«Je suis maintenant un cyborg ! » — déclare fièrement l'Australien Liam Zibidi, jeune programmeur, blockchain/fullstack engineer et écrivain, comme il se présente sur les pages de son . Au début du mois d'août, il a terminé son projet DIY de création d'un dispositif portable qu'il a sans fausse modestie baptisé « pancréas artificiel ». Il s'agit plutôt d'une pompe à insuline auto-régulée, et notre cyborg n'a pas choisi la facilité dans certains aspects de sa création. Plus d'informations sur le concept de l'appareil et les technologies open source sur lesquelles il s'est appuyé — c'est ce que nous allons voir dans cet article.
Les illustrations, à l'exception du schéma de l'appareil, sont tirées du
Diabète sucré pour les nuls
Liam est diabétique de type 1.
Si l'on veut être précis, le mot « diabète » désigne un groupe de maladies caractérisées par une augmentation du diurèse — l'excrétion d'urine, mais la proportion de personnes atteintes de diabète sucré (DS) est plus élevée, et le nom abrégé s'est en quelque sorte imposé pour le DS. Déjà au Moyen Âge, la plupart des personnes atteintes de DS avaient une présence de sucre dans l'urine. Il a fallu beaucoup de temps avant la découverte de l'hormone insuline (qui allait également devenir la première protéine entièrement séquencée dans l'histoire) et son rôle dans la pathogénie du DS.
L'insuline est l'hormone la plus importante qui régule le métabolisme de nombreuses substances, mais son impact principal se fait sentir sur le métabolisme des glucides, y compris celui du « principal » sucre — le glucose. Pour le métabolisme du glucose dans les cellules, l'insuline est, en gros, une molécule de signalisation. À la surface des cellules, il existe des molécules réceptrices spécifiques de l'insuline. En « se posant » dessus, l'insuline envoie un signal pour déclencher un enchaînement de réactions biochimiques : la cellule commence à transporter activement le glucose à l'intérieur à travers sa membrane et à le traiter à l'intérieur.
Le processus de production d'insuline peut être comparé au travail des bénévoles venus lutter contre une inondation. Le niveau d'insuline dépend de la quantité de glucose : plus il y a de glucose, plus le niveau d'insuline augmente en réponse. Je le répète : ce qui est important, c'est le niveau dans les tissus, et non le nombre de molécules qui est directement proportionnel au glucose, car l'insuline ne se lie pas au glucose et n'est pas utilisée pour son métabolisme, tout comme les bénévoles ne boivent pas l'eau qui arrive, mais construisent des barrages d'une certaine hauteur. Il est donc nécessaire de maintenir ce niveau d'insuline à la surface des cellules, tout comme la hauteur des barrages temporaires dans les zones inondées.
Il est évident que si l'insuline commence à faire défaut, le métabolisme du glucose est perturbé ; il ne pénètre pas dans les cellules, s'accumulant dans les liquides biologiques. C'est ce qu'on appelle la pathogénie du diabète. Auparavant, il existait une terminologie confuse comme « diabète insulinodépendant/non insulinodépendant », mais il est plus correct de classifier de la manière suivante : le diabète de type 1 est un manque physique d'insuline (la cause est généralement la destruction des cellules du pancréas) ; le diabète de type 2 est une diminution de la réaction de l'organisme au niveau de sa propre insuline (toutes les causes ne sont pas encore claires et sont diverses). Le type 1 signifie qu'il y a peu de bénévoles et qu'ils ne parviennent pas à construire des barrages ; le type 2 signifie que les barrages sont de hauteur normale, mais soit ils sont troués, soit construits de travers.
