„Ich bin jetzt ein Cyborg!“ - erklärt der Australier Liam Zibidi, ein junger Programmierer, Blockchain-/Fullstack-Ingenieur und Autor, stolz, als er sich auf seinen Seiten vorstellt . Anfang August schloss er sein DIY-Projekt zur Entwicklung eines tragbaren Geräts ab, das er unverhohlen als „künstliche Bauchspeicheldrüse“ bezeichnete. Wir sprechen vielmehr von einer selbstregulierenden Insulinpumpe, und unser Cyborg hat es sich in einigen Aspekten seiner Schöpfung nicht leicht gemacht. Lesen Sie später in diesem Artikel mehr über das Konzept des Geräts und die Open-Source-Technologien, auf denen es basiert.
Abbildungen mit Ausnahme des Gerätediagramms sind entnommen
Diabetes für Dummies
Liam hat Typ-1-Diabetes.
Wenn es richtig ist, bedeutet das Wort „Diabetes“ eine Gruppe von Krankheiten mit erhöhter Diurese – Urinausscheidung, aber der Anteil der Patienten mit Diabetes mellitus (DM) ist größer und der Kurzname für DM hat sich heimlich eingebürgert. Bereits im Mittelalter stellten die meisten Diabetiker fest, dass Zucker im Urin vorhanden war. Bis zur Entdeckung des Hormons Insulin (das zugleich das erste vollständig sequenzierte Protein der Geschichte werden sollte) und seiner Rolle bei der Pathogenese von Diabetes verging viel Zeit.
Insulin ist das wichtigste Hormon, das den Stoffwechsel vieler Substanzen reguliert, seine Hauptwirkung liegt jedoch auf dem Stoffwechsel von Kohlenhydraten, einschließlich des „Hauptzuckers“ – Glukose. Für den Glukosestoffwechsel in Zellen ist Insulin grob gesagt ein Signalmolekül. Auf der Oberfläche von Zellen befinden sich spezielle Insulinrezeptormoleküle. Auf ihnen „sitzend“ gibt Insulin ein Signal, um eine Kaskade biochemischer Reaktionen auszulösen: Die Zelle beginnt, Glukose aktiv durch ihre Membran nach innen zu transportieren und intern zu verarbeiten.
Der Prozess der Insulinproduktion kann mit der Arbeit menschlicher Freiwilliger verglichen werden, die kamen, um eine Überschwemmung zu bekämpfen. Der Insulinspiegel hängt von der Glukosemenge ab: Je mehr Glukose vorhanden ist, desto stärker steigt als Reaktion darauf der Gesamtinsulinspiegel. Ich wiederhole: Wichtig ist der Spiegel im Gewebe und nicht die Anzahl der Moleküle, die direkt proportional zur Glukose ist, da Insulin selbst nicht an Glukose bindet und nicht für deren Stoffwechsel aufgewendet wird, so wie Freiwillige es nicht trinken zufließendes Wasser, aber Dämme ab einer bestimmten Höhe bauen. Und es ist notwendig, diesen bestimmten Insulinspiegel auf der Zelloberfläche sowie die Höhe temporärer Dämme in überschwemmten Gebieten aufrechtzuerhalten.
Es ist klar, dass der Glukosestoffwechsel gestört ist, wenn nicht genügend Insulin vorhanden ist; die Glukose gelangt nicht in die Zellen und reichert sich in biologischen Flüssigkeiten an. Dies ist die Pathogenese von Diabetes. Früher gab es die verwirrende Terminologie „insulinabhängiger/unabhängiger Diabetes“, korrekter ist es jedoch, ihn wie folgt zu klassifizieren: Typ-1-Diabetes ist ein körperlicher Insulinmangel (der Grund dafür ist meist das Absterben von Bauchspeicheldrüsenzellen); Typ-2-Diabetes ist eine verminderte Reaktion des Körpers auf den Spiegel seines eigenen Insulins (alle Gründe sind nicht vollständig geklärt und vielfältig). 1. Typ – es gibt nur wenige Freiwillige und sie haben keine Zeit, Dämme zu bauen; Typ 2 – Dämme normaler Höhe, aber entweder voller Löcher oder quer gebaut.
Problem mit der manuellen Einstellung
Beide Arten führen, wie deutlich wird, zu einem erhöhten Glukosespiegel außerhalb der Zellen – im Blut, im Urin, was sich negativ auf den gesamten Körper auswirkt. Wir müssen vom Zählen leben и in einer Spritze bzw. Platte. Aber man kann nicht immer manuell regulieren, was der Körper selbst tut. Eine Person muss schlafen, und während des Schlafs sinkt der Insulinspiegel weiter; Ein Mensch kann aufgrund alltäglicher Umstände nicht rechtzeitig essen – und dann sinkt sein Zuckerspiegel unter dem Einfluss eines künstlich aufrechterhaltenen Insulinspiegels. Im Wesentlichen befindet sich das Leben in einem Tunnel von Glukosespiegelgrenzen, jenseits dessen es zum Koma kommt.
