„Teraz jestem cyborgiem!” — dumnie oświadcza Australijczyk Liam Zabidi, młody programista, blockchain/Fullstack engineer i pisarz, jak określa siebie na łamach swojego . Na początku sierpnia zakończył swój projekt DIY, polegający na stworzeniu noszonego urządzenia, które bez fałszywej skromności nazwał „sztuczną trzustką”. W rzeczywistości chodzi o samoregulującą się pompę insulinową, a nasz cyborg w niektórych aspektach swojego dzieła unikał łatwych rozwiązań. Więcej informacji na temat koncepcji urządzenia i technologii open source, na których się oparł — w dalszej części artykułu.
Ilustracje z wyjątkiem schematu urządzenia pochodzą z
Cukrzyca dla opornych
Liam ma cukrzycę typu 1.
Prawidłowo — słowo „cukrzyca” oznacza grupę chorób z podwyższonym diurezą — wydalaniem moczu, ale odsetek chorych na cukrzycę (CzD) jest większy, a krótką nazwę potocznie przyjęto dla CzD. Już w średniowieczu u większości pacjentów z CzD zaobserwowano obecność cukru w moczu. Minęło sporo czasu do odkrycia hormonu insuliny (który również miał stać się pierwszym w historii całkowicie zsekwencjonowanym białkiem) i jego roli w patogenezie CzD.
Insulina jest najważniejszym hormonem, który reguluje metabolizm wielu substancji, ale główny wpływ wywiera na metabolizm węglowodanów, w tym „najważniejszego” cukru — glukozy. Dla metabolizmu glukozy w komórkach insulina jest, mówiąc obrazowo, cząsteczką sygnałową. Na powierzchni komórek znajdują się specjalne cząsteczki-receptory insuliny. Przykładając się do nich, insulina wysyła sygnał do uruchomienia kaskady reakcji biochemicznych: komórka zaczyna intensywnie transportować glukozę do wnętrza przez swoją błonę i przetwarzać ją wewnątrz.
Proces wydzielania insuliny można porównać do pracy wolontariuszy walczących z powodzią. Poziom insuliny zależy od ilości glukozy: im więcej jej jest, tym wyższy poziom insuliny w odpowiedzi. Powtarzam: ważny jest poziom w tkankach, a nie ilość cząsteczek, ściśle proporcjonalna do glukozy, ponieważ insulina sama nie wiąże się z glukozą i nie jest zużywana na jej metabolizm, tak jak wolontariusze nie piją przybywającej wody, a budują tamy o określonej wysokości. Konieczne jest utrzymanie tego określonego poziomu insuliny na powierzchni komórek, tak jak wysokość tymczasowych tam na zalanych terenach.
Jasne jest, że jeśli brakuje insuliny, to metabolizm glukozy zostaje zaburzony, nie przenika do komórek, gromadząc się w cieczy biologicznej. To jest patogeneza cukrzycy. Kiedyś istniała myląca terminologia 'cukrzyca insulinoniezależna/dependenta', ale poprawniej klasyfikować to tak: cukrzyca typu 1 to fizyczny niedobór insuliny (przyczyna to najczęściej śmierć komórek trzustki); cukrzyca typu 2 to obniżona reakcja organizmu na poziom własnej insuliny (wszystkie przyczyny nie zostały do końca wyjaśnione i są różnorodne). Typ 1 – jest mało wolontariuszy i nie zdążają budować tam; typ 2 – tamy są normalnej wysokości, ale albo są nieszczelne, albo zbudowane w poprzek.
Problem ręcznej regulacji
Oba typy, jak się okazuje, prowadzą do podwyższonego poziomu glukozy poza komórkami – we krwi, moczu, co negatywnie wpływa na cały organizm. Musimy żyć, licząc i w strzykawce i talerzu odpowiednio. Ale nie można cały czas ręcznie regulować tego, co robił sam organizm. Człowiek musi spać, a podczas snu poziom insuliny nadal opada; człowiek może z powodu codziennych okoliczności nie zjeść na czas – i wtedy poziom cukru spadnie pod wpływem sztucznie utrzymywanego poziomu insuliny. W istocie życie okazuje się być w tunelu ograniczeń poziomu glukozy, z góry i dołu, powyżej którego znajduje się – koma.
