"Я тепер кіборг!" — гордо заявляє австралієць Ліам Зібіді, молодий програміст, blockchain/Fullstack engineer та письменник, як він подає себе на сторінках свого . На початку серпня він завершив свій DIY-проект зі створення пристрою, що носиться, який він без хибної скромності охрестив «штучною підшлунковою залозою». Йдеться швидше про саморегульовану інсулінову помпу, і наш кіборг у деяких аспектах свого творіння не шукав легких шляхів. Докладніше про концепцію пристрою та open source технології, на які він спирався - далі в статті.
ілюстрації за винятком схеми пристрою взяті з
Цукровий діабет for dummies
Ліам - цукровий діабет 1-го типу.
Якщо коректно — то слово «діабет» означає групу захворювань із підвищеним діурезом — виділенням сечі, але частка хворих саме на цукровий діабет (ЦД) більша, і коротка назва негласно прижилася для ЦД. Ще в Середні віки у більшості хворих на ЦД відзначали наявність у сечі цукру. Пройшло досить багато часу до відкриття гормону інсуліну (який мав також стати першим в історії повністю відсеквенованим білком) та його ролі в патогенезі ЦД.
Інсулін - найважливіший гормон, який регулює метаболізм безлічі речовин, але основний вплив він на обмін вуглеводів, у тому числі "головного" цукру - глюкози. Для метаболізму глюкози у клітинах інсулін є, грубо кажучи, сигнальною молекулою. На поверхні клітин є спеціальні молекули-рецептори інсуліну. "Сідаючи" на них, інсулін дає сигналом до запуску каскаду біохімічних реакцій: клітина починає активно транспортувати глюкозу всередину крізь свою мембрану і переробляти її всередині.
Процес вироблення інсуліну можна уподібнити роботі людей-волонтерів, які прийшли боротися з повінню. Рівень інсуліну залежить від кількості глюкози: що більше — тим більше у відповідь піднімається загальний рівень інсуліну. Повторюся: важливий саме рівень у тканинах, а не кількість молекул, прямо пропорційна глюкозі, адже інсулін сам не зв'язується з глюкозою і не витрачається на її метаболізм, як і волонтери не п'ють воду, що прибуває, а будують дамби певної висоти. І необхідно підтримувати цей певний рівень інсуліну на поверхні клітин, як і висоту тимчасових гребель на затоплених ділянках.
Зрозуміло, якщо інсуліну починає бракувати, то метаболізм глюкози порушується, вона проходить у клітини, накопичуючись у біологічних рідинах. Це і є патогенез ЦД. Раніше існувала заплутлива термінологія «інсулінозалежний/незалежний ЦД», але коректніше класифікувати так: ЦД 1-го типу - це фізична нестача інсуліну (причина тому, найчастіше - загибель клітин підшлункової залози); ЦД 2-го типу - це зниження реакції організму на рівень власного інсуліну (всі причини до кінця не з'ясовані та різноманітні). 1-й тип - волонтерів стало мало і вони не встигають будувати греблі; 2-й тип — греблі нормальної висоти, але чи то діряві, чи побудовані впоперек.
Проблема ручного регулювання
Обидва типи, як стає зрозуміло, ведуть до підвищеного рівня глюкози поза клітинами — у крові, сечі, що негативно впливає на весь організм. Доводиться жити, вважаючи и у шприці та тарілці відповідно. Але ж не можна постійно вручну регулювати те, що робив сам організм. Людина має спати, а уві сні рівень інсуліну продовжує падати; людина може через побутові обставини не поїсти вчасно — і тоді в неї вже впаде цукор під дією штучно утримуваного рівня інсуліну. По суті, життя виявляється у тунелі меж рівня глюкози, зверху та знизу за якими – кома.
Частково розв'язанням цієї проблеми стали сучасні пристрої, що прийшли на зміну шприцям — інсулінові помпи. Це прилад, який використовує постійно введену підшкірну голку для автоматичного дозування до подачі інсуліну. Але сама сама по собі зручна подача не гарантує коректної замісної інсулінової терапії без даних про поточний рівень глюкози. Це — ще один головний біль медиків та біотехнологів: експрес-тести та правильне прогнозування динаміки рівнів інсуліну та глюкози. Технічно це стало реалізовуватись у вигляді систем continuous glucose monitoring – CGM. Це - різноманітні пристрої, які безперервно зчитують дані від постійно введеного під шкіру датчика. Цей спосіб менш травматичний і привабливіший для користувачів, ніж класичний , Але останній точніше і рекомендується до використання, якщо рівень цукру все ж таки виявився сильно «втрачений» або якось ще швидко змінюється в часі.
Проміжною ланкою в цій системі є людина, як правило, сам пацієнт. Він здійснює регулювання подачі інсуліну в залежності від показань глюкометра і очікуваного тренду - чи він поїв солодкого або готується пропустити обід. Але ж на тлі точної електроніки людина стає слабкою ланкою — якщо протягом сну вона допустить сильну гіпоглікемію і втратить свідомість? Або ще якось неадекватно поведеться, забуде/пропустить/неправильно налаштує прилад, особливо, якщо він ще дитина? На такі випадки багато людей замислилися над створенням систем із зворотним зв'язком — щоб пристрій введення інсуліну орієнтувалося виведення з датчиків глюкози.
