"Bây giờ tôi là một người máy!" - Liam Zibidi, một lập trình viên trẻ, kỹ sư blockchain/Fullstack, người Úc, tự hào tuyên bố khi giới thiệu bản thân trên các trang viết của mình. . Vào đầu tháng XNUMX, anh ấy đã hoàn thành dự án DIY của mình để tạo ra một thiết bị đeo được mà anh ấy không ngần ngại gọi là “tuyến tụy nhân tạo”. Đúng hơn, chúng ta đang nói về một máy bơm insulin tự điều chỉnh, và người máy của chúng ta đã không thực hiện dễ dàng trong một số khía cạnh trong quá trình sáng tạo của mình. Đọc thêm về khái niệm thiết bị và các công nghệ nguồn mở mà nó dựa vào ở phần sau của bài viết.
hình minh họa ngoại trừ sơ đồ thiết bị được lấy từ
Bệnh tiểu đường cho người giả
Liam mắc bệnh tiểu đường loại 1.
Nếu đúng thì từ “tiểu đường” có nghĩa là một nhóm bệnh có tăng lợi tiểu - lượng nước tiểu, nhưng tỷ lệ bệnh nhân đái tháo đường (DM) lớn hơn, và cái tên viết tắt đã ngấm ngầm lấy gốc từ DM. Trở lại thời Trung Cổ, hầu hết bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường đều nhận thấy sự hiện diện của đường trong nước tiểu. Phải mất một thời gian khá dài trước khi phát hiện ra hormone insulin (cũng là loại protein được giải trình tự hoàn chỉnh đầu tiên trong lịch sử) và vai trò của nó trong cơ chế bệnh sinh của bệnh tiểu đường.
Insulin là hormone quan trọng nhất điều hòa quá trình chuyển hóa của nhiều chất, nhưng tác dụng chính của nó là chuyển hóa carbohydrate, trong đó có đường “chính” - glucose. Để chuyển hóa glucose trong tế bào, nói một cách đại khái, insulin là một phân tử truyền tín hiệu. Có những phân tử thụ thể insulin đặc biệt trên bề mặt tế bào. “Ngồi” trên chúng, insulin phát ra tín hiệu khởi động một loạt phản ứng sinh hóa: tế bào bắt đầu tích cực vận chuyển glucose vào bên trong qua màng của nó và xử lý nó bên trong.
Quá trình sản xuất insulin có thể được ví như công việc của những người tình nguyện đến chống lũ lụt. Mức độ insulin phụ thuộc vào lượng glucose: càng có nhiều thì mức insulin tổng thể càng tăng để đáp ứng. Tôi nhắc lại: điều quan trọng là mức độ trong các mô chứ không phải số lượng phân tử tỷ lệ thuận với glucose, bởi vì bản thân insulin không liên kết với glucose và không được sử dụng cho quá trình trao đổi chất của nó, giống như những người tình nguyện không uống insulin. nước đến, nhưng xây dựng những con đập có độ cao nhất định. Và cần phải duy trì mức insulin nhất định này trên bề mặt tế bào, cũng như độ cao của các con đập tạm thời ở vùng ngập nước.
Rõ ràng là nếu không có đủ insulin thì quá trình chuyển hóa glucose sẽ bị gián đoạn, nó không đi vào tế bào và tích tụ trong chất lỏng sinh học. Đây chính là cơ chế bệnh sinh của bệnh tiểu đường. Trước đây, có thuật ngữ khó hiểu “bệnh tiểu đường phụ thuộc/độc lập với insulin”, nhưng sẽ đúng hơn khi phân loại nó như sau: bệnh tiểu đường loại 1 là do cơ thể thiếu insulin (lý do thường là do tế bào tuyến tụy chết đi); Bệnh tiểu đường loại 2 là sự giảm phản ứng của cơ thể đối với mức độ insulin của chính cơ thể (tất cả các lý do đều chưa được hiểu đầy đủ và rất đa dạng). Loại thứ nhất - có ít người tình nguyện và không có thời gian để xây đập; Loại 1 - đập có chiều cao bình thường nhưng có nhiều lỗ hoặc xây ngang.
Vấn đề điều chỉnh thủ công
Cả hai loại, như đã thấy rõ, đều dẫn đến tăng lượng glucose bên ngoài tế bào - trong máu, nước tiểu, có tác động tiêu cực đến toàn bộ cơ thể. Chúng ta phải sống bằng cách đếm и trong một ống tiêm và đĩa tương ứng. Nhưng không phải lúc nào bạn cũng có thể điều chỉnh thủ công những gì cơ thể đang làm. Một người phải ngủ, và trong khi ngủ, nồng độ insulin tiếp tục giảm; do hoàn cảnh hàng ngày, một người có thể không ăn đúng giờ - và khi đó lượng đường của anh ta sẽ giảm xuống dưới ảnh hưởng của mức insulin được duy trì một cách giả tạo. Về bản chất, sự sống nằm trong một đường hầm có giới hạn nồng độ glucose, vượt quá giới hạn đó sẽ có tình trạng hôn mê.
