"Teraz som kyborg!" - hrdo vyhlasuje Austrálčan Liam Zibidi, mladý programátor, blockchain/Fullstack inžinier a spisovateľ, keď sa prezentuje na stránkach svojho . Začiatkom augusta dokončil svoj DIY projekt na vytvorenie nositeľného zariadenia, ktoré bez hanby nazval „umelý pankreas“. Hovoríme skôr o samoregulačnej inzulínovej pumpe a náš kyborg si v niektorých aspektoch svojho výtvoru nevybral ľahkú cestu. Prečítajte si viac o koncepte zariadenia a open source technológiách, na ktorých sa spoliehalo, ďalej v článku.
obrázky s výnimkou schémy zariadenia sú prevzaté z
Diabetes pre figuríny
Liam má cukrovku 1. typu.
Ak je to správne, potom slovo cukrovka znamená skupinu ochorení so zvýšenou diurézou - vylučovaním moču, ale podiel pacientov s diabetes mellitus (DM) je väčší a skrátený názov sa potajomky udomácnil pre DM. V stredoveku väčšina pacientov s cukrovkou zaznamenala prítomnosť cukru v moči. Do objavenia hormónu inzulínu (ktorý sa mal stať aj prvým kompletne sekvenovaným proteínom v histórii) a jeho úlohy v patogenéze diabetu ubehol pomerne dlhý čas.
Inzulín je najdôležitejší hormón, ktorý reguluje metabolizmus mnohých látok, ale jeho hlavný vplyv je na metabolizmus sacharidov, vrátane „hlavného“ cukru – glukózy. Pre metabolizmus glukózy v bunkách je inzulín, zhruba povedané, signálna molekula. Na povrchu buniek sú špeciálne molekuly inzulínového receptora. „Sediac“ na nich dáva inzulín signál na spustenie kaskády biochemických reakcií: bunka začne aktívne transportovať glukózu dovnútra cez svoju membránu a vnútorne ju spracovávať.
Proces výroby inzulínu možno prirovnať k práci ľudských dobrovoľníkov, ktorí prišli bojovať so záplavou. Hladina inzulínu závisí od množstva glukózy: čím viac je, tým viac sa celková hladina inzulínu v reakcii zvýši. Opakujem: dôležitá je hladina v tkanivách a nie počet molekúl, ktorý je priamo úmerný glukóze, pretože samotný inzulín sa na glukózu neviaže a nevynakladá sa na jej metabolizmus, rovnako ako dobrovoľníci nepijú prichádzajúcej vody, ale stavať hrádze určitej výšky. A je potrebné udržiavať túto určitú hladinu inzulínu na povrchu buniek, ako aj výšku dočasných hrádzí v zaplavených oblastiach.
Je zrejmé, že ak nie je dostatok inzulínu, metabolizmus glukózy je narušený, neprechádza do buniek a hromadí sa v biologických tekutinách. Toto je patogenéza cukrovky. Predtým existovala mätúca terminológia „diabetes závislý/nezávislý od inzulínu“, ale správnejšie je klasifikovať ho takto: diabetes 1. typu je fyzický nedostatok inzulínu (príčinou je najčastejšie odumieranie buniek pankreasu); Diabetes 2. typu je zníženie reakcie tela na hladinu vlastného inzulínu (všetky dôvody nie sú úplne pochopené a sú rôzne). 1. typ - dobrovoľníkov je málo a nemajú čas stavať hrádze; Typ 2 – priehrady normálnej výšky, ale buď plné dier, alebo postavené naprieč.
Problém s manuálnym nastavením
Oba typy, ako je zrejmé, vedú k zvýšeným hladinám glukózy mimo buniek - v krvi, moči, čo má negatívny vplyv na celé telo. Musíme žiť počítaním и v injekčnej striekačke a platni. Ale nemôžete vždy manuálne regulovať, čo robilo samotné telo. Človek musí spať a počas spánku hladina inzulínu naďalej klesá; človek môže kvôli každodenným okolnostiam nejesť načas – a potom mu vplyvom umelo udržiavanej hladiny inzulínu klesne hladina cukru. Život sa v podstate ocitá v tuneli hraničných hodnôt glukózy, za ktorými je kóma.