Зворотній зв'язок та open source
Однак одразу виникає проблема — як помп, так і глюкометрів на ринку багато. Крім того, це все виконавчі пристрої, а їм потрібен загальний процесор та софт, який ними керує.
На Хабрі вже виходили статті [, ] на тему поєднання двох приладів в одну систему. Крім додавання третього кейсу, я розповім трохи про глобальні проекти, які поєднують зусилля ентузіастів, які бажають зібрати подібні системи самостійно.
Проект OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, вільна штучна підшлункова), заснований Даною Льюїс із Сіетлу. Наприкінці 2014 року вона, також діабетик 1-го типу, зважилася на такий експеримент. Спробувавши, а потім докладно описавши свій пристрій, вона у результаті відкрила , де детально описується, як самому об'єднати свої CGM-глюкометр і помпу, в різних варіаціях від різних виробників, з необхідними проміжними пристроями, варіантами софту на Github, з великою кількістю документації від спільноти користувачів, що росте. Найважливіший аспект, на який наголошує OpenAPS — це «ми вам допоможемо докладними інструкціями, але зробити ви всі повинні самі». Справа в тому, що подібна діяльність — за крок від серйозних санкцій від FDA (американської Food and Drug Administration, до юрисдикції якої входять усі ліки та вироби медичного призначення). І якщо вона не може заборонити вам ламати сертифіковані прилади та об'єднувати їх у саморобні системи, щоб застосувати їх на собі, то будь-яка спроба допомогти вам його зробити чи продати буде суворо покарана. Друга, але не менш важлива ідея OpenAPS – безпека саморобної системи. Документація у вигляді і чіткі, докладні алгоритми націлені саме те, щоб хворий допоміг, а чи не нашкодив собі.
вікно акаунту Nightscout
Інший проект, , дозволяє користувачам завантажувати дані зі своїх CGM-пристроїв у хмарне сховище в реальному часі через смартфон, розумний годинник та інші девайси, а також переглядати та обробляти отримані дані. Проект націлений на максимально інформативне та зручне використання даних, а також містить докладні гайди, наприклад, глюкометрів зі смартфонами з тією чи іншою ОС та необхідним софтом та проміжними трансмітерами.
Візуалізація даних важлива для визначення добових коливань глюкози при вашому способі життя та можливої корекції поведінки та прийомів їжі, для трансляції даних у зручному графічному вигляді на смартфон або розумний годинник, для прогнозування трендів рівня глюкози найближчим часом, а крім того, ці дані можуть зчитуватися та оброблятися софтом OpenAPS. Саме це і використовує Ліам у своєму проекті. На КДПВ статті — його особисті дані з хмарного сервісу, де фіолетова «вилка» справа — це прогнозовані рівні глюкози, передбачені OpenAPS.
Проект Ліаму
Про проект можна докладно прочитати у відповідному записі його блогу, я лише спробую переказати його більш схематично та наочно.
Хард включає наступні пристрої: інсулінову помпу Medtronic, яка у Ліама була спочатку; CGM (глюкометр) FreeStyle Libre із NFС-датчиком; до нього - трансмітер MiaoMiao, який передає дані від шкірного NFC-датчика на смартфон по Bluetooth; мікрокомп'ютер Intel Edison, як процесор для керування всією системою за допомогою Open APS; Explorer HAT — радіотрансмітер для з'єднання останнього зі смартфоном та помпою.
Коло замкнулося.
Вся хардварна частина обійшлася Ліаму в 515 євро, за винятком помпи, яка мала раніше. Всі речі він замовляв на Амазоні, у тому числі й знятий із виробництва Edison. Також підшкірні датчики для CGM Libre є недешевим розхідником – 70 євро за штуку, якого вистачає на 14 днів.
Софт: по-перше, дистрибутив лінукс Jubilinux для Edison і далі встановлення на нього OpenAPS, з чим автор пристрою, за його словами, помучився. Далі - налаштування передачі даних з CGM на смартфон і в хмару, для чого йому довелося ліцензувати персональне складання програми xDrip (150 євро) та налаштування Nightscout - його через спеціальні плагіни потрібно було "одружити" з OpenAPS. Також виникли проблеми з роботою всього пристрою, але ком'юніті Nightscout успішно допомогло Ліаму у пошуку багів.
Звичайно, може здатися, що автор переускладнив проект. Вже давно знятий з виробництва Intel Edison був обраний Ліамом як «енергоефективніший, ніж Raspberry Pi». Apple ОС також додала труднощів з ліцензією на софт і витрат, які можна порівняти з Android-смартфоном. Однак його досвід корисний і піде в скарбничку багатьох подібних проектів саморобних пристроїв, які покликані за відносно невеликі гроші помітно покращити якість життя багатьох людей. Людей, які дедалі більше звикають розраховувати на свої сили та навички.
Ліам міркує про те, що ЦД 1-го типу зробив його невільним, і створений ним пристрій - спосіб повернути собі психологічний комфорт контролю над власним тілом. І окрім повернення собі нормального способу життя, створення системи інсулінової помпи зі зворотним зв'язком стало для нього потужним досвідом самовираження. "Краще вже тримати свій метаболізм під контролем коду на JS, ніж потрапити до лікарні" - пише він.
Джерело: habr.com