Một phần giải pháp cho vấn đề này là các thiết bị hiện đại thay thế ống tiêm - máy bơm insulin. Đây là thiết bị sử dụng kim tiêm dưới da được đưa vào liên tục để tự động định lượng insulin. Nhưng chỉ giao hàng thuận tiện không đảm bảo liệu pháp thay thế insulin chính xác nếu không có dữ liệu về mức đường huyết hiện tại. Đây lại là một vấn đề đau đầu khác đối với các bác sĩ và nhà công nghệ sinh học: xét nghiệm nhanh và dự đoán chính xác về hoạt động của nồng độ insulin và glucose. Về mặt kỹ thuật, điều này bắt đầu được thực hiện dưới hình thức giám sát glucose liên tục - hệ thống CGM. Đây là một loạt các thiết bị liên tục đọc dữ liệu từ một cảm biến được gắn liên tục dưới da. Phương pháp này ít gây chấn thương và hấp dẫn người dùng hơn phương pháp cổ điển. , nhưng cách sau chính xác hơn và được khuyến khích sử dụng nếu lượng đường vẫn còn rất “giảm” hoặc bằng cách nào đó thay đổi nhanh chóng theo thời gian.
Liên kết trung gian trong hệ thống này là con người - thường là chính bệnh nhân. Nó điều chỉnh việc cung cấp insulin tùy thuộc vào kết quả đo đường huyết và xu hướng dự kiến - liệu anh ấy đã ăn đồ ngọt hay đang chuẩn bị bỏ bữa trưa. Nhưng trong bối cảnh của các thiết bị điện tử chính xác, một người trở thành một mắt xích yếu ớt - điều gì sẽ xảy ra nếu trong khi ngủ, anh ta bị hạ đường huyết nghiêm trọng và bất tỉnh? Hay anh ta sẽ cư xử theo cách không phù hợp khác, quên/bỏ sót/cài đặt thiết bị không chính xác, đặc biệt nếu anh ta vẫn còn là một đứa trẻ? Trong những trường hợp như vậy, nhiều người đã nghĩ đến việc tạo ra hệ thống phản hồi - để thiết bị đầu vào insulin hướng về đầu ra từ cảm biến glucose.
Phản hồi và nguồn mở
Tuy nhiên, một vấn đề ngay lập tức nảy sinh - có rất nhiều máy bơm và máy đo đường huyết trên thị trường. Ngoài ra, đây đều là những thiết bị điều hành và chúng cần một bộ xử lý và phần mềm chung để điều khiển chúng.
Các bài viết đã được xuất bản trên Habré [, ] về chủ đề kết hợp hai thiết bị thành một hệ thống. Ngoài việc bổ sung trường hợp thứ ba, tôi sẽ kể cho bạn nghe một chút về các dự án toàn cầu kết hợp nỗ lực của những người đam mê muốn tự mình lắp ráp các hệ thống tương tự.
Dự án OpenAPS (Hệ thống tuyến tụy nhân tạo mở) được thành lập bởi Dana Lewis từ Seattle. Vào cuối năm 2014, cô, cũng là một bệnh nhân tiểu đường tuýp 1, đã quyết định thực hiện một thí nghiệm tương tự. Sau khi thử và mô tả chi tiết thiết bị của mình, cuối cùng cô ấy đã phát hiện ra , mô tả chi tiết cách kết hợp máy đo và máy bơm CGM của riêng bạn, với nhiều biến thể khác nhau từ các nhà sản xuất khác nhau, với các thiết bị trung gian cần thiết, tùy chọn phần mềm trên Github, với nhiều tài liệu từ cộng đồng người dùng đang phát triển. Khía cạnh quan trọng nhất mà OpenAPS nhấn mạnh là “chúng tôi sẽ giúp bạn hướng dẫn chi tiết, nhưng bạn phải tự mình làm mọi thứ”. Thực tế là những hoạt động như vậy chỉ còn một bước nữa là có thể bị trừng phạt nghiêm trọng từ FDA (Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ, cơ quan có thẩm quyền bao gồm tất cả các loại thuốc và sản phẩm y tế). Và nếu cô ấy không thể cấm bạn phá vỡ các thiết bị đã được chứng nhận và kết hợp chúng vào các hệ thống tự chế để sử dụng chúng cho chính bạn, thì bất kỳ nỗ lực nào giúp bạn sản xuất hoặc bán nó sẽ bị trừng phạt nghiêm khắc. Ý tưởng thứ hai nhưng không kém phần quan trọng của OpenAPS là tính bảo mật của hệ thống tự chế. Tài liệu dưới dạng và các thuật toán rõ ràng, chi tiết nhằm mục đích đặc biệt là giúp đỡ bệnh nhân và không làm hại chính mình.
