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情绪搅动的不只是面部肌肉，还有我们的五脏六腑。
会思考的也不只有大脑，还有我们调控血糖的器官胰腺。
胰腺分泌多种激素，包括升高血糖的激素胰高血糖素，和降低血糖的激素胰岛素。
在血糖升高的时候，胰岛素分泌增加，胰高糖素分泌减少；在血糖降低的时候，胰岛素分泌减少，胰高糖血素分泌增加。
两种激素增加和减少的幅度进行着持续性的波动性锯齿样的微妙变化。
当前闭环胰岛素泵的研发，在将胰岛素给药的智能算法加入胰岛素泵的同时，也在探讨胰高血糖素的使用。
仅是围绕改善胰岛素需要量的智能运算，以及将这种算法运用到胰岛素剂量输注上，是否足够改变糖尿病患者的血糖控制？目前其实已经取得喜人进展，也已经有FDA批准的闭环胰岛素泵在美国上市。
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但对于糖尿病患者和他们的亲人来说，科技的进步总嫌太慢，审批的程序虽然必须严谨但总是令人等得焦急。
有没有方法将现有的胰岛素泵和动态血糖监测系统连接起来，制作自己的闭环胰岛素泵？
在国外，有一个1型糖尿病儿童家长开发的项目叫作“Nightscout”，这是一个开放资源的DIY（Do it by yourself）项目，能够实现动态血糖监测数据向私人智能手机、智能手表、app等的传输，并通过人工胰腺系统（Artificial Pancreas System, APS）项目实现胰岛素泵基础率的自动调节，从而将血糖尽可能地控制在目标范围内。
这个开放APS（OPENAPS）社区希望用自己开放和透明的努力，来促使人工胰腺的基本技术能够安全、有效并更快速地改善和挽救糖尿病患者的生活，降低1型糖尿病的压力。据OPENAPS发布的官方信息，截止2018年1月5日，全球至少有511个患者使用了各种类型的DIY闭环设备。
OPENAPS曾对自己的用户进行了小范围调查，调查报告陆续在2016年和2017年的美国糖尿病学会（ADA）年会上以海报的形式发表， “Nightscout”的尝试也在2018年被ADA提及和讨论。
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那么这个开放 APS 的工作原理到底是怎样的呢？本文从其官方网站截取相关信息介绍给读者。
网址： https://openaps.org/
简单来说，这个APS系统是通过搭建胰岛素泵与连续血糖监测（CGM）设备的有效对话，而实现胰岛素泵的胰岛素输注的自动调节来努力保持血糖在安全范围内的。
能够与这个APS交互操作的胰岛素泵和CGM系统包括一些型号的美敦力泵和丹纳欧洲版的DANARs胰岛素泵，德康和美敦力的CGMs。OPENAPS社区也在不断努力更新技术以便让更多1型糖尿病患者使用上相关技术，韩国丹纳泵的生产商也曾赴APS总部与他们讨论胰岛素泵设计更新建议。
一、开放 APS 的安全性
这个APS系统本来就是为安全而设计，也就是说：基于APS算法所作出的每一个胰岛素剂量决定，都是基于当时的信息算出来的最为安全的剂量。
为实现这个目的的最安全方法，就是设定临时基础率，用临时基础率来弥补常规基础率的不足，将血糖控制在目标范围。如果新的信息提示当前临时基础率有过高或过低纠正的可能，APS系统将立刻取消这个临时基础率，并调整到新的临时基础率。
尽管在过去几年取得了显著进步，但连续血糖监测系统的传感器还是不够完美。为了让基于CGM数据的胰岛素剂量调整足够安全，APS算法并不依赖于单个的血糖数据，而是根据每5分钟获得的数据，进行连续计算。
如果CGM检测的数据有误，比如传感器即将失效，或者受到挤压，APS的反应会比较保守，对胰岛素剂量的调整也比较轻微。如果经过5分钟、10分钟或者15分钟，CGM显示当前的临时基础率不太合适，APS将取消这个临时基础率，并回到本来设定的基础率上，或者进行其他的剂量调整运算。
为了保证胰岛素剂量决定的准确性，将会使用所有可能得到的信息，包括血糖水平，血糖趋势，以及胰岛素给药历史。
