Selbstgemachte drahtlose eigenständige Insulinpumpensteuerung

"Ich bin jetzt ein Cyborg!" - erklärt stolz den Australier Liam Zibidi, einen jungen Programmierer, Blockchain / Fullstack-Ingenieur und Schriftsteller, als er sich auf den Seiten seines Blogs präsentiert . Anfang August schloss er sein DIY-Projekt ab, um ein tragbares Gerät zu entwickeln, das er ohne falsche Bescheidenheit „künstliche Bauchspeicheldrüse“ nannte. Es geht mehr um eine selbstregulierende Insulinpumpe, und unser Cyborg hat in einigen Aspekten seiner Entstehung nicht nach einfachen Wegen gesucht. Lesen Sie weiter unten in diesem Artikel mehr über das Konzept des Geräts und die Open Source-Technologien, auf die es sich stützte.

Abbildungen mit Ausnahme des Gerätediagramms aus Liams Blog

Diabetes für Dummies

Liam hat Typ-1-Diabetes.
Wenn dies richtig ist, bedeutet das Wort "Diabetes" eine Gruppe von Krankheiten mit erhöhter Diurese - Urinausstoß, aber der Anteil der Patienten mit Diabetes mellitus (DM) ist größer, und der Kurzname hat sich hinter den Kulissen für Diabetes etabliert. Bereits im Mittelalter bemerkte die Mehrheit der Patienten mit Diabetes das Vorhandensein von Zucker in ihrem Urin. Es verging ziemlich viel Zeit, bis das Hormon Insulin (das auch das erste vollständig sequenzierte Protein in der Geschichte sein sollte) und seine Rolle bei der Pathogenese von Diabetes entdeckt wurden.
Insulin ist das wichtigste Hormon, das den Stoffwechsel vieler Substanzen reguliert, hat jedoch den Haupteffekt auf den Stoffwechsel von Kohlenhydraten, einschließlich des „Hauptzuckers“ - Glukose. Für den Glukosestoffwechsel in Zellen ist Insulin grob gesagt ein Signalmolekül. Auf der Oberfläche der Zellen befinden sich spezielle Insulinrezeptormoleküle. Insulin "sitzt" auf ihnen und gibt ein Signal, eine Kaskade biochemischer Reaktionen auszulösen: Die Zelle beginnt, Glukose aktiv durch ihre Membran nach innen zu transportieren und im Inneren zu verarbeiten.
Der Prozess der Insulinproduktion kann mit der Arbeit von Freiwilligen verglichen werden, die gekommen sind, um mit der Flut fertig zu werden. Der Insulinspiegel hängt von der Glukosemenge ab: Je mehr es ist, desto mehr steigt der Gesamtinsulinspiegel als Reaktion. Ich wiederhole: Es ist der Spiegel im Gewebe, der wichtig ist, und nicht die Anzahl der Moleküle, die direkt proportional zu Glukose ist, da Insulin selbst nicht an Glukose bindet und nicht für seinen Stoffwechsel verwendet wird, genau wie Freiwillige kein ankommendes Wasser trinken, sondern Dämme einer bestimmten Höhe bauen. Und es ist notwendig, diesen spezifischen Insulinspiegel auf der Oberfläche der Zellen sowie die Höhe der temporären Dämme in den überfluteten Gebieten aufrechtzuerhalten.
Es ist klar, dass wenn Insulin zu übersehen beginnt, der Glukosestoffwechsel gestört wird, nicht in die Zellen gelangt und sich in biologischen Flüssigkeiten ansammelt. Dies ist die Pathogenese von Diabetes. Früher gab es eine verwirrende Terminologie "insulinabhängiger / unabhängiger Diabetes", aber es ist richtiger, sie wie folgt zu klassifizieren: Typ-1-Diabetes ist ein physischer Insulinmangel (der Grund dafür ist meistens der Zelltod der Bauchspeicheldrüse); Typ-2-Diabetes ist eine Abnahme der Reaktion des Körpers auf den eigenen Insulinspiegel (alle Ursachen sind nicht vollständig verstanden und unterschiedlich). 1. Typ - es gab nur wenige Freiwillige und sie hatten keine Zeit, Dämme zu bauen; Typ 2 - Dämme normaler Höhe, aber entweder voller Löcher oder quer gebaut.

