ხელნაკეთი უკაბელო ავტონომიური ინსულინის ტუმბოს კონტროლი

"ახლა კიბორგი ვარ!" - ამაყად აცხადებს ავსტრალიელი ლიამ ზიბიდი, ახალგაზრდა პროგრამისტი, blockchain/Fullstack-ის ინჟინერი და მწერალი. დღიურში. აგვისტოს დასაწყისში მან დაასრულა თავისი წვრილმანი პროექტი, რათა შეექმნა ტარებადი მოწყობილობა, რომელსაც მან ურცხვად უწოდა "ხელოვნური პანკრეასი". უფრო მეტიც, ჩვენ ვსაუბრობთ თვითრეგულირებად ინსულინის ტუმბოზე და ჩვენმა კიბორგმა თავისი შემოქმედების ზოგიერთ ასპექტში ადვილი გამოსავალი არ მიიღო. წაიკითხეთ მეტი მოწყობილობის კონცეფციისა და ღია კოდის ტექნოლოგიების შესახებ, რომლებსაც იგი ეყრდნობოდა შემდეგ სტატიაში.

ილუსტრაციები, გარდა მოწყობილობის დიაგრამისა, აღებულია ლიამის ბლოგი

შაქრიანი დიაბეტი მუწუკებისთვის

ლიამს აქვს 1 ტიპის დიაბეტი.
თუ ეს სწორია, მაშინ სიტყვა "დიაბეტი" ნიშნავს დიურეზის გაზრდილი დაავადებების ჯგუფს - შარდის გამოყოფას, მაგრამ შაქრიანი დიაბეტით დაავადებულთა წილი უფრო დიდია და მოკლე სახელწოდება ფარულად ემყარება DM-ს. ჯერ კიდევ შუა საუკუნეებში დიაბეტით დაავადებულთა უმეტესობა აღნიშნავდა შარდში შაქრის არსებობას. საკმაოდ დიდი დრო გავიდა ჰორმონის ინსულინის აღმოჩენამდე (რომელიც ასევე უნდა გამხდარიყო ისტორიაში პირველი სრულად თანმიმდევრული ცილა) და მისი როლი დიაბეტის პათოგენეზში.
ინსულინი არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ჰორმონი, რომელიც არეგულირებს მრავალი ნივთიერების მეტაბოლიზმს, მაგრამ მისი ძირითადი ეფექტი ნახშირწყლების, მათ შორის "მთავარი" შაქრის - გლუკოზის ცვლაზეა. უჯრედებში გლუკოზის მეტაბოლიზმისთვის ინსულინი, უხეშად რომ ვთქვათ, სასიგნალო მოლეკულაა. უჯრედების ზედაპირზე არის სპეციალური ინსულინის რეცეპტორების მოლეკულები. მათზე „დაჯდომისას“ ინსულინი იძლევა სიგნალს ბიოქიმიური რეაქციების კასკადის დასაწყებად: უჯრედი იწყებს გლუკოზის აქტიურ ტრანსპორტირებას შიგნით მისი მემბრანის მეშვეობით და მისი შიდა გადამუშავებას.
ინსულინის გამომუშავების პროცესი შეიძლება შევადაროთ მოხალისე ადამიანთა მუშაობას, რომლებიც მოვიდნენ წყალდიდობის წინააღმდეგ საბრძოლველად. ინსულინის დონე დამოკიდებულია გლუკოზის რაოდენობაზე: რაც მეტია, მით უფრო იზრდება ინსულინის საერთო დონე პასუხად. ვიმეორებ: მნიშვნელოვანია გლუკოზის პირდაპირპროპორციული დონე ქსოვილებში და არა მოლეკულების რაოდენობა, რადგან თავად ინსულინი არ უკავშირდება გლუკოზას და არ იხარჯება მის მეტაბოლიზმზე, ისევე როგორც მოხალისეები არ სვამენ. შემომავალი წყალი, მაგრამ ააგეთ გარკვეული სიმაღლის კაშხლები. და აუცილებელია ინსულინის ამ გარკვეული დონის შენარჩუნება უჯრედების ზედაპირზე, ისევე როგორც დროებითი კაშხლების სიმაღლე დატბორილ ადგილებში.
ნათელია, რომ თუ არ არის საკმარისი ინსულინი, მაშინ გლუკოზის მეტაბოლიზმი ირღვევა, ის არ გადადის უჯრედებში და გროვდება ბიოლოგიურ სითხეებში. ეს არის დიაბეტის პათოგენეზი. ადრე იყო დამაბნეველი ტერმინოლოგია „ინსულინდამოკიდებული/დამოუკიდებელი დიაბეტი“, მაგრამ უფრო სწორია მისი კლასიფიკაცია შემდეგნაირად: ტიპი 1 დიაბეტი არის ინსულინის ფიზიკური ნაკლებობა (ამის მიზეზი ყველაზე ხშირად პანკრეასის უჯრედების სიკვდილია); ტიპი 2 დიაბეტი არის სხეულის რეაქციის დაქვეითება საკუთარი ინსულინის დონეზე (ყველა მიზეზი ბოლომდე არ არის გასაგები და მრავალფეროვანია). 1 ტიპი - მოხალისეები ცოტაა და კაშხლების ასაშენებლად დრო არ აქვთ; ტიპი 2 - ნორმალური სიმაღლის კაშხლები, მაგრამ ან ნახვრეტებით სავსე ან გადაშენებული.

