«Сега съм киборг!» — гордо заявява австралиецът Лиам Зибиди, млад програмист, blockchain/Fullstack инженер и писател, както се представя на страниците на своята . В началото на август той завърши своя DИY проект за създаване на носимо устройство, което без фалшива скромност нарече „изкуствена панкреасна жлеза“. Всъщност става дума за саморегулираща се инсулинова помпа, и 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 — по-нататък в статията.
илюстрации с изключение на схемата на устройството са взети от
Сахарен диабет за начинаещи
Лиам има диабет тип 1.
Ако трябва да бъдем точни — думата „диабет“ означава група заболявания с повишена диуреза — отделяне на урина, но делът на болните именно от диабет тип 1 (DТ1) е по-голям, а краткото наименование „диабет“ неофициално се е утвърдило за DТ1. Още през Средновековието при повечето болни от DТ1 е било забелязвано наличие на захар в урината. Премина доста време до откритиято на хормона инсулин (който предстояло да стане първият напълно секвениран протеин в историята) и неговата роля в патогенезата на DТ1.
Инсулинът е най-важният хормон, който регулира метаболизма на множество вещества, но основното му влияние е върху обмяната на въглехидратите, включително „главния“ захар — глюкоза. 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 подава сигнал за стартиране на каскада от биохимични реакции: клетката започва активно да транспортира глюкозата вътре през мембраната си и да я преработва.
Процесът на производство на инсулин може да бъде сравнен с работата на доброволците, които са дошли да се борят с наводнението. Нивото на инсулин зависи от количеството глюкоза: колкото повече глюкоза има, толкова повече нараства общото ниво на инсулин. Повтарям: важно е именно нивото в тъканите, а не количеството молекули, които са пропорционални на глюкозата, тъй като инсулинът сам по себе си не се свързва с глюкозата и не се използва за нейния метаболизъм, както и доброволците не пият настъпващата вода, а строят водосборни валове с определена височина. И е необходимо да се поддържа това определено ниво на инсулин на повърхността на клетките, както и височината на временно построените валове на наводнените участъци.
Очевидно, че ако инсулинът започне да не достига, то метаболизмът на глюкозата се нарушава, тя не попада в клетките и натрупва в биологичните течности. Това е патогенезата на диабета. По-рано съществуваше объркваща терминология „инсулинозависим/независим диабет“, но е по-правилно да се класифицира така: диабет тип 1 — това е физическа недостатъчност на инсулин (причината за това е, най-често, смърт на клетките на панкреаса); диабет тип 2 — това е намаляване на реакцията на организма на собственото ниво на инсулин (всички причини не са изяснени и са разнообразни). Тип 1 — броят на доброволците е малък и те не успяват да построят валовете; тип 2 — валовете са с нормална височина, но или са дупчести, или са построени напречно.
Проблема с ръчната регулация
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, броейки и в спринцовката и чинията съответно. Но нали не може постоянно ръчно да регулираш нещото, което организмът е правил сам? Човек трябва да спи, а по време на сън нивото на инсулин продължава да пада; човек може поради битови обстоятелства да не успее да яде навреме — и тогава ще му спадне вече захарта под действието на изкуствено задържаното ниво на инсулин. По същността си, животът се оказва в тунел с ограничение на нивото на глюкоза, отгоре и отдолу на което — кома.
Отчасти решението на този проблем са съвременните устройства, които заменят инсулиновите спринцовки — инсулиновите помпи. Това е устройство, което използва постоянно поставена под кожата игла за автоматично дозирано подаване на инсулин. Но единствено удобното подаване не гарантира коректна заместителна инсулинова терапия без данни за текущото ниво на глюкоза. Това е още една главоболие за лекарите и биотехнологите: експрес-тестовете и правилното прогнозиране на динамиката на нивата на инсулин и глюкоза. Технически това започна да се реализира под формата на системи за непрекъснато наблюдение на глюкозата — CGM. Това са разнообразни устройства, които постоянно четат данните от поставения под кожата сензор. Този метод е по-малко травматичен и по-привлекателен за потребителите в сравнение с класическия. , но последният е по-точен и се препоръчва за употреба, ако нивото на захар е наистина „паднало“ или се променя бързо във времето.
Променливото звено в тази система е човекът — обикновено самият пациент. Той регулира подаването на инсулин в зависимост от показанията на глюкомера и очакваната тенденция — ядоха ли нещо сладко или възнамеряват да пропуснат обед. Но на фона на точната електроника, човекът става слабо звено — какво ако по време на сън той допусне силна хипогликемия и загуби съзнание? Или по друг начин неадекватно се държи, забрави/пропусне/настрои неправилно устройството, особено ако е дете? По тези случаи много хора се замислиха за създаването на системи с обратна връзка — за да може устройството за подаване на инсулин да се осланя на данните от сензорите за глюкоза.
