„Teraz jestem cyborgiem!” – Australijczyk Liam Zibidi, młody programista, inżynier i pisarz blockchain/Fullstack, z dumą deklaruje, prezentując się na łamach swojego . Na początku sierpnia zakończył swój projekt DIY mający na celu stworzenie urządzenia do noszenia, które bezwstydnie nazwał „sztuczną trzustką”. Mówimy raczej o samoregulującej pompie insulinowej, a nasz cyborg w niektórych aspektach swojego stworzenia nie poszedł łatwo. Więcej o koncepcji urządzenia i technologiach open source, na których się ono opiera, przeczytasz w dalszej części artykułu.
pochodzą ilustracje z wyjątkiem schematu urządzenia
Cukrzyca dla manekinów
Liam ma cukrzycę typu 1.
Jeśli to prawda, to słowo „cukrzyca” oznacza grupę chorób charakteryzujących się zwiększoną diurezą – wydalaniem moczu, ale odsetek chorych na cukrzycę (DM) jest większy, a krótka nazwa potajemnie zakorzeniła się w DM. Już w średniowieczu większość chorych na cukrzycę odnotowywała obecność cukru w moczu. Sporo czasu minęło zanim odkryto hormon insulinę (który miał też stać się pierwszym w historii całkowicie zsekwencjonowanym białkiem) i jego rolę w patogenezie cukrzycy.
Insulina jest najważniejszym hormonem regulującym metabolizm wielu substancji, jednak jej główne działanie dotyczy metabolizmu węglowodanów, w tym „głównego” cukru – glukozy. W metabolizmie glukozy w komórkach insulina jest, z grubsza mówiąc, cząsteczką sygnalizacyjną. Na powierzchni komórek znajdują się specjalne cząsteczki receptora insuliny. „Siedząc” na nich insulina daje sygnał do uruchomienia kaskady reakcji biochemicznych: komórka zaczyna aktywnie transportować glukozę do wewnątrz przez swoją błonę i przetwarzać ją wewnętrznie.
Proces wytwarzania insuliny można porównać do pracy ochotników, którzy przybyli walczyć z powodzią. Poziom insuliny zależy od ilości glukozy: im jest jej więcej, tym bardziej wzrasta ogólny poziom insuliny. Powtarzam: ważny jest poziom w tkankach, a nie liczba cząsteczek, która jest wprost proporcjonalna do glukozy, ponieważ sama insulina nie wiąże się z glukozą i nie jest zużywana na jej metabolizm, tak samo jak ochotnicy nie piją dopływającą wodę, ale buduj tamy o określonej wysokości. I konieczne jest utrzymanie tego pewnego poziomu insuliny na powierzchni komórek, a także wysokości tymczasowych zapór na zalanych terenach.
Oczywiste jest, że jeśli nie ma wystarczającej ilości insuliny, metabolizm glukozy zostaje zakłócony, nie przechodzi ona do komórek, gromadząc się w płynach biologicznych. Taka jest patogeneza cukrzycy. Wcześniej obowiązywała myląca terminologia „cukrzyca insulinozależna/niezależna”, jednak bardziej trafne jest sklasyfikowanie jej w następujący sposób: cukrzyca typu 1 to fizyczny brak insuliny (przyczyną tego jest najczęściej śmierć komórek trzustki); Cukrzyca typu 2 to osłabienie reakcji organizmu na poziom własnej insuliny (wszystkie przyczyny nie są do końca poznane i są zróżnicowane). 1. typ – ochotników jest niewielu i nie mają czasu na budowę tam; Typ 2 - tamy o normalnej wysokości, ale albo pełne dziur, albo zabudowane w poprzek.
Problem z ręczną regulacją
Obydwa typy, jak się okazuje, prowadzą do zwiększonego poziomu glukozy poza komórkami – we krwi, w moczu, co niekorzystnie wpływa na cały organizm. Musimy żyć licząc и odpowiednio w strzykawce i płytce. Ale nie zawsze możesz ręcznie regulować to, co robi samo ciało. Człowiek musi spać, a podczas snu poziom insuliny nadal spada; człowiek może ze względu na codzienne okoliczności nie zjeść na czas – wówczas pod wpływem sztucznie utrzymywanego poziomu insuliny spadnie mu poziom cukru. W istocie życie znajduje się w tunelu granic poziomu glukozy, poza którym następuje śpiączka.