Częściowo rozwiązaniem tego problemu stały się nowoczesne urządzenia, które zastąpiły strzykawki — pompy insulinowe. To urządzenie, które wykorzystuje ciągle wprowadzoną podskórnie igłę do automatycznego dawkowania insuliny. Jednak sama wygodna aplikacja nie gwarantuje prawidłowej terapii insulinowej bez danych o aktualnym poziomie glukozy. To kolejny ból głowy dla lekarzy i biotechnologów: szybkie testy i właściwe prognozowanie dynamiki poziomów insuliny i glukozy. Technicznie realizuje się to w postaci systemów monitorowania glukozy w czasie rzeczywistym — CGM. To różnorodne urządzenia, które nieprzerwanie odczytują dane z czujnika, który jest wprowadzony pod skórę. Ta metoda jest mniej inwazyjna i bardziej atrakcyjna dla użytkowników niż klasyczna , ale ostatnia jest dokładniejsza i zalecana do stosowania, gdy poziom cukru jest znacznie „obniżony” lub w jakiś sposób szybko się zmienia w czasie.
Osobą pośrednią w tym systemie jest człowiek — zazwyczaj sam pacjent. On dostosowuje podawanie insuliny w zależności od odczytów glukometru i oczekiwanej tendencji — czy zjadł coś słodkiego, czy przygotowuje się do pominięcia obiadu. Jednak w obliczu dokładnej elektroniki, człowiek staje się słabym ogniwem — co jeśli podczas snu dozna silnej hipoglikemii i straci przytomność? Albo w jakiś sposób zachowa się nieodpowiednio, zapomni / pominie / źle ustawi urządzenie, szczególnie jeśli jest jeszcze dzieckiem? W takich przypadkach wiele osób zaczęło myśleć o stworzeniu systemów z informacją zwrotną — aby urządzenie do podawania insuliny orientowało się na dane z czujników glukozy.
Informacja zwrotna i open source
Jednak od razu pojawia się problem — na rynku jest wiele pomp i glukometrów. Ponadto są to wszystko urządzenia wykonawcze, które potrzebują wspólnego procesora i oprogramowania, które nimi zarządza.
Na Habra już pojawiały się artykuły [, ] na temat zintegrowania dwóch urządzeń w jeden system. Oprócz dodania trzeciego przypadku, opowiem trochę o globalnych projektach, które łączą wysiłki entuzjastów, pragnących samodzielnie stworzyć takie systemy.
Projekt OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, wolna sztuczna trzustka) został założony przez Danę Lewis z Seattle. Pod koniec 2014 roku, także cierpiąca na cukrzycę typu 1, zdecydowała się na tego rodzaju eksperyment. Po przetestowaniu i szczegółowym opisaniu swojego urządzenia, ostatecznie uruchomiła , na której szczegółowo opisano, jak samodzielnie połączyć swoje urządzenie CGM-glukometr i pompę, w różnych wariantach od różnych producentów, z niezbędnymi urządzeniami pośredniczącymi, opcjami oprogramowania na Githubie oraz ogromną ilością dokumentacji od rosnącej społeczności użytkowników. Najważniejszym aspektem, na który kładzie nacisk OpenAPS, jest to, że „pomożemy wam dzięki szczegółowym instrukcjom, ale wszystko musicie zrobić sami”. Faktem jest, że tego rodzaju działalność jest bliska poważnym sankcjom ze strony FDA (amerykańskiej Agencji Żywności i Leków, która odpowiedzialna jest za wszystkie leki i wyroby medyczne). I choć nie może zabronić ci łamania certyfikowanych urządzeń i łączenia ich w samodzielnie zbudowane systemy do użytku osobistego, to wszelkie próby pomocy w ich zrobieniu lub sprzedaży będą surowo karane. Drugim, ale nie mniej ważnym celem OpenAPS, jest bezpieczeństwo samodzielnego systemu. Dokumentacja w postaci i jasnych, szczegółowych algorytmów ma na celu pomóc choremu, a nie zaszkodzić sobie.
okno konta Nightscout
Inny projekt, , pozwala użytkownikom przesyłać dane ze swoich urządzeń CGM do chmury w czasie rzeczywistym za pośrednictwem smartfona, inteligentnych zegarków i innych urządzeń, a także przeglądać i przetwarzać uzyskane dane. Projekt ma na celu maksymalne ułatwienie użytkowania danych oraz zawiera szczegółowe przewodniki, takie jak glukometrów ze smartfonami z różnymi systemami operacyjnymi oraz niezbędnym oprogramowaniem i pośrednimi nadajnikami.
