"Teď jsem kyborg!" - Australan Liam Zibidi, mladý programátor, blockchain/Fullstack inženýr a spisovatel, hrdě prohlašuje, když se prezentuje na stránkách svého . Začátkem srpna dokončil svůj DIY projekt na vytvoření nositelného zařízení, které bez ostychu nazval „umělá slinivka“. Spíše mluvíme o samoregulační inzulínové pumpě a náš kyborg se v některých aspektech svého výtvoru nevydal snadno. Přečtěte si více o konceptu zařízení a open source technologiích, na kterých se spoléhalo dále v článku.
ilustrace s výjimkou schématu zařízení jsou převzaty z
Diabetes pro figuríny
Liam má diabetes 1.
Pokud je to správně, pak slovo „diabetes“ znamená skupinu onemocnění se zvýšenou diurézou - výdej moči, ale podíl pacientů s diabetes mellitus (DM) je větší a zkrácený název se tajně vžil pro DM. Ve středověku většina pacientů s cukrovkou zaznamenala přítomnost cukru v moči. Do objevu hormonu inzulínu (který se měl stát také historicky prvním kompletně sekvenovaným proteinem) a jeho role v patogenezi diabetu uplynula poměrně dlouhá doba.
Inzulín je nejdůležitější hormon, který reguluje metabolismus mnoha látek, ale jeho hlavní vliv je na metabolismus sacharidů, včetně „hlavního“ cukru – glukózy. Pro metabolismus glukózy v buňkách je inzulín, zhruba řečeno, signální molekula. Na povrchu buněk jsou speciální molekuly inzulínového receptoru. Inzulin „sedí“ na nich a dává signál ke spuštění kaskády biochemických reakcí: buňka začne aktivně transportovat glukózu dovnitř svou membránou a vnitřně ji zpracovávat.
Proces výroby inzulínu lze přirovnat k práci lidských dobrovolníků, kteří přišli bojovat se záplavou. Hladina inzulinu závisí na množství glukózy: čím více je, tím více se v reakci zvyšuje celková hladina inzulinu. Opakuji: důležitá je hladina ve tkáních, a nikoli počet molekul, který je přímo úměrný glukóze, protože inzulin se sám na glukózu neváže a nevynakládá se na její metabolismus, stejně jako dobrovolníci nepijí přitékající vody, ale stavět přehrady o určité výšce. A je potřeba tuto určitou hladinu inzulinu na povrchu buněk udržovat, stejně jako výšku dočasných hrází v zatopených oblastech.
Je jasné, že pokud není dostatek inzulínu, je metabolismus glukózy narušen, neprochází do buněk a hromadí se v biologických tekutinách. To je patogeneze diabetu. Dříve existovala matoucí terminologie „diabetes závislý/nezávislý na inzulínu“, ale správnější je klasifikovat jej takto: diabetes 1. typu je fyzický nedostatek inzulínu (příčinou je nejčastěji smrt pankreatických buněk); Diabetes 2. typu je snížení reakce těla na hladinu vlastního inzulínu (všechny důvody nejsou zcela pochopeny a jsou různé). 1. typ - dobrovolníků je málo a nemají čas stavět hráze; Typ 2 - hráze normální výšky, ale buď plné děr, nebo postavené napříč.
Problém s ručním nastavením
Oba typy, jak je zřejmé, vedou ke zvýšení hladiny glukózy mimo buňky – v krvi, moči, což má negativní vliv na celý organismus. Musíme žít počítáním и v injekční stříkačce a destičce. Ale nemůžete vždy ručně regulovat, co dělalo samotné tělo. Člověk musí spát, a zatímco spí, hladiny inzulínu nadále klesají; člověk může kvůli každodenním okolnostem nejíst včas – a pak mu vlivem uměle udržované hladiny inzulínu klesne hladina cukru. Život se v podstatě ocitá v tunelu limitů hladiny glukózy, za kterými je kóma.
Součástí řešení tohoto problému byly moderní přístroje, které nahradily injekční stříkačky – inzulínové pumpy. Jedná se o zařízení, které pomocí kontinuálně zaváděné podkožní jehly automaticky dávkuje inzulín. Pohodlné podávání však samo o sobě nezaručuje správnou substituční léčbu inzulínem bez údajů o aktuální hladině glukózy. To je další bolest hlavy pro lékaře a biotechnology: rychlé testy a správná předpověď dynamiky hladiny inzulínu a glukózy. Technicky se to začalo realizovat formou kontinuálního monitorování glukózy – CGM systémy. Jedná se o nejrůznější zařízení, která nepřetržitě čtou data ze senzoru neustále zasunutého pod kůži. Tato metoda je méně traumatizující a pro uživatele atraktivnější než klasická. , ale druhý je přesnější a doporučuje se pro použití, pokud je hladina cukru stále velmi „kleslá“ nebo se nějak rychle mění v průběhu času.
Mezičlánkem v tomto systému je člověk – většinou sám pacient. Upravuje dodávku inzulinu v závislosti na údajích na glukometru a očekávaném trendu – zda snědl sladkosti nebo se chystá vynechat oběd. Ale na pozadí přesné elektroniky se člověk stává slabým článkem – co když během spánku utrpí silnou hypoglykémii a ztratí vědomí? Nebo se bude chovat nějakým jiným nevhodným způsobem, zapomene/nevynechá/nastaví zařízení špatně, zvlášť když je ještě dítě? V takových případech mnoho lidí přemýšlelo o vytvoření systémů zpětné vazby – tak, aby zařízení pro vstup inzulínu bylo orientováno na výstup z glukózových senzorů.
