Controle de bomba de insulina autônomo sem fio caseiro

"Eu sou um cyborg agora!" - afirma orgulhosamente o australiano Liam Zibidi, um jovem programador, engenheiro e escritor de blockchain / Fullstack, como ele se apresenta nas páginas de seu blog . No início de agosto, ele concluiu seu projeto de bricolage para criar um dispositivo vestível, que ele chamou de "pâncreas artificial" sem falsa modéstia. Trata-se mais de uma bomba de insulina auto-reguladora, e nosso ciborgue em alguns aspectos de sua criação não procurou maneiras fáceis. Leia mais sobre o conceito do dispositivo e as tecnologias de código aberto nas quais ele se baseia - mais adiante neste artigo.

ilustrações, exceto o diagrama do dispositivo, retirado do blog de Liam

Diabetes para manequins

Liam tem diabetes tipo 1.
Se correta, a palavra "diabetes" significa um grupo de doenças com aumento da diurese - produção de urina, mas a proporção de pacientes com diabetes mellitus (DM) é maior e o nome abreviado criou raízes nos bastidores de diabetes. Na Idade Média, a maioria dos pacientes com diabetes observou a presença de açúcar na urina. Muito tempo se passou antes da descoberta do hormônio insulina (que também se tornaria a primeira proteína totalmente sequenciada na história) e seu papel na patogênese do diabetes.
A insulina é o hormônio mais importante que regula o metabolismo de muitas substâncias, mas tem o principal efeito no metabolismo dos carboidratos, incluindo o açúcar "principal" - a glicose. Para o metabolismo da glicose nas células, a insulina é, grosso modo, uma molécula sinalizadora. Na superfície das células existem moléculas especiais de receptores de insulina. "Sentada" nelas, a insulina dá um sinal para iniciar uma cascata de reações bioquímicas: a célula começa a transportar ativamente a glicose para dentro através de sua membrana e processá-la para dentro.
O processo de produção de insulina pode ser comparado ao trabalho de pessoas voluntárias que vieram lidar com a enchente. O nível de insulina depende da quantidade de glicose: quanto mais, mais o nível total de insulina aumenta em resposta. Repito: é o nível nos tecidos que é importante, e não o número de moléculas que é diretamente proporcional à glicose, porque a própria insulina não se liga à glicose e não é usada para o seu metabolismo, assim como os voluntários não bebem água que chega, mas constroem barragens de uma certa altura. E é necessário manter esse nível específico de insulina na superfície das células, bem como a altura das barragens temporárias nas áreas inundadas.
É claro que, se a insulina começa a ser perdida, o metabolismo da glicose é interrompido e não passa para as células, acumulando-se em fluidos biológicos. Esta é a patogênese do diabetes. Costumava haver uma terminologia confusa "diabetes dependente de insulina / independente", mas é mais correto classificá-la da seguinte forma: o diabetes tipo 1 é uma falta física de insulina (a razão para isso geralmente é a morte celular pancreática); O diabetes tipo 2 é uma diminuição na resposta do organismo ao nível de sua própria insulina (todas as causas não são totalmente compreendidas e variadas). 1º tipo - havia poucos voluntários e eles não tinham tempo para construir barragens; Tipo 2 - barragens de altura normal, mas cheias de orifícios ou construídas transversalmente.

O problema do ajuste manual

Ambos os tipos, como fica claro, levam a um nível aumentado de glicose fora das células - no sangue, na urina, que tem um efeito negativo em todo o corpo. Temos que viver, contando unidades internacionais e de pão em uma seringa e um prato, respectivamente. Mas você nem sempre pode ajustar manualmente o que o corpo fez. Uma pessoa deve dormir e, em um sonho, os níveis de insulina continuam a cair; uma pessoa pode, devido a circunstâncias domésticas, não comer a tempo - e então o açúcar já cairá sob a influência de níveis de insulina artificialmente mantidos. De fato, a vida está no túnel dos limites de glicose, acima e abaixo do qual está um coma.
Parte da solução para esse problema foram dispositivos modernos que substituíram seringas - bombas de insulina. Este é um dispositivo que usa uma agulha hipodérmica continuamente inserida para dispensar insulina automaticamente. Mas a dose conveniente por si só não garante a reposição correta da terapia com insulina sem dados sobre o nível atual de glicose. Essa é outra dor de cabeça para médicos e biotecnologistas: testes rápidos e a previsão correta da dinâmica dos níveis de insulina e glicose. Tecnicamente, isso veio a ser implementado como monitoramento contínuo de glicose - sistemas CGM. Estes são vários dispositivos que lêem continuamente dados de um sensor constantemente inserido sob a pele. Esse método é menos traumático e mais atraente para os usuários do que o dedo clássico, mas o último é mais preciso e é recomendado para uso se o nível de açúcar ainda estiver muito "reduzido" ou de alguma forma ainda mudar rapidamente ao longo do tempo.
O elo intermediário nesse sistema é a pessoa - geralmente o próprio paciente. Ele ajusta a administração de insulina dependendo das leituras do glicosímetro e da tendência esperada - se ele comeu doces ou se prepara para pular o almoço. Mas, afinal, no contexto de eletrônicos precisos, uma pessoa se torna um elo fraco - e se durante o sono ele tolerar hipoglicemia grave e perder a consciência? Ou ele se comportará de maneira inadequada, esquecer / pular / configurar o dispositivo incorretamente, especialmente se ele ainda é criança? Nesses casos, muitas pessoas pensaram em criar sistemas com feedback - para que o dispositivo de entrada de insulina se concentre na saída dos sensores de glicose.

