Commande autonome sans fil autonome de pompe à insuline

"Je suis un cyborg maintenant!" - déclare fièrement l'Australien Liam Zibidi, un jeune programmeur, ingénieur et écrivain blockchain / Fullstack, alors qu'il se présente sur les pages de son blog . Début août, il a achevé son projet de bricolage pour créer un appareil portable, qu'il a surnommé «pancréas artificiel» sans fausse modestie. Il s'agit davantage d'une pompe à insuline autorégulée, et notre cyborg dans certains aspects de sa création n'a pas cherché de moyens faciles. En savoir plus sur le concept de l'appareil et les technologies open source sur lesquelles il s'appuyait - plus loin dans l'article.

illustrations à l'exception du diagramme de l'appareil tiré du blog de Liam

Diabète pour les nuls

Liam est atteint de diabète de type 1.
S'il est correct, le mot "diabète" signifie un groupe de maladies avec une diurèse accrue - la production d'urine, mais la proportion de patients atteints de diabète sucré (DM) est plus grande, et le nom abrégé a pris racine dans les coulisses du diabète. Au Moyen Âge, la majorité des patients diabétiques ont noté la présence de sucre dans leurs urines. Beaucoup de temps s'est écoulé avant la découverte de l'hormone insuline (qui devait également devenir la première protéine entièrement séquencée de l'histoire) et son rôle dans la pathogenèse du diabète.
L'insuline est l'hormone la plus importante qui régule le métabolisme de nombreuses substances, mais elle a le principal effet sur le métabolisme des glucides, y compris le sucre «principal» - le glucose. Pour le métabolisme du glucose dans les cellules, l'insuline est, en gros, une molécule de signalisation. À la surface des cellules, il y a des molécules spéciales de récepteur d'insuline. «Assise» sur eux, l'insuline donne un signal pour déclencher une cascade de réactions biochimiques: la cellule commence à transporter activement le glucose vers l'intérieur à travers sa membrane et à le traiter à l'intérieur.
Le processus de production d'insuline peut être comparé au travail de bénévoles qui sont venus pour faire face à l'inondation. Le niveau d'insuline dépend de la quantité de glucose: plus il est élevé, plus le niveau total d'insuline augmente en réponse. Je répète: c'est le niveau dans les tissus qui est important, et non le nombre de molécules qui est directement proportionnel au glucose, car l'insuline elle-même ne se lie pas au glucose et n'est pas utilisée pour son métabolisme, tout comme les volontaires ne boivent pas l'eau arrivant, mais construisent des barrages d'une certaine hauteur. Et il est nécessaire de maintenir ce niveau spécifique d'insuline à la surface des cellules, ainsi que la hauteur des barrages temporaires dans les zones inondées.
Il est clair que si l'insuline commence à manquer, le métabolisme du glucose est perturbé, il ne passe pas dans les cellules, s'accumulant dans les fluides biologiques. Il s'agit de la pathogenèse du diabète. Il existait autrefois une terminologie déroutante «diabète insulino-dépendant / indépendant», mais il est plus correct de le classer comme suit: le diabète de type 1 est un manque physique d'insuline (la raison en est le plus souvent la mort des cellules pancréatiques); Le diabète de type 2 est une diminution de la réponse de l'organisme au niveau de sa propre insuline (toutes les causes ne sont pas entièrement comprises et variées). 1er type - il y avait peu de volontaires et ils n'avaient pas le temps de construire des barrages; Type 2 - barrages de hauteur normale, mais soit pleins de trous, soit construits en travers.