Das Problem der manuellen Einstellung

Beide Arten führen, wie deutlich wird, zu einem erhöhten Glukosespiegel außerhalb der Zellen - im Blut, im Urin, was sich negativ auf den gesamten Körper auswirkt. Wir müssen leben und internationale und Broteinheiten in einer Spritze bzw. einem Teller zählen. Sie können jedoch nicht immer manuell einstellen, was der Körper getan hat. Eine Person muss schlafen, und im Traum sinkt der Insulinspiegel weiter. Eine Person kann aufgrund häuslicher Umstände nicht rechtzeitig essen - und dann fällt Zucker bereits unter den Einfluss künstlich gehaltener Insulinspiegel. Tatsächlich befindet sich das Leben im Tunnel der Glukosegrenzen, oberhalb und unterhalb dessen ein Koma liegt.
Ein Teil der Lösung für dieses Problem waren moderne Geräte, die Spritzen ersetzten - Insulinpumpen. Dies ist ein Gerät, das eine kontinuierlich eingesetzte Injektionsnadel verwendet, um automatisch Insulin abzugeben. Die bequeme Portion allein garantiert jedoch nicht den korrekten Ersatz der Insulintherapie ohne Daten zum aktuellen Glukosespiegel. Dies ist ein weiteres Problem für Ärzte und Biotechnologen: Schnelltests und die korrekte Vorhersage der Dynamik des Insulin- und Glukosespiegels. Technisch wurde dies als kontinuierliche Glukoseüberwachung - CGM-Systeme - implementiert. Dies sind verschiedene Geräte, die kontinuierlich Daten von einem Sensor lesen, der ständig unter die Haut eingeführt wird. Diese Methode ist weniger traumatisch und für Benutzer attraktiver als der klassische Fingerabdruck . Letzterer ist jedoch genauer und wird für die Verwendung empfohlen, wenn der Zuckergehalt immer noch sehr stark gesunken ist oder sich im Laufe der Zeit schnell ändert.
Die Zwischenverbindung in diesem System ist die Person - normalerweise der Patient selbst. Er passt die Insulinabgabe abhängig von den Messwerten des Glukometers und dem erwarteten Trend an - ob er Süßigkeiten gegessen hat oder sich darauf vorbereitet, das Mittagessen auszulassen. Vor dem Hintergrund einer genauen Elektronik wird eine Person schließlich zu einem schwachen Glied - was ist, wenn sie im Schlaf eine schwere Hypoglykämie toleriert und das Bewusstsein verliert? Oder wird er sich irgendwie unangemessen verhalten, das Gerät vergessen / überspringen / falsch einrichten, besonders wenn er noch ein Kind ist? In solchen Fällen haben viele Menschen darüber nachgedacht, Systeme mit Rückkopplung zu erstellen, sodass sich das Insulineingabegerät auf die Ausgabe von Glukosesensoren konzentriert.

Feedback und Open Source

Es tritt jedoch sofort ein Problem auf - es gibt viele Pumpen und Zähler auf dem Markt. Darüber hinaus sind dies alles ausführende Geräte, und sie benötigen einen gemeinsamen Prozessor und eine gemeinsame Software, die sie steuert.
Artikel [ 1 , 2 ] zum Thema der Kombination zweier Geräte zu einem System wurden bereits auf Habré veröffentlicht. Neben einem dritten Fall werde ich ein wenig über globale Projekte sprechen, die die Bemühungen von Enthusiasten kombinieren, die solche Systeme selbst bauen möchten.

Das OpenAPS-Projekt (Open Artificial Pancreas System, eine freie künstliche Bauchspeicheldrüse) wurde von Dana Lewis aus Seattle gegründet. Ende 2014 entschied sie sich, ebenfalls Typ-1-Diabetikerin, für ein ähnliches Experiment. Nachdem sie versucht und dann ihr Gerät detailliert beschrieben hatte, öffnete sie schließlich die Projektwebsite , auf der detailliert beschrieben wird, wie ihr CGM-Messgerät und ihre Pumpe in verschiedenen Variationen verschiedener Hersteller mit den erforderlichen Zwischengeräten und Softwareoptionen auf Github kombiniert werden können die Menge an Dokumentation von einer wachsenden Benutzergemeinschaft. Der wichtigste Aspekt, auf den sich OpenAPS konzentriert, ist: "Wir helfen Ihnen mit detaillierten Anweisungen, aber Sie müssen alles selbst tun." Tatsache ist, dass eine solche Aktivität nur einen Schritt von ernsthaften Sanktionen der FDA (American Food and Drug Administration, deren Gerichtsbarkeit alle Arzneimittel und Medizinprodukte umfasst) entfernt ist. Und wenn sie Ihnen nicht verbieten kann, zertifizierte Geräte zu beschädigen und in hausgemachte Systeme zu integrieren, um sie auf sich selbst anzuwenden, wird jeder Versuch, Ihnen bei der Herstellung oder dem Verkauf zu helfen, streng bestraft. Die zweite, aber nicht weniger wichtige Idee von OpenAPS ist die Sicherheit eines hausgemachten Systems. Die Dokumentation in Form von ein paar hundert Artikeln und klaren, detaillierten Algorithmen zielt genau darauf ab, dem Patienten zu helfen, anstatt sich selbst zu verletzen.

