Домашно безжично автономно управление на инсулиновата помпа

"Сега съм киборг!" - австралиецът Лиам Зибиди, млад програмист, блокчейн/Fullstack инженер и писател, заявява гордо, докато се представя на страниците на своя публикация в блога. В началото на август той завърши своя проект „Направи си сам“ за създаване на носимо устройство, което той безсрамно нарече „изкуствен панкреас“. По-скоро говорим за саморегулираща се инсулинова помпа и нашият киборг не е избрал лесния път в някои аспекти на своето творение. Прочетете повече за концепцията на устройството и технологиите с отворен код, на които разчита по-късно в статията.

илюстрациите с изключение на схемата на устройството са взети от Блогът на Лиъм

Диабет за манекени

Лиъм има диабет тип 1.
Ако е вярно, тогава думата „диабет“ означава група заболявания с повишена диуреза - отделяне на урина, но делът на пациентите със захарен диабет (ЗД) е по-голям и краткото наименование тайно се е утвърдило за ЗД. През Средновековието повечето пациенти с диабет отбелязват наличието на захар в урината. Измина доста време преди откриването на хормона инсулин (който трябваше да стане и първият напълно секвениран протеин в историята) и неговата роля в патогенезата на диабета.
Инсулинът е най-важният хормон, който регулира метаболизма на много вещества, но основният му ефект е върху метаболизма на въглехидратите, включително "основната" захар - глюкозата. За метаболизма на глюкозата в клетките инсулинът е, грубо казано, сигнална молекула. На повърхността на клетките има специални инсулинови рецепторни молекули. „Седейки“ върху тях, инсулинът дава сигнал за стартиране на каскада от биохимични реакции: клетката започва активно да транспортира глюкозата навътре през мембраната си и да я обработва вътрешно.
Процесът на производство на инсулин може да бъде оприличен на работата на човешки доброволци, дошли да се борят с наводнение. Нивото на инсулин зависи от количеството глюкоза: колкото повече има, толкова повече общото ниво на инсулин се повишава в отговор. Повтарям: важно е нивото в тъканите, а не броят на молекулите, който е правопропорционален на глюкозата, защото самият инсулин не се свързва с глюкозата и не се изразходва за нейния метаболизъм, точно както доброволците не пият входящите вода, но изграждат язовири с определена височина. И е необходимо да се поддържа това определено ниво на инсулин на повърхността на клетките, както и височината на временните бентове в наводнените райони.
Ясно е, че ако няма достатъчно инсулин, тогава метаболизмът на глюкозата се нарушава, тя не преминава в клетките, натрупвайки се в биологични течности. Това е патогенезата на диабета. По-рано имаше объркваща терминология „инсулинозависим/независим диабет“, но е по-правилно да се класифицира по следния начин: диабет тип 1 е физическа липса на инсулин (причината за това най-често е смъртта на клетките на панкреаса); Диабет тип 2 е намаляване на реакцията на организма към нивото на собствения инсулин (всички причини не са напълно разбрани и са различни). 1-ви тип - има малко доброволци и нямат време да строят язовири; Тип 2 - язовири с нормална височина, но пълни с дупки или построени напречно.

Проблем с ръчната настройка

И двата вида, както става ясно, водят до повишени нива на глюкоза извън клетките – в кръвта, урината, което се отразява негативно на целия организъм. Трябва да живеем с броене международни и зърнени единици съответно в спринцовка и плака. Но не винаги можете ръчно да регулирате какво прави самото тяло. Човек трябва да спи, а докато спи, нивата на инсулина продължават да падат; човек може поради ежедневни обстоятелства да не яде навреме - и тогава нивото на захарта му ще падне под въздействието на изкуствено поддържано ниво на инсулин. По същество животът се озовава в тунел от граници на нивото на глюкозата, отвъд които има кома.
Част от решението на този проблем бяха модерните устройства, които замениха спринцовките - инсулиновите помпи. Това е устройство, което използва непрекъснато вкарана подкожна игла за автоматично дозиране на инсулин. Но удобното доставяне само по себе си не гарантира правилна инсулинова заместителна терапия без данни за текущото ниво на глюкозата. Това е още едно главоболие за лекари и биотехнолози: бързи тестове и правилно прогнозиране на динамиката на нивата на инсулин и глюкоза. Технически това започна да се прилага под формата на непрекъснат мониторинг на глюкозата - CGM системи. Това са различни устройства, които непрекъснато четат данни от сензор, постоянно поставен под кожата. Този метод е по-малко травматичен и по-привлекателен за потребителите от класическия. пръст, но последното е по-точно и се препоръчва за употреба, ако нивото на захарта все още е много „паднало“ или по някакъв начин се променя бързо с времето.
Междинното звено в тази система е човек - обикновено самият пациент. Регулира подаването на инсулин в зависимост от показанията на глюкомера и очакваната тенденция - дали е ял сладко или се готви да пропусне обяда. Но на фона на прецизната електроника човек се превръща в слабо звено - какво ще стане, ако по време на сън страда от тежка хипогликемия и губи съзнание? Или ще се държи по някакъв друг неподходящ начин, ще забрави/пропусне/настрои неправилно устройството, особено ако е още дете? В такива случаи много хора са мислили за създаване на системи за обратна връзка - така че устройството за въвеждане на инсулин да е ориентирано към изхода от сензорите за глюкоза.

