«Jeg er nu cyborg!» — erklærer australieren Liam Zibidi stolt, en ung programmør, blockchain/fullstack-ingeniør og forfatter, som han præsenterer sig selv på siderne af sin . I begyndelsen af august afsluttede han sit DIY-projekt om at skabe en bærbar enhed, som han uden falsk beskedenhed kaldte en «kunstig bugspytkirtel». Det handler snarere om en selvregulerende insulinpumpe, og vores cyborg har ikke valgt de lette løsninger i nogle aspekter af sin opfindelse. Læs mere om enhedens koncept og de open source-teknologier, han har bygget på, i artiklen nedenfor.
illustrationer bortset fra enhedens diagram er taget fra
Diabetes for dummies
Liam har type 1-diabetes.
Korrekt set betyder ordet «diabetes» en gruppe sygdomme med øget diurese — urinproduktion, men andelen af patienter med netop diabetes mellitus (DM) er større, og det korte navn har uformelt fået fodfæste for DM. Allerede i middelalderen blev der hos de fleste DM-patienter observeret sukker i urinen. Der gik en lang tid, før hormonet insulin blev opdaget (som også skulle blive det første fuldstændig sekventerede protein i historien) og dets rolle i patogenesen af DM.
Insulin er det vigtigste hormon, der regulerer metabolismen af mange stoffer, men det har især indflydelse på kulhydratmetabolismen, herunder den «vigtigste» sukkerart — glukose. For metabolisme af glukose i cellerne fungerer insulin som en slags signalmolekyle. På overfladen af celler findes der specielle insulinreceptormolekyler. Når insulin «sætter sig» på dem, giver det signal til at starte en kaskade af biokemiske reaktioner: cellen begynder aktivt at transportere glukose ind gennem sin membran og bearbejde den indeni.
Insulin production can be likened to the work of volunteers who come to fight a flood. The level of insulin depends on the amount of glucose: the more glucose there is, the higher the overall insulin level rises in response. I’ll repeat: what matters is the level in the tissues, not the number of molecules directly proportional to glucose, since insulin does not bind to glucose itself or get consumed in its metabolism, just as volunteers do not drink the incoming water but build dams of a certain height. It is necessary to maintain this specific insulin level on the surface of the cells, just as the height of temporary dams must be maintained in flooded areas.
It is clear that if insulin becomes insufficient, glucose metabolism is disrupted, preventing it from entering the cells, leading to a buildup in biological fluids. This is the pathogenesis of diabetes mellitus. There used to be confusing terminology such as 'insulin-dependent/insulin-independent diabetes', but it is more accurate to classify it this way: Type 1 diabetes is a physical shortage of insulin (usually caused by the death of pancreatic cells); Type 2 diabetes is a decreased response of the body to its own insulin levels (the causes are not fully understood and are varied). Type 1 means that there are too few volunteers, and they cannot build dams quickly enough; Type 2 means the dams are of normal height but are either leaky or built the wrong way.
The problem of manual regulation
Both types, as becomes clear, lead to elevated levels of glucose outside the cells — in the blood, urine, which negatively impacts the whole body. One has to live, counting og i sprøjt og på tallerkenen henholdsvis. Men man kan ikke hele tiden regulere det, som kroppen selv har gjort. Et menneske skal sove, og under søvnen fortsætter insulinniveauet med at falde; en person kan på grund af dagligdags omstændigheder ikke spise til tiden — og så falder blodsukkeret under indflydelse af det kunstigt opretholdte insulinniveau. I bund og grund befinder livet sig i en tunnel af glukoseniveauets grænser, ovenfra og nedenfra er der koma.
En del af løsningen på dette problem har været moderne enheder, der har erstattet sprøjter - insulinpumper. Dette er en enhed, der bruger en konstant indsat subkutan nål til automatisk doseret levering af insulin. Men den bekvemmelighed, som denne levering giver, garanterer ikke en korrekt insulinbehandling uden data om det aktuelle glukoseniveau. Dette er endnu en hovedpine for læger og bioteknologer: hurtigtest og korrekt forudsigelse af insulin- og glukoseniveauernes dynamik. Teknisk set har dette været muligt i form af systemer til kontinuerlig glukoseovervågning - CGM. Dette inkluderer forskellige enheder, der kontinuerligt indsamler data fra en konstant indsat sensor under huden. Denne metode er mindre traumatisk og mere attraktiv for brugerne end den klassiske. , men sidstnævnte er mere præcis og anbefales til brug, hvis sukker niveauet er faldet markant, eller hvis det på anden måde hurtigt ændrer sig over tid.
Det mellemliggende led i dette system er mennesket - som regel selve patienten. Han justerer insulinleveringen baseret på glukometerets målinger og den forventede trend - om han har spist noget sødt, eller om han planlægger at springe frokosten over. Men i lyset af præcis elektronik bliver mennesket det svage led - hvad hvis han under søvn oplever alvorlig hypoglykæmi og mister bevidstheden? Eller på anden måde opfører sig uhensigtsmæssigt, glemmer/springer over/indstiller enheden forkert, især hvis han stadig er barn? For sådanne tilfælde har mange mennesker tænkt på at skabe systemer med feedback - så insulinleveringsenheden kan vælge grundlag i dataene fra glukosesensorerne.
Feedback og open source
Men der opstår straks et problem - der er mange pumper såvel som glukometre på markedet. Desuden er alle disse udførelsesenheder, og de har brug for en fælles processor og software, som styrer dem.