ხელით რეგულირების პრობლემა

ორივე ტიპი, როგორც ირკვევა, იწვევს უჯრედების გარეთ გლუკოზის დონის მატებას - სისხლში, შარდში, რაც უარყოფითად მოქმედებს მთელ ორგანიზმზე. ჩვენ უნდა ვიცხოვროთ დათვლით საერთაშორისო и პურის ერთეულები შპრიცში და თეფშში, შესაბამისად. მაგრამ თქვენ ყოველთვის არ შეგიძლიათ ხელით დაარეგულიროთ ის, რასაც თავად სხეული აკეთებდა. ადამიანმა უნდა დაიძინოს და ძილის დროს ინსულინის დონე კვლავ იკლებს; ადამიანმა შეიძლება, ყოველდღიური გარემოებების გამო, დროულად არ ჭამოს - და შემდეგ მისი შაქრის დონე დაეცემა ინსულინის ხელოვნურად შენარჩუნებული დონის გავლენის ქვეშ. არსებითად, სიცოცხლე გლუკოზის დონის ლიმიტების გვირაბში აღმოჩნდება, რომლის მიღმაც არის კომა.
ამ პრობლემის გადაჭრის ნაწილი იყო თანამედროვე მოწყობილობები, რომლებმაც შეცვალეს შპრიცები - ინსულინის ტუმბოები. ეს არის მოწყობილობა, რომელიც იყენებს განუწყვეტლივ ჩადგმულ კანქვეშა ნემსს ინსულინის ავტომატურად დოზირების მიზნით. მაგრამ მხოლოდ მოსახერხებელი მიწოდება არ იძლევა ინსულინის ჩანაცვლებით სწორ თერაპიას გლუკოზის მიმდინარე დონის შესახებ მონაცემების გარეშე. ეს არის კიდევ ერთი თავის ტკივილი ექიმებისა და ბიოტექნოლოგებისთვის: სწრაფი ტესტები და ინსულინისა და გლუკოზის დონის დინამიკის სწორი პროგნოზირება. ტექნიკურად, ეს დაიწყო გლუკოზის უწყვეტი მონიტორინგის სახით - CGM სისტემები. ეს არის სხვადასხვა მოწყობილობები, რომლებიც მუდმივად კითხულობენ მონაცემებს კანქვეშ მუდმივად ჩასმული სენსორიდან. ეს მეთოდი ნაკლებად ტრავმული და უფრო მიმზიდველია მომხმარებლებისთვის, ვიდრე კლასიკური. თითის თითი, მაგრამ ეს უკანასკნელი უფრო ზუსტია და რეკომენდირებულია გამოსაყენებლად, თუ შაქრის დონე ჯერ კიდევ ძალიან "დაეცა" ან როგორმე სწრაფად იცვლება დროთა განმავლობაში.
ამ სისტემის შუალედური რგოლი არის ადამიანი – ჩვეულებრივ თავად პაციენტი. ის არეგულირებს ინსულინის მიწოდებას გლუკომეტრის მაჩვენებლებისა და მოსალოდნელი ტენდენციის მიხედვით - მიჭამია თუ არა ტკბილეული თუ ემზადება ლანჩის გამოტოვებისთვის. მაგრამ ზუსტი ელექტრონიკის ფონზე ადამიანი სუსტ რგოლად იქცევა – რა მოხდება, თუ ძილის დროს მას მძიმე ჰიპოგლიკემია აქვს და გონებას დაკარგავს? ან სხვა არაადეკვატურად მოიქცევა, დაივიწყებს/გამოტოვებს/არასწორად დააყენებს მოწყობილობას, განსაკუთრებით თუ ჯერ კიდევ ბავშვია? ასეთ შემთხვევებში ბევრს უფიქრია უკუკავშირის სისტემების შექმნაზე - ისე, რომ ინსულინის შეყვანის მოწყობილობა ორიენტირებული იყოს გლუკოზის სენსორების გამომავალზე.

