«Я зараз кібарг!» — ганарліва заяўляе аўстраліец Ліам Зібідзі, малады праграміст, blockchain/Fullstack engineer і пісьменнік, як ён падае сябе на старонках свайго . У пачатку жніўня ён завяршыў свой DIY-праект па стварэнні носнай прылады, якое ён без ілжывай сціпласці ахрысціў "штучнай падстраўнікавай залозай". Гаворка хутчэй ідзе аб самарэгуляванай інсулінавай помпе, і наш кібарг у некаторых аспектах свайго тварэння не шукаў лёгкіх шляхоў. Больш падрабязна аб канцэпцыі прылады і open source тэхналогіях, на якія ён абапіраўся – далей у артыкуле.
ілюстрацыі за выключэннем схемы прылады ўзяты з
Цукровы дыябет for dummies
У Ліям - цукровы дыябет 1-га тыпу.
Калі карэктна - тое слова «дыябет» азначае групу захворванняў з падвышаным дыурэзам - вылучэннем мачы, але доля хворых менавіта цукровым дыябетам (СД) больш, і кароткі назоў негалосна прыжылося для СД. Яшчэ ў Сярэднія стагоддзі ў большасці хворых СД адзначалі наяўнасць у мачы цукру. Прайшло даволі шмат часу да адкрыцця гармона інсуліну (якому мелася таксама стаць першым у гісторыі цалкам отсеквенированным бялком) і яго ролі ў патагенезе СД.
Інсулін - найважнейшы гармон, які рэгулюе метабалізм мноства рэчываў, але асноўны ўплыў ён аказвае на абмен вугляводаў, у тым ліку "галоўнага" цукру - глюкозы. Для метабалізму глюкозы ў клетках інсулін з'яўляецца, грубіянска кажучы, сігнальнай малекулай. На паверхні клетак існуюць спецыяльныя малекулы-рэцэптары інсуліну. "Сядаючы" на іх, інсулін дае сігналам да запуску каскаду біяхімічных рэакцый: клетка пачынае актыўна транспартаваць глюкозу ўнутр скрозь сваю мембрану і перапрацоўваць яе ўсярэдзіне.
Працэс выпрацоўкі інсуліну можна прыпадобніць да працы людзей-валанцёраў, якія прыйшлі змагацца з паводкай. Узровень інсуліну залежыць ад колькасці глюкозы: чым яе больш - тым больш у адказ паднімаецца агульны ўзровень інсуліну. Паўтаруся: важны менавіта ўзровень у тканінах, а не колькасць малекул, прама прапарцыйнае глюкозе, бо інсулін сам не звязваецца з глюкозай і не расходуецца на яе метабалізм, як і валанцёры не п'юць ваду, якая прыбывае, а будуюць дамбы пэўнай вышыні. І неабходна падтрымліваць гэты пэўны ўзровень інсуліну на паверхні клетак, як і вышыню часавых дамбаў на затопленых участках.
Зразумела, што калі інсуліну пачынае не хапаць, то метабалізм глюкозы парушаецца, яна не праходзіць у клеткі, назапашваючыся ў біялагічных вадкасцях. Гэта і ёсць патагенез СД. Раней існавала блытаючая тэрміналогія «інсуліназалежны / незалежны СД», але карэктней класіфікаваць так: СД 1-га тыпу - гэта фізічная недахоп інсуліну (прычына таму, часцей за ўсё - гібель клетак падстраўнікавай залозы); СД 2-га тыпу - гэта зніжэнне рэакцыі арганізма на ўзровень уласнага інсуліну (усе прычыны да канца не высветлены і разнастайныя). 1-ы тып - валанцёраў стала мала і яны не паспяваюць будаваць дамбы; 2-гі тып - дамбы нармальнай вышыні, але ці то дзіравыя, ці то пабудаваны папярок.
Праблема ручнога рэгулявання
Абодва тыпу, як становіцца зразумела, вядуць да падвышанага ўзроўню глюкозы па-за клеткамі - у крыві, мачы, што аказвае негатыўны ўплыў на ўвесь арганізм. Даводзіцца жыць, лічачы и у шпрыцы і талерцы адпаведна. Але нельга ўвесь час уручную рэгуляваць тое, што рабіў сам арганізм. Чалавек павінен спаць, а ў сне ўзровень інсуліну працягвае падаць; чалавек можа з-за бытавых абставін не паесці своечасова - і тады ў яго ўпадзе ўжо цукар пад дзеяннем штучна ўтрыманага ўзроўню інсуліну. Па сутнасці, жыццё аказваецца ў тунэлі межаў ўзроўню глюкозы, зверху і знізу за якімі - кома.
