] 葡萄糖水平或浓度可使用CGM传感器112测定。CGM传感器112利用安培电化学 传感器技术测量葡萄糖，其中三个电极可操作地连接到传感器电子器件并且通过由夹子连 接的感测膜和生物介面膜覆盖。
[0057] 电极的顶端与电解质相（未示出）接触，所述电解质相为设置于感测膜与电极之 间的可自由流动的流体相。感测膜可包括覆盖电解质相的酶，例如葡萄糖氧化酶。在该示 例性传感器中，提供反电极以平衡在工作电极处测量的物质所产生的电流。就基于葡萄糖 氧化酶的葡萄糖传感器而言，在工作电极处测量的物质是H 2O2。在工作电极处产生的电流 (并且通过电路流向反电极）与H2O 2的扩散通量成正比。因此，可生成代表使用者体内葡 萄糖浓度的原始信号，并且因此可将其用于估计有意义的葡萄糖值。传感器及其相关部件 的详情在美国专利7, 276, 029中示出并描述，该专利以引用方式并入本文，如同在本文的 本申请中完全阐述。在一个实施例中，来自Dexcom SevenSystem? (由Dexcom Inc.制 造）的连续葡萄糖传感器也可与本文所述的示例性实施例一起使用。
[0058] 在本发明的一个实施例中，以下部件可用作用于管理糖尿病的类似于人工胰腺的 系统：Animas公司的OneTouch Ping?:葡萄糖管理系统，其包括至少输注泵和间歇式葡萄糖 传感器；DexCom公司的DexCom? SEVEN PLUS? CGM，其具有用于连接这些部件的接口 和用于将部件连接在一起的附件硬件，并使用MATLAB?·语言进行编程；以及MPC形式的 控制算法，该MPC基于患者的葡萄糖水平、历史葡萄糖测量值和预期的未来葡萄糖趋势，以 及患者具体信息来自动调节胰岛素递送速率。
[0059] 图2A示出图1中的系统100的示意图200,该系统用申请人所设计的解决方案编 程以抵消闭环控制系统的不太令人满意的效果。具体地讲，图2A提供了被编程到用于控制 器104的控制逻辑模块10中的MPC。MPC逻辑模块10接收受检者在所期望的葡萄糖水平 范围内的所期望的葡萄糖浓度或葡萄糖浓度范围12 (以及来自更新滤波器28的任何修改， 使得其能够保持输出（即，葡萄糖水平））。
[0060] 参见图2A，启用MPC的控制逻辑10的第一输出14可为发送至胰岛素泵16的控 制信号，用于以预定时间间隔将所期望量的胰岛素18递送至受检者20,可使用时间间隔指 数k将所述预定时间间隔每5分钟标注一次。预测的葡萄糖值15形式的第二输出可用于 控制接合点B。葡萄糖传感器22 (或图1中的112)测量受检者20的葡萄糖水平，以便向控 制接合点B提供代表实际的或测量的葡萄糖水平的信号24,该控制接合点取得所测量的葡 萄糖浓度24与该测量的葡萄糖浓度的MPC预测之间的差值。该差值为模型状态变量的更 新滤波器28提供输入。差值26被提供给估计器（也称为更新滤波器28)，该估计器提供对 无法直接测量的模型状态变量的估计。更新滤波器28优选地为卡尔曼滤波器形式的具有 模型调谐参数的递归滤波器。更新或递归滤波器28的输出被提供给控制接合点A，该控制 接合点A的输出被控制逻辑10中的MPC使用以进一步优化发送至泵16 (或图1中的102) 的控制信号14。MPC控制器10在其胰岛素递送中使用调谐因子34来"调谐"控制器。为 实现这一点，申请人设计出使用校正指数模块30和数据遗漏模块32来调节调谐因子。校 正指数模块30被配置成跟踪葡萄糖测量校正数，这通常由间歇式葡萄糖监测器诸如血糖 测试条和血糖仪系统来实现。数据遗漏指数模块32被配置成跟踪丢失测量数或来自连续 葡萄糖监测器22的数据。
[0061] 对上述用于控制逻辑10中的MPC进行简要概述在此是有意义的。MPC逻辑被制 定为将受检者葡萄糖水平控制在安全葡萄糖区间内，该区间的血糖下限值在80mg/dL至 100mg/dL之间变化且血糖上限值在约140mg/dL至180mg/dL之间变化；该算法在下文中称 为"区间MPC"算法。目标区间控制通常被应用于不含具体设定点的受控系统中，其中控制 器的目的是将受控变量（CV)(例如葡萄糖值）保持在预定区间中。区间控制（即，正常血 糖区间）非常适用于人工胰腺，这是因为人工胰腺不存在自然血糖设定点。此外，区间控制 的固有优点是能够以一定方式限制泵致动/活动，使得如果葡萄糖水平在该区间内，则不 会建议进行额外校正。