Częścią rozwiązania tego problemu były nowoczesne urządzenia zastępujące strzykawki – pompy insulinowe. Jest to urządzenie, które wykorzystuje włożoną na stałe igłę podskórną do automatycznego dawkowania insuliny. Jednak sama wygodna podaż nie gwarantuje prawidłowej insulinoterapii bez danych na temat aktualnego poziomu glukozy. To kolejny ból głowy lekarzy i biotechnologów: szybkie testy i prawidłowe przewidywanie dynamiki poziomu insuliny i glukozy. Technicznie zaczęto to realizować w formie ciągłego monitorowania glukozy – systemów CGM. Są to różnorodne urządzenia, które w sposób ciągły odczytują dane z czujnika umieszczonego na stałe pod skórą. Metoda ta jest mniej traumatyczna i atrakcyjniejsza dla użytkowników niż metoda klasyczna. , ale ten drugi jest dokładniejszy i zalecany do stosowania, jeśli poziom cukru jest nadal bardzo „obniżony” lub w jakiś sposób szybko się zmienia w czasie.
Ogniwem pośrednim w tym systemie jest człowiek – najczęściej sam pacjent. Dopasowuje podaż insuliny w zależności od wskazań glukometru i oczekiwanego trendu – czy zjadł słodycze, czy też przygotowuje się do pominięcia lunchu. Ale na tle precyzyjnej elektroniki człowiek staje się słabym ogniwem - co jeśli podczas snu zapadnie na ciężką hipoglikemię i straci przytomność? A może zachowa się w inny nieodpowiedni sposób, zapomni/przegapi/nieprawidłowo skonfiguruje urządzenie, szczególnie jeśli jest jeszcze dzieckiem? W takich przypadkach wiele osób myślało o stworzeniu systemów sprzężenia zwrotnego – tak, aby urządzenie wprowadzające insulinę było zorientowane na sygnał wyjściowy z czujników glukozy.
Informacje zwrotne i otwarte oprogramowanie
Od razu pojawia się jednak problem – na rynku dostępnych jest wiele pomp i glukometrów. Poza tym to wszystko są urządzenia wykonawcze i potrzebują wspólnego procesora i oprogramowania je sterującego.
Artykuły zostały już opublikowane na Habré [, ] na temat połączenia dwóch urządzeń w jeden system. Oprócz dodania trzeciego przypadku opowiem trochę o globalnych projektach, które łączą wysiłki pasjonatów chcących samodzielnie złożyć podobne systemy.
Projekt OpenAPS (Open Artificial Pancreas System) został założony przez Danę Lewis z Seattle. Pod koniec 2014 roku ona, również chora na cukrzycę typu 1, zdecydowała się na podobny eksperyment. Po wypróbowaniu i szczegółowym opisaniu swojego urządzenia w końcu odkryła , który szczegółowo opisuje, jak połączyć własny miernik i pompę CGM, w różnych odmianach od różnych producentów, z niezbędnymi urządzeniami pośrednimi, opcjami oprogramowania na Githubie, z dużą ilością dokumentacji od rosnącej społeczności użytkowników. Najważniejszym aspektem, na który podkreśla OpenAPS, jest to, że „pomożemy Ci szczegółowymi instrukcjami, ale wszystko musisz zrobić sam”. Faktem jest, że takie działania są o krok od poważnych sankcji ze strony FDA (amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków, której jurysdykcja obejmuje wszystkie leki i wyroby medyczne). A jeśli nie może zabronić Ci łamania certyfikowanych urządzeń i łączenia ich w domowe systemy w celu użycia ich na sobie, wówczas każda próba pomocy w ich wyprodukowaniu lub sprzedaży będzie surowo karana. Drugą, ale nie mniej ważną ideą OpenAPS jest bezpieczeństwo domowego systemu. Dokumentacja w formularzu jasne i szczegółowe algorytmy mają na celu pomóc pacjentowi, a nie wyrządzić sobie krzywdę.