Nightscout-Kontofenster
Ein weiteres Projekt, Nightscout , ermöglicht es Benutzern, Daten von ihren CGM-Geräten in Echtzeit über ein Smartphone, eine Smartwatch und andere Geräte in den Cloud-Speicher hochzuladen sowie die empfangenen Daten anzuzeigen und zu verarbeiten. Das Projekt zielt auf die informativste und bequemste Verwendung von Daten ab und enthält auch detaillierte Anleitungen, beispielsweise vorgefertigte Konfigurationen von Glukometern mit Smartphones mit einem bestimmten Betriebssystem sowie die erforderliche Software und Zwischensender.
Die Datenvisualisierung ist wichtig, um die täglichen Glukoseschwankungen in Ihrem Lebensstil und mögliche Korrekturen von Verhalten und Mahlzeiten zu bestimmen, Daten in einer bequemen grafischen Form auf ein Smartphone oder eine Smartwatch zu übertragen, Trends des Glukosespiegels in naher Zukunft vorherzusagen und diese Daten zusätzlich zu lesen und von OpenAPS-Software verarbeitet. Genau das verwendet Liam in seinem Projekt. Bei KDPV-Artikeln - seinen persönlichen Daten aus dem Cloud-Dienst, wo rechts der lila "Plug" angezeigt wird - sind dies die von OpenAPS vorhergesagten Glukosespiegel.

Liam-Projekt

Sie können das Projekt im entsprechenden Eintrag seines Blogs ausführlich lesen. Ich werde nur versuchen, es schematischer und klarer zu erzählen.
Hard umfasst die folgenden Geräte: Medtronic Insulinpumpe, die Liam ursprünglich hatte; CGM (Meter) FreeStyle Libre mit NFC-Sensor; dazu - ein MiaoMiao-Sender, der Daten von einem Haut-NFC-Sensor über Bluetooth auf ein Smartphone überträgt; Intel Edison Mikrocomputer als Prozessor zur Steuerung des gesamten Systems mit Open APS; Explorer HAT - ein Funksender zum Verbinden des letzteren mit einem Smartphone und einer Pumpe.
Der Kreis ist geschlossen.



Das gesamte Hardware-Teil kostete Liam 515 Euro, mit Ausnahme der Pumpe, die er zuvor hatte. Er bestellte alles bei Amazon, einschließlich der Einstellung von Edison. Auch subkutane Sensoren für CGM Libre sind ein teures Verbrauchsmaterial - 70 Euro pro Stück, was für 14 Tage ausreicht.

Software: Zuerst die Linux-Distribution Jubilinux für Edison und dann die Installation von OpenAPS darauf, unter der der Autor des Geräts zu leiden habe. Als Nächstes - Einrichten der Datenübertragung von CGM zu einem Smartphone und in die Cloud, für die er einen persönlichen Build der xDrip-Anwendung (150 Euro) lizenzieren und Nightscout einrichten musste - musste er über OpenAPS über spezielle Plugins heiraten. Es gab auch Probleme mit dem Betrieb des gesamten Geräts, aber die Nightscout-Community half Liam erfolgreich bei der Suche nach Fehlern.

Natürlich scheint es, dass der Autor das Projekt übertrieben hat. Der seit langem eingestellte Intel Edison wurde von Liam als "energieeffizienter als der Raspberry Pi" ausgewählt. Das Apple OS fügte auch Schwierigkeiten mit einer Softwarelizenz und Kosten hinzu, die mit einem Android-Smartphone vergleichbar sind. Seine Erfahrung ist jedoch nützlich und wird in die Schatzkammer vieler solcher Projekte für hausgemachte Geräte fließen, die für relativ wenig Geld entwickelt wurden, um die Lebensqualität vieler Menschen erheblich zu verbessern. Menschen, die sich zunehmend daran gewöhnen, sich auf ihre Stärke und Fähigkeiten zu verlassen.
Liam argumentiert, dass Typ-1-Diabetes ihn nicht frei gemacht hat und das Gerät, das er entwickelt hat, eine Möglichkeit war, den psychologischen Komfort der Kontrolle seines eigenen Körpers wiederzugewinnen. Zusätzlich zur Rückkehr zu seinem normalen Lebensstil wurde die Schaffung eines Rückkopplungssystems für eine Insulinpumpe für ihn zu einer kraftvollen Erfahrung in der Selbstdarstellung. "Es ist besser, den Stoffwechsel unter Kontrolle des JS-Codes zu halten, als ins Krankenhaus zu gehen", schreibt er.