Збольшага рашэннем гэтай праблемы сталі сучасныя прылады, якія прыйшлі на змену шпрыцам - інсулінавыя помпы. Гэта прыбор, які выкарыстоўвае ўвесь час уведзеную падскурную іголку для аўтаматычнай дазаванай падачы інсуліну. Але адна сама па сабе зручная падача не гарантуе карэктнай замяшчальнай інсулінавай тэрапіі без дадзеных аб бягучым узроўні глюкозы. Гэта - яшчэ адзін галаўны боль медыкаў і біятэхнолагаў: экспрэс-тэсты і правільнае прагназаванне дынамікі узроўняў інсуліну і глюкозы. Тэхнічна гэта стала рэалізоўвацца ў выглядзе сістэм continuous glucose monitoring – CGM. Гэта - разнастайныя прылады, якія счытваюць бесперапынна дадзеныя ад пастаянна ўведзенага пад скуру датчыка. Дадзены спосаб менш траўматычны і больш прывабны для карыстальнікаў, чым класічны. , Але апошні дакладней і рэкамендуецца да выкарыстання, калі ўзровень цукру ўсё ж апынуўся моцна "выпушчаны" або неяк яшчэ хутка змяняецца ў часе.
Прамежкавым звяном у гэтай сістэме з'яўляецца чалавек - звычайна сам пацыент. Ён ажыццяўляе рэгуляванне падачы інсуліну ў залежнасці ад паказанняў глюкометра і чаканага трэнду - ці паеў ён салодкага або рыхтуецца прапусціць абед. Але ж на фоне дакладнай электронікі чалавек становіцца слабым звяном - што калі на працягу сну ён дапусціць моцную гіпаглікемію і страціць прытомнасць? Або яшчэ як-небудзь неадэкватна павядзе сябе, забудзецца/прапусціць/няправільна наладзіць прыбор, асабліва, калі ён яшчэ дзіця? На такія выпадкі многія людзі задумаліся аб стварэнні сістэм са зваротнай сувяззю - каб прылада ўводу інсуліну арыентавалася на выснову з датчыкаў глюкозы.
Зваротная сувязь і open source
Аднак адразу ж узнікае праблема як помп, так і глюкометраў на рынку шмат. Акрамя таго, гэта ўсё выканаўчыя прылады, а ім патрэбен агульны працэсар і софт, які імі кіруе.
На Хабры ўжо выходзілі артыкулы [, ] на тэму аб'яднання двух прыбораў у адну сістэму. Акрамя дадання трэцяга кейса, я раскажу крыху пра глабальныя праекты, якія аб'ядноўваюць намаганні энтузіястаў, якія жадаюць сабраць падобныя сістэмы самастойна.
Праект OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, свабодная штучная падстраўнікавая), заснаваны Данай Льюіс з Сіэтла. У канцы 2014 года яна, таксама дыябетык 1-га тыпу, вырашылася на такі эксперымент. Паспрабаваўшы, а затым падрабязна апісаўшы сваю прыладу, яна ў выніку адкрыла , Дзе падрабязнай выявай апісваецца, як самому аб'яднаць свае CGM-глюкометр і помпу, у розных варыяцыях ад розных вытворцаў, з неабходнымі прамежкавымі прыладамі, варыянтамі софту на Github, з вялікай колькасцю дакументацыі ад расце супольнасці карыстальнікаў. Самы важны аспект, на які робіць упор OpenAPS - гэта "мы вам дапаможам падрабязнымі інструкцыямі, але зрабіць вы ўсе павінны самі". Справа ў тым, што падобная дзейнасць – за крок ад сур'ёзных санкцый ад FDA (амерыканскай Food and Drug Administration, у юрысдыкцыю якой уваходзяць усе лекі і вырабы медыцынскага прызначэння). І калі яна не можа забараніць вам ламаць сертыфікаваныя прыборы і аб'ядноўваць іх у самаробныя сістэмы, каб прымяніць іх на сабе, то любая спроба дапамагчы вам яго зрабіць ці прадаць будзе строга пакараная. Другая, але не менш важная ідэя OpenAPS – бяспека самаробнай сістэмы. Дакументацыя ў выглядзе і выразныя, падрабязныя алгарытмы накіраваны менавіта на тое, каб хворы дапамог, а не нашкодзіў сабе.