[0062] 在实时状态下，区间MPC定律的胰岛素递送速率Id通过在线优化功能计算，所述 在线优化功能在每个取样时间评估下一胰岛素递送速率。在每个取样时间的优化基于从保 存在模块10中的动态模型所获得的估计代谢状态（血浆葡萄糖、皮下胰岛素）。
[0063] 控制逻辑10的MPC结合了人TlDM葡萄糖-胰岛素动态的显式模型。使用该模型 预测未来的葡萄糖值并计算将使葡萄糖水平落在所期望范围内的未来控制器动作。可针对 离散时间系统和连续时间系统两者来设定控制器中的MPC ;控制器以离散时间设定，该离 散时间（阶段）指数k是指在连续时间t = k *TS发生的k th取样时间点，其中T s= 5分钟 为取样周期。软件约束确保胰岛素递送速率被约束在最小值（即，零）与最大值之间。然 后实施第一次胰岛素输注（N个步骤中的第一次胰岛素输注）。在下一时间阶段中，k+Ι基 于新测量的葡萄糖值和上个胰岛素速率，重复该过程。
[0064] 具体地讲，从用于区间MPC的原始线性差分模型开始：
[0065] G1 (k) = Sl1Q' (k~l)+a2G, (k~2)+a 3G, (k~3)+a4G , (k_4)+a5G, (k _5)+bIM (k-4)
[0066] IM(k) = C1Im(^I)+c2IM(k-2)+(I 1IrD(k-2) 公式（I)
[0067] 其中：
[0068] k为具有一系列指数计数器的离散时间间隔指数，其中k = 1、2、3...
[0069] G'为所测量的葡萄糖浓度
[0070] Im为"标测胰岛素"，而不是测量的量
[0071] I ' D为递送的胰岛素或操作变量
[0072] 并且系数 a!~2. 993 ;a 2~（-3. 775) ;a 3~2. 568 ;a 4~（_0· 886) ;a 5~0· 09776 ; b ~（-1. 5)叫~1. 665 ;c 2~（-〇· 693) ;d !~0· 01476 ;d 2~0· 01306。
[0073] 使用本领域的技术人员已知的FDA接受的代谢模拟器时，公式（1)可简化为以下 公式（2)中的线性差分模型：
[0074] (a)G' （k) = 2.993G' (k-l)-3. 775G' （k-2)+2. 568G' （k-3)-0.886G' （k-4)
[0075] +0.097766^(1^-5)
[0076] -1.5IM(k-4)
[0077] +0· 1401MealM(k-2)+l. 933MealM(k-3)
[0078] (b)IM(k) = 1.665IM(k-l)-0.693IM(k-2)
[0079] +0.01476V (k-1)+0.013061/ (k-2)
[0080] (c)MealM(k) = I. 501MealM(k-l)+0. 5427MealM(k-2)
[0081] +0· 02279Meal (k-l)+0. 01859Meal (k-2) (2)
[0082] 其中：
[0083] 为葡萄糖浓度输出（G)偏差变量（mg/dL)，即C = G-110mg/dL，
[0084] I1/为胰岛素输注速率输入（Id)偏差变量（U/h)，即I/ = Id-基础量U/h，U/h，
[0085] Meal 为 CHO 摄取输入（克-CH0)，
[0086] Im为标测皮下胰岛素输注速率（U/h)，并且
[0087] MealM为标测CHO摄取输入（克-CH0)。
[0088] 公式（2)中的动态模型符合胰岛素输注速率（Id)与CHO摄取输入（Meal)对血浆 葡萄糖的影响。该模型代表整个受检者群体的单一平均模型。该模型及其参数是固定的。
[0089] 由公式（2)中的部分（b)和（c)所述的二阶输入传递函数用于在区间MPC模式中 生成人工输入记忆以防止胰岛素过量投配，从而防止低血糖。为了避免过量递送胰岛素，任 何连续胰岛素递送的评估必须考虑过去施用的胰岛素与胰岛素作用时长。然而，相对低阶 的单状态线性差分模型使用输出（血糖）作为过去施用的输入（胰岛素）"记忆"的主要 来源。在面对模型失配、噪声或受检者对胰岛素敏感度的变化的情况下，这可导致胰岛素递 送不足或过量。这一点可以通过为承载较长胰岛素记忆的标测胰岛素与膳食输入增加两个 额外状态（!^和Meal M)来减轻。
[0090] 当与由上边界和下边界限定的区间相比受控变