გამოხმაურება და ღია წყარო

თუმცა, პრობლემა მაშინვე ჩნდება - ბაზარზე ბევრი ტუმბო და გლუკომეტრია. გარდა ამისა, ეს არის ყველა აღმასრულებელი მოწყობილობა და მათ სჭირდებათ საერთო პროცესორი და პროგრამული უზრუნველყოფა, რომელიც აკონტროლებს მათ.
სტატიები უკვე გამოქვეყნებულია Habré-ზე [1, 2] ორი მოწყობილობის ერთ სისტემაში გაერთიანების თემაზე. მესამე შემთხვევის დამატების გარდა, ცოტას გეტყვით გლობალურ პროექტებზე, რომლებიც აერთიანებს ენთუზიასტების ძალისხმევას, რომლებსაც სურთ მსგავსი სისტემების დამოუკიდებლად აწყობა.

OpenAPS (ღია ხელოვნური პანკრეასის სისტემა) პროექტი დააარსა დანა ლუისმა სიეტლიდან. 2014 წლის ბოლოს მან, ასევე 1 ტიპის დიაბეტით დაავადებულმა, გადაწყვიტა მსგავსი ექსპერიმენტის ჩატარება. მცდელობის შემდეგ და შემდეგ მისი მოწყობილობის დეტალური აღწერა, მან საბოლოოდ აღმოაჩინა საიტის პროექტი, რომელიც დეტალურად აღწერს, თუ როგორ დააკავშიროთ თქვენი საკუთარი CGM მრიცხველი და ტუმბო, სხვადასხვა მწარმოებლის სხვადასხვა ვარიაციით, საჭირო შუალედურ მოწყობილობებთან, პროგრამული უზრუნველყოფის ვარიანტებთან Github-ზე, მომხმარებელთა მზარდი საზოგადოების უამრავი დოკუმენტაციით. ყველაზე მნიშვნელოვანი ასპექტი, რომელსაც OpenAPS ხაზს უსვამს, არის „ჩვენ დაგეხმარებით დეტალური ინსტრუქციებით, მაგრამ ყველაფერი თავად უნდა გააკეთოთ“. ფაქტია, რომ ასეთი აქტივობები ერთი ნაბიჯია სერიოზულ სანქციებთან FDA-ს (ამერიკის სურსათისა და წამლების ადმინისტრაციის, რომლის იურისდიქციაში შედის ყველა მედიკამენტი და სამედიცინო პროდუქტი). და თუ მას არ შეუძლია აგიკრძალოთ სერთიფიცირებული მოწყობილობების გატეხვა და მათი გაერთიანება თვითნაკეთ სისტემებში, რათა გამოიყენოთ ისინი საკუთარ თავზე, მაშინ ნებისმიერი მცდელობა, დაგეხმაროთ მის გაკეთებაში ან გაყიდვაში, მკაცრად დაისჯება. OpenAPS-ის მეორე, მაგრამ არანაკლებ მნიშვნელოვანი იდეა არის ხელნაკეთი სისტემის უსაფრთხოება. დოკუმენტაცია ფორმაშირამდენიმე ასეული სტატია და მკაფიო, დეტალური ალგორითმები მიზნად ისახავს კონკრეტულად დაეხმაროს პაციენტს და არ დააზიანოს საკუთარი თავი.

Nightscout ანგარიშის ფანჯარა
კიდევ ერთი პროექტი ღამის სკაუტი, მომხმარებლებს საშუალებას აძლევს ატვირთონ მონაცემები თავიანთი CGM მოწყობილობებიდან ღრუბლოვან საცავში რეალურ დროში სმარტფონის, ჭკვიანი საათის და სხვა მოწყობილობების მეშვეობით, ასევე დაათვალიერონ და დაამუშავონ მიღებული მონაცემები. პროექტი მიზნად ისახავს მონაცემების მაქსიმალურად ინფორმატიულ და მოსახერხებელ გამოყენებას და ასევე შეიცავს დეტალურ სახელმძღვანელოებს, მაგალითად, მზა კონფიგურაციები გლუკომეტრები სმარტფონებით ამა თუ იმ OS-ით და საჭირო პროგრამული უზრუნველყოფით და შუალედური გადამცემებით.
მონაცემთა ვიზუალიზაცია მნიშვნელოვანია გლუკოზის ყოველდღიური რყევების დასადგენად თქვენს ცხოვრების წესში და ქცევისა და საკვების მიღების შესაძლო კორექტირებისთვის, მონაცემების მოსახერხებელი გრაფიკული ფორმით გადასაცემად სმარტფონზე ან სმარტ საათზე, უახლოეს მომავალში გლუკოზის დონის ტენდენციების პროგნოზირებისთვის და გარდა ამისა, ამ მონაცემების წაკითხვა და დამუშავება შესაძლებელია OpenAPS პროგრამული უზრუნველყოფის საშუალებით. სწორედ ამას იყენებს ლიამი თავის პროექტში. KDPV სტატიებზე - მისი პერსონალური მონაცემები ღრუბლოვანი სერვისიდან, სადაც მეწამული "ჩანგალი" მარჯვნივ არის გლუკოზის პროგნოზირებული დონე, რომელიც პროგნოზირებს OpenAPS-ის მიერ.

