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Enregistrement W4412019798 · doi:10.2196/72874

Privacy-Preserving Glycemic Management in Type 1 Diabetes: Development and Validation of a Multiobjective Federated Reinforcement Learning Framework

2025· article· en· W4412019798 sur OpenAlexvenueno aff
Fatemeh Sarani Rad, Juan Li

Notice bibliographique

RevueJMIR Diabetes · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueDiabetes Management and Research
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésGlycemicReinforcement learningHypoglycemiaComputer scienceDiabetes managementReinforcementDiabetes treatmentArtificial intelligenceMachine learningMedicineType 2 diabetesDiabetes mellitusEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Background: Effective diabetes management requires precise glycemic control to prevent both hypoglycemia and hyperglycemia, yet existing machine learning (ML) and reinforcement learning (RL) approaches often fail to balance competing objectives. Traditional RL-based glucose regulation systems primarily focus on single-objective optimization, overlooking factors such as minimizing insulin overuse, reducing glycemic variability, and ensuring patient safety. Furthermore, these approaches typically rely on centralized data processing, which raises privacy concerns due to the sensitive nature of health care data. There is a critical need for a decentralized, privacy-preserving framework that can personalize blood glucose regulation while addressing the multiobjective nature of diabetes management. Objective: This study aimed to develop and validate PRIMO-FRL (Privacy-Preserving Reinforcement Learning for Individualized Multi-Objective Glycemic Management Using Federated Reinforcement Learning), a novel framework that optimizes clinical objectives-maximizing time in range (TIR), reducing hypoglycemia and hyperglycemia, and minimizing glycemic risk-while preserving patient privacy. Methods: We developed PRIMO-FRL, integrating multiobjective reward shaping to dynamically balance glucose stability, insulin efficiency, and risk reduction. The model was trained and tested using simulated data from 30 simulated patients (10 children, 10 adolescents, and 10 adults) generated with the Food and Drug Administration (FDA)-approved UVA/Padova simulator. A comparative analysis was conducted against state-of-the-art RL and ML models, evaluating performance using metrics such as TIR, hypoglycemia (<70 mg/dL), hyperglycemia (>180 mg/dL), and glycemic risk scores. Results: The PRIMO-FRL model achieved a robust overall TIR of 76.54%, with adults demonstrating the highest TIR at 81.48%, followed by children at 77.78% and adolescents at 70.37%. Importantly, the approach eliminated hypoglycemia, with 0.0% spent below 70 mg/dL across all cohorts, significantly outperforming existing methods. Mild hyperglycemia (180-250 mg/dL) was observed in adolescents (29.63%), children (22.22%), and adults (18.52%), with adults exhibiting the best control. Furthermore, the PRIMO-FRL approach consistently reduced glycemic risk scores, demonstrating improved safety and long-term stability in glucose regulation.. Conclusions: Our findings highlight the potential of PRIMO-FRL as a transformative, privacy-preserving approach to personalized glycemic management. By integrating federated RL, this framework eliminates hypoglycemia, improves TIR, and preserves data privacy by decentralizing model training. Unlike traditional centralized approaches that require sharing sensitive health data, PRIMO-FRL leverages federated learning to keep patient data local, significantly reducing privacy risks while enabling adaptive and personalized glucose control. This multiobjective optimization strategy offers a scalable, secure, and clinically viable solution for real-world diabetes care. The ability to train personalized models across diverse populations without exposing raw data makes PRIMO-FRL well-suited for deployment in privacy-sensitive health care environments. These results pave the way for future clinical adoption, demonstrating the potential of privacy-preserving artificial intelligence in optimizing glycemic regulation while maintaining security, adaptability, and personalization.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: Observationnel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,129
Score d'incertitude au seuil0,705

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,017
Tête enseignante GPT0,309
Écart entre enseignants0,292 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations2
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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