Создана искусственная поджелудочная железа
Лиаму Зебеди понадобились инсулиновая помпа, пара контроллеров и несколько программ с открытым исходным кодом.
Здоровая поджелудочная железа вырабатывает инсулин и знает, когда и сколько его нужно — в ответ на изменение уровня глюкозы в организме. У больных диабетом поджелудочная железа работает с нарушениями.
- Диабетики принимают инсулин для усвоения углеводов, по наитию определяя дозировки. В разной пище — разное количество углеводов со своим гликемическим индексом (скоростью усвоения). Законы разрешают производителям закладывать в информацию о пищевой ценности отклонения до 10% от того или иного значения.
- Плохой сон нарушает метаболизм, при пробуждении инсулина требуется больше — как и при стрессе или болезни.
- Организм менее восприимчив к инсулину, когда уровень сахара в крови больше положенного.
Диабетики, контролируя приём инсулина, занимаются математической оптимизацией, считает Зебеди. Его искусственная поджелудочная железа занимается тем же самым, только процесс на 80% автоматизирован.
Оборудование
- Глюкометр FreeStyle Libre CGM.
- Трансмиттер Miaomiao — передаёт данные с Libre (работает на NFC) на телефон по Bluetooth.
- Nightscout — программа с открытым исходным кодом для хранения и визуализации данных для диабетиков первого типа (инсулин практически не вырабатывается организмом). Хостинг — Heroku.
- Приложение xDrip, которое принимает данные по Bluetooth и отправляет их в Nightscout.
- Инсулиновая помпа Medtronic — для инъекций инсулина.
- Intel Edison + Explorer HAT — плата с поддержкой Wi-Fi и радиокоманд частотой 900 МГц.
- Аккумулятор на 4400 мА.
- OpenAPS — «операционная система» искусственной поджелудочной. Выгружает данные из Nightscout, прогнозирует и подстраивает доставку инсулина помпой, подгружает данные в Nightscout для непрерывного отслеживания. Исходный код открыт.
Цены
- Помпа у разработчика уже была, стоит она, как правило, около €3100.
- FreeStyle Libre CGM — €70 за считыватель (разовая трата) и €140 в месяц на сенсоры.
- Трансмиттер Miaomiao — €200.
- Хостинг Heroku для Nightscout — бесплатно.
- xDrip — Зебеди пришлось купить годовую лицензию разработчика за €93, чтобы установить программу на телефон: Apple запрещает его загрузку в App Store.
- Intel Edison обошёлся в €57. Мини-компьютер не продаётся уже два года, поэтому пришлось как следует поискать на Amazon и eBay.
- Explorer HAT — плату изготовила компания Enhanced Radio в США за €68.
- Аккумулятор Adafruit за €50 ёмкостью в два раза больше нужной — просто на всякий случай.
- OpenAPS — бесплатно, открытый исходный код.
Итого, исключая помпу: €608.
Ежемесячные траты, исключая инсулин: €140.
Сборка
На сборку Зебеди потратил около девяти часов:
- Час на чтение документации по OpenAPS, она очень большая.
- Два часа на загрузку Jubilinux и настройку Edison.
- Два с половиной часа на загрузку пакетов и библиотек с помощью APT и NPM. Поскольку OpenAPS — обычный набор простейших Bash-скриптов, всё пришлось загружать заново.
- Час на покупку лицензии разработчика Apple и установку xDrip.
- Час на настройку хостинга для Nightscout, с аутентификацией и особыми плагинами для OpenAPS.
- Два часа на устранение багов. Система почему-то не считывала показатели из Nightscout. Не сумев устранить неполадки, Зебеди обратился за помощью в Gitter. Оказалось, проблема была в приложении Tomato, которым он пользовался для отслеживания уровня сахара в крови. Поэтому разработчик переключился на xDrip.
