בקרת משאבת אינסולין אוטונומית אלחוטית תוצרת בית

"אני סייבורג עכשיו!" - האוסטרלי ליאם זיבידי, מתכנת צעיר, מהנדס וסופר בלוקצ'יין/Fullstack, מצהיר בגאווה, כשהוא מציג את עצמו על דפי פוסט בבלוג. בתחילת אוגוסט, הוא השלים את פרויקט ה-DIY שלו ליצירת מכשיר לביש, אותו כינה ללא בושה "לבלב מלאכותי". במקום זאת, אנחנו מדברים על משאבת אינסולין המווסתת את עצמה, והסייבורג שלנו לא לקח את הדרך הקלה בכמה היבטים של יצירתו. קרא עוד על הרעיון של המכשיר וטכנולוגיות הקוד הפתוח שעליהן הסתמך בהמשך המאמר.

איורים למעט דיאגרמת המכשיר לקוחים הבלוג של ליאם

סוכרת לבובות

לליאם יש סוכרת סוג 1.
אם זה נכון, אז המילה "סוכרת" פירושה קבוצה של מחלות עם משתן מוגבר - תפוקת שתן, אך שיעור החולים עם סוכרת (DM) גדול יותר, והשם הקצר השתרש בסתר ל-DM. עוד בימי הביניים, רוב החולים בסוכרת ציינו נוכחות של סוכר בשתן. זמן רב למדי חלף עד לגילוי הורמון האינסולין (שעתיד להפוך גם לחלבון הרצף המלא הראשון בהיסטוריה) ותפקידו בפתוגנזה של סוכרת.
אינסולין הוא ההורמון החשוב ביותר המווסת את חילוף החומרים של חומרים רבים, אך השפעתו העיקרית היא על חילוף החומרים של פחמימות, כולל הסוכר ה"עיקרי" - גלוקוז. עבור חילוף החומרים של גלוקוז בתאים, אינסולין הוא, באופן גס, מולקולת איתות. יש מולקולות מיוחדות של קולטן אינסולין על פני התאים. "יושב" עליהם, אינסולין נותן אות להשיק מפל של תגובות ביוכימיות: התא מתחיל להעביר גלוקוז באופן פעיל פנימה דרך הממברנה שלו ולעבד אותו באופן פנימי.
ניתן לדמות את תהליך ייצור האינסולין לעבודה של מתנדבים אנושיים שבאו להילחם במבול. רמת האינסולין תלויה בכמות הגלוקוז: ככל שיש יותר, כך רמת האינסולין הכללית עולה בתגובה. אני חוזר: הרמה ברקמות היא שחשובה, ולא מספר המולקולות, שעומדת ביחס ישר לגלוקוז, כי האינסולין עצמו אינו נקשר לגלוקוז ואינו מושקע בחילוף החומרים שלו, בדיוק כפי שמתנדבים אינם שותים את מים נכנסים, אבל לבנות סכרים בגובה מסוים. ויש צורך לשמור על רמה מסוימת זו של אינסולין על פני התאים, כמו גם את גובה הסכרים הזמניים באזורים מוצפים.
ברור שאם אין מספיק אינסולין, אז חילוף החומרים של הגלוקוז מופרע; הוא לא עובר לתאים, מצטבר בנוזלים ביולוגיים. זוהי הפתוגנזה של סוכרת. בעבר הייתה מינוח מבלבל "סוכרת תלוית אינסולין/עצמאית", אך נכון יותר לסווג אותה כך: סוכרת מסוג 1 היא חוסר פיזי באינסולין (הסיבה לכך היא לרוב מוות של תאי הלבלב); סוכרת סוג 2 היא ירידה בתגובת הגוף לרמת האינסולין שלו (כל הסיבות אינן מובנות במלואן והן מגוונות). סוג 1 - יש מעט מתנדבים ואין להם זמן לבנות סכרים; סוג 2 - סכרים בגובה רגיל, אך מלאים חורים או בנויים לרוחב.

