自家製の無線自律インスリンポンプ制御

「私はもうサイボーグだ！」 - 若いプログラマー、ブロックチェーン/フルスタック エンジニア、作家であるオーストラリアのリアム ジビディは、自身の著書のページで誇らしげに宣言します。 ブログ。 XNUMX 月初旬、彼はウェアラブル デバイスを作成する DIY プロジェクトを完了しました。彼はそれを恥ずかしげもなく「人工膵臓」と名付けました。 むしろ、私たちは自己調節型のインスリンポンプについて話しているのですが、私たちのサイボーグは、彼の創造物のいくつかの側面で簡単な方法を選択しませんでした。 デバイスの概念とデバイスが依存するオープンソース テクノロジについては、この記事の後半で詳しく説明します。

デバイス図を除くイラストは以下から引用しています。 リアムのブログ

ダミーのための糖尿病

リアムは1型糖尿病を患っています。
それが正しければ、「糖尿病」という言葉は利尿、つまり尿排泄の増加を伴う疾患群を意味しますが、糖尿病（DM）患者の割合はより大きく、DMの略称は密かに定着しています。 中世に遡ると、ほとんどの糖尿病患者は尿中に糖が存在することに気づきました。 ホルモンであるインスリン（これは歴史上初めて完全に配列決定されたタンパク質でもある）が発見され、糖尿病の病因におけるその役割が発見されるまでには、かなり長い時間が経過した。
インスリンは多くの物質の代謝を調節する最も重要なホルモンですが、その主な影響は「主要な」糖であるグルコースを含む炭水化物の代謝にあります。 細胞内のグルコースの代謝にとって、インスリンは、大まかに言えば、シグナル伝達分子です。 細胞の表面には特別なインスリン受容体分子があります。 細胞の上に「座って」、インスリンは生化学反応のカスケードを開始する信号を出します。細胞はグルコースをその膜を通して能動的に内部に輸送し、内部で処理し始めます。
インスリンを生産するプロセスは、洪水と戦うために来た人間のボランティアの仕事にたとえることができます。 インスリンのレベルはグルコースの量に依存します。ブドウ糖が多ければ多いほど、それに応じて全体のインスリンレベルが上昇します。 繰り返しますが、重要なのは組織内のレベルであり、分子の数ではありません。分子の数はグルコースに直接比例します。なぜなら、ボランティアがインスリンを飲まないのと同じように、インスリン自体はグルコースに結合せず、その代謝に費やされないからです。しかし、一定の高さのダムを建設します。 そして、浸水地域の一時的なダムの高さと同様に、細胞の表面上のこの一定レベルのインスリンを維持する必要があります。
インスリンが十分でない場合、グルコースの代謝が妨げられることは明らかであり、グルコースは細胞内を通過せず、体液中に蓄積します。 これが糖尿病の発症機序です。 以前は、「インスリン依存性/非依存性糖尿病」という紛らわしい用語がありましたが、次のように分類するのがより正確です。1 型糖尿病は、インスリンの物理的な欠乏です (その理由は、ほとんどの場合、膵臓細胞の死です)。 2 型糖尿病は、自身のインスリンレベルに対する身体の反応の低下です (すべての理由は完全に理解されているわけではなく、さまざまです)。 1 番目のタイプ - ボランティアが少なく、ダムを建設する時間がない。 タイプ 2 - 通常の高さのダムですが、穴がいっぱいか、または橋を渡って建設されています。

