„Сега съм киборг!“ — гордо заявява австралиецът Лиам Зибиди, млад програмист, blockchain/Fullstack инженер и писател, както той се представя на страниците на своя . В началото на август той завърши своя DIY проект за създаване на носимо устройство, което без срам е нарекъл „изкуствен панкреас“. Става въпрос по-скоро за саморегулираща се инсулинова помпа, а нашият киборг в някои аспекти на своето творение не е търсил лесни пътища. Повече за концепцията на устройството и open source технологиите, на които се е опирал — в статията по-долу.
изображенията с изключение на схемата на устройството са взети от
Сахарен диабет за начинаещи
Лиам има захарен диабет тип 1.
Ако говорим коректно, то думата „диабет“ означава група заболявания с повишено диурез (излъчване на урина), но делът на болните именно от захарен диабет (ЗД) е по-голям, и краткото название неофициално се е установило за ЗД. Още в средновековието при повечето болни от ЗД е било установено наличие на захар в урината. Преминаха доста години преди откритие на хормона инсулин (който също стана първият в историята напълно секвениран протеин) и неговата роля в патогенезата на ЗД.
Инсулинът е най-важният хормон, който регулира метаболизма на множество вещества, но основното влияние оказва на обмяната на въглехидратите, включително на „главния“ захар — глюкозата. За метаболизма на глюкозата в клетките инсулинът е, грубо казано, сигнална молекула. На повърхността на клетките съществуват специални молекули-рецептори за инсулин. „Сядайки“ на тях, инсулинът дава сигнал за стартиране на каскадата от биохимични реакции: клетката започва активно да транспортира глюкоза навътре през своята мембрана и да я преработва вътре.
Процесът на производство на инсулин може да се сравни с работата на доброволци, които идват да се борят с наводнения. Нивото на инсулин зависи от количеството глюкоза: колкото повече глюкоза, толкова по-високо е общото ниво на инсулин в отговор. Отново подчертавам: важно е точно нивото в тъканите, а не броят на молекулите, пропорционален на глюкозата, тъй като инсулинът сам по себе си не се свързва с глюкозата и не се изразходва за нейния метаболизъм, подобно на доброволците, които не пият идващата вода, а строят дамби определена височина. И е необходимо да се поддържа това определено ниво на инсулин на повърхността на клетките, както и височината на временните дамби на наводнените участъци.
Ясно е, че ако инсулинът започне да не достига, метаболизмът на глюкозата се нарушава, тя не преминава в клетките и се натрупва в биологичните течности. Това е патогенезата на диабет. Преди съществуваше объркваща терминология "инсулинозависим/независим диабет", но е по-точно да се класифицира така: диабет тип 1 — това е физическа недостатъчност на инсулин (причината за това най-често е смъртта на клетките на панкреаса); диабет тип 2 — това е намалена реакция на организма на нивото на собствен инсулин (всички причини не са напълно изяснени и са разнообразни). Тип 1 — броят на доброволците е намалял и те не успяват да построят дамбите; тип 2 — дамбите са с нормална височина, но или са дупчести, или са построени напречно.
Проблема с ръчната регулировка
И двата типа, както става ясно, водят до повишено ниво на глюкоза извън клетките — в кръвта, урината, което оказва негативно влияние на целия организъм. Приходи да живееш, смятайки и в спринцовка и на чиния, съответно. Но не може постоянно да регулираш ръчно това, което е правил самият организъм. Човек трябва да спи, а по време на сън нивото на инсулин продължава да спада; човек може поради битови обстоятелства да не яде навреме — и тогава нивото на захар ще спадне под влиянието на изкуствено задържания инсулин. По същество, животът се оказва в тунел с пределите на нивото на глюкоза, отгоре и отдолу на които се намира кома.
Отчасти решението на този проблем са съвременните устройства, заменили спринцовките - инсулиновите помпи. Това е уред, който използва постоянно вкарана подкожна игла за автоматично дозирано подаване на инсулин. Но самото удобно подаване не гарантира коректна заместителна инсулинова терапия без данни за текущото ниво на глюкоза. Това е още една болка за лекарите и биотехнологите: бързи тестове и правилно прогнозиране на динамиката на нивата на инсулин и глюкоза. Технически, това се реализира под формата на системи за непрекъснато проследяване на глюкозата - CGM. Това - разнообразни устройства, които постоянно прочитат данни от постоянно вкаран под кожата сензор. Този метод е по-малко травматичен и по-привлекателен за потребителите, отколкото класическият , но последният е по-точен и се препоръчва за употреба, ако нивото на захар е значително „понижено“ или по някакъв начин бързо се променя във времето.
Промеждутъчната свързваща звено в тази система е човекът - обикновено самият пациент. Той регулира подаването на инсулин в зависимост от показанията на глюкометъра и очаквания тренд - ако е ял сладко или планира да пропусне обяд. Но на фона на точната електроника, човекът става слабо звено - какво ще стане, ако през сън допусне силна хипогликемия и изгуби съзнание? Или по някакъв друг начин се държи неадекватно, забрави/пропусне/не настрои правилно устройството, особено ако е дете? В такива случаи много хора се замислиха за създаване на системи с обратна връзка - така че устройството за подаване на инсулин да се ориентира спрямо изходящите данни от сензорите за глюкоза.
