Самодельное беспроводное автономное управление инсулиновой помпой

    «Я теперь киборг!» — гордо заявляет австралиец Лиам Зибиди, молодой программист, blockchain/Fullstack engineer и писатель, как он преподносит себя на страницах своего блога. В начале августа он завершил свой DIY-проект по созданию носимого устройства, которое он без ложной скромности окрестил «искусственной поджелудочной железой». Речь скорее идет о саморегулируемой инсулиновой помпе, и наш киборг в некоторых аспектах своего творения не искал легких путей. Подробнее о концепции устройства и open source технологиях, на которые он опирался — далее в статье.

    imageиллюстрации за исключением схемы устройства взяты из блога Лиама

    Сахарный диабет for dummies


    У Лиама — сахарный диабет 1-го типа.
    Если корректно — то слово «диабет» означает группу заболеваний с повышенным диурезом — выделением мочи, но доля больных именно сахарным диабетом (СД) больше, и короткое название негласно прижилось для СД. Еще в Средние века у большинства больных СД отмечали наличие в моче сахара. Прошло довольно много времени до открытия гормона инсулина (которому предстояло также стать первым в истории полностью отсеквенированным белком) и его роли в патогенезе СД.
    Инсулин — важнейший гормон, который регулирует метаболизм множества веществ, но основное влияние он оказывает на обмен углеводов, в том числе «главного» сахара — глюкозы. Для метаболизма глюкозы в клетках инсулин является, грубо говоря, сигнальной молекулой. На поверхности клеток существуют специальные молекулы-рецепторы инсулина. «Садясь» на них, инсулин дает сигналом к запуску каскада биохимических реакций: клетка начинает активно транспортировать глюкозу внутрь сквозь свою мембрану и перерабатывать ее внутри.
    Процесс выработки инсулина можно уподобить работе людей-волонтеров, пришедших бороться с наводнением. Уровень инсулина зависит от количества глюкозы: чем ее больше — тем больше в ответ поднимается общий уровень инсулина. Повторюсь: важен именно уровень в тканях, а не количество молекул, прямо пропорциональное глюкозе, ведь инсулин сам не связывается с глюкозой и не расходуется на ее метаболизм, как и волонтеры не пьют прибывающую воду, а строят дамбы определенной высоты. И необходимо поддерживать этот определенный уровень инсулина на поверхности клеток, как и высоту временных дамб на затопленных участках.
    Понятно, что если инсулина начинает не хватать, то метаболизм глюкозы нарушается, она не проходит в клетки, накапливаясь в биологических жидкостях. Это и есть патогенез СД. Раньше существовала запутывающая терминология «инсулинозависимый/независимый СД», но корректнее классифицировать так: СД 1-го типа — это физическая нехватка инсулина (причина тому, чаще всего — гибель клеток поджелудочной железы); СД 2-го типа — это снижение реакции организма на уровень собственного инсулина (все причины до конца не выяснены и разнообразны). 1-й тип — волонтеров стало мало и они не успевают строить дамбы; 2-й тип — дамбы нормальной высоты, но то ли дырявые, то ли построены поперек.

    Проблема ручной регулировки


    Оба типа, как становится понятно, ведут к повышенному уровню глюкозы вне клеток — в крови, моче, что оказывает негативное влияние на весь организм. Приходится жить, считая международные и хлебные единицы в шприце и тарелке соответственно. Но ведь нельзя все время вручную регулировать то, что делал сам организм. Человек должен спать, а во сне уровень инсулина продолжает падать; человек может из-за бытовых обстоятельств не поесть вовремя — и тогда у него упадет уже сахар под действием искусственно удерживаемого уровня инсулина. По сути, жизнь оказывается в тоннеле пределов уровня глюкозы, сверху и снизу за которыми — кома.
    Отчасти решением этой проблемы стали современные устройства, пришедшие на смену шприцам — инсулиновые помпы. Это прибор, использующий постоянно введенную подкожную иглу для автоматической дозированной подачи инсулина. Но одна сама по себе удобная подача не гарантирует корректной заместительной инсулиновой терапии без данных о текущем уровне глюкозы. Это — еще одна головная боль медиков и биотехнологов: экспресс-тесты и правильное прогнозирование динамики уровней инсулина и глюкозы. Технически это стало реализовываться в виде систем continuous glucose monitoring — CGM. Это — разнообразные устройства, считывающие непрерывно данные от постоянно введенного под кожу датчика. Данный способ менее травматичен и более привлекателен для пользователей, чем классический fingerprick, но последний точнее и рекомендуется к использованию, если уровень сахара все же оказался сильно «уронен» либо как-то еще быстро изменяется во времени.
    Промежуточным звеном в этой системе является человек — обычно сам пациент. Он осуществляет регулировку подачи инсулина в зависимости от показаний глюкометра и ожидаемого тренда — поел ли он сладкого либо готовится пропустить обед. Но ведь на фоне точной электроники человек становится слабым звеном — что если в течение сна он допустит сильную гипогликемию и потеряет сознание? Либо еще как-либо неадекватно поведет себя, забудет/пропустит/неправильно настроит прибор, особенно, если он еще ребенок? На такие случаи многие люди задумались о создании систем с обратной связью — чтобы устройство ввода инсулина ориентировалось на вывод с датчиков глюкозы.

