„Sunt acum un cyborg!” – declară cu mândrie australianul Liam Zabidi, tânărul programator, blockchain / Fullstack engineer și scriitor, așa cum se prezintă el pe paginile sale. La începutul lunii august, el a finalizat proiectul său DIY de a crea un dispozitiv purtabil, pe care fără falsă modestie l-a denumit „pancreas artificial”. Este vorba mai degrabă despre o pompă de insulină auto-reglabilă, iar cyborgul nostru nu a căutat scurtături în unele aspecte ale creației sale. Mai multe detalii despre conceptul dispozitivului și tehnologiile open source pe care s-a bazat – mai departe în articol.
ilustrațiile, cu excepția schemei dispozitivului, sunt preluate din
Diabetul zaharat pentru neaveniți
Liam are diabet zaharat de tip 1.
În mod corect – cuvântul „diabet” se referă la un grup de boli caracterizate prin diureză crescută – excreția de urină, dar proporția bolnavilor cu diabet zaharat (DZ) este mai mare, iar denumirea scurtă s-a impus neoficial pentru DZ. Încă din Evul Mediu, majoritatea bolnavilor de DZ aveau zahăr în urină. A trecut mult timp până la descoperirea hormonului insulină (care urma să devină, de asemenea, prima proteină din istorie complet secvențiată) și a rolului său în patogeneza DZ.
Insulina este hormonul esențial care reglează metabolismul multor substanțe, dar influența sa principală este asupra metabolismului carbohidraților, în special asupra „principalului” zahăr – glucozei. Pentru metabolismul glucozei în celule, insulina este, în termeni generali, o moleculă semnal. Pe suprafața celulelor există molecule-receptori speciali pentru insulină. „Așezându-se” pe acestea, insulina dă un semnal de activare a unui lanț de reacții biochimice: celula începe să transporte activ glucoza în interior prin membrana sa și să o proceseze în interior.
Procesul de producere a insulinei poate fi comparat cu activitatea unor voluntari care vin să lupte împotriva unei inundații. Nivelul de insulină depinde de cantitatea de glucoză: cu cât este mai multă, cu atât nivelul total de insulină crește ca răspuns. Repet, este important nivelul din țesuturi, nu cantitatea de molecule, care este direct proporțională cu glucoza, deoarece insulina nu se leagă de glucoză și nu este consumată în metabolismul acesteia, la fel cum voluntarii nu beau apa care se acumulează, ci construiesc diguri de o înălțime specifică. Este necesar să menținem acest nivel specific de insulină la suprafața celulelor, la fel cum menținem înălțimea digurilor temporare în zonele inundate.
Este evident că, dacă insulină începe să lipsească, metabolismul glucozei se strică, aceasta nu pătrunde în celule, acumulându-se în lichidele biologice. Acesta este patogeneza diabetului zaharat. În trecut, exista o terminologie confuză denumită „diabet zaharat insulinodependent/noninsulinodependent”, dar este mai corect să clasificăm astfel: diabetul de tip 1 este o lipsă fizică de insulină (cauza, cel mai frecvent, fiind moartea celulelor din pancreas); diabetul de tip 2 este o scădere a reacției organismului la nivelul propriei sale insuline (toate cauzele nu sunt pe deplin elucidate și sunt diverse). Tipul 1 – voluntarii au devenit puțini și nu reușesc să construiască diguri; tipul 2 – digurile sunt de înălțimi normale, dar fie sunt spart, fie sunt construite transversal.
Problema reglarii manuale
Ambele tipuri, după cum devine clar, duc la un nivel crescut de glucoză în afara celulelor - în sânge, în urină, ceea ce are un impact negativ asupra întregului organism. Trebuie să trăim, numărând și în seringa și pe farfurie, respectiv. Dar nu se poate regla manual tot timpul ceea ce făcea organismul însuși. Oamenii trebuie să doarmă, iar în timpul somnului nivelul insulinei continuă să scadă; o persoană poate, din cauza circumstanțelor casnice, să nu mănânce la timp - și atunci nivelul de zahăr va scădea deja sub influența nivelului de insulină menținut artificial. Practic, viața ajunge să fie într-un tunel cu limitele nivelului de glucoză, deasupra și dedesubtul cărora se află - coma.