Ein Teil der Lösung für dieses Problem waren moderne Geräte, die Spritzen ersetzten – Insulinpumpen. Hierbei handelt es sich um ein Gerät, das eine kontinuierlich eingeführte Injektionsnadel verwendet, um automatisch Insulin zu dosieren. Doch ohne Daten zum aktuellen Glukosespiegel ist die bequeme Verabreichung allein kein Garant für eine korrekte Insulinersatztherapie. Dies bereitet Ärzten und Biotechnologen erneut Kopfzerbrechen: Schnelltests und die korrekte Vorhersage der Dynamik des Insulin- und Glukosespiegels. Technisch wurde dies in Form einer kontinuierlichen Glukoseüberwachung – CGM-Systeme – umgesetzt. Hierbei handelt es sich um verschiedene Geräte, die kontinuierlich Daten von einem Sensor lesen, der ständig unter der Haut eingeführt wird. Diese Methode ist weniger traumatisch und für Benutzer attraktiver als die klassische. Letzteres ist jedoch genauer und wird empfohlen, wenn der Zuckergehalt immer noch stark „abgesunken“ ist oder sich im Laufe der Zeit irgendwie schnell ändert.
Das Zwischenglied in diesem System ist eine Person – in der Regel der Patient selbst. Es passt die Insulinzufuhr abhängig von den Glukometerwerten und dem erwarteten Trend an – ob er Süßigkeiten gegessen hat oder sich darauf vorbereitet, das Mittagessen auszulassen. Doch vor dem Hintergrund der Präzisionselektronik wird der Mensch zum schwachen Glied – was passiert, wenn er im Schlaf an einer schweren Unterzuckerung leidet und das Bewusstsein verliert? Oder wird er sich auf andere Weise unangemessen verhalten, das Gerät vergessen/verpassen/falsch einrichten, insbesondere wenn er noch ein Kind ist? In solchen Fällen haben viele Menschen darüber nachgedacht, Feedback-Systeme zu schaffen – damit sich das Insulin-Eingabegerät an der Ausgabe von Glukosesensoren orientiert.
Feedback und Open Source
Es stellt sich jedoch sofort ein Problem ein: Es gibt viele Pumpen und Blutzuckermessgeräte auf dem Markt. Darüber hinaus handelt es sich bei all diesen Geräten um ausführende Geräte, die einen gemeinsamen Prozessor und eine Software benötigen, die sie steuert.
Artikel wurden bereits auf Habré veröffentlicht [, ] zum Thema Kombination zweier Geräte zu einem System. Zusätzlich zum dritten Fall erzähle ich Ihnen ein wenig über globale Projekte, die die Bemühungen von Enthusiasten bündeln, die ähnliche Systeme selbst zusammenbauen möchten.
Das Projekt OpenAPS (Open Artificial Pancreas System) wurde von Dana Lewis aus Seattle gegründet. Ende 2014 beschloss sie, ebenfalls Typ-1-Diabetikerin, ein ähnliches Experiment durchzuführen. Nachdem sie ihr Gerät ausprobiert und anschließend ausführlich beschrieben hatte, entdeckte sie es schließlich , in dem detailliert beschrieben wird, wie Sie Ihr eigenes CGM-Messgerät und Ihre eigene CGM-Pumpe in verschiedenen Variationen verschiedener Hersteller mit den erforderlichen Zwischengeräten und Softwareoptionen auf Github kombinieren und viel Dokumentation von einer wachsenden Benutzergemeinschaft erhalten. Der wichtigste Aspekt, den OpenAPS hervorhebt, ist: „Wir helfen Ihnen mit detaillierten Anweisungen, aber Sie müssen alles selbst machen.“ Tatsache ist, dass solche Aktivitäten nur einen Schritt von ernsthaften Sanktionen der FDA (der amerikanischen Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde, deren Zuständigkeitsbereich alle Arzneimittel und Medizinprodukte umfasst) entfernt sind. Und wenn sie Ihnen nicht verbieten kann, zertifizierte Geräte zu zerstören und sie zu selbstgebauten Systemen zu kombinieren, um sie für sich selbst zu verwenden, wird jeder Versuch, Ihnen bei der Herstellung oder dem Verkauf zu helfen, streng bestraft. Der zweite, aber nicht minder wichtige Gedanke von OpenAPS ist die Sicherheit eines selbstgebauten Systems. Dokumentation im Formular und klare, detaillierte Algorithmen zielen gezielt darauf ab, dem Patienten zu helfen und ihn nicht selbst zu schädigen.