    Обратная связь и open source


    Однако сразу же возникает проблема — как помп, так и глюкометров на рынке много. Кроме того, это все исполнительные устройства, а им нужен общий процессор и софт, который ими управляет.
    На Хабре уже выходили статьи [1, 2] на тему объединения двух приборов в одну систему. Помимо добавления третьего кейса, я расскажу немного о глобальных проектах, которые объединяют усилия энтузиастов, желающих собрать подобные системы самостоятельно.

    Проект OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, свободная искусственная поджелудочная), основан Даной Льюис из Сиэтла. В конце 2014 года она, также диабетик 1-го типа, решилась на подобный эксперимент. Попробовав, а затем подробно описав свое устройство, она в итоге открыла сайт проекта, где подробным образом описывается, как самому объединить свои CGM-глюкометр и помпу, в различных вариациях от разных производителей, с необходимыми промежуточными устройствами, вариантами софта на Github, с большим количеством документации от растущего сообщества пользователей. Самый важный аспект, на который делает упор OpenAPS — это «мы вам поможем подробными инструкциями, но сделать вы все должны сами». Дело в том, что подобная деятельность — в шаге от серьезных санкций от FDA (американской Food and Drug Administration, в юрисдикцию которой входят все лекарства и изделия медицинского назначения). И если она не может запретить вам ломать сертифицированные приборы и объединять их в самодельные системы, чтобы применить их на себе, то любая попытка помочь вам его сделать или продать будет строго наказана. Вторая, но не менее важная идея OpenAPS — безопасность самодельной системы. Документация в видепары сотен статей и четкие, подробные алгоритмы нацелены именно на то, чтобы больной помог, а не навредил себе.

    image окно аккаунта Nightscout
    Другой проект, Nightscout, позволяет пользователям загружать данные со своих CGM-устройств в облачное хранилище в реальном времени через смартфон, умные часы и другие девайсы, а также просматривать и обрабатывать полученные данные. Проект нацелен на максимально информативное и удобное использование данных, и также содержит подробные гайды, например, готовые конфигурации глюкометров со смартфонами с той или иной ОС и необходимым софтом и промежуточными трансмиттерами.
    Визуализация данных важна для определения суточных колебаний глюкозы при вашем образе жизни и возможной коррекции поведения и приемов пищи, для трансляции данных в удобном графическом виде на смартфон или умные часы, для прогнозирования трендов уровня глюкозы в ближайшее время, а кроме того, эти данные могут считываться и обрабатываться софтом OpenAPS. Именно это и использует Лиам в своем проекте. На КДПВ статьи — его личные данные с облачного сервиса, где фиолетовая «вилка» справа — это и есть прогнозируемые уровни глюкозы, предсказанные OpenAPS.

    Проект Лиама


    О проекте можно подробно прочитать в соответствующей записи его блога, я лишь попробую пересказать его более схематично и наглядно.
    Хард включает в себя следующие устройства: инсулиновую помпу Medtronic, которая у Лиама была изначально; CGM (глюкометр) FreeStyle Libre с NFС-датчиком; к нему — трансмиттер MiaoMiao, передающий данные от кожного NFC-датчика на смартфон по Bluetooth; микрокомпьютер Intel Edison, как процессор для управления всей системой с помощью Open APS; Explorer HAT — радиотрансмиттер для соединения последнего со смартфоном и с помпой.
    Круг замкнулся.

    image

    Вся хардварная часть обошлась Лиаму в 515 евро, за исключением помпы, которая у него была ранее. Все вещи он заказывал на Амазоне, в том числе и снятый с производства Edison. Также подкожные датчики для CGM Libre являются недешевым расходником — 70 евро за штуку, которого хватает на 14 дней.

