«Ik ben nu een cyborg!» zegt de Australiër Liam Zabidi trots, een jonge programmeur, blockchain/fullstack engineer en schrijver, zoals hij zichzelf beschrijft op de pagina's van zijn . Begin augustus voltooide hij zijn DIY-project voor het maken van een draagbaar apparaat, dat hij zonder enige bescheidenheid de «kunstmatige alvleesklier» noemde. Het gaat eerder om een zelfregulerende insulinepomp, en onze cyborg zocht in bepaalde aspecten van zijn creatie niet naar gemakkelijke oplossingen. Meer over het concept van het apparaat en de open source technologieën waarop hij zich baseerde — verderop in het artikel.
illustraties, met uitzondering van het schema van het apparaat, zijn afkomstig uit
Diabetes voor dummies
Liam heeft type 1 diabetes.
Als correct — betekent het woord 'diabetes' een groep ziekten met verhoogde diurese — urineproductie, maar het aandeel van patiënten met diabetes mellitus (DM) is groter, en de korte naam is informeel ingeburgerd voor DM. Al in de Middeleeuwen werd bij de meeste patiënten met DM suiker in de urine aangetroffen. Het duurde vrij lang voordat het hormoon insuline werd ontdekt (dat ook de eerste volledig gesequenced eiwit in de geschiedenis zou worden) en zijn rol in de pathogenese van DM.
Insuline is het belangrijkste hormoon dat de stofwisseling van vele stoffen reguleert, maar de belangrijkste invloed heeft het op de koolhydraatstofwisseling, inclusief de 'hoofdsuiker' — glucose. Voor de metabolisme van glucose in de cellen is insuline, grof gezegd, een signaalmolecule. Aan de oppervlakken van de cellen zijn speciale insuline-receptormoleculen aanwezig. Door zich aan hen te 'hechten', geeft insuline signalen om een cascade van biochemische reacties te starten: de cel begint actief glucose door zijn membraan te transporteren en deze intern te verwerken.
Het proces van insulineproductie kan worden vergeleken met het werk van vrijwilligers die komen om een overstroming te bestrijden. Het niveau van insuline hangt af van de hoeveelheid glucose: hoe meer glucose, hoe hoger het totale insuline niveau als reactie. Nogmaals, het is vooral belangrijk om te letten op het niveau in de weefsels, niet op het aantal moleculen, dat recht evenredig is met de glucose, want insuline bindt zich niet aan glucose en wordt niet verbruikt voor haar metabolisme, zoals vrijwilligers de binnenkomende water niet drinken, maar dammen van een bepaalde hoogte bouwen. Het is noodzakelijk om dit bepaalde niveau van insuline op het celoppervlak te handhaven, net zoals de hoogte van tijdelijke dammen op overstromingsgebieden.
Het is duidelijk dat wanneer er een tekort aan insuline is, de metabolisme van glucose wordt verstoord, het komt niet in de cellen, maar hoopt zich op in biologische vloeistoffen. Dit is het pathogenese van diabetes. Vroeger was er verwarrende terminologie "insuline-afhankelijk/onafhankelijk diabetes", maar het is correcter om het als volgt te classificeren: Type 1 diabetes is een fysieke tekort aan insuline (vaak de oorzaak is de dood van de cellen van de alvleesklier); type 2 diabetes is een verminderde reactie van het lichaam op het niveau van zijn eigen insuline (de redenen hiervoor zijn nog niet volledig vastgesteld en zijn divers). Type 1 — er zijn te weinig vrijwilligers en ze kunnen de dammen niet snel genoeg bouwen; type 2 — dammen zijn van normale hoogte, maar ze zijn ofwel lek of ze zijn dwars gebouwd.
Probleem van handmatige regeling
Beide typen leiden, zoals duidelijk wordt, tot een verhoogd glucose niveau buiten de cellen — in het bloed, de urine, wat een negatieve invloed heeft op het hele lichaam. Je moet leven met het tellen van en in de spuit en op het bord respectievelijk. Maar je kunt niet altijd handmatig regelen wat het lichaam zelf deed. Een persoon moet slapen, en terwijl hij slaapt, blijft het insuline niveau dalen; een persoon kan door dagelijkse omstandigheden niet op tijd eten — en dan zal zijn suiker dalen onder invloed van het kunstmatig behouden insuline niveau. In wezen komt het leven neer op een tunnel met grenzen van glucose niveau, met coma aan de boven- en onderkant.