O parte din soluția acestei probleme au fost dispozitivele moderne care au înlocuit seringa - pompele de insulină. Acest dispozitiv utilizează un ac subcutanat introdus continuu pentru a administra insulină în doze automate. Dar o administrare confortabilă de la sine nu garantează o terapie de substituție a insulinei corectă fără date despre nivelul actual al glucozei. Aceasta constituie încă o provocare pentru medici și biotehnologi: teste rapide și prognozarea corectă a dinamicii nivelurilor de insulină și glucoză. Tehnic, acest lucru a fost realizat sub formă de sisteme de monitorizare continuă a glucozei - CGM. Acestea sunt diferite dispozitive care citesc continuu datele de la un senzor introdus sub piele. Această metodă este mai puțin invazivă și mai atractivă pentru utilizatori decât metoda clasică. , dar acesta este mai precis și se recomandă utilizarea lui dacă nivelul zahărului a fost grav "reducere" sau dacă se schimbă rapid în timp.
Elementul intermediar în acest sistem este omul - de obicei, pacientul însuși. Acesta reglează administrarea insulinei în funcție de citirile glucometrului și de tendința anticipată - dacă a mâncat ceva dulce sau se pregătește să sară peste masa de prânz. Dar, pe fondul electronicii precise, omul devine un punct slab - ce se întâmplă dacă, în timpul somnului, va experimenta o hipoglicemie severă și își va pierde conștiința? Sau se va comporta într-un mod inadecvat, va uita/sări peste/ne va regla greșit dispozitivul, mai ales dacă este încă un copil? În astfel de cazuri, mulți s-au gândit la crearea de sisteme cu feedback - pentru ca dispozitivul de administrare a insulinei să se concentreze pe datele senzorilor de glucoză.
Feedback și open source
Însă apare imediat o problemă - pe piață există multe pompe și glucometre. În plus, toate acestea sunt dispozitive executante, iar ele au nevoie de un procesor comun și de un software care să le gestioneze.
Pe Habr au fost publicate articole [, ] cu privire la integrarea celor două dispozitive într-un singur sistem. Pe lângă adăugarea unei a treia situații, voi povesti puțin despre proiectele globale care reunesc eforturile entuziaștilor doritori să construiască astfel de sisteme singuri.
Proiectul OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, pancreas artificial deschis) a fost fondat de Dana Lewis din Seattle. La sfârșitul anului 2014, ea, fiind și diabetică de tip 1, a decis să participe la un astfel de experiment. După ce a încercat și apoi a descris în detaliu dispozitivul său, ea a deschis , care oferă detalii despre cum poți combina propriul CGM-glucometru și pompa, în diverse variații de la diferiți producători, cu dispozitive intermediare necesare, opțiuni software pe Github, acompaniate de o mulțime de documentație din partea unei comunități de utilizatori în expansiune. Cel mai important aspect pe care OpenAPS pune accent este „noi vă vom ajuta cu instrucțiuni detaliate, dar trebuie să faceți totul singuri”. Problema este că o astfel de activitate se află la un pas de sancțiuni severe din partea FDA (Food and Drug Administration din SUA, care are jurisdicție asupra tuturor medicamentelor și produselor medicale). Și, deși nu poate interzice să-ți strici dispozitivele certificate și să le combini în sisteme făcute de tine, pentru utilizarea lor personală, orice încercare de a te ajuta să faci asta sau de a vinde astfel de soluții va fi sever pedepsită. A doua, dar nu mai puțin importantă idee a OpenAPS este siguranța sistemului făcut de tine. Documentația, sub formă de și algoritmi clari și detaliați sunt menționați tocmai pentru a ajuta pacientul, nu pentru a-i provoca daune.
fereastra contului Nightscout
Un alt proiect, , permite utilizatorilor să încarce datele de la dispozitivele lor CGM în spațiul de stocare cloud în timp real prin smartphone, smartwatch și alte dispozitive, precum și să vizualizeze și să prelucreze datele obținute. Proiectul este destinat unei utilizări cât mai informative și convenabile a datelor și conține, de asemenea, ghiduri detaliate, de exemplu, de glucometre cu smartphone-uri și software necesar, precum și transmitere intermediară.