    Софт: во-первых, дистрибутив линукс Jubilinux для Edison и далее установка на него OpenAPS, с чем автор устройства, по его словам, помучился. Далее — настройка передачи данных с CGM на смартфон и в облако, для чего ему пришлось лицензировать персональную сборку приложения xDrip (150 евро) и настройка Nightscout — его через специальные плагины нужно было «поженить» с OpenAPS. Также возникли проблемы с работой всего устройства, но комьюнити Nightscout успешно помогло Лиаму в поиске багов.

    Конечно, может показаться, что автор переусложнил проект. Уже давно снятый с производства Intel Edison был выбран Лиамом как «более энергоэффективный, чем Raspberry Pi». Apple ОС тоже добавила трудностей с лицензией на софт и расходов, сопоставимых с Android-смартфоном. Однако его опыт полезен и пойдет в копилку множества подобных проектов самодельных устройств, которые призваны за относительно небольшие деньги заметно улучшить качество жизни многих людей. Людей, которые все больше привыкают рассчитывать на свои силы и навыки.
    Лиам рассуждает о том, что СД 1-го типа сделал его несвободным, и созданное им устройство — способ вернуть себе психологический комфорт контроля над собственным телом. И помимо возвращения себе нормального образа жизни, создание системы инсулиновой помпы с обратной связью стало для него мощным опытом самовыражения. «Лучше уж держать свой метаболизм под контролем кода на JS, чем попасть в больницу» — пишет он.
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 25

      +2

      Наглядный пример того, что мы живём в 21-м веке! Весьма воодушевляющая статья, спасибо.


      Единственное но — систему управления можно (и нужно) сделать меньше и надёжнее. Но это конечно уже может быть задача не для энтузиастов.

        0
        Вы считаете нормальным, что в 21 веке человек сам себе мастерит систему, которая не даст ему, например, умереть во сне? От болезни, которая между прочим всем известна уже не один десяток лет. По-хорошему, в 21 веке такие устройства должны производиться массово. И они должны быть доступны любому, кому они необходимы. Но спрос пока что-то не рождает предложение.
          +1
          Спроси среди больных СД1 более, чем достаточный. Сертификация и испытания подобной продукции занимают значительное время, так как теже производители несут большую ответственность, чем какой-нибудь «левша».
          И такие устройства стали появляться. Например в некоторых европейских странах начала продаваться Accu-Check Solo MicroPump. Ту же CE mark для Solo ждали примерно 1,5 года.
            0
            Видимо на новые айфоны и теслы спрос значительно больше, чем на жизненно необходимые устройства
              0
              Видимо, точнее очевидно, что Вам просто не знакомы корпорации Lilly, Novo Nordisk, Roche и другие, специализирующие на медицинских достижениях в области диабета обоих типов. Также, и слава Богу, не знаком сахарный диабет 1-го типа.
                0

                Ну какбэ да. Больных диабетом в мире около 400 млн., а айфонов в 2018 году было продано 1.5 млрд.

              0
              Вообще-то тот же Medtronic поставляет модель с CG-мониторингом, первый же продукт с сайта. Идея-то очевидная. Другое дело, что денег это стоит нечеловеческих — беглое гугление указывает на $8000, притом, что наш герой и так тратит по $140 в месяц на датчики и еще фиг знает сколько на сам инсулин. А так он один раз приделал к старенькой помпе за $3000 допов на $500, то есть готовая система более чем вдвое дешевле по сравнению с новой от медтроник, а непосредственно апгрейд дешевле в 16 раз.
                0
                Если он действительно здраво оценил все риски, то для многих действительно будет вариант. Но я бы лично побоялся такое делать. Вдруг что не так пойдёт и схватишь какое-нибудь заражение крови…

                П.С. Ну и во многих странах тебе «базовую» модель дают бесплатно(условно бесплатно учитывая медицинские страховки/налоги) и при этом дают возможность выбрать кучу более продвинутых моделей просто заплатив разницу в цене. Правда не знаю как с этим конкретно в Австралии.
                  0
                  Самое важное и трудное решаемое при реализации искусственной поджелудочной не заражение. Я честно не представляю, при каких условиях можно заразится. Даже автор использует проверенные медицинские приборы, которые обеспечивают стерильность.
                  Самая главная проблема — адекватная компенсация инсулином, чтобы как минимум не «словить» гипогликемию.
                    0
                    Вопрос как он их там между собой соединил и не будет ли где-то что-то оставаться и давать бактериям возможность размножаться. Но опять же это были мои первые мысли на эту тему, и я в вопросе не то чтобы хоть как-то разбираюсь :)
                      0
                      От чего там можно заразиться? От сертифицированных подкожных иголок, являющихся частью медицинского прибора или от Bluetooth? Он же не зашил Edison внутрь себя.
                        0
                        Все, кто впервые слышат о помпе думают, что ее вшивают внутрь. Не первый раз сталкиваюсь. Спрашивают обычно, " а питание как? У тебя провода торчат из тела где то или индукционное?"
                  +1
                  «Наш герой» ничего нового и революционного не сделал и проблему искусственной поджелудочной не решил.
                  И никто и, по всей видимости, не решит проблему автоматического высчитывания количество потребляемых углеводов, их усвояемость и адекватную компенсацию инсулина.
                  Сам инсулин (короткий и длинный) стоит примерно 8.000-9.000 руб./мес. Также есть возможность его получать бесплатно от государства.
                  Также есть возможность получить бесплатную помпу