Een gedeeltelijke oplossing voor dit probleem zijn moderne apparaten die de spuiten vervangen: insulinepompen. Dit zijn apparaten die een continu onderhuidse naald gebruiken voor een automatische dosering van insuline. Maar alleen het comfortabele toedieningssysteem garandeert geen correcte insulinevervangingstherapie zonder gegevens over het huidige glucose-niveau. Dit is weer een hoofdpijnpunt voor artsen en biotechnologen: snelle tests en de juiste voorspelling van dynamiek in insuline- en glucose-niveaus. Technisch wordt dit gerealiseerd via systemen voor continue glucosemonitoring - CGM. Dit zijn verschillende apparaten die continu gegevens van een onderhuidse sensor lezen. Deze methode is minder ingrijpend en aantrekkelijker voor gebruikers dan de klassieke , maar de laatste is nauwkeuriger en wordt aanbevolen voor gebruik, als het suiker niveau toch sterk "verlaagd" is of op een andere manier snel verandert in de tijd.
De tussenpersoon in dit systeem is de mens - meestal de patiënt zelf. Hij regelt de insuline toediening afhankelijk van de metingen van de glucometer en de verwachte trend - heeft hij zoetigheid gegeten of is hij van plan de lunch over te slaan. Maar met de precieze elektronica wordt de mens het zwakke punt - wat als hij 's nachts een sterke hypoglycemie krijgt en het bewustzijn verliest? Of zich op een andere manier onjuist gedraagt, de apparaat vergeet/over slaat/fout instelt, vooral als het nog een kind is? Voor dergelijke gevallen hebben veel mensen nagedacht over het creëren van systemen met feedback - zodat het insuline toedieningsapparaat zich richt op de output van de glucosesensoren.
Feedback en open source
Er ontstaat echter onmiddellijk een probleem - er zijn veel pompen en glucometers op de markt. Bovendien zijn dit allemaal uitvoerende apparaten, en ze hebben een gemeenschappelijke processor en software nodig die hen aanstuurt.
Er zijn al artikelen op Habr verschenen [, ] over het onderwerp van het integreren van twee apparaten in een systeem. Naast het toevoegen van een derde geval, zal ik iets vertellen over wereldwijde projecten die de inspanningen van enthousiastelingen combineren die dergelijke systemen zelf willen bouwen.
Het OpenAPS-project (Open Artificial Pancreas System, gratis kunstmatige alvleesklier) is opgericht door Dana Lewis uit Seattle. Eind 2014 besloot zij, als diabetespatiënt type 1, om een soortgelijk experiment te doen. Nadat ze haar apparaat had uitgeprobeerd en vervolgens gedetailleerd had beschreven, opende ze uiteindelijk , waar in detail wordt uitgelegd hoe je zelf je CGM-glucosemeter en pomp kan combineren, in verschillende varianten van verschillende fabrikanten, met de noodzakelijke tussenapparaten, software-opties op Github, en een schat aan documentatie van de groeiende gebruikerscommunity. Het belangrijkste aspect waar OpenAPS de nadruk op legt, is: 'we helpen je met gedetailleerde instructies, maar je moet het zelf doen'. Het feit is dat dergelijke activiteiten - op de rand van ernstige sancties van de FDA (de Amerikaanse Food and Drug Administration, die verantwoordelijk is voor alle medicijnen en medische hulpmiddelen) - vallen. En hoewel ze je niet kan verbieden om gecertificeerde apparaten te misbruiken en ze in zelfgemaakte systemen te combineren voor eigen gebruik, zal elke poging om je te helpen dit te doen of te verkopen streng worden bestraft. Een tweede, maar niet minder belangrijke gedachte van OpenAPS is de veiligheid van het zelfgemaakte systeem. De documentatie in de vorm van en duidelijke, gedetailleerde algoritmen zijn specifiek gericht op het helpen van de patiënt, en niet om zichzelf schade te berokkenen.
het Nightscout-accountvenster
Een ander project, , stelt gebruikers in staat om gegevens van hun CGM-apparaten in realtime naar de cloud op te laden via smartphones, smartwatches en andere apparaten, en om de ontvangen gegevens te bekijken en te verwerken. Het project is gericht op het zo informatief en gebruiksvriendelijk mogelijk maken van gegevens, en bevat ook gedetailleerde handleidingen, zoals van glucosemeters met smartphones van verschillende besturingssystemen en de benodigde software en tussentransmitters.