Все нужные детали
Трансмиттер Miaomiao
Инсулиновые помпы (Зебеди использовал нижнюю)
Модуль Intel Edison
Подключение к модулю Edison через USB Serial. Зебеди использовал путь /dev/tty.usbserial-xyz 115200
Установка Jubilinux
Настройка протоколов SSH
Лог OpenAPS
OpenAPS предельно проста благодаря большому собранию Bash, Python и JavaScript. В этот момент Зебеди столкнулся со стектрейсом ниже (список строк кода, которые были вызваны до возникновения в приложении сбоя).
myopenaps/monitor/glucose.json: Unexpected end of JSON input
Разработчик установил xDrip на замену Tomato. Первая — с открытым исходным кодом, что, замечает Зебеди, видно по простому дизайну.
Интерфейс xDrip
Зебеди написал в Gitter, и через час ему помогли решить проблему: не хватало параметра dateString.
Сообщение Зебеди
После код заработал.
Использование
Ниже — интерфейс Nightgraph. Зебеди пометил цифрами четыре основных элемента:
- Статус системы.
- Динамика уровня сахара в крови.
- Прогноз OpenAPS.
- Введение инсулина помпой.
OpenAPS каждые пять минут корректирует базальные профили, или дозировки подачи инсулина («Как OpenAPS принимает решения»). Основные параметры, которые вычисляет система:
- Разница между текущим уровнем сахара в крови и средним за последние пять минут.
- Среднее изменение уровня сахара за 15 и 45 минут.
- Количество инсулина в организме: это важно, поскольку он расходуется неинтуитивно, оставаясь в теле какое-то время, а не исчезая вместе с переработанной глюкозой.
- Чувствительность к инсулину.
Средний уровень сахара в крови — производная от предыдущих средних показателей, а количество инсулина в организме представляет собой экспоненциальную кривую
Документация OpenAPS
Кроме того, OpenAPS замечает, когда Зебеди заболевает. За сутки до первых симптомов уровень сахара в крови у него значительно повышается.
OpenAPS, отмечает разработчик, — не панацея. Ему по-прежнему нужно принимать инсулин перед едой, да и с алкоголем система тоже не поможет. Тем не менее с OpenAPS ему гораздо удобнее и спокойнее.
Собранное устройство
Слева — трансмиттер Miaomiao, справа — датчик глюкометра
Инсулиновая помпа
{
«author_name»: «Кирилл Казаков»,
«author_type»: «editor»,
«tags»: [«u0437u0434u043eu0440u043eu0432u044cu0435″,»javascript»],
«comments»: 51,
«likes»: 26,
«favorites»: 17,
«is_advertisement»: false,
«subsite_label»: «dev»,
«id»: 84930,
«is_wide»: true,
«is_ugc»: false,
«date»: «Mon, 30 Sep 2019 13:36:03 +0300»,
«is_special»: false }
Источник
В Сколково создана искусственная поджелудочная железа, управляемая с помощью приложения на смартфоне. Необычная инсулиновая помпа сможет полностью взять на себя функции удаленного органа у пациентов с травмами и онкологическими заболеваниями, а также поддерживать нужный уровень инсулина в норме без ежедневных подсчетов у диабетиков.
Резиденты фонда «Сколково» представят проект на Российском инвестиционном форуме в Сочи 13 февраля. Авторы разработки рассказали корреспонденту Федерального агентства новостей, как современный гаджет может продлить жизнь десяткам тысяч россиян.
«Самый опытный врач и самый опытный пациент не в состоянии идеально подобрать настройки инсулиновой помпы, потому что день ото дня и даже в течение дня потребность в инсулине меняется», — рассказал ФАН научный сотрудник Отдела инноваций и развития Института диабета ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр эндокринологии», старший научный консультант ООО «Бета-Тех» Юрий Филиппов.
На объемы требуемого инсулина влияют десятки параметров: это не только еда и физическая активность, но и настроение, погода, стресс, умственная нагрузка, состояние здоровья, напомнил собеседник ФАН.
«Вплоть до того, есть насморк или нет, — это все тоже влияет. Учесть это количественно при подсчете дозы инсулина, которую человек сам себе вводит, очень сложно. Люди ошибаются в подсчетах, и содержание глюкозы в крови в итоге выходит за пределы нормы», — пояснил Филиппов.