手動調整の問題

明らかなように、どちらのタイプも細胞の外、つまり血液や尿中のグルコースレベルの増加につながり、体全体に悪影響を及ぼします。 私たちは数えて生きなければなりません 国際 и 穀物の単位 それぞれシリンジとプレートに入れます。 しかし、体自体が行っていたことを常に手動で調整できるわけではありません。 人は眠らなければなりませんが、眠っている間、インスリンレベルは下がり続けます。 日常の状況により、人は時間通りに食事をとらない場合があります。その場合、人工的に維持されたインスリンレベルの影響で血糖値が低下します。 本質的に、生命は血糖値限界のトンネルの中にいることに気づき、それを超えると昏睡状態になります。
この問題の解決策の一部は、注射器に代わる最新の装置であるインスリンポンプでした。 持続的に挿入される皮下針を使用して、インスリンを自動的に投与する装置です。 しかし、現在の血糖値に関するデータがなければ、便利な送達だけでは正しいインスリン補充療法を保証することはできません。 これも医師やバイオテクノロジー者にとって頭の痛い問題です。迅速な検査と、インスリンとグルコースレベルの動態の正確な予測です。 技術的には、これは継続的なグルコースモニタリング、つまり CGM システムの形で実装され始めました。 これらは、皮膚の下に常に挿入されたセンサーからデータを継続的に読み取るさまざまなデバイスです。 この方法は、従来の方法よりも外傷性が低く、ユーザーにとってより魅力的です。 指刺しただし、後者の方がより正確であり、血糖値がまだ非常に「低下」している場合、または何らかの理由で時間の経過とともに急速に変化する場合に使用することをお勧めします。
このシステムにおける中間リンクは人、通常は患者自身です。 血糖計の測定値と、甘いものを食べたか、昼食を抜く準備をしているかなど、予想される傾向に応じてインスリンの供給を調整します。 しかし、精密エレクトロニクスを背景にすると、人は弱みを握ることになります。睡眠中に重度の低血糖に陥り、意識を失ったらどうなるでしょうか。 それとも、特に彼がまだ子供である場合、彼は他の不適切な行動をしたり、デバイスを忘れたり、忘れたり、間違って設定したりするのでしょうか? このような場合、多くの人は、インスリン入力デバイスがグルコース センサーからの出力に向けられるように、フィードバック システムを作成することを考えてきました。

フィードバックとオープンソース

しかし、すぐに問題が発生します。市場には多くのポンプや血糖計が存在します。 さらに、これらはすべて実行デバイスであり、共通のプロセッサとそれらを制御するソフトウェアが必要です。
記事はすでに Habré に掲載されています [1, 2] XNUMX つのデバイスを XNUMX つのシステムに統合するというテーマについて説明しました。 XNUMX 番目のケースを追加することに加えて、同様のシステムを自分で組み立てたいと考えている愛好家たちの努力を結集した世界的なプロジェクトについて少しお話します。

OpenAPS (オープン人工膵臓システム) プロジェクトは、シアトル出身の Dana Lewis によって設立されました。 2014 年末、同じく 1 型糖尿病患者である彼女は、同様の実験を行うことを決意しました。 試してみて、自分のデバイスを詳しく説明した後、最終的に彼女は発見しました。 プロジェクトのウェブサイトでは、さまざまなメーカーのさまざまなバリエーションの独自の CGM メーターとポンプを、必要な中間デバイス、Github 上のソフトウェア オプションと組み合わせる方法が、成長を続けるユーザー コミュニティからの大量のドキュメントとともに詳細に説明されています。 OpenAPS が強調する最も重要な点は、「詳細な手順はサポートしますが、すべてを自分で行う必要があります。」ということです。 実際のところ、こうした活動はFDA（アメリカ食品医薬品局。管轄範囲にはすべての医薬品と医療製品が含まれる）からの深刻な制裁の一歩手前だ。 そして、認証されたデバイスを破壊し、それを自分で使用するために自作のシステムに組み込むことを彼女が禁止できない場合、その製造や販売を手助けしようとする試みは厳しく罰せられることになります。 OpenAPS の XNUMX 番目の、しかし同様に重要なアイデアは、自作システムのセキュリティです。 フォーム内のドキュメント数百の記事 そして、明確で詳細なアルゴリズムは、患者自身を傷つけるのではなく、患者を助けることを特に目的としています。