Datavisualisatie is belangrijk voor het bepalen van dagelijkse schommelingen in glucose afhankelijk van uw levensstijl en voor mogelijke aanpassing van gedrag en eetgewoonten. Het helpt ook bij het uitzenden van gegevens in een handig grafisch formaat naar uw smartphone of slimme horloge, en bij het voorspellen van glucose-trends op korte termijn. Bovendien kunnen deze gegevens worden gelezen en verwerkt door OpenAPS-software. Dit is wat Liam in zijn project gebruikt. Op de afbeelding zijn zijn persoonlijke gegevens te zien vanuit een cloudservice, waar de paarse 'vork' aan de rechterkant de voorspelde glucose-waarden weergeeft, voorspeld door OpenAPS.
Liam's Project
U kunt meer over het project lezen in de bijbehorende blogpost; ik zal het slechts proberen schematisch en visueel samen te vatten.
De hardware omvat de volgende apparaten: de insulinepomp van Medtronic, die Liam aanvankelijk had; de CGM (glucosemeter) FreeStyle Libre met NFC-sensor; een MiaoMiao-transmitter, die gegevens van de NFC-sensor op de huid naar de smartphone verzendt via Bluetooth; een Intel Edison microcomputer, als processor voor het beheren van het hele systeem met Open APS; en de Explorer HAT, een radiotransmitter voor het verbinden van de laatste met de smartphone en de pomp.
De cirkel is rond.
De totale hardwarekosten voor Liam waren 515 euro, exclusief de pomp die hij eerder had. Alle spullen bestelde hij op Amazon, inclusief de inmiddels niet meer geproduceerde Edison. Ook zijn de onderhuidse sensoren voor de CGM Libre dure verbruiksartikelen — 70 euro per stuk, die een gebruiksduur van 14 dagen hebben.
Software: ten eerste de Linux-distributie Jubilinux voor Edison en vervolgens de installatie van OpenAPS, waarmee de auteur van het apparaat, volgens zijn zeggen, heeft geworsteld. Daarna was er de configuratie van gegevensoverdracht van de CGM naar de smartphone en naar de cloud, waarvoor hij een persoonlijke versie van de xDrip-applicatie moest licenseren (150 euro) en de configuratie van Nightscout — deze moest met speciale plugins 'gehuwd' worden met OpenAPS. Er waren ook problemen met de werking van het apparaat, maar de Nightscout-community hielp Liam succesvol bij het opsporen van bugs.
Natuurlijk kan het lijken alsof de auteur het project te ingewikkeld heeft gemaakt. De al lang niet meer geproduceerde Intel Edison werd door Liam gekozen als 'energiezuiniger dan de Raspberry Pi'. Apple's besturingssysteem voegde ook complicaties toe met licentiekosten voor software en uitgaven die vergelijkbaar zijn met die van een Android-smartphone. Toch is zijn ervaring nuttig en zal het bijdragen aan vele soortgelijke projecten van zelfgebouwde apparaten die bedoeld zijn om de levenskwaliteit van veel mensen aanzienlijk te verbeteren voor relatief lage kosten. Mensen die steeds meer gewend raken om op hun eigen kracht en vaardigheden te vertrouwen.
Liam overdenkt dat type 1 diabetes hem niet vrij maakte, en het apparaat dat hij heeft gemaakt — een manier om het psychologische comfort van controle over zijn eigen lichaam terug te krijgen. Naast het terugvinden van een normaal leven, werd het creëren van een insulinepomp-systeem met feedback voor hem een krachtige ervaring van zelfexpressie. 'Het is beter om je metabolisme onder controle te houden met code in JS dan in het ziekenhuis terecht te komen' — schrijft hij.
Bron: habr.com