                    0
                    Наш герой — «летун», переехал из Сиднея в Нидерланды, и неизвестно, какая у него там медицинская страховка, может, помпы бесплатно дают только гражданам.
                      0

                      Может. Я про Россию писал

                  0
                  Я считаю прекрасным, что текущее положение дел в отрасли сделало необходимые компоненты довольно массовыми и недорогими, а текущее положение дел в обществе позволяет людям получить знания для изготовления такого прибора.

                  А то, о чем вы пишете, оно из серии «все должно быть хорошо». Я с этим согласен, в этом смысле я даже социалист, но пока этого всего нет… Что делать герою статьи?
                0
                А как же кривые динамики уровня глюкозы в инстаграм? Двадцатьпервыйвекжы… А, если серьёзно, то считаю, что лишние каналы дистанционного подключения сами по себе и усложняют систему, и делают её небезопасной для жизни пациентов.
                  0
                  Теперь OOM killer сможет убивать не только процессы.

                  /было бы смешно, если бы не было грустно.
                    0
                    Я из заметки не понял, по какому протоколу связан Эдисон с помпой — подозреваю, что по 900MHz, потому что автор пишет
                    Explorer HAT — a Linux electronic board with WiFi and support for 900MhZ radio comms
                    [...] adjusts background insulin delivery on the insulin pump via radio

                    В таком случае ладно процесс отвалится — парень все равно увидит свой уровень глюкозы на мониторе и настроит помпу вручную. Но вот незащищенный канал управления помпой — уже страшновато.
                      0
                      Если процесс отвалится и не произойдёт коррекция, человек либо гипогликемию словит, либо гипергликемию. Пол-статьи объясняет почему уровни надо менять постоянно и как плохо, если его не поменяли.
                        0
                        Я знаю — все-таки я эту статью писал, а не прогонял через гугл-переводчик. Поясню — если отвалится процессор, то рассинхронизируются данные от CGM и помпы. Также на Nightscout перестанет приходить корректный расчет тренда глюкозы, выполненный OpenAPS. Но CGM продолжит работать как ни в чем ни бывало, и если автор не заметит глюка Эдисона (хотя мне кажется OpenAPS такое предусмотрели и сделали аларм на облако), то ему на смартфон придет вздрыжне, что уровень неправильный (см. скрин от Nightscout, там установлена красной линией граница гипогликемии). И он скорректирует помпу по-старинке, кнопками на корпусе, как еще два месяца назад.
                        А вот чего я боюсь — так это можно ли перехватить управляющий сигнал и заколоть его инсулином насмерть.
                    0
                    О, спасибо за статью. Я так понимаю, это Вы в телеге обещали статью сделать.
                      0
                      Не я.
                        0
                        Это не отменяет, спасибо.

                        Меня больше волнует вопрос даже не в перехвате, а в каком нибудь глюке, который зальет тебя инсулином ночью.

                        Конечно там предусмотрено много настроек, и в помпе тоже ставятся максимальные дозу, выше которых она не введет, но вот как то боязно. Если вколоть весь пузырек, то даже скорая тебя не спасет. Удивляюсь вообще как инсулин продают в аптеках.

                        Хотя те кто использует OpenAps, пищат от восторга. Знаю многие детям подключают. Некоторые только на ночь, чтобы спать спокойно.

                        Сегодня получил Intel Edison из кореи за 30$. Уже мало их совсем продают. Жду плату расширения и аккумы. Ну и вперед.
                          0
                          Если скорая не появится в течении 15-20 минут после укола то прост двинешь кони. А если появится то спасёт инъекцией Глюкагона и резким посаживанием на капельницу с глюкозой.

                          У меня жена, до того как мы встретились, хронически падала до нуля и приступа, с полной потерей памяти. После одного инцидента за рулём, я начал таскать набор с Глюкагоном.

                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                    Самое читаемое