Súčasťou riešenia tohto problému boli moderné prístroje, ktoré nahradili injekčné striekačky – inzulínové pumpy. Ide o zariadenie, ktoré využíva kontinuálne zavedenú injekčnú ihlu na automatické dávkovanie inzulínu. Samotné pohodlné podávanie však nezaručuje správnu substitučnú liečbu inzulínom bez údajov o aktuálnej hladine glukózy. Toto je ďalšia bolesť hlavy pre lekárov a biotechnológov: rýchle testy a správna predpoveď dynamiky hladín inzulínu a glukózy. Technicky sa to začalo realizovať formou kontinuálneho monitorovania glukózy – CGM systémov. Ide o rôzne zariadenia, ktoré nepretržite čítajú údaje zo senzora neustále vloženého pod kožu. Táto metóda je menej traumatická a pre používateľov atraktívnejšia ako klasická. , ale ten druhý je presnejší a odporúčaný na použitie, ak je hladina cukru stále veľmi „klesnutá“ alebo sa nejako rýchlo mení v priebehu času.
Medzičlánkom v tomto systéme je človek – väčšinou samotný pacient. Upravuje prísun inzulínu v závislosti od údajov glukomera a očakávaného trendu – či už zjedol sladkosti alebo sa chystá vynechať obed. Ale na pozadí presnej elektroniky sa človek stáva slabým článkom – čo ak počas spánku utrpí ťažkú hypoglykémiu a stratí vedomie? Alebo sa bude správať nejakým iným nevhodným spôsobom, zabudne/vynechá/nastaví zariadenie nesprávne, najmä ak je ešte dieťa? V takýchto prípadoch veľa ľudí premýšľalo o vytvorení systémov spätnej väzby - aby bolo zariadenie na vstup inzulínu orientované na výstup z glukózových senzorov.
Spätná väzba a otvorený zdroj
Okamžite však nastáva problém – na trhu je množstvo púmp a glukomerov. Všetko sú to navyše výkonné zariadenia a potrebujú spoločný procesor a softvér, ktorý ich ovláda.
Na Habré už vyšli články [, ] na tému spojenia dvoch zariadení do jedného systému. Okrem pridania tretieho prípadu vám poviem niečo o globálnych projektoch, ktoré spájajú úsilie nadšencov, ktorí si chcú podobné systémy zostaviť svojpomocne.
Projekt OpenAPS (Open Artificial Pancreas System) založila Dana Lewis zo Seattlu. Koncom roka 2014 sa aj ona, tiež diabetička 1. typu, rozhodla pre podobný experiment. Po vyskúšaní a podrobnom opísaní svojho zariadenia nakoniec objavila , ktorý podrobne popisuje, ako skombinovať vlastný CGM meter a pumpu, v rôznych variáciách od rôznych výrobcov, s potrebnými medzizariadeniami, softvérovými možnosťami na Githube, s množstvom dokumentácie od rastúcej komunity používateľov. Najdôležitejším aspektom, ktorý OpenAPS zdôrazňuje, je „pomôžeme vám s podrobnými pokynmi, ale všetko musíte urobiť sami.“ Faktom je, že takéto aktivity sú len krôčik od vážnych sankcií zo strany FDA (Americký úrad pre potraviny a liečivá, ktorého jurisdikcia zahŕňa všetky lieky a medicínske produkty). A ak vám nemôže zakázať rozbíjať certifikované zariadenia a kombinovať ich do podomácky vyrobených systémov, aby ste ich mohli použiť na sebe, potom bude každý pokus pomôcť vám to vyrobiť alebo predať prísne potrestaný. Druhou, ale nemenej dôležitou myšlienkou OpenAPS je bezpečnosť domáceho systému. Dokumentácia vo formulári a jasné, podrobné algoritmy sú zamerané špecificky na pomoc pacientovi a nie na jeho ublíženie.