ლაიამის პროექტი

პროექტის შესახებ დეტალურად შეგიძლიათ წაიკითხოთ მისი ბლოგის შესაბამის ჩანაწერში, მე უბრალოდ ვეცდები უფრო სქემატურად და გარკვევით მოგიყვეთ.
Hard მოიცავს შემდეგ მოწყობილობებს: Medtronic ინსულინის ტუმბოს, რომელიც თავდაპირველად ჰქონდა ლიამს; CGM (გლუკომეტრი) FreeStyle Libre NFC სენსორით; მას უკავშირდება MiaoMiao გადამცემი, რომელიც გადასცემს მონაცემებს კანის NFC სენსორიდან სმარტფონზე Bluetooth-ის საშუალებით; Intel Edison მიკროკომპიუტერი, როგორც პროცესორი, რომელიც აკონტროლებს მთელ სისტემას Open APS-ის გამოყენებით; Explorer HAT არის რადიო გადამცემი ამ უკანასკნელის სმარტფონთან და ტუმბოსთან დასაკავშირებლად.
წრე დასრულებულია.

მთლიანი აპარატურა ლიამს 515 ევრო დაუჯდა, ტუმბოს გამოკლებით, რომელიც მანამდე ჰქონდა. მან შეუკვეთა ყველა თავისი ნივთი ამაზონიდან, მათ შორის შეწყვეტილი ედისონი. ასევე, CGM Libre-ს კანქვეშა სენსორები ძვირადღირებული სახარჯო მასალაა - 70 ევრო ცალი, რომელიც ძლებს 14 დღეს.

პროგრამული უზრუნველყოფა: ჯერ Jubilinux Linux დისტრიბუცია Edison-ისთვის და შემდეგ მასზე OpenAPS-ის დაყენება, რაც მოწყობილობის ავტორს, მისი თქმით, დაზარალდა. შემდეგი იყო მონაცემთა გადაცემის CGM-დან სმარტფონზე და ღრუბელში გადაცემის დაყენება, რისთვისაც მას უნდა მიეღო xDrip აპლიკაციის პერსონალური კონსტრუქციის ლიცენზია (150 ევრო) და Nightscout-ის დაყენება - ის უნდა ყოფილიყო „დაქორწინებული“ OpenAPS-თან სპეციალური დანამატების საშუალებით. . ასევე იყო პრობლემები მთელი მოწყობილობის მუშაობასთან დაკავშირებით, მაგრამ Nightscout საზოგადოება წარმატებით დაეხმარა ლიამს შეცდომების პოვნაში.

რა თქმა უნდა, შეიძლება ჩანდეს, რომ ავტორმა ზედმეტად გაართულა პროექტი. დიდი ხნის განმავლობაში შეწყვეტილი Intel Edison აირჩია ლიამმა, როგორც "უფრო ენერგოეფექტური ვიდრე Raspberry Pi". Apple OS-მა ასევე დაამატა სირთულეები პროგრამული უზრუნველყოფის ლიცენზიასთან და Android-ის სმარტფონთან შედარებით ხარჯებთან დაკავშირებით. თუმცა, მისი გამოცდილება სასარგებლოა და დაემატება ბევრ მსგავს პროექტს სახლში დამზადებული მოწყობილობები, რომლებიც შექმნილია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს მრავალი ადამიანის ცხოვრების ხარისხი შედარებით მცირე თანხით. ადამიანები, რომლებიც სულ უფრო მეტად ეჩვევიან საკუთარ ძალებსა და უნარებზე დაყრდნობას.
ლიამი ამტკიცებს, რომ ტიპი 1 დიაბეტმა ის არათავისუფალი გახადა და მის მიერ შექმნილი მოწყობილობა არის გზა საკუთარი სხეულის კონტროლის ფსიქოლოგიური კომფორტის აღსადგენად. ნორმალური ცხოვრების წესის აღდგენის გარდა, დახურული მარყუჟის ინსულინის ტუმბოს სისტემის შექმნა მისთვის თვითგამოხატვის მძლავრი გამოცდილება იყო. ”უმჯობესია თქვენი მეტაბოლიზმის კონტროლი JS კოდით, ვიდრე საავადმყოფოში აღმოჩნდეთ”, - წერს ის.

წყარო: www.habr.com