胰岛素泵治疗糖尿病通常遵循一种开环控制方法，即个人可以周期性地利用血糖仪检测自己的血糖水平，如果血糖水平过低可以通过进食一些糖类食物来调节，如果血糖水平过高则可以通过注射一定剂量的胰岛素来调节。

    虽然胰岛素对糖尿病患者非常重要，但这种方法也带来了低血糖症的风险，因为过量的胰岛素会促使体内糖分被过度吸收并最终导致低血糖。此外，这种方法要求糖尿病患者在饮食和胰岛素注射方面遵守严格的规律。

    目前的研究集中于闭环控制方法，其相应的医疗设备将提供一种应对于葡萄糖浓度的变化而进行相应的胰岛素自动化管理。闭环控制系统根据糖浓度水平和输送胰岛素之间的实时反馈来实现，类似于一个健康胰脏的内分泌功能，因此，这样的医疗设备也被称为人工胰脏。关于人工胰脏的早期临床试验已经有了一些积极的成果。

    该系统将极大地改善糖尿病患者的生活方式，解除他们手动注射的麻烦，并使其饮食控制不必那么严格。这里，控制算法至关重要，它要在考虑测算误差以及动力学时滞的同时，根据血糖水平控制胰岛素的输入。然而，人工胰脏在研发过程中因缺乏可靠的预测性模型、精确检测糖浓度的方法和高效的控制算法而受阻。

    这篇论文利用微分方程模型模拟开环控制系统和闭环控制系统中胰岛素的注射，依据人体生理机能和胰岛素分泌的新陈代谢，精心设计了确定胰岛素注射时间和剂量的算法，确保低血糖和高血糖的症状均不会出现。然后，对在I-型和II-型糖尿病环境中利用胰岛素类似物的注射进行了定性和定量分析。

    开环模型考虑在周期间隔点注射等量的胰岛素，注射的频率和剂量根据参数设置来选取。“在开环控制中，模型分析表明小剂量高频率的注射在控制血糖水平方面更有效，这也肯定了目前临床中应用的连续皮下胰岛素注射（CSII）是高效的，”资深作者李嘉旭和宋新宇解释道。

    闭环模型建议当血糖监测系统的自动反馈表明血糖浓度达到一个特定阈值时再注射胰岛素。“闭环控制的模型分析表明，在慎重考虑避免低血糖症状出现的前提下，大注射剂量的效果更佳”， 文章的作者们说。当患者仍保持一定的分泌少量胰岛素的功能时，这将是很有价值的，因为当检测信号表明较低血糖水平时，将不会再有过量的胰岛素注入。

    因此，文章表明，胰岛素的输入可由周期脉冲（开环）和状态脉冲（闭环）两种方式模拟。

    “基于这个模型，有效且高效的算法将被开发出来并应用于人工胰脏的闭环控制，即确定胰岛素注入的时间和剂量，” 李嘉旭和宋新宇说。“在人工胰脏的设计过程中，检验有效性是非常重要的，用于检验的软件可以根据这些模型通过对糖类摄入函数的合理模拟开发出来。”

    未来的研究还将涉及到：将人体生理机能的特质因素考虑到人工胰脏软件的设计中以求达到更高的灵敏度，以及利用病人的统计数据调整所用算法中参数的取值。“我们将通过进一步考虑人体的生理时滞和系统的机械时滞的方式以及选取合理的统计学方法估计模型参数的方式继续改进模型。”