Feedback e código aberto

No entanto, surge um problema imediatamente - existem muitas bombas e medidores no mercado. Além disso, todos esses são dispositivos executivos e precisam de um processador e software comuns que os controlem.
Os artigos [ 1 , 2 ] sobre o tema da combinação de dois dispositivos em um sistema já foram publicados na Habré. Além de adicionar um terceiro caso, falarei um pouco sobre projetos globais que combinam os esforços de entusiastas que desejam construir esses sistemas por conta própria.

O projeto OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, um pâncreas artificial gratuito) foi fundado por Dana Lewis, de Seattle. No final de 2014, ela, também diabética tipo 1, decidiu fazer um experimento semelhante. Depois de tentar e depois descrever seu dispositivo em detalhes, ela finalmente abriu o site do projeto , que descreve em detalhes como combinar seu medidor e bomba CGM, em várias variações de diferentes fabricantes, com os dispositivos intermediários necessários, opções de software no Github, com ótimas opções. a quantidade de documentação de uma crescente comunidade de usuários. O aspecto mais importante em que o OpenAPS se concentra é "ajudaremos você com instruções detalhadas, mas você deve fazer tudo sozinho". O fato é que essa atividade está a um passo de sanções sérias do FDA (American Food and Drug Administration, cuja jurisdição inclui todos os medicamentos e dispositivos médicos). E se ela não puder proibi-lo de quebrar dispositivos certificados e integrá-los em sistemas caseiros para aplicá-los em si mesmo, qualquer tentativa de ajudá-lo a fabricar ou vender será estritamente punida. A segunda, mas não menos importante, idéia do OpenAPS é a segurança de um sistema caseiro. A documentação na forma de algumas centenas de artigos e algoritmos claros e detalhados visam precisamente ajudar o paciente a ajudar, em vez de prejudicar a si próprio.

Janela da conta Nightscout
Outro projeto, o Nightscout , permite que os usuários carreguem dados de seus dispositivos CGM para armazenamento em nuvem em tempo real por meio de um smartphone, relógio inteligente e outros dispositivos, além de visualizar e processar os dados recebidos. O projeto visa o uso mais informativo e conveniente dos dados e também contém guias detalhados, por exemplo, configurações prontas de glicosímetros com smartphones com um SO específico e o software necessário e transmissores intermediários.
A visualização de dados é importante para determinar as flutuações diárias da glicose no seu estilo de vida e possíveis correções de comportamento e refeições, para transmitir dados de forma gráfica conveniente para um smartphone ou relógio inteligente, para prever tendências nos níveis de glicose no futuro próximo e, além disso, esses dados podem ser lidos e processado pelo software OpenAPS. É exatamente isso que Liam usa em seu projeto. Nos artigos do KDPV - seus dados pessoais do serviço de nuvem, onde o "plug" roxo à direita - são os níveis de glicose previstos pelo OpenAPS.

Projeto Liam

Você pode ler sobre o projeto em detalhes na entrada correspondente do blog dele, apenas tentarei recontá-lo de maneira mais esquemática e clara.
Hard inclui os seguintes dispositivos: bomba de insulina Medtronic, que Liam originalmente possuía; FreeStyle Libre CGM (medidor) com sensor NFC; para ele - um transmissor MiaoMiao, transmitindo dados de um sensor NFC de pele para um smartphone via Bluetooth; Microcomputador Intel Edison, como um processador para controlar todo o sistema usando o Open APS; Explorer HAT - um transmissor de rádio para conectar este último a um smartphone e uma bomba.
O círculo está fechado.



Toda a peça de hardware custou a Liam 515 euros, com exceção da bomba que ele possuía anteriormente. Ele ordenou todas as coisas na Amazon, incluindo a descontinuação de Edison. Além disso, os sensores subcutâneos do CGM Libre são consumíveis caros - 70 euros cada, o que é suficiente por 14 dias.

Software: primeiro, a distribuição do Linux Jubilinux para Edison e, em seguida, instalando o OpenAPS nele, com o qual o autor do dispositivo, disse ele, sofreu. Em seguida - configurando a transferência de dados do CGM para um smartphone e para a nuvem, para o qual ele teve que licenciar uma compilação pessoal do aplicativo xDrip (150 euros) e configurar o Nightscout - ele teve que se casar via OpenAPS por meio de plug-ins especiais. Também houve problemas com a operação de todo o dispositivo, mas a comunidade Nightscout ajudou com sucesso Liam a encontrar bugs.

Obviamente, pode parecer que o autor exagerou no projeto. O há muito descontinuado Intel Edison foi escolhido por Liam como "mais eficiente em termos de energia que o Raspberry Pi". O Apple OS também acrescentou dificuldades com uma licença de software e custos comparáveis ​​a um smartphone Android. No entanto, sua experiência é útil e irá para o tesouro de muitos desses projetos de dispositivos caseiros, projetados com relativamente pouco dinheiro para melhorar significativamente a qualidade de vida de muitas pessoas. Pessoas que estão cada vez mais acostumadas a confiar em suas forças e habilidades.
Liam argumenta que o diabetes tipo 1 não o deixou livre, e o dispositivo que ele criou foi uma maneira de recuperar o conforto psicológico de controlar seu próprio corpo. Além de retornar ao seu estilo de vida normal, a criação de um sistema de feedback de uma bomba de insulina tornou-se uma experiência poderosa para ele na auto-expressão. "É melhor manter seu metabolismo sob controle do código JS do que ir ao hospital", ele escreve.