Nightscout-Kontofenster
Ein weiteres Projekt ermöglicht es Benutzern, Daten von ihren CGM-Geräten in Echtzeit über ein Smartphone, eine Smartwatch und andere Geräte in den Cloud-Speicher hochzuladen sowie die empfangenen Daten anzuzeigen und zu verarbeiten. Das Projekt zielt auf eine möglichst informative und komfortable Nutzung der Daten ab und enthält auch ausführliche Leitfäden, zum Beispiel: Glukometer mit Smartphones mit dem einen oder anderen Betriebssystem und der notwendigen Software und Zwischensendern.
Die Datenvisualisierung ist wichtig, um tägliche Glukoseschwankungen in Ihrem Lebensstil zu bestimmen und mögliche Verhaltens- und Nahrungsaufnahmekorrekturen vorzunehmen, Daten in praktischer grafischer Form an ein Smartphone oder eine Smartwatch zu übertragen, Trends des Glukosespiegels in der nahen Zukunft vorherzusagen und vieles mehr Darüber hinaus können diese Daten von der OpenAPS-Software gelesen und verarbeitet werden. Genau das nutzt Liam in seinem Projekt. Auf KDPV-Artikeln – seine persönlichen Daten aus dem Cloud-Dienst, wobei die violette „Gabel“ rechts die von OpenAPS vorhergesagten Glukosewerte darstellt.
Liams Projekt
Über das Projekt können Sie im entsprechenden Eintrag auf seinem Blog ausführlich nachlesen, ich versuche es nur schematischer und klarer nachzuerzählen.
The Hard umfasst die folgenden Geräte: die Medtronic-Insulinpumpe, die Liam ursprünglich hatte; CGM (Glukometer) FreeStyle Libre mit NFC-Sensor; daran angeschlossen ist der MiaoMiao-Sender, der per Bluetooth Daten vom Skin-NFC-Sensor an das Smartphone überträgt; Intel Edison Mikrocomputer als Prozessor zur Steuerung des Gesamtsystems mittels Open APS; Explorer HAT ist ein Funksender zur Verbindung dieser mit einem Smartphone und einer Pumpe.
Der Kreis ist geschlossen.
Die gesamte Hardware kostete Liam 515 €, ohne die Pumpe, die er zuvor hatte. Er bestellte alle seine Sachen bei Amazon, einschließlich des eingestellten Edison. Außerdem sind subkutane Sensoren für CGM Libre ein teures Verbrauchsmaterial – 70 Euro pro Stück, das für 14 Tage reicht.
Software: Zuerst die Jubilinux-Linux-Distribution für Edison und dann die Installation von OpenAPS darauf, worunter der Autor des Geräts seiner Meinung nach gelitten hat. Als nächstes richtete er die Datenübertragung von CGM auf ein Smartphone und in die Cloud ein, wofür er einen persönlichen Build der xDrip-Anwendung lizenzieren musste (150 Euro) und richtete Nightscout ein – es musste über spezielle Plugins mit OpenAPS „verheiratet“ werden . Es gab auch Probleme mit dem Betrieb des gesamten Geräts, aber die Nightscout-Community half Liam erfolgreich bei der Fehlersuche.
Natürlich kann es scheinen, dass der Autor das Projekt zu kompliziert gemacht hat. Der seit langem eingestellte Intel Edison wurde von Liam als „energieeffizienter als der Raspberry Pi“ gewählt. Apple OS verursachte außerdem Schwierigkeiten mit einer Softwarelizenz und Kosten, die mit denen eines Android-Smartphones vergleichbar sind. Seine Erfahrung ist jedoch nützlich und wird zu vielen ähnlichen Projekten selbstgebauter Geräte führen, die für relativ wenig Geld die Lebensqualität vieler Menschen deutlich verbessern sollen. Menschen, die es zunehmend gewohnt sind, sich auf ihre eigenen Stärken und Fähigkeiten zu verlassen.
Liam argumentiert, dass Typ-1-Diabetes ihn unfrei gemacht habe und dass das von ihm entwickelte Gerät eine Möglichkeit sei, den psychologischen Komfort der Kontrolle über seinen eigenen Körper wiederzugewinnen. Und neben der Wiedererlangung seines normalen Lebensstils war die Schaffung eines Insulinpumpensystems mit geschlossenem Kreislauf für ihn eine kraftvolle Erfahrung der Selbstdarstellung. „Es ist besser, den Stoffwechsel mit JS-Code unter Kontrolle zu halten, als im Krankenhaus zu landen“, schreibt er.
Source: habr.com