Обратна връзка и open source
Но веднага възниква проблемът - на пазара има много помпи и глюкометри. Освен това, всички те са изпълнителни устройства и им трябва общ процесор и софтуер, който да ги управлява.
На Хабра вече излизаха статии [, ] на тема обединяване на двата прибора в една система. Освен добавянето на трети случай, ще разкажа малко за глобалните проекти, които обединяват усилията на ентусиастите, желаещи да изградят подобни системи самостоятелно.
Проект OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, свободна изкуствена панкреасна система) е основан от Дана Льюис от Сиатъл. В края на 2014 г. тя, също диабетик тип 1, решава да проведе подобен експеримент. След като опитва и след това подробно описва устройството си, тя в крайна сметка открива , където подробно се описва как самостоятелно да свържете своите CGM-глюкометри и помпи, в различни варианти от различни производители, с необходимите междинни устройства, софтуерни опции в Github и с много документация от нарастващото потребителско общество. Най-важният аспект, на който OpenAPS акцентира, е „ние ще ви помогнем с подробни инструкции, но всичко трябва да направите сами“. Факт е, че подобна дейност е на крачка от сериозни санкции от FDA (Американската администрация по храните и лекарствата, която регулира всички лекарства и медицински изделия). И ако тя не може да ви забрани да разчупите сертифицирани устройства и да ги съберете в самоделни системи, за да ги използвате сами, всяка опит за помощ в направата им или продажбата им ще бъде строго наказана. Втората, но не по-малко важна идея на OpenAPS е безопасността на самодельната система. Документацията под формата на и ясни, подробни алгоритми целят именно да помогнат на потребителя, а не да му навредят.
прозорец на акаунта Nightscout
Друг проект, , позволява на потребителите да качват данни от своите CGM устройства в облачно хранилище в реално време чрез смартфон, смарт часовник и други устройства, а също така да преглеждат и обработват получените данни. Проектът е насочен към максимално информативна и удобна употреба на данните и също така съдържа подробни ръководства, например, на глюкометри със смартфони с различни ОС и необходимия софтуер и междинни предаватели.
Визуализация на данните е важна за определяне на ежедневните колебания на глюкозата спрямо начина на живот и за възможна корекция на поведението и приема на храна, за предаване на данните в удобен графичен формат на смартфон или смарт часовник, за прогнозиране на тенденции на нивото на глюкоза в близко бъдеще. Освен това, тези данни могат да бъдат прочетени и обработвани от софтуера OpenAPS. Именно това използва Лиам в своя проект. На КДПВ статията — неговите лични данни от облачната услуга, където лилавата „вилка“ отдясно е прогнозираните нива на глюкоза, предсказани от OpenAPS.
Проектът на Лиам
За проекта можете да прочетете подробно в съответната публикация в неговия блог, аз ще се опитам да го преразкажа по-скемatically и визуално.
Хардуерът включва следните устройства: инсулинова помпа Medtronic, която Лиам имаше в началото; CGM (глюкометър) FreeStyle Libre с NFC сензор; с него — трансмитер MiaoMiao, който предава данните от кожния NFC сензор на смартфон по Bluetooth; микрокомпютър Intel Edison, който служи като процесор за управление на цялата система с помощта на Open APS; Explorer HAT — радиотрансмитер за свързване на последния със смартфона и помпата.
Кръгът се затвори.
Цялата хардуерна част струва на Лиам 515 евро, с изключение на помпата, която имаше преди. Всички артикули е поръчвал от Amazon, включително и спрените от производство Edison. Също така, подкожните сензори за CGM Libre са скъп консуматив — 70 евро за брой, който стига за 14 дни.
Софтуер: на първо място, дистрибуцията на Linux Jubilinux за Edison и след това инсталирането на OpenAPS, с което авторът на устройството, по неговите думи, имал трудности. След това — настройка на предаване на данни от CGM на смартфона и в облака, за което е трябвало да лицензира лична сборка на приложението xDrip (150 евро) и настройка на Nightscout — неговият трябваше да бъде „оженен“ с OpenAPS чрез специални плъгини. Също така, имаше проблеми с работата на устройството, но общността Nightscout успешно помогна на Лиам в търсенето на бъгове.
Разбира се, може да изглежда, че авторът е усложнил проекта. Вече остарелият Intel Edison беше избран от Лиъм като „по-енергийно ефективен от Raspberry Pi“. Операционната система на Apple също добави трудности с лицензирането на софтуер и разходи, съпоставими с тези на Android смартфон. Въпреки това опитът му е полезен и ще обогати много подобни проекти за самоделни устройства, които целят да подобрят качеството на живот на много хора на сравнително ниска цена. Хора, които все повече свикват да разчитат на собствените си сили и умения.
Лиъм размишлява върху това, как SD 1-ви тип го е направил несвободен и създаденото от него устройство е начин да си върне психологическия комфорт на контрола върху собственото си тяло. И освен връщането на нормалния начин на живот, създаването на система за инсулинова помпа с обратна връзка стана мощен опит за самоизразяване за него. "По-добре да държа метаболизма си под контрол с код на JS, отколкото да попадам в болница" — пише той.
Източник: habr.com