Okno účtu Nightscout
Ďalší projekt , umožňuje používateľom nahrávať údaje zo svojich zariadení CGM do cloudového úložiska v reálnom čase prostredníctvom smartfónu, inteligentných hodiniek a iných zariadení, ako aj prezerať a spracovávať prijaté údaje. Projekt je zameraný na čo najinformatívnejšie a najpohodlnejšie využitie údajov a obsahuje aj podrobné návody, napr. glukomery so smartfónmi s jedným alebo druhým OS a potrebným softvérom a medziľahlými vysielačmi.
Vizualizácia údajov je dôležitá pre zisťovanie denných výkyvov glukózy vo vašom životnom štýle a možnú korekciu správania a príjmu potravy, pre prenos údajov vo vhodnej grafickej forme do smartfónu alebo smart hodiniek, pre predpovedanie trendov hladín glukózy v blízkej budúcnosti a v Okrem toho je možné tieto údaje čítať a spracovávať softvérom OpenAPS. Presne toto používa Liam vo svojom projekte. V článkoch KDPV - jeho osobné údaje z cloudovej služby, kde fialová „vidlička“ napravo predstavuje predpokladané hladiny glukózy predpovedané OpenAPS.
Liamov projekt
O projekte si môžete podrobne prečítať v príslušnom zázname na jeho blogu, pokúsim sa to prerozprávať schematickejšie a jasnejšie.
Hard obsahuje nasledujúce zariadenia: inzulínovú pumpu Medtronic, ktorú mal pôvodne Liam; CGM (glukomer) FreeStyle Libre so snímačom NFC; k nemu je pripojený vysielač MiaoMiao, ktorý cez Bluetooth prenáša dáta z kožného NFC snímača do smartfónu; Mikropočítač Intel Edison ako procesor na ovládanie celého systému pomocou Open APS; Explorer HAT je rádiový vysielač na prepojenie druhého so smartfónom a pumpou.
Kruh je dokončený.
Celý hardvér stál Liama 515 eur, okrem pumpy, ktorú mal predtým. Všetky svoje veci si objednal z Amazonu, vrátane ukončeného Edisona. Taktiež podkožné senzory pre CGM Libre sú drahý spotrebný materiál – 70 eur za kus, ktorý vydrží na 14 dní.
Softvér: jednak linuxová distribúcia Jubilinux pre Edisona a následne na ňu inštalácia OpenAPS, čím si podľa neho autor zariadenia odtrpel. Ďalej bolo nastavenie prenosu dát z CGM do smartfónu a do cloudu, na čo si musel licencovať osobné zostavenie aplikácie xDrip (150 eur) a nastavenie Nightscout – ten sa musel „zosobášiť“ s OpenAPS cez špeciálne pluginy. . Problémy boli aj s fungovaním celého zariadenia, no komunita Nightscout úspešne pomohla Liamovi nájsť chyby.
Samozrejme, môže sa zdať, že autor projekt príliš skomplikoval. Dlho prerušovaný Intel Edison si Liam vybral ako „energeticky efektívnejší ako Raspberry Pi“. Apple OS pridal aj ťažkosti so softvérovou licenciou a náklady porovnateľné so smartfónom s Androidom. Jeho skúsenosti sú však užitočné a pridajú sa k mnohým podobným projektom podomácky vyrobených zariadení, ktoré majú za relatívne málo peňazí výrazne zlepšiť kvalitu života mnohých ľudí. Ľudia, ktorí sú čoraz viac zvyknutí spoliehať sa na vlastné sily a schopnosti.
Liam tvrdí, že diabetes 1. typu ho urobil neslobodným a prístroj, ktorý vytvoril, je spôsob, ako znovu získať psychologický komfort kontroly nad vlastným telom. A okrem toho, že sa vrátil do normálneho životného štýlu, vytvorenie systému inzulínovej pumpy s uzavretou slučkou bolo pre neho silným zážitkom sebavyjadrenia. „Je lepšie mať svoj metabolizmus pod kontrolou pomocou JS kódu, ako skončiť v nemocnici,“ píše.
Zdroj: hab.com