizan los parámetros del paciente y los datos históricos de la glucosa para el ajuste de la aplicación. Esta aplicación puede ser utilizada tanto por los pacientes para comparar diferentes escenarios al igual que en la investigación clínica. Conclusiones: Presentamos la primera aplicación para simular la glucosa postprandial basada en un modelo fenomenológico del tracto gastrointestinal para pacientes con DM1. STUDIA se probará con datos históricos de pacientes y en un ensayo clínico.