Le problème de la régulation manuelle
Les deux types, comme on peut le comprendre, conduisent à un niveau élevé de glucose à l'extérieur des cellules — dans le sang, l'urine, ce qui a un impact négatif sur l'ensemble de l'organisme. Il faut donc vivre en comptant et dans la seringue et dans l'assiette respectivement. Mais il n'est pas possible de réguler manuellement tout le temps ce que faisait l'organisme lui-même. L'homme doit dormir, et pendant le sommeil, le niveau d'insuline continue de baisser ; la personne peut, en raison de circonstances domestiques, ne pas manger à temps — et alors son taux de sucre va chuter à cause du niveau d'insuline artificiellement maintenu. En réalité, la vie se trouve dans un tunnel aux limites du niveau de glucose, avec au-dessus et en dessous — le coma.
En partie, la solution à ce problème a été apportée par des appareils modernes, remplaçant les seringues : les pompes à insuline. Cet appareil utilise une aiguille sous-cutanée continuellement insérée pour l'administration automatisée et dosée de l'insuline. Cependant, une seule administration pratique ne garantit pas une thérapie de remplacement de l'insuline correcte sans données sur le niveau actuel de glucose. Cela constitue un autre défi pour les médecins et les biotechnologistes : des tests rapides et une prévision précise de la dynamique des niveaux d'insuline et de glucose. Techniquement, cela a été mis en œuvre sous forme de systèmes de surveillance continue de la glucose - CGM. Ce sont divers dispositifs qui lisent en continu les données d'un capteur constamment introduit sous la peau. Cette méthode est moins traumatisante et plus attrayante pour les utilisateurs que l'ancienne. , mais ce dernier est plus précis et est recommandé en cas de chute importante du taux de sucre ou de variations rapides dans le temps.
Le maillon intermédiaire dans ce système est l'homme — généralement le patient lui-même. Il ajuste l'administration d'insuline en fonction des lectures du glucomètre et de la tendance attendue — qu'il ait mangé quelque chose de sucré ou qu'il s'apprête à sauter le déjeuner. Mais face à une électronique précise, l'homme devient le maillon faible — que se passe-t-il s'il subit une forte hypoglycémie pendant son sommeil et perd connaissance ? Ou s'il se comporte de manière inadéquate, oublie / saute / configure mal l'appareil, surtout s'il est encore enfant ? Pour de tels cas, de nombreuses personnes ont envisagé de créer des systèmes avec rétroaction — afin que l'appareil d'administration d'insuline se base sur les lectures des capteurs de glucose.
Rétroaction et open source
Cependant, une problématique surgit immédiatement — il existe de nombreuses pompes et glucomètres sur le marché. De plus, ce sont tous des dispositifs exécutifs qui nécessitent un microprocesseur commun et un logiciel pour les contrôler.
Des articles ont déjà été publiés sur Habr [, ] concernant la fusion des deux appareils en un seul système. En plus d'ajouter un troisième cas, je vais parler un peu des projets mondiaux qui rassemblent les efforts d'enthousiastes désireux de construire de tels systèmes par eux-mêmes.
Le projet OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, pancréas artificiel libre), a été fondé par Dana Lewis de Seattle. Fin 2014, elle, également diabétique de type 1, a décidé de tenter cette expérience. Après avoir essayé et détaillé son dispositif, elle a finalement ouvert , où il est expliqué en détail comment combiner son CGM-glucomètre et sa pompe, dans diverses variations de différents fabricants, avec les dispositifs intermédiaires nécessaires, des options logicielles sur Github, et beaucoup de documentation provenant d'une communauté croissante d'utilisateurs. L'aspect le plus important qu'OpenAPS met en avant est que « nous vous fournirons des instructions détaillées, mais c'est à vous de tout faire vous-même ». En effet, une telle activité est à un pas de sanctions sérieuses de la FDA (la Food and Drug Administration américaine, qui régule tous les médicaments et dispositifs médicaux). Et même si elle ne peut pas vous interdire de modifier des appareils certifiés et de les combiner en systèmes faits maison pour une utilisation personnelle, toute tentative de vous aider à le faire ou de vendre un tel système sera sévèrement punie. La deuxième idée, tout aussi importante d'OpenAPS, est la sécurité du système fait maison. La documentation sous forme de et des algorithmes clairs et détaillés visent précisément à aider le patient, et non à se nuire.
la fenêtre du compte Nightscout
Un autre projet, , permet aux utilisateurs de charger des données de leurs dispositifs CGM dans un stockage cloud en temps réel via smartphone, montres intelligentes et autres appareils, et de visualiser et traiter les données reçues. Le projet vise à rendre les données aussi informatives et conviviales que possible, et comprend également des guides détaillés, par exemple, de glucomètres avec des smartphones sous divers systèmes d'exploitation et les logiciels et transmetteurs intermédiaires nécessaires.