Компания-резидент фонда «Сколково» объединила несколько практикующих эндокринологов, математиков и программистов. Их совместная разработка сегодня не имеет аналогов в мире: через приложение на смартфоне инсулиновая помпа подключается к нейросети, оперирующей массивом данных пациентов. Алгоритм просчитывает и корректирует дозу инсулина, вводимую человеку. Все существующие сегодня аналоги либо не имеют алгоритма автоматической регулировки настроек, либо он встроен в саму помпу.
По словам разработчиков, даже самые простые модели смартфонов сегодня обладают более совершенными вычислительными возможностями, чем все имеющиеся на рынке инсулиновые помпы. На встроенный во внутреннюю электронику алгоритм помпа переходит только в экстренной ситуации: в случае выключения смартфона или отсутствия связи с ним. Риск длительного повышения уровня глюкозы в крови из-за ошибок в расчетах таким образом сводится к минимуму.
«Если у человека с сахарным диабетом уровень глюкозы в крови в норме, то никаких осложнений не возникает: он живет, как обычные люди.
Но чем больше времени он провел с высоким уровнем глюкозы, тем быстрее развиваются поздние осложнения диабета — вплоть до потери зрения, утраты функции почек, потери нижних конечностей. Эти осложнения являются причиной ранней смертности», — пояснил Юрий Филиппов.
На данный момент искусственная поджелудочная железа находится на стадии создания предсерийного образца. Инновационный алгоритм расчета доз инсулина уже прошел доклинические испытания, для следующего этапа нужна регистрация медицинского устройства.
Кроме того, разработчики планируют заняться производством самих инфузионных систем, которые сегодня производятся только за рубежом. На проходящем в эти дни в Сочи форуме инноваторы рассчитывают на привлечение инвесторов в проект.
Предполагаемая стоимость искусственной поджелудочной железы для потребителей должна составить около 50 000 рублей. Аналогичные устройства сегодня стоят в среднем от 100 до 280 тысяч рублей.
«У нас в стране — более 270 000 пациентов с диабетом первого типа. Примерно половина из них — потенциальные пользователи инсулиновых помп. Сейчас помпами пользуются менее 5% пациентов.
Еще около 4 миллионов человек — это пациенты с диабетом второго типа, при котором реже, но все же могут применяться инсулиновые помпы», — рассказал разработчик бизнес-модели проекта Юрий Тарасов.
Изобретатели искусственной поджелудочной железы стали участниками выставочной программы Российского инвестиционного форума, который пройдет в Главном медиацентре Олимпийского парка в Сочи с участием председателя правительства РФ Дмитрия Медведева.
Основная программа запланирована на 14 и 15 февраля, но уже 13 февраля в рамках РИФ-2019 при участии министра труда и социального развития РФ Максима Топилина проходит форум «Здоровое общество. На пути к цели 80+». В программе запланированы панельные дискуссии и презентация современных разработок в области медицины.
Источник
Патология сахарный диабет (СД) считается очень распространённым недугом, связанным с нарушением эндокринной системы. Заболевание не только влечет за собой изменения в углеводном обмене, но и чревато тяжёлыми осложнениями. Также сахарный диабет причислен к факторам, провоцирующим развитие хронических патологий сердца. Как известно, ХСН — довольно опасное заболевание. Зачастую именно сердечная недостаточность приводит к инвалидизации и снижению качества жизни.
Сахарный диабет развивается вследствие недостаточности эндокринной части поджелудочной железы или снижения резистентности тканей. В итоге инсулин перестаёт вырабатываться и попадать в кровь. Данный гормон нужен, чтобы происходил обмен углеводов, в частности глюкозы.
Большую опасность для здоровья представляет 1-й тип сахарного диабета, характеризующийся нарушением выработки инсулина. Чаще всего он проявляется в раннем возрасте (подростковый период), поэтому быстро приводит к повреждению нервной ткани, эндотелия сосудов, нефро- и ретинопатии.
На протяжении последних лет все чаще стала появляться информация о разработке такого изобретения, как искусственная поджелудочная железа. По данным учёных, подобный аппарат позволит существенно облегчить существование пациентов, больных СД.
Что такое искусственная поджелудочная железа?