Cửa sổ tài khoản Nightscout
Một dự án khác , cho phép người dùng tải dữ liệu từ thiết bị CGM của họ lên bộ lưu trữ đám mây trong thời gian thực thông qua điện thoại thông minh, đồng hồ thông minh và các thiết bị khác, cũng như xem và xử lý dữ liệu nhận được. Dự án nhằm mục đích sử dụng dữ liệu nhiều thông tin và thuận tiện nhất, đồng thời cũng chứa các hướng dẫn chi tiết, ví dụ: máy đo đường huyết với điện thoại thông minh có hệ điều hành này hoặc hệ điều hành khác cũng như các phần mềm và bộ truyền trung gian cần thiết.
Trực quan hóa dữ liệu rất quan trọng để xác định sự biến động hàng ngày của lượng glucose trong lối sống của bạn và khả năng điều chỉnh hành vi cũng như lượng thức ăn nạp vào, để truyền dữ liệu ở dạng đồ họa thuận tiện đến điện thoại thông minh hoặc đồng hồ thông minh, để dự đoán xu hướng về lượng glucose trong tương lai gần và trong Ngoài ra, dữ liệu này có thể được đọc và xử lý bằng phần mềm OpenAPS. Đây chính xác là những gì Liam sử dụng trong dự án của mình. Trên các bài báo của KDPV - dữ liệu cá nhân của anh ấy từ dịch vụ đám mây, trong đó “ngã ba” màu tím ở bên phải là mức glucose dự đoán do OpenAPS dự đoán.
Dự án của Lâm
Bạn có thể đọc chi tiết về dự án trong mục tương ứng trên blog của anh ấy, tôi sẽ cố gắng kể lại nó một cách sơ đồ và rõ ràng hơn.
The Hard bao gồm các thiết bị sau: máy bơm insulin Medtronic mà Liam ban đầu có; CGM (máy đo đường huyết) FreeStyle Libre với cảm biến NFC; được kết nối với nó là bộ phát MiaoMiao, truyền dữ liệu từ cảm biến NFC trên da đến điện thoại thông minh qua Bluetooth; Máy vi tính Intel Edison làm bộ xử lý điều khiển toàn bộ hệ thống sử dụng Open APS; Explorer HAT là một máy phát vô tuyến để kết nối thiết bị sau với điện thoại thông minh và máy bơm.
Vòng tròn đã hoàn thành.
Toàn bộ phần cứng có giá €515, không bao gồm máy bơm mà anh ấy có trước đó. Anh ấy đặt mua tất cả mọi thứ từ Amazon, bao gồm cả chiếc Edison đã ngừng sản xuất. Ngoài ra, cảm biến dưới da cho CGM Libre là một vật tư tiêu hao đắt tiền - 70 euro mỗi chiếc, có tác dụng trong 14 ngày.
Phần mềm: đầu tiên là bản phân phối Jubilinux Linux cho Edison và sau đó cài đặt OpenAPS trên đó, điều mà tác giả của thiết bị này, theo ông, đã phải chịu đựng. Tiếp theo là thiết lập truyền dữ liệu từ CGM sang điện thoại thông minh và lên đám mây, để làm được điều đó, anh ấy phải cấp phép cho bản dựng ứng dụng xDrip cá nhân (150 euro) và thiết lập Nightscout - nó phải “kết hợp” với OpenAPS thông qua các plugin đặc biệt . Ngoài ra còn có vấn đề về hoạt động của toàn bộ thiết bị nhưng cộng đồng Nightscout đã giúp Liam tìm ra lỗi thành công.
Tất nhiên, có vẻ như tác giả đã phức tạp hóa dự án quá mức. Intel Edison đã ngừng sản xuất từ lâu được Liam chọn là "tiết kiệm năng lượng hơn Raspberry Pi". Hệ điều hành Apple cũng gặp thêm khó khăn với giấy phép phần mềm và chi phí tương đương với điện thoại thông minh Android. Tuy nhiên, kinh nghiệm của anh ấy rất hữu ích và sẽ bổ sung vào nhiều dự án tương tự về thiết bị tự chế, được thiết kế để cải thiện đáng kể chất lượng cuộc sống của nhiều người với số tiền tương đối ít. Những người ngày càng quen với việc dựa vào sức mạnh và kỹ năng của chính mình.
Liam lập luận rằng bệnh tiểu đường loại 1 đã khiến anh không được tự do, và thiết bị anh tạo ra là một cách để lấy lại tâm lý thoải mái khi kiểm soát cơ thể của chính mình. Và ngoài việc lấy lại lối sống bình thường, việc tạo ra một hệ thống bơm insulin khép kín là một trải nghiệm thể hiện bản thân mạnh mẽ đối với anh. Ông viết: “Tốt hơn là bạn nên kiểm soát quá trình trao đổi chất của mình bằng mã JS hơn là phải vào bệnh viện.
Nguồn: www.habr.com