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    胰島素泵治療糖尿病通常遵循一種開環(huán)控制方法，即個人可以周期性地利用血糖儀檢測自己的血糖水平，如果血糖水平過低可以通過進食一些糖類食物來調節(jié)，如果血糖水平過高則可以通過注射一定劑量的胰島素來調節(jié)。

    雖然胰島素對糖尿病患者非常重要，但這種方法也帶來了低血糖癥的風險，因為過量的胰島素會促使體內糖分被過度吸收并最終導致低血糖。此外，這種方法要求糖尿病患者在飲食和胰島素注射方面遵守嚴格的規(guī)律。

    目前的研究集中于閉環(huán)控制方法，其相應的醫(yī)療設備將提供一種應對于葡萄糖濃度的變化而進行相應的胰島素自動化管理。閉環(huán)控制系統(tǒng)根據(jù)糖濃度水平和輸送胰島素之間的實時反饋來實現(xiàn)，類似于一個健康胰臟的內分泌功能，因此，這樣的醫(yī)療設備也被稱為人工胰臟。關于人工胰臟的早期臨床試驗已經(jīng)有了一些積極的成果。

    該系統(tǒng)將極大地改善糖尿病患者的生活方式，解除他們手動注射的麻煩，并使其飲食控制不必那么嚴格。這里，控制算法至關重要，它要在考慮測算誤差以及動力學時滯的同時，根據(jù)血糖水平控制胰島素的輸入。然而，人工胰臟在研發(fā)過程中因缺乏可靠的預測性模型、精確檢測糖濃度的方法和高效的控制算法而受阻。

    這篇論文利用微分方程模型模擬開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)中胰島素的注射，依據(jù)人體生理機能和胰島素分泌的新陳代謝，精心設計了確定胰島素注射時間和劑量的算法，確保低血糖和高血糖的癥狀均不會出現(xiàn)。然后，對在I-型和II-型糖尿病環(huán)境中利用胰島素類似物的注射進行了定性和定量分析。

    開環(huán)模型考慮在周期間隔點注射等量的胰島素，注射的頻率和劑量根據(jù)參數(shù)設置來選取。“在開環(huán)控制中，模型分析表明小劑量高頻率的注射在控制血糖水平方面更有效，這也肯定了目前臨床中應用的連續(xù)皮下胰島素注射（CSII）是高效的，”資深作者李嘉旭和宋新宇解釋道。

    閉環(huán)模型建議當血糖監(jiān)測系統(tǒng)的自動反饋表明血糖濃度達到一個特定閾值時再注射胰島素。“閉環(huán)控制的模型分析表明，在慎重考慮避免低血糖癥狀出現(xiàn)的前提下，大注射劑量的效果更佳”， 文章的作者們說。當患者仍保持一定的分泌少量胰島素的功能時，這將是很有價值的，因為當檢測信號表明較低血糖水平時，將不會再有過量的胰島素注入。

    因此，文章表明，胰島素的輸入可由周期脈沖（開環(huán)）和狀態(tài)脈沖（閉環(huán)）兩種方式模擬。

    “基于這個模型，有效且高效的算法將被開發(fā)出來并應用于人工胰臟的閉環(huán)控制，即確定胰島素注入的時間和劑量，” 李嘉旭和宋新宇說。“在人工胰臟的設計過程中，檢驗有效性是非常重要的，用于檢驗的軟件可以根據(jù)這些模型通過對糖類攝入函數(shù)的合理模擬開發(fā)出來。”

    未來的研究還將涉及到：將人體生理機能的特質因素考慮到人工胰臟軟件的設計中以求達到更高的靈敏度，以及利用病人的統(tǒng)計數(shù)據(jù)調整所用算法中參數(shù)的取值。“我們將通過進一步考慮人體的生理時滯和系統(tǒng)的機械時滯的方式以及選取合理的統(tǒng)計學方法估計模型參數(shù)的方式繼續(xù)改進模型。”