Le problème du réglage manuel

Comme il devient clair, les deux types entraînent une augmentation du taux de glucose à l'extérieur des cellules - dans le sang, l'urine, ce qui a un effet négatif sur tout le corps. Nous devons vivre, en comptant les unités internationales et de pain dans une seringue et une assiette, respectivement. Mais vous ne pouvez pas toujours ajuster manuellement ce que le corps a fait. Une personne doit dormir et dans un rêve, les niveaux d'insuline continuent de baisser; une personne peut, en raison de circonstances domestiques, ne pas manger à l'heure - et le sucre tombera déjà sous l'influence des niveaux d'insuline conservés artificiellement. En fait, la vie est dans le tunnel des limites de glucose, au-dessus et en dessous de ce qui est un coma.
Une partie de la solution à ce problème était des dispositifs modernes qui remplaçaient les seringues - les pompes à insuline. Il s'agit d'un appareil qui utilise une aiguille hypodermique insérée en continu pour distribuer automatiquement l'insuline. Mais le fait de servir à lui seul ne garantit pas le remplacement correct de l'insulinothérapie sans données sur le taux de glucose actuel. C'est un autre casse-tête pour les médecins et les biotechnologues: des tests rapides et la bonne prédiction de la dynamique des niveaux d'insuline et de glucose. Techniquement, cela a fini par être mis en œuvre en tant que surveillance continue du glucose - systèmes CGM. Il s'agit de divers appareils qui lisent en continu les données d'un capteur constamment inséré sous la peau. Cette méthode est moins traumatisante et plus attrayante pour les utilisateurs que la piqûre de doigt classique, mais cette dernière est plus précise et est recommandée si le taux de sucre est encore très «baissé» ou change d'une manière ou d'une autre rapidement au fil du temps.
Le lien intermédiaire dans ce système est la personne - généralement le patient lui-même. Il ajuste l'administration d'insuline en fonction des lectures du glucomètre et de la tendance attendue - qu'il ait mangé des bonbons ou se prépare à sauter le déjeuner. Mais après tout, dans le contexte d'une électronique précise, une personne devient un maillon faible - que se passe-t-il si pendant le sommeil elle tolère une hypoglycémie sévère et perd connaissance? Ou se comportera-t-il d'une manière ou d'une autre de manière inappropriée, oubliera / sautera / configurera l'appareil de manière incorrecte, surtout s'il est encore un enfant? Dans de tels cas, de nombreuses personnes ont pensé à créer des systèmes avec rétroaction - afin que le dispositif d'entrée d'insuline se concentre sur la sortie des capteurs de glucose.

Commentaires et open source

Cependant, un problème survient immédiatement - il y a beaucoup de pompes et de compteurs sur le marché. De plus, ce sont tous des appareils exécutifs, et ils ont besoin d'un processeur et d'un logiciel communs qui les contrôlent.
Des articles [ 1 , 2 ] sur le thème de la combinaison de deux appareils en un seul système ont déjà été publiés sur Habré. En plus d'ajouter un troisième cas, je parlerai un peu des projets mondiaux qui combinent les efforts des passionnés qui veulent construire de tels systèmes par eux-mêmes.

Le projet OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, un pancréas artificiel gratuit) a été fondé par Dana Lewis de Seattle. Fin 2014, elle, également diabétique de type 1, a décidé une expérience similaire. Après avoir essayé puis décrit son appareil en détail, elle a finalement ouvert le site Web du projet , qui décrit en détail comment combiner son compteur CGM et sa pompe, dans diverses variantes de différents fabricants, avec les appareils intermédiaires nécessaires, les options logicielles sur Github, avec une grande la quantité de documentation d'une communauté d'utilisateurs croissante. L'aspect le plus important sur lequel OpenAPS se concentre est "nous vous aiderons avec des instructions détaillées, mais vous devez tout faire vous-même." Le fait est qu'une telle activité est à un pas des sanctions sévères de la FDA (American Food and Drug Administration, dont la juridiction comprend tous les médicaments et dispositifs médicaux). Et si elle ne peut pas vous interdire de casser des appareils certifiés et de les intégrer dans des systèmes faits maison pour les appliquer sur vous, alors toute tentative pour vous aider à le fabriquer ou à le vendre sera strictement punie. La deuxième, mais non moins importante idée d'OpenAPS est la sécurité d'un système fait maison. La documentation sous la forme de quelques centaines d'articles et des algorithmes clairs et détaillés visent précisément à aider le patient à aider, plutôt qu'à se faire du mal.