在收到矛盾信息或者没有获得需要的信息时，APS将立即返回之前预设的基础率上。例如，如果预测血糖将降低，但实际却上升了，APS将等待，直到获得血糖持续上升或者开始下降的信息，才开始新的计算。
当血糖降低到设定的阈值并持续下降或者上升不够迅速时，APS将停止基础率的输注，以最大限度地预防低血糖或促进从低血糖的恢复。
APS安全性的另一个保证，来自于使用者对系统的了解，包括APS正在给予何种剂量以及为什么，并根据需要选择接受，以更好地控制自己的糖尿病。
实际上这个开放APS的算法与人相同，会使用到基础率、胰岛素敏感系数（ISF，也被称为“校正系数”）、胰岛素作用时间（DIA）、糖类系数（ICR），不是很复杂，有包括17个参数的胰岛素反应模型或公式，如何工作和运算是开放和透明的。
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二、初始 APS 算法： oref0 （ OpenAPS Reference Design Zero ）
与最初设计时相比，这个软件已经成熟很多。在纠正和弥补错误设置和信息方面，功能强大。这些错误设置包括胰岛素泵的基础率、ISF、DIA和CIR，错误信息包括CGM血糖数据和其他潜在问题。
oref0 的安全性设计限制
1. 不能调整大剂量，只有调整临时基础率的权限。
2. 设定临时基础率的最大限量。
3. 个体化设定
根据个人情况设定各自的校正系数、食物消化吸收时间（血糖持续升高或波动的时间）、胰岛素作用时间等，并持续监测血糖，直到有明确的信息才考虑调整临时基础率。
4. 无需患者互动的全自动调控
CGM和胰岛素泵的数据实时同时上传进行基础率的调整运算，患者只需要在进餐时候输注大剂量，很少需要进行针对高血糖或低血糖的校正和调整。患者的父母或者亲人可以通过远程设备获得上传的所有数据，以便了解到血糖变化和APS是否工作正常。
三、 APS 设计细节
1. 设备对话
APS持续从CGM读取数据（例如，每5分钟），并隔几分钟就从胰岛素泵读取活动信息，如当前基础率和最大基础率，最近的大剂量，活性胰岛素，胰岛素敏感系数，糖类系数，DIA和血糖目标等。
APS根据获得的信息，更新大剂量的计算，当需要采取行动的时候，APS发送调整剂量指令给胰岛素泵，确认胰岛素泵接收到指令，之后对最近的活动进行另一个问询和计算，以确保新的临时基础率成功发挥作用。
2. 算法
活性胰岛素（IOB）的计算：会把最近的大剂量、临时基础率、DIA和发表的活性胰岛素曲线都考虑进去，计算当前的活性胰岛素。
如果最近没有大剂量，APS会根据当前CGM读数应用一个简单的公式预测一个血糖数值：当前血糖-（ISF×IOB）
如果当前血糖低于设定阈值（较目标低1.7mmol/L），APS进入低血糖暂停模式，将未来30分钟的临时基础率降低为0，直到血糖上升。
无论血糖是高于还是低于目标范围，APS都会审视CGM读数较预测值上升还是下降，并采取应对行动：
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如果血糖是上升趋势，但当前血糖低于目标，取消临时基础率；
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如果血糖是下降趋势，但当前基础率高于目标，取消临时基础率；
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如果血糖高于目标范围：
计算将血糖降到目标范围所需的30分钟临时基础率；
如果计算的临时基础率>当前基础率，上调当前基础率为更高的临时基础率；
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如果血糖低于目标范围：
计算将血糖提升到目标范围所需的30分钟临时基础率；
如果计算的临时基础率<当前基础率，使用新的临时基础率；
如果超过30分钟都不需要基础率，将临时基础率调整为0，持续30分钟
胰岛素泵上有最大基础率的设置，但为安全性考虑，APS将设定一个较泵上更低的一个最大基础率，临时基础率上调倍数也有限制。