акно акаўнта Nightscout
Іншы праект, , дазваляе карыстальнікам загружаць дадзеныя са сваіх CGM-прылад у хмарнае сховішча ў рэальным часе праз смартфон, разумныя гадзіны і іншыя дэвайсы, а таксама праглядаць і апрацоўваць атрыманыя дадзеныя. Праект накіраваны на максімальна інфарматыўнае і зручнае выкарыстанне дадзеных, і таксама змяшчае падрабязныя гайды, напрыклад, глюкаметраў са смартфонамі з той ці іншай АС і неабходным софтам і прамежкавымі трансмітарамі.
Візуалізацыя дадзеных важна для вызначэння сутачных ваганняў глюкозы пры вашым ладзе жыцця і магчымай карэкцыі паводзін і прыёмаў ежы, для трансляцыі дадзеных у зручным графічным выглядзе на смартфон або разумныя гадзіны, для прагназавання трэндаў ўзроўню глюкозы ў бліжэйшы час, а акрамя таго, гэтыя дадзеныя могуць счытвацца і апрацоўвацца софтам OpenAPS. Менавіта гэта і выкарыстоўвае Ліям у сваім праекце. На КДПВ артыкулы - яго асабістыя дадзеныя з хмарнага сэрвісу, дзе фіялетавая «відэлец» справа - гэта і ёсць прагназуемыя ўзроўні глюкозы, прадказаныя OpenAPS.
Праект Ліама
Аб праекце можна падрабязна прачытаць у адпаведным запісе яго блога, я толькі паспрабую пераказаць яго больш схематычна і навочна.
Хард уключае ў сябе наступныя прылады: інсулінавую помпу Medtronic, якая ў Ліама была першапачаткова; CGM (глюкометр) FreeStyle Libre з NFС-датчыкам; да яго – трансмітар MiaoMiao, які перадае дадзеныя ад скурнага NFC-датчыка на смартфон па Bluetooth; мікракампутар Intel Edison, як працэсар для кіравання ўсёй сістэмай з дапамогай Open APS; Explorer HAT – радыётрансмітар для злучэння апошняга са смартфонам і з помпай.
Круг замкнуўся.
Уся хардварная частка абышлася Ліаму ў 515 еўра, за выключэннем помпы, якая ў яго была раней. Усе рэчы ён заказваў на Амазоне, у тым ліку і зняты з вытворчасці Edison. Таксама падскурныя датчыкі для CGM Libre з'яўляюцца нятанным расходником - 70 еўра за штуку, якога хапае на 14 дзён.
Софт: па-першае, дыстрыбутыў лінукс Jubilinux для Edison і далей усталёўка на яго OpenAPS, з чым аўтар прылады, па ім словам, памучыўся. Далей – настройка перадачы дадзеных з CGM на смартфон і ў воблака, для чаго яму прыйшлося ліцэнзаваць персанальную зборку прыкладання xDrip (150 еўра) і настройка Nightscout – яго праз спецыяльныя плагіны трэба было "ажаніць" з OpenAPS. Таксама ўзніклі праблемы з працай усёй прылады, але кам'юніці Nightscout паспяхова дапамагло Ліяму ў пошуку багаў.
Вядома, можа падацца, што аўтар пераўскладніў праект. Ужо даўно зняты з вытворчасці Intel Edison быў абраны Ліамам як "больш энергаэфектыўны, чым Raspberry Pi". Apple АС таксама дадала цяжкасцяў з ліцэнзіяй на софт і выдаткаў, супастаўных з Android-смартфонам. Аднак яго досвед карысны і пойдзе ў скарбонку мноства падобных праектаў самаробных прылад, якія закліканы за адносна невялікія грошы прыкметна палепшыць якасць жыцця шматлікіх людзей. Людзей, якія ўсё больш абвыкаюць разлічваць на свае сілы і навыкі.
Лиам разважае аб тым, што СД 1-га тыпу зрабіў яго несвабодным, і створанае ім прылада – спосаб вярнуць сабе псіхалагічны камфорт кантролю над уласным целам. І апроч вяртання сабе звычайнай выявы жыцця, стварэнне сістэмы інсулінавай помпы з зваротнай сувяззю стала для яго магутным досведам самавыяўлення. "Лепш ужо трымаць свой метабалізм пад кантролем кода на JS, чым патрапіць у лякарню" – піша ён.
Крыніца: habr.com