Fenêtre de compte Nightscout
Un autre projet, Nightscout , permet aux utilisateurs de télécharger des données de leurs appareils CGM vers le stockage cloud en temps réel via un smartphone, une montre intelligente et d'autres appareils, ainsi que de visualiser et de traiter les données reçues. Le projet vise à l'utilisation la plus informative et la plus pratique des données, et contient également des guides détaillés, par exemple, des configurations prédéfinies de glucomètres avec des smartphones avec un OS particulier et le logiciel nécessaire et des émetteurs intermédiaires.
La visualisation des données est importante pour déterminer les fluctuations quotidiennes du glucose dans votre style de vie et la correction éventuelle du comportement et des repas, pour transmettre les données sous forme graphique pratique à un smartphone ou une montre intelligente, pour prédire les tendances des niveaux de glucose dans un avenir proche, et en outre, ces données peuvent être lues et traitées par le logiciel OpenAPS. C'est exactement ce que Liam utilise dans son projet. Sur les articles KDPV - ses données personnelles du service cloud, où le "bouchon" violet à droite - ce sont les niveaux de glucose prédits prédits par OpenAPS.

Projet Liam

Vous pouvez lire sur le projet en détail dans l'entrée correspondante de son blog, je vais juste essayer de le raconter de manière plus schématique et claire.
Hard comprend les appareils suivants: pompe à insuline Medtronic, que Liam avait à l'origine; CGM (mètre) FreeStyle Libre avec capteur NFC; à lui - un émetteur MiaoMiao, transmettant les données d'un capteur NFC de la peau à un smartphone via Bluetooth; Micro-ordinateur Intel Edison, en tant que processeur pour contrôler l'ensemble du système à l'aide d'Open APS; Explorer HAT - un émetteur radio pour connecter ce dernier à un smartphone et une pompe.
Le cercle est fermé.



L'ensemble de la pièce de matériel a coûté 515 euros à Liam, à l'exception de la pompe qu'il avait auparavant. Il a commandé toutes choses sur Amazon, y compris Edison, qui a cessé de fonctionner. De plus, les capteurs sous-cutanés pour CGM Libre sont un consommable cher - 70 euros pièce, ce qui est suffisant pour 14 jours.

Logiciel: tout d'abord, la distribution Linux Jubilinux pour Edison, puis l'installation d'OpenAPS sur celle-ci, avec laquelle l'auteur du périphérique, a-t-il dit, a souffert. Ensuite - mettre en place le transfert de données de CGM vers un smartphone et vers le cloud, pour lequel il a dû concéder sous licence une version personnelle de l'application xDrip (150 euros) et configurer Nightscout - il a dû se marier via OpenAPS via des plugins spéciaux. Il y avait également des problèmes avec le fonctionnement de l'ensemble de l'appareil, mais la communauté Nightscout a aidé avec succès Liam à trouver des bogues.

Bien sûr, il peut sembler que l'auteur a exagéré le projet. L'Intel Edison, abandonné depuis longtemps, a été choisi par Liam comme «plus économe en énergie que le Raspberry Pi». L'OS Apple a également ajouté des difficultés avec une licence logicielle et des coûts comparables à ceux d'un smartphone Android. Cependant, son expérience est utile et ira au trésor de nombreux projets de ce type d'appareils faits maison, qui sont conçus pour relativement peu d'argent afin d'améliorer considérablement la qualité de vie de nombreuses personnes. Des gens qui sont de plus en plus habitués à compter sur leur force et leurs compétences.
Liam soutient que le diabète de type 1 ne l'a pas rendu libre, et l'appareil qu'il a créé était un moyen de retrouver le confort psychologique de contrôler son propre corps. Et en plus de revenir à son mode de vie normal, la création d'un système de rétroaction d'une pompe à insuline est devenue pour lui une expérience puissante dans l'expression de soi. "Il vaut mieux garder votre métabolisme sous contrôle du code JS que d'aller à l'hôpital", écrit-il.