Zpětná vazba a open source
Okamžitě však nastává problém – pump a glukometrů je na trhu mnoho. Navíc jsou to všechno výkonná zařízení a potřebují společný procesor a software, který je ovládá.
Články již vyšly na Habré [, ] na téma spojení dvou zařízení do jednoho systému. Kromě přidání třetího případu vám povím něco málo o globálních projektech, které spojují úsilí nadšenců, kteří si chtějí podobné systémy sestavit svépomocí.
Projekt OpenAPS (Open Artificial Pancreas System) založila Dana Lewis ze Seattlu. Na konci roku 2014 se ona, rovněž diabetička 1. typu, rozhodla pro podobný experiment. Po vyzkoušení a následném podrobném popisu svého zařízení nakonec objevila , který podrobně popisuje, jak zkombinovat vlastní CGM měřič a pumpu, v různých variacích od různých výrobců, s nezbytnými mezizařízeními, softwarovými možnostmi na Githubu, se spoustou dokumentace od rostoucí komunity uživatelů. Nejdůležitějším aspektem, který OpenAPS zdůrazňuje, je „pomůžeme vám s podrobnými pokyny, ale vše musíte udělat sami.“ Faktem je, že takové aktivity jsou krůček od vážných sankcí ze strany FDA (Americký úřad pro kontrolu potravin a léčiv, do jehož jurisdikce spadají všechny léky a zdravotnické produkty). A pokud vám nemůže zakázat rozbíjet certifikovaná zařízení a kombinovat je do podomácku vyrobených systémů, abyste je mohli sami použít, pak bude jakýkoli pokus pomoci vám je vyrobit nebo prodat přísně potrestán. Druhou, ale neméně důležitou myšlenkou OpenAPS je zabezpečení domácího systému. Dokumentace ve formuláři a jasné, podrobné algoritmy jsou zaměřeny speciálně na to, aby pacientovi pomohly a neublížily mu.
Okno účtu Nightscout
Další projekt , umožňuje uživatelům nahrávat data ze svých zařízení CGM do cloudového úložiště v reálném čase prostřednictvím smartphonu, chytrých hodinek a dalších zařízení a také prohlížet a zpracovávat přijatá data. Projekt je zaměřen na co nejinformativnější a nejpohodlnější využití dat a obsahuje také podrobné návody, např. glukometry s chytrými telefony s jedním nebo druhým OS a potřebným softwarem a mezilehlými vysílači.
Vizualizace dat je důležitá pro stanovení denních výkyvů glukózy ve vašem životním stylu a případnou korekci chování a příjmu potravy, pro přenos dat ve vhodné grafické podobě do chytrého telefonu nebo chytrých hodinek, pro predikci trendů hladiny glukózy v blízké budoucnosti a v tato data lze navíc číst a zpracovávat softwarem OpenAPS. Přesně to používá Liam ve svém projektu. Na článcích KDPV - jeho osobní údaje z cloudové služby, kde fialová „vidlička“ vpravo představuje předpokládané hladiny glukózy předpovídané OpenAPS.
Liamův projekt
O projektu si můžete podrobně přečíst v odpovídajícím záznamu na jeho blogu, pokusím se jej převyprávět více schematicky a jasněji.
Hard zahrnuje následující zařízení: inzulínovou pumpu Medtronic, kterou Liam původně měl; CGM (glukometr) FreeStyle Libre se senzorem NFC; k němu je připojen vysílač MiaoMiao, který přes Bluetooth přenáší data z kožního NFC senzoru do smartphonu; Mikropočítač Intel Edison jako procesor pro řízení celého systému pomocí Open APS; Explorer HAT je rádiový vysílač pro spojení druhého s chytrým telefonem a pumpou.
Kruh je kompletní.
Celý hardware stál Liama 515 EUR, kromě pumpy, kterou měl předtím. Všechny své věci si objednal z Amazonu, včetně přerušeného Edisona. Také podkožní senzory pro CGM Libre jsou drahým spotřebním materiálem – 70 eur za kus, který vydrží 14 dní.
Software: zaprvé linuxová distribuce Jubilinux pro Edisona a na ni pak instalace OpenAPS, s čímž si autor zařízení podle něj protrpěl. Dále bylo nastavení přenosu dat z CGM do smartphonu a do cloudu, k čemuž musel licencovat osobní sestavení aplikace xDrip (150 eur) a nastavení Nightscout – ten se musel „spřádat“ s OpenAPS přes speciální pluginy. . Problémy byly i s fungováním celého zařízení, ale komunita Nightscout úspěšně pomohla Liamovi najít chyby.
Samozřejmě se může zdát, že autor projekt příliš zkomplikoval. Dlouho ukončený Intel Edison byl vybrán Liamem jako „energeticky účinnější než Raspberry Pi“. Apple OS také přidal potíže se softwarovou licencí a náklady srovnatelné s chytrým telefonem Android. Jeho zkušenosti jsou ale užitečné a přidají se k mnoha podobným projektům podomácku vyrobených přístrojů, které mají za relativně málo peněz výrazně zlepšit kvalitu života mnoha lidí. Lidé, kteří jsou stále více zvyklí spoléhat na vlastní síly a dovednosti.
Liam tvrdí, že diabetes 1. typu ho učinil nesvobodným a zařízení, které vytvořil, je způsob, jak znovu získat psychologický komfort kontroly nad vlastním tělem. A kromě toho, že se vrátil k normálnímu životnímu stylu, bylo pro něj vytvoření uzavřeného systému inzulínové pumpy silným zážitkem sebevyjádření. "Je lepší mít svůj metabolismus pod kontrolou pomocí JS kódu, než skončit v nemocnici," píše.
Zdroj: www.habr.com