בעיית התאמה ידנית

שני הסוגים, כפי שמתברר, מובילים לעלייה ברמות הגלוקוז מחוץ לתאים - בדם, בשתן, מה שמשפיע לרעה על הגוף כולו. אנחנו צריכים לחיות לפי ספירה בינלאומי и יחידות דגן במזרק ובצלחת, בהתאמה. אבל אתה לא תמיד יכול לווסת ידנית מה הגוף עצמו עשה. אדם חייב לישון, ותוך כדי שינה, רמות האינסולין ממשיכות לרדת; אדם עלול, עקב נסיבות יומיומיות, לא לאכול בזמן - ואז רמת הסוכר שלו תרד בהשפעת רמת אינסולין נשמרת באופן מלאכותי. למעשה, החיים מוצאים את עצמם במנהרה של גבולות רמת הגלוקוז, שמעבר לה יש תרדמת.
חלק מהפתרון לבעיה זו היה מכשירים מודרניים שהחליפו מזרקים – משאבות אינסולין. זהו מכשיר המשתמש במחט היפודרמית המוכנסת ברציפות למינון אוטומטי של אינסולין. אך מסירה נוחה לבדה אינה מבטיחה טיפול תחליף אינסולין נכון ללא נתונים על רמת הגלוקוז הנוכחית. זהו כאב ראש נוסף לרופאים ולביוטכנולוגים: בדיקות מהירות וחיזוי נכון של הדינמיקה של רמות האינסולין והגלוקוז. מבחינה טכנית, זה התחיל להיות מיושם בצורה של ניטור גלוקוז רציף - מערכות CGM. מדובר במגוון מכשירים שקוראים ברציפות נתונים מחיישן המוכנס כל הזמן מתחת לעור. שיטה זו פחות טראומטית ויותר אטרקטיבית למשתמשים מהקלאסית. טביעת אצבע, אבל האחרון יותר מדויק ומומלץ לשימוש אם רמת הסוכר עדיין מאוד "ירדה" או איכשהו משתנה במהירות עם הזמן.
חוליית הביניים במערכת זו היא אדם – בדרך כלל המטופל עצמו. הוא מתאים את אספקת האינסולין בהתאם לקריאת הגלוקומטר ולמגמה הצפויה - בין אם הוא אכל ממתקים או מתכונן לדלג על ארוחת הצהריים. אבל על רקע האלקטרוניקה המדויקת, אדם הופך לחוליה חלשה - מה אם במהלך השינה הוא סובל מהיפוגליקמיה חמורה ומאבד את הכרתו? או שהוא יתנהג בצורה אחרת שאינה הולמת, ישכח/יפספס/ יתקין את המכשיר בצורה לא נכונה, במיוחד אם הוא עדיין ילד? במקרים כאלה, אנשים רבים חשבו על יצירת מערכות משוב - כך שמכשיר הזנת האינסולין יהיה מכוון לכיוון הפלט מחיישני הגלוקוז.

משוב וקוד פתוח

עם זאת, מיד מתעוררת בעיה - יש הרבה משאבות וגלוקומטרים בשוק. בנוסף, כל אלה הם מכשירי מנהלים, והם זקוקים למעבד ותוכנה משותפים השולטים בהם.
מאמרים כבר פורסמו באתר Habré [1, 2] בנושא שילוב שני מכשירים למערכת אחת. בנוסף להוספת מקרה שלישי, אספר לכם מעט על פרויקטים גלובליים המשלבים מאמצים של חובבים שרוצים להרכיב מערכות דומות בעצמם.

פרויקט OpenAPS (Open Artificial Pancreas System) הוקם על ידי דנה לואיס מסיאטל. בסוף 2014, היא, גם היא חולת סוכרת מסוג 1, החליטה לבצע ניסוי דומה. לאחר שניסתה ולאחר מכן תיארה את המכשיר שלה בפירוט, היא גילתה בסופו של דבר אתר הפרויקט, המתאר בפירוט כיצד לשלב את מד ה-CGM והמשאבה שלך, בווריאציות שונות מיצרנים שונים, עם התקני הביניים הדרושים, אפשרויות תוכנה ב-Github, עם הרבה תיעוד מקהילה הולכת וגדלה של משתמשים. ההיבט החשוב ביותר ש-OpenAPS מדגיש הוא "אנחנו נעזור לך עם הוראות מפורטות, אבל אתה חייב לעשות הכל בעצמך." העובדה היא שפעילויות כאלה רחוקות צעד אחד מסנקציות חמורות של ה-FDA (מינהל המזון והתרופות האמריקאי, שתחום השיפוט שלו כולל את כל התרופות והמוצרים הרפואיים). ואם היא לא יכולה לאסור עליך לשבור מכשירים מאושרים ולשלב אותם למערכות תוצרת בית כדי להשתמש בהם על עצמך, אז כל ניסיון לעזור לך לייצר או למכור אותו ייענש בחומרה. הרעיון השני, אך לא פחות חשוב, של OpenAPS הוא האבטחה של מערכת תוצרת בית. תיעוד בטופסכמה מאות מאמרים ואלגוריתמים ברורים ומפורטים מכוונים במיוחד לעזור למטופל ולא לפגוע בעצמו.