På Habra har der allerede været artikler [, ] om emnet med at samle to apparater i et system. Udover tilføjelse af en tredje sag vil jeg fortælle lidt om globale projekter, der forener entusiaster, der ønsker at samle sådanne systemer selv.
OpenAPS-projektet (Open Artificial Pancreas System, det frie kunstige bugspytkirtelsystem) blev grundlagt af Dana Lewis fra Seattle. I slutningen af 2014 besluttede hun sig for et sådant eksperiment, da hun også er type 1-diabetiker. Efter at have prøvet og derefter detaljeret beskrevet sin enhed, åbnede hun til sidst , hvor det er beskrevet i detaljer, hvordan man selv kan forbinde sine CGM-glukometre og pumper i forskellige varianter fra forskellige producenter med de nødvendige mellemenheder, softwareskabeloner på Github og masser af dokumentation fra det voksende brugerfællesskab. Den vigtigste aspekt, som OpenAPS lægger vægt på, er, at "vi vil hjælpe dig med detaljerede instruktioner, men du skal gøre det hele selv". Problemet er, at sådan aktivitet er på nippet til alvorlige sanktioner fra FDA (den amerikanske Food and Drug Administration, som har jurisdiktion over alle lægemidler og medicinske apparater). Og selvom de ikke kan forbyde dig at nedbryde certificerede apparater og kombinere dem til hjemmelavede systemer til dit eget brug, vil enhver forsøg på at hjælpe dig med at gøre det eller sælge det blive straffet hårdt. Den anden, men ikke mindre vigtige idé bag OpenAPS, er sikkerheden ved hjemmelavede systemer. Dokumentationen i form af og klare, detaljerede algoritmer sigter specifikt mod, at den syge skal hjælpe sig selv og ikke skade sig selv.
Nightscout-konto vindue
Et andet projekt, , gør det muligt for brugere at uploade data fra deres CGM-enheder til cloud-lagring i realtid via smartphones, smartwatches og andre enheder samt se og bearbejde de indhentede data. Projektet sigter mod at maksimere informativt og bekvemt brug af data, og indeholder også detaljerede vejledninger, fx af glukometre med smartphones med forskellige OS og nødvendig software og mellemlæggere.
Visualisering af data er vigtig for at bestemme daglige udsving i glukoseniveauet i din livsstil og mulige justeringer af adfærd og kost, for at transmittere data på en bekvem grafisk måde til smartphone eller smartur, for at forudsige tendenser i glukoseniveauet i den nærmeste fremtid, og desuden kan disse data blive læst og behandlet af OpenAPS-software. Dette er netop, hvad Liam bruger i sit projekt. På KDPV-artiklen — hans personlige data fra skyservicen, hvor den lilla 'gafle' til højre er de forudsete glukoseniveauer, forudsagt af OpenAPS.
Liams projekt
Om projektet kan man læse nærmere i den relevante post på hans blog, jeg vil blot forsøge at gengive det mere skematisk og visuelt.
Hardware inkluderer følgende enheder: Medtronic-insulinpumpe, som Liam oprindeligt havde; CGM (glukometer) FreeStyle Libre med NFC-sensor; til den — MiaoMiao-transmitter, der sender data fra den underhudssensor til smartphone via Bluetooth; mikrocomputer Intel Edison som processor til styring af hele systemet med Open APS; Explorer HAT — radiotransmitter til forbindelse mellem sidstnævnte, smartphone og pumpen.
Cirklen er lukket.
Hele hardware-delen kostede Liam 515 euro, eksklusive pumpen, som han allerede havde. Alle tingene bestilte han fra Amazon, inklusive Edison, som var taget ud af produktionen. Desuden er de underhudssensorer til CGM Libre dyre forbrugsvarer — 70 euro per stk., som holder i 14 dage.
Software: for det første, Linux-distributionen Jubilinux til Edison og derefter installationen af OpenAPS på den, som ifølge enheden forfatter, gav ham problemer. Dernæst — opsætning af dataoverførsel fra CGM til smartphone og til skyen, for hvilken han måtte licensere en personlig version af applikationen xDrip (150 euro) og opsætning af Nightscout — dette skulle ‚giftes‘ med OpenAPS via specielle plugins. Der opstod også problemer med driften af hele enheden, men Nightscout-fællesskabet hjalp Liam effektivt med at finde bugs.
Det kan selvfølgelig synes, at forfatteren har overkompliceret projektet. Den for længst udfasede Intel Edison blev valgt af Liam som "mere energieffektiv end Raspberry Pi". Apples OS har også tilføjet vanskeligheder med softwarelicenser og omkostninger, der kan sammenlignes med en Android-smartphone. Men hans erfaring er værdifuld og vil bidrage til mange lignende projekter af hjemmebyggede enheder, som har til formål at forbedre livskvaliteten for mange mennesker til en relativt lav pris. Mennesker, der i stigende grad vænner sig til at stole på deres egne kræfter og færdigheder.
Liam overvejer, hvordan Type 1-diabetes gjorde ham ufri, og den enhed, han har skabt, er en måde at genvinde den psykiske komfort ved at have kontrol over sin egen krop. Udover at genvinde en normal livsstil, blev skabelsen af et insulinpumpe-system med feedback for ham en stærk oplevelse af selvudfoldelse. "Det er bedre at styre sin metabolisme med kode i JS end at ende på hospitalet" - skriver han.
Kilde: habr.com