Wizualizacja danych jest ważna dla określenia codziennych wahań poziomu glukozy związanych z Twoim stylem życia oraz potencjalnej korekty nawyków żywieniowych. Umożliwia również wyświetlanie danych w przystępnej formie graficznej na smartfonie lub inteligentnych zegarkach, prognozowanie trendów poziomu glukozy w najbliższym czasie, a ponadto te dane mogą być odczytywane i przetwarzane przez oprogramowanie OpenAPS. Właśnie to wykorzystuje Liam w swoim projekcie. Na KDPW artykuły — jego osobiste dane z chmurowej usługi, gdzie fioletowy „widelec” po prawej stronie przedstawia prognozowane poziomy glukozy przewidziane przez OpenAPS.
Projekt Liama
O projekcie można dokładnie przeczytać w odpowiednim wpisie jego bloga, ja jedynie spróbuję przedstawić go bardziej schematycznie i wizualnie.
Sprzęt obejmuje następujące urządzenia: pompę insulinową Medtronic, którą Liam miał na początku; CGM (glukometr) FreeStyle Libre z czujnikiem NFC; do niego — nadajnik MiaoMiao, przesyłający dane z podskórnego czujnika NFC na smartfon przez Bluetooth; mikrokontroler Intel Edison, jako procesor do zarządzania całym systemem za pomocą OpenAPS; Explorer HAT — nadajnik radiowy do połączenia tego wszystkiego z smartfonem i pompą.
Koło się zamknęło.
Cała część sprzętowa kosztowała Liama 515 euro, z wyjątkiem pompy, która była wcześniej. Wszystkie rzeczy zamawiał na Amazonie, w tym także wycofany z produkcji Edison. Dodatkowo, podskórne czujniki do CGM Libre są drogim materiałem eksploatacyjnym — 70 euro za sztukę, które wystarczają na 14 dni.
Oprogramowanie: po pierwsze, dystrybucja Linuxa Jubilinux dla Edisona, a następnie instalacja OpenAPS, z czym autor urządzenia, jak twierdzi, miał trudności. Następnie — konfiguracja przekazywania danych z CGM na smartfon i do chmury, do czego musiał licencjonować osobistą wersję aplikacji xDrip (150 euro) oraz konfiguracja Nightscout — musiał go „połączyć” z OpenAPS przez specjalne wtyczki. Pojawiły się również problemy z działaniem całego urządzenia, jednak społeczność Nightscout skutecznie pomogła Liamowi w znalezieniu błędów.
Oczywiście, może się wydawać, że autor przesadził z projektem. Już od dłuższego czasu wycofany z produkcji Intel Edison został wybrany przez Liama jako "bardziej energooszczędny niż Raspberry Pi". System operacyjny Apple również wprowadził trudności związane z licencjonowaniem oprogramowania oraz kosztami porównywalnymi z smartfonem z Androidem. Niemniej jednak jego doświadczenie jest cenne i przyczyni się do wielu podobnych projektów urządzeń DIY, które mają na celu znaczną poprawę jakości życia wielu ludzi przy relatywnie niewielkich kosztach. Ludzi, którzy coraz bardziej przyzwyczajają się do polegania na swoich umiejętnościach i zdolnościach.
Liam refleksyjnie mówi o tym, że SD pierwszego typu uczyniło go niesamodzielnym, a stworzone przez niego urządzenie to sposób na odzyskanie psychologicznego komfortu kontroli nad własnym ciałem. Oprócz przywrócenia sobie normalnego stylu życia, stworzenie systemu pompy insulinowej z informacją zwrotną stało się dla niego potężnym doświadczeniem wyrażania siebie. "Lepiej kontrolować swój metabolizm za pomocą kodu w JS, niż wylądować w szpitalu" — pisze.
Źródło: habr.com