חלון חשבון Nightscout
עוד פרויקט צופי לילה, מאפשר למשתמשים להעלות נתונים ממכשירי ה-CGM שלהם לאחסון בענן בזמן אמת דרך סמארטפון, שעון חכם ומכשירים אחרים, כמו גם להציג ולעבד את הנתונים שהתקבלו. הפרויקט נועד לעשות שימוש אינפורמטיבי ונוח ביותר בנתונים, וכן מכיל מדריכים מפורטים, למשל, תצורות מוכנות גלוקומטרים עם סמארטפונים עם מערכת הפעלה כזו או אחרת והתוכנה הנדרשת ומשדרי ביניים.
הדמיית נתונים חשובה לקביעת תנודות יומיומיות בגלוקוז באורח החיים שלך ותיקון אפשרי של התנהגות וצריכת מזון, להעברת נתונים בצורה גרפית נוחה לסמארטפון או לשעון חכם, לניבוי מגמות ברמות הגלוקוז בעתיד הקרוב, וב בנוסף, ניתן לקרוא ולעבד נתונים אלו על ידי תוכנת OpenAPS. זה בדיוק מה שליאם משתמש בפרויקט שלו. על מאמרי KDPV - הנתונים האישיים שלו משירות הענן, כאשר ה"מזלג" הסגול בצד ימין הוא רמות הגלוקוז החזויות על ידי OpenAPS.

הפרויקט של ליאם

אתה יכול לקרוא על הפרויקט בפירוט בערך המתאים בבלוג שלו, אני רק אנסה לספר אותו בצורה סכמטית וברורה יותר.
ה-Hard כולל את המכשירים הבאים: משאבת האינסולין של מדטרוניק שהייתה לליאם במקור; CGM (גלוקומטר) FreeStyle Libre עם חיישן NFC; מחובר אליו משדר MiaoMiao, המעביר נתונים מחיישן NFC העור לסמארטפון באמצעות בלוטות'; מחשב מיקרו של אינטל אדיסון כמעבד לשליטה על המערכת כולה באמצעות Open APS; Explorer HAT הוא משדר רדיו לחיבור האחרון עם סמארטפון ומשאבה.
המעגל סגור.

החומרה כולה עלתה ליאם 515 אירו, לא כולל המשאבה שהייתה לו בעבר. הוא הזמין את כל הדברים שלו מאמזון, כולל אדיסון שהופסק. כמו כן, חיישנים תת עוריים עבור CGM Libre הם חומר מתכלה יקר - 70 יורו ליחידה, שמחזיק מעמד ל-14 ימים.

תוכנה: ראשית, הפצת Jubilinux Linux עבור אדיסון ולאחר מכן התקנת OpenAPS עליה, שמחבר המכשיר, לדבריו, סבל ממנה. לאחר מכן היה הגדרת העברת נתונים מ-CGM לסמארטפון ואל הענן, עבורו היה עליו להעניק רישיון לבנייה אישית של אפליקציית xDrip (150 יורו) ולהגדיר את Nightscout - זה היה צריך להיות "להתחתן" עם OpenAPS באמצעות תוספים מיוחדים . היו גם בעיות בתפעול המכשיר כולו, אבל קהילת Nightscout עזרה בהצלחה לליאם למצוא באגים.

כמובן, אולי נראה כי המחבר סיבך יתר על המידה את הפרויקט. אינטל אדיסון שהופסק מזמן נבחר על ידי ליאם כ"חסכוני יותר באנרגיה מה-Raspberry Pi". Apple OS גם הוסיפה קשיים עם רישיון תוכנה ועלויות דומות לסמארטפון אנדרואיד. עם זאת, הניסיון שלו שימושי והוא יצטבר להרבה פרויקטים דומים של מכשירים תוצרת בית, שנועדו לשפר משמעותית את איכות החיים של אנשים רבים תמורת מעט כסף. אנשים שמתרגלים יותר ויותר להסתמך על החוזקות והכישורים שלהם.
ליאם טוען שסוכרת מסוג 1 הפכה אותו ללא חופשי, והמכשיר שיצר הוא דרך להחזיר את הנוחות הפסיכולוגית של שליטה על גופו שלו. ובנוסף להחזרת אורח חייו הרגיל, יצירת מערכת משאבת אינסולין בלולאה סגורה הייתה עבורו חוויה עוצמתית של ביטוי עצמי. "עדיף לשמור על חילוף החומרים בשליטה עם קוד JS מאשר להגיע לבית החולים", הוא כותב.

מקור: www.habr.com