Обратна връзка и отворен код

Веднага обаче възниква проблем - на пазара има много помпи и глюкомери. Освен това всички те са изпълнителни устройства и се нуждаят от общ процесор и софтуер, който ги управлява.
Статии вече са публикувани в Хабре [1, 2] по темата за комбиниране на две устройства в една система. В допълнение към добавянето на трети случай, ще ви разкажа малко за глобални проекти, които обединяват усилията на ентусиасти, които искат да сглобяват подобни системи сами.

Проектът OpenAPS (Open Artificial Pancreas System) е основан от Dana Lewis от Сиатъл. В края на 2014 г. тя, също диабетик тип 1, решава да предприеме подобен експеримент. След като опита и след това описа устройството си в детайли, тя в крайна сметка откри уебсайт на проекта, който описва подробно как да комбинирате собствен CGM измервател и помпа, в различни варианти от различни производители, с необходимите междинни устройства, софтуерни опции в Github, с много документация от нарастваща общност от потребители. Най-важният аспект, който OpenAPS подчертава, е „ние ще ви помогнем с подробни инструкции, но вие трябва да направите всичко сами“. Факт е, че подобни дейности са на крачка от сериозни санкции от FDA (Американската администрация по храните и лекарствата, чиято юрисдикция включва всички лекарства и медицински продукти). И ако тя не може да ви забрани да разбивате сертифицирани устройства и да ги комбинирате в самоделни системи, за да ги използвате върху себе си, тогава всеки опит да ви помогне да ги направите или продадете ще бъде строго наказан. Втората, но не по-малко важна идея на OpenAPS е сигурността на домашна система. Документация във формуляраняколкостотин статии и ясни, подробни алгоритми са насочени специално към подпомагане на пациента, а не към нараняване на самия него.

Прозорец на акаунта в Nightscout
Друг проект Нощен скаут, позволява на потребителите да качват данни от своите CGM устройства в облачно хранилище в реално време чрез смартфон, смарт часовник и други устройства, както и да преглеждат и обработват получените данни. Проектът има за цел да направи най-информативното и удобно използване на данните и също така съдържа подробни ръководства, напр. готови конфигурации глюкомери със смартфони с една или друга ОС и необходимия софтуер и междинни предаватели.
Визуализирането на данни е важно за определяне на ежедневните колебания на глюкозата във вашия начин на живот и евентуална корекция на поведението и приема на храна, за предаване на данни в удобна графична форма към смартфон или смарт часовник, за прогнозиране на тенденциите в нивата на глюкозата в близко бъдеще и в Освен това тези данни могат да бъдат прочетени и обработени от софтуера OpenAPS. Точно това използва Лиъм в своя проект. В статиите на KDPV - неговите лични данни от облачната услуга, където лилавата „вилица“ вдясно е прогнозираните нива на глюкоза, прогнозирани от OpenAPS.

Проектът на Лиъм

Можете да прочетете подробно за проекта в съответния запис в неговия блог, просто ще се опитам да го преразкажа по-схематично и ясно.
The Hard включва следните устройства: инсулиновата помпа Medtronic, която Лиъм първоначално имаше; CGM (глюкомер) FreeStyle Libre с NFC сензор; към него е свързан предавателят MiaoMiao, който предава данни от NFC сензора на кожата към смартфона чрез Bluetooth; Микрокомпютър Intel Edison като процесор за управление на цялата система чрез Open APS; Explorer HAT е радиопредавател за свързване на последния със смартфон и помпа.
Кръгът е затворен.

Целият хардуер струваше на Лиъм €515, без помпата, която имаше преди. Той поръча всичките си неща от Amazon, включително спрения Edison. Също така подкожните сензори за CGM Libre са скъп консуматив - 70 евро за брой, който стига за 14 дни.

Софтуер: първо, дистрибуцията на Jubilinux Linux за Edison и след това инсталиране на OpenAPS върху него, от което авторът на устройството, според него, страда. Следва настройване на пренос на данни от CGM към смартфон и в облака, за което трябваше да лицензира лична компилация на приложението xDrip (150 евро) и настройка на Nightscout - трябваше да се „омъжи“ за OpenAPS чрез специални плъгини . Имаше и проблеми с работата на цялото устройство, но общността на Nightscout успешно помогна на Лиам да открие грешки.

Разбира се, може да изглежда, че авторът е прекалено усложнил проекта. Отдавна прекратеният Intel Edison беше избран от Лиъм като „по-енергийно ефективен от Raspberry Pi“. Apple OS също добави трудности с лиценза за софтуер и разходите, сравними със смартфон с Android. Опитът му обаче е полезен и ще допринесе за много подобни проекти на домашни устройства, които са предназначени да подобрят значително качеството на живот на много хора за сравнително малко пари. Хора, които все повече са свикнали да разчитат на собствените си сили и умения.
Лиъм твърди, че диабет тип 1 го е направил несвободен и устройството, което е създал, е начин да си възвърне психологическия комфорт от контрола върху собственото си тяло. И в допълнение към възвръщането на нормалния си начин на живот, създаването на система с инсулинова помпа със затворен цикъл беше мощно преживяване за себеизразяване за него. „По-добре е да държите метаболизма си под контрол с JS код, отколкото да се окажете в болницата“, пише той.

Източник: www.habr.com