Обратна връзка и open source
Но веднага възниква проблем — на пазара има много помпи и глюкомери. Освен това, това са всичко изпълнителни устройства, а те се нуждаят от общ процесор и софтуер, който да ги управлява.
В Хабра вече излязоха статии [, ] на тема обединяване на двата уреда в една система. Освен добавянето на трети случай, ще разкажа малко за глобалните проекти, които обединяват усилията на ентусиасти, желаещи да създадат подобни системи сами.
Проектът OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, свободна изкуствена панкреасна система) е създаден от Дана Люис от Сиатъл. В края на 2014 година, тя, също диабетик с тип 1, решава да поеме подобен експеримент. След като опитва и подробно описва устройството си, тя в крайна сметка открива , където подробно се описва как сами да свържете своите CGM-глюкометри и помпи, в различни варианти от различни производители, с необходимите междинни устройства, софтуерни опции на Github и много документация от нарастващото потребителско общество. Най-важният аспект, на който акцентира OpenAPS, е „ние ще ви помогнем с подробни инструкции, но вие трябва да направите всичко сами“. Работата е там, 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 макар че не може да ви забрани да счупвате сертифицирани устройства и да ги свързвате в самоделни системи, за да ги използвате, всяка опит за помощ в това или за продажба на подобни системи ще бъде строго наказана. Втората, но не по-малко важна идея на OpenAPS е безопасността на самоделната система. Документацията под формата на и ясни, подробни алгоритми са насочени именно към това, да помогнат на пациента, а не да му навредят.
прозорецът за акаунт в 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, както и да преглеждат и обработват получените данни. Проектът е насочен към максимално информативно и удобно използване на данните и също така съдържа подробни ръководства, например, на глюкометри със смартфони с различни операционни системи и необходимия софтуер и междинни трансмитери.
Визуализация на данни е важна за определяне на дневните колебания на глюкозата в зависимост от начина на живот и възможната корекция на поведението и хранителните навици, за предаване на данните в удобен графичен формат на смартфон или умни часовници, за прогнозиране на тенденциите в нивото на глюкоза в близко бъдеще. Освен това, тези данни могат да бъдат прочетени и обработени от софтуера OpenAPS. Именно това използва Лиам в своя проект. На КДПВ статията — неговите лични данни от облачния сервис, където лилавата „вилка“ вдясно — това са прогнозируемите нива на глюкоза, предсказани от OpenAPS.
Проект на Лиам
За проекта може да се прочете подробно в съответния запис в блога му, аз само ще се опитам да го предам по-скемatically и наглядно.
Хардварът включва следните устройства: инсулинова помпа Medtronic, която Лиам имал първоначално; CGM (глюкомер) FreeStyle Libre с NFC датчик; към него — предавател MiaoMiao, който предава данни от кожния NFC датчик на смартфона чрез Bluetooth; микрокомпютър Intel Edison, използван като процесор за управление на цялата система с помощта на Open APS; Explorer HAT — радиопредавател за свързване на последния със смартфона и помпата.
Кръгът се затвори.
Цялата хардуерна част е струвала на Лиам 515 евро, с изключение на помпата, която той имал преди. Всички неща е поръчал от Amazon, включително и спрените от производство Edison. Също така, подкожните сензори за CGM Libre са скъперазходен артекл — 70 евро за брой, който е достатъчен за 14 дни.
Софтуер: на първо място, дистрибуцията на Linux Jubilinux за Edison и след това инсталация на OpenAPS, с което авторът на устройството, по неговите думи, е имал затруднения. Следва настройка на предаване на данни от CGM на смартфон и в облака, за което му се е наложило да лицензира лична версия на приложението xDrip (150 евро) и настройка на Nightscout — той трябваше да бъде „свързан“ с OpenAPS чрез специални приставки. Имаше и проблеми с работа на устройството, но общността Nightscout успешно помогна на Лиам в търсенето на бъгове.
Разбира се, може да изглежда, че авторът е усложнил проекта. Отдавна излязъл от производство, Intel Edison е избран от Лиъм като "по-енергоефективен от Raspberry Pi". Операционната система на Apple също е добавила трудности с лиценза за софтуер и разходи, съпоставими с Android смартфон. Въпреки това, опитът му е полезен и ще допринесе за много подобни проекти на самоделни устройства, които са предназначени да подобрят качеството на живот на много хора на достъпна цена. Хора, които все повече свикват да разчитат на собствените си сили и умения.
Лиъм разсъждава по въпроса, че СД 1-ви тип го е направил несвободен, а създаденото от него устройство е начин да си върне психологическия комфорт на контрол върху собственото тяло. И освен че си възвръща нормалния начин на живот, създаването на система за инсулинова помпа с обратна връзка се е оказало мощно изживяване за самоизразяване. "По-добре е да държа метаболизма си под контрол с код на JS, отколкото да отида в болницата" — пише той.
Източник: habr.com