Okno konta Nightscout
Kolejny projekt , umożliwia użytkownikom przesyłanie danych z urządzeń CGM do pamięci w chmurze w czasie rzeczywistym za pośrednictwem smartfona, inteligentnego zegarka i innych urządzeń, a także przeglądanie i przetwarzanie otrzymanych danych. Projekt ma na celu jak najbardziej informacyjne i wygodne wykorzystanie danych, a także zawiera szczegółowe przewodniki, na przykład glukometry ze smartfonami z takim czy innym systemem operacyjnym i niezbędnym oprogramowaniem oraz nadajnikami pośrednimi.
Wizualizacja danych jest istotna przy określeniu dziennych wahań poziomu glukozy w trybie życia i ewentualnej korekcie zachowania oraz sposobu odżywiania się, do przesłania danych w wygodnej formie graficznej na smartfon lub inteligentny zegarek, do przewidywania trendów poziomu glukozy w najbliższej przyszłości, a także w ponadto dane te mogą być odczytywane i przetwarzane przez oprogramowanie OpenAPS. Dokładnie to Liam wykorzystuje w swoim projekcie. W artykułach KDPV - jego dane osobowe z usługi chmurowej, gdzie fioletowy „widelec” po prawej stronie to przewidywany poziom glukozy przewidywany przez OpenAPS.
Projekt Liama
O projekcie szczegółowo przeczytacie w odpowiednim wpisie na jego blogu, ja tylko spróbuję opowiedzieć to bardziej schematycznie i przejrzyście.
Zestaw Hard obejmuje następujące urządzenia: pompę insulinową Medtronic, którą pierwotnie posiadał Liam; CGM (glukometr) FreeStyle Libre z czujnikiem NFC; podłączony jest do niego nadajnik MiaoMiao, który poprzez Bluetooth przesyła dane ze skórnego sensora NFC do smartfona; Mikrokomputer Intel Edison jako procesor do sterowania całym systemem z wykorzystaniem Open APS; Explorer HAT to nadajnik radiowy umożliwiający połączenie tego ostatniego ze smartfonem i pompką.
Koło jest zamknięte.
Cały sprzęt kosztował Liama 515 euro, nie licząc pompy, którą miał wcześniej. Zamówił wszystkie swoje rzeczy w Amazonie, łącznie z wycofanym Edisonem. Ponadto czujniki podskórne do CGM Libre są drogim materiałem eksploatacyjnym - 70 euro za sztukę, co wystarcza na 14 dni.
Oprogramowanie: najpierw dystrybucja Linuksa Jubilinux dla Edisona, a następnie instalacja na niej OpenAPS, z czym według niego ucierpiał autor urządzenia. Następnie skonfigurowano transfer danych z CGM do smartfona i do chmury, do czego musiał uzyskać licencję na osobistą kompilację aplikacji xDrip (150 euro) oraz skonfigurowano Nightscout - trzeba było go „poślubić” z OpenAPS poprzez specjalne wtyczki . Były też problemy z działaniem całego urządzenia, ale społeczność Nightscout skutecznie pomogła Liamowi znaleźć błędy.
Oczywiście może się wydawać, że autor nadmiernie skomplikował projekt. Liam wybrał dawno wycofany procesor Intel Edison jako „bardziej energooszczędny niż Raspberry Pi”. Apple OS dodał także trudności z licencją na oprogramowanie i kosztami porównywalnymi ze smartfonem z Androidem. Jednak jego doświadczenie jest przydatne i zaowocuje w wielu podobnych projektach domowych urządzeń, które mają za stosunkowo niewielkie pieniądze znacznie poprawić jakość życia wielu ludzi. Ludzi, którzy coraz częściej przyzwyczajają się do polegania na własnych mocnych stronach i umiejętnościach.
Liam przekonuje, że cukrzyca typu 1 pozbawiła go wolności, a stworzone przez niego urządzenie jest sposobem na odzyskanie psychologicznego komfortu kontroli nad własnym ciałem. Oprócz powrotu do normalnego trybu życia, stworzenie systemu pompy insulinowej z zamkniętą pętlą było dla niego potężnym doświadczeniem wyrażania siebie. „Lepiej utrzymać metabolizm pod kontrolą dzięki kodowi JS, niż wylądować w szpitalu” – pisze.
Źródło: www.habr.com