Vizualizarea datelor este esențială pentru a determina fluctuațiile zilnice ale glucozei în funcție de stilul tău de viață și pentru posibila corectare a comportamentului și a alimentației, pentru transmiterea datelor într-un format grafic convenabil pe smartphone sau smartwatch, pentru prognozarea tendințelor nivelului de glucoză în perioada următoare, și, în plus, aceste date pot fi citite și prelucrate de software-ul OpenAPS. Acesta este exact ceea ce folosește Liam în proiectul său. În ecranul de pornire al articolului se află datele personale ale lui Liam dintr-un serviciu cloud, unde „vârful” violet din dreapta reprezintă nivelurile prognozate ale glucozei, prezise de OpenAPS.
Proiectul lui Liam
Despre proiect se poate citi detaliat în postarea corespunzătoare de pe blogul său, eu voi încerca să-l rezum mai schematic și vizual.
Hardware-ul include următoarele dispozitive: pompa de insulină Medtronic, pe care Liam o avea de la început; CGM (glucometru) FreeStyle Libre cu senzor NFC; la el este un transmițător MiaoMiao, care transmite datele de la senzorul NFC subcutanat către smartphone prin Bluetooth; computerul micro Intel Edison, care servește ca procesor pentru gestionarea întregului sistem prin OpenAPS; Explorer HAT — transmițător radio pentru a conecta ultimele două cu smartphone-ul și cu pompa.
Cercul s-a închis.
Întreaga parte hardware a costat pe Liam 515 euro, cu excepția pompei, pe care o avea deja. Toate lucrurile le-a comandat pe Amazon, inclusiv Edison, care a fost scos din producție. De asemenea, senzorii subcutanați pentru CGM Libre sunt un consumabil costisitor — 70 de euro pe bucată, care durează 14 zile.
Software: în primul rând, distribuția Linux Jubilinux pentru Edison, urmată de instalarea OpenAPS, cu care, conform spuselor autorului dispozitivului, s-a confruntat cu dificultăți. Apoi, configurarea transmiterii datelor de la CGM către smartphone și în cloud, pentru care a fost nevoit să licențieze o versiune personalizată a aplicației xDrip (150 euro) și configurarea Nightscout — a trebuit să o „căsătorească” cu OpenAPS prin interfețe speciale. De asemenea, au apărut probleme cu funcționarea întregului dispozitiv, dar comunitatea Nightscout a ajutat cu succes pe Liam în găsirea bug-urilor.
Desigur, ar putea părea că autorul a complicat prea mult proiectul. Intel Edison, care nu mai este în producție de mult timp, a fost ales de Liam ca fiind „mai eficient din punct de vedere energetic decât Raspberry Pi”. Sistemul de operare Apple a adăugat, de asemenea, dificultăți în ceea ce privește licențele software și costuri comparabile cu cele ale unui smartphone Android. Totuși, experiența sa este utilă și va contribui la multe dintre proiectele similare de dispozitive DIY, care sunt menite să îmbunătățească semnificativ calitatea vieții multor oameni, pentru o sumă relativ mică de bani. Oamenii care, din ce în ce mai mult, se obișnuiesc să se bazeze pe propriile forțe și abilități.
Liam reflectă asupra modului în care SD de tip 1 l-a făcut să nu se simtă liber, iar dispozitivul creat de el este o modalitate de a recâștiga confortul psihologic al controlului asupra propriului corp. Pe lângă recuperarea unui stil de viață normal, crearea unui sistem de pompă de insulină cu feedback a devenit pentru el o experiență puternică de auto-exprimare. „Mai bine să-mi controlez metabolismul cu ajutorul codului JS decât să ajung în spital”, scrie el.
Sursa: habr.com