Nightscoutアカウントウィンドウ
別のプロジェクト ナイトスカウトでは、スマートフォンやスマートウォッチなどのデバイスを介して、CGM デバイスからクラウド ストレージにデータをリアルタイムにアップロードしたり、受信したデータを閲覧したり処理したりすることができます。 このプロジェクトは、データを最も有益かつ便利に使用することを目的としており、次のような詳細なガイドも含まれています。 既成の構成 何らかの OS を搭載したスマートフォンと必要なソフトウェアおよび中間送信機を備えた血糖計。
データの視覚化は、ライフスタイルにおける血糖値の毎日の変動や行動や食事摂取量の修正の可能性を判断するため、便利なグラフ形式でデータをスマートフォンやスマートウォッチに送信するため、近い将来の血糖値の傾向を予測するために重要です。さらに、このデータは OpenAPS ソフトウェアで読み取って処理できます。 これはまさにリアムがプロジェクトで使用しているものです。 KDPV の記事 - クラウド サービスからの彼の個人データ。右側の紫色の「フォーク」は、OpenAPS によって予測される予測血糖値です。

リアムのプロジェクト

このプロジェクトについては、彼のブログの対応するエントリで詳しく読むことができますが、ここではより概略的かつ明確に説明してみます。
ハードには次のデバイスが含まれています。リアムが元々持っていたメドトロニックのインスリン ポンプ。 CGM (グルコメーター) FreeStyle Libre、NFC センサー付き。 これに接続されているのはミャオミャオ送信機で、Bluetooth 経由で皮膚 NFC センサーからスマートフォンにデータを送信します。 Open APSを使用してシステム全体を制御するプロセッサとしてIntel Edisonマイクロコンピュータ。 Explorer HATは、スマートフォンとポンプを接続するための無線送信機です。
円は閉じています。

リアムにとって、以前所有していたポンプを除くハードウェア全体の費用は 515 ユーロでした。 彼は製造中止になったエジソンも含め、すべての持ち物をアマゾンで注文した。 また、CGM Libre の皮下センサーは高価な消耗品です - 70 個あたり 14 ユーロで、XNUMX 日間持続します。

ソフトウェア: まず、Edison 用の Jubilinux Linux ディストリビューションと、それに OpenAPS をインストールすることですが、デバイスの作成者によると、これに苦労したそうです。 次は、CGM からスマートフォンとクラウドへのデータ転送の設定でした。そのためには、xDrip アプリケーションの個人用ビルド (150 ユーロ) のライセンスを取得する必要があり、Nightscout を設定する必要がありました。特別なプラグインを介して OpenAPS と「結合」する必要がありました。 。 デバイス全体の動作にも問題がありましたが、Nightscout コミュニティはリアムのバグ発見に成功しました。

もちろん、作者はプロジェクトを複雑にしすぎているように見えるかもしれません。 リアム氏は、長らく生産中止となっていたIntel Edisonを「Raspberry Piよりもエネルギー効率が高い」として選んだ。 Apple OS では、ソフトウェア ライセンスの難しさも加わり、Android スマートフォンと同等のコストがかかります。 しかし、彼の経験は有益であり、比較的少ない費用で多くの人々の生活の質を大幅に向上させるように設計された、同様の自家製デバイスのプロジェクトが数多く増えることになるでしょう。 自分の強みやスキルに頼ることにますます慣れている人々。
リアムは、1型糖尿病のせいで自由が利かなくなっており、彼が作った装置は自分の体をコントロールするという心理的な快適さを取り戻す方法だと主張している。 そして、通常のライフスタイルを取り戻すことに加えて、閉ループのインスリン ポンプ システムを作成することは、彼にとって自己表現の強力な経験でした。 「病院に行くよりも、JS コードを使って代謝をコントロールした方が良いです」と彼は書いています。

出所： habr.com