这样的设计，是为了让患者能从过度矫正中恢复过来。
3. 调整偏离预期的血糖
当血糖偏离预期，异常上升或下降，或持续走高时，将使用胰岛素后血糖升高或降低的速率考虑进去也是很有用的。这涉及到更高级的APS运用。
为了计算这种偏差，需要引入“血糖影响”（BG Impact, BGI）的概念，其实就是指当前胰岛素作用乘以胰岛素敏感系数（IOB×ISF）。这个数值代表着CGM数据将上升或下降多少，根据CGM读数15分钟内的变化就可以判断出来。
APS可以进行这个15分钟血糖偏差的计算，之后将这个偏差作为血糖预测调整参数，也就是血糖较预测偏差了多少，预测未来15-30分钟血糖变化趋势，偏差幅度。
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四、大剂量给药进展
通过上面血糖偏差的调整计算，即使并没有通知要吃饭了，APS也可以通过血糖的变化进行临时基础率调整，避免在血糖上升或持续较高时仅提供较低的基础率。
使用者只需要记得在吃饭时给予大剂量即可，APS会等待进行临时基础率的调整。
此项技术目前只在更高级的APS系统上使用。
由于很多胰岛素泵使用者并不计算累积活性胰岛素，而只是计算大剂量的活性胰岛素，所以需要使用额外的预防措施防止患者手动给予过量的大剂量。此方面有一个“最大IOB”设置。
1. 高级进餐助手
在过去两年，DIY的闭环人工胰腺系统取得了很大进步，DIY社区也获得很多真实世界中使用APS的经验，非常值得一提的进步是“高级进餐助手”（Advanced Meal Assist, AMA）。
尽管进餐种类多种多样，每个人消化吸收的速度也不太，AMA还是能够应对这些差异，提供进餐后胰岛素剂量调节的高级算法。
AMA需要使用者计算并且输入碳水化合物的克数和餐时大剂量。餐时胰岛素通常需要一个小时达到作用高峰，因此AMA将仔细计算胰岛素剂量，在避免低血糖的情况下预防餐后血糖高峰。
2.超微大剂量（supermicroboluses）
为了实现AMA运算，APS的开发人员撰写了oref1算法，以便在餐时糖类吸收血糖上升时用“超微大剂量”的方式更迅速地输注需要的胰岛素剂量，这是微小的持续输注的大剂量。
在此过程中临时基础率将回归为0，以便保证在糖类吸收忽然减慢或者终止（进餐中断、肠胃不适或餐后运动）时，不采取额外措施血糖也能够回归安全范围。
CGM每5分钟提供一个血糖数据，APS也将每5分钟释放一个超微大剂量。如果血糖水平开始下降，就已经有一个较长时间的0临时基础率在进行了，这也意味着IOB会尽快下降，直到血糖水平稳定需要更多的胰岛素时。
3. Oref1 的安全性考虑
上述算法的挑战当然是自动给药的安全性，此方面引入了一些新的安全性检测方法，并在系统可以进行此方面运作前对输出进行验证。
安全性检查的核心概念是：OPENAPS必须能够通过众多方法证明，它知道胰岛素泵输出的所有胰岛素，在它给超微大剂量前，胰岛素泵没有在输注大剂量。此外，还需要计算0临时基础率的持续时间，以便足够让血糖回到目标范围，并设定届时需要的临时基础率，并证明校正的临时基础率工作时间合适。
为了实现上述目的，还需要证明APS知道最近的胰岛素给药剂量，当前不在输注过程中，检查泵的胰岛素储存，回顾泵治疗历史，计算需要的胰岛素剂量，在给药前再次检查泵的大剂量状态和储存状态。
这些反复确认是为了防止重复给药。
在输注超微大剂量的过程中，将只是输注计算结果的三分之一，在后续的循环中将再次计算再次给药。这种设计是为了避免输注超出需要量的胰岛素，并让0基础率能够发挥作用。
在有些情况下，如果没有获得血糖数据，或者泵与CGM无法对话，APS将返回到oref0算法 并启动一个适合的高临时基础率。
有时，会需要手动输入大剂量来应对这餐饮食，以防止血糖升的太高。
APS 社区认为， OPENAPS 以及相似的设计代表着当前 1 型糖尿病人群能够获得的最安全并且能最快使用上人工胰腺技术的方法。
此结论着实令人充满遐想。
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