La visualisation des données est essentielle pour identifier les variations quotidiennes de la glycémie en fonction de votre mode de vie et pour potentiellement corriger vos comportements alimentaires. Cela permet également de transmettre les données sous une forme graphique pratique sur un smartphone ou une montre connectée, de prévoir les tendances des niveaux de glucose à court terme, et ces données peuvent être lues et traitées par le logiciel OpenAPS. C'est exactement ce que Liam utilise dans son projet. Dans l'article KDPV, il présente ses données personnelles issues d'un service cloud, où la « fourchette » violette à droite indique les niveaux de glucose prévus par OpenAPS.
Le projet de Liam
Vous pouvez lire en détail sur le projet dans l'article correspondant de son blog, je vais simplement essayer de le résumer de manière plus schématique et visuelle.
Le matériel comprend les dispositifs suivants : une pompe à insuline Medtronic, que Liam avait à l'origine ; un CGM (générateur de glucose) FreeStyle Libre avec capteur NFC ; un émetteur MiaoMiao qui transmet les données du capteur NFC à son smartphone via Bluetooth ; un micro-ordinateur Intel Edison, servant de processeur pour gérer tout le système via OpenAPS ; un Explorer HAT - un émetteur radio pour relier ce dernier à son smartphone et à la pompe.
Le cercle est bouclé.
L'ensemble du matériel a coûté à Liam 515 euros, à l'exception de la pompe, qu'il possédait déjà. Il a commandé tous les articles sur Amazon, y compris l'Edison, qui n'est plus fabriqué. De plus, les capteurs sous-cutanés pour CGM Libre sont des consommables coûteux - 70 euros l'unité, qui dure 14 jours.
En ce qui concerne le logiciel : tout d'abord, la distribution Linux Jubilinux pour Edison, puis l'installation d'OpenAPS, avec laquelle, selon l'auteur du dispositif, il a eu des difficultés. Ensuite, il a fallu configurer le transfert de données du CGM vers le smartphone et le cloud, pour cela il a dû obtenir une licence pour une version personnelle de l'application xDrip (150 euros) et configurer Nightscout - il fallait « marier » cela avec OpenAPS à l'aide de plugins spéciaux. De plus, des problèmes liés au fonctionnement de l'ensemble du dispositif sont apparus, mais la communauté Nightscout a aidé Liam à identifier les bogues.
Il peut sembler que l'auteur ait complexifié le projet. Le défunt Intel Edison a été choisi par Liam comme un modèle « plus économe en énergie que le Raspberry Pi ». Le système d'exploitation d'Apple a également ajouté des complications avec des licences logicielles et des coûts comparables à ceux d'un smartphone Android. Cependant, son expérience est précieuse et enrichira de nombreux projets d'appareils DIY qui visent à améliorer de manière significative la qualité de vie de nombreuses personnes pour un coût relativement faible. Des personnes qui s'habituent de plus en plus à compter sur leurs propres compétences et capacités.
Liam réfléchit à ce que le type 1 de diabète l'a rendu dépendant, et le dispositif qu'il a créé est un moyen de retrouver le confort psychologique du contrôle sur son propre corps. Outre le rétablissement d'un mode de vie normal, la création d'un système de pompe à insuline avec rétroaction a été pour lui une expérience puissante d'expression personnelle. « Mieux vaut contrôler son métabolisme avec du code JavaScript que de finir à l'hôpital », écrit-il.
Source : habr.com