Поджелудочная железа относится к органам пищеварительной системы. Основное её предназначение – выработка ферментов, необходимых для осуществления усваивания еды в кишечнике. Помимо этого поджелудочная железа имеет эндокринную часть. В ней вырабатываются гормоны – глюкагон, соматостатин, инсулин. При нарушении продукции последнего развивается 1-й тип сахарного диабета. Искусственная поджелудочная железа – это устройство, благодаря которому должна осуществляться выработка инсулина в кровь. Данный аппарат представляет собой встроенный механизм, выполняющий функцию поврежденного органа.
Механизм действия заменителя поджелудочной железы
Аппарат искусственной поджелудочной железы состоит из двух связанных механизмов. Первый – это инсулиновая помпа. Она была изобретена ранее и значительно облегчила жизнь пациентам с сахарным диабетом. Данное устройство представляет собой резервуар, в котором содержится инсулин короткого действия.
Как известно, больные с диагнозом «сахарный диабет» вынуждены постоянно подсчитывать количество съеденных углеводов и вводить гормон подкожно перед каждым приёмом еды. Чтобы этого избежать, была изготовлена инсулиновая помпа. В ней содержится достаточное количество инсулина, который поступает в кровь самостоятельно, то есть без инъекций. Кроме того, препарата, содержащегося в помпе, хватает на несколько дней.
Второй механизм, имеющийся в составе искусственного «органа», — это глюкометр. В отличие от инсулиновой помпы, этот прибор не имплантируется под кожу пациента. Он необходим с целью осуществления мониторинга уровня глюкозы в крови. Оба описанных механизма были изобретены ранее. Отличием этого устройства является то, что в нем соединены эти 2 аппарата. Кроме того, оно работает в автономном режиме. При использовании инсулиновой помпы пациенту требуется постоянно вводить значение измеряемой величины глюкозы и рассчитывать дозу вводимого препарата. Искусственная поджелудочная железа поможет избавить больных от этой обязанности.
Особенностью изобретения является то, что система мониторинга напрямую сообщается с инсулиновой помпой. Данный механизм носит название «система закрытой петли». Чтобы устройство исправно работало, контроль над ним осуществляет опытный специалист, который имеет возможность следить за функционированием аппарата дистанционно. Благодаря этому изобретению жизнь пациентов, страдающих 1-м типом сахарного диабета, не будет отличаться от здоровых людей. Ведь изобретение способно полностью восстановить работу поврежденного органа.
Функции искусственной поджелудочной железы
Основным предназначением изобретенного «органа» считается осуществление контроля над обменом углеводов. В норме эту функцию выполняет гормон инсулин. При СД 1-го типа данное биологически активное вещество не продуцируется поджелудочной железой. Поэтому гормон необходимо вводить в кровь извне. Чтобы приблизить жизнь пациентов к нормальному существованию, был изобретен искусственный орган. К основным функциям устройства относятся:
- Постоянный мониторинг уровня сахара в крови. Измерение проводится автономно каждые 5 минут.
- Введение инсулина короткого действия из помпы при гипергликемии. Поступление гормона в кровь должно осуществляться постоянно, в частности при употреблении пищи и выполнении физических нагрузок.
- Беспрерывный контроль устройства за сочетанной работой глюкометра и инсулиновой помпы.
Также к функциям аппарата следует отнести снижение риска развития осложнений сахарного диабета и улучшение качества жизни пациентов.
История создания искусственной поджелудочной железы: разработка изобретения
Учитывая то, как быстро в медицине происходят изменения в лучшую сторону, не стоит удивляться тому, что совсем скоро должен появиться такой прибор, который сможет полностью изменить жизнь пациентов, страдающих от инсулинозависимого СД. К сожалению, несмотря на развитие трансплантологии, решить проблему заменой больного органа на здоровую поджелудочную железу практически невозможно. Всё же к 2014 году стало известно о разработке прибора, способного наладить углеводный обмен без рискованной операции. В это время учёные впервые заявили о возможности создания аппарата, который сможет заменить поджелудочную железу. Исследования ведутся во многих странах. По заявлению разработчиков чудо-техники, искусственная поджелудочная железа станет применяться уже в 2018 году. Если расчёты докторов верны, то в скором времени сахарный диабет перестанет быть одним из грозных заболеваний, каковым он считается до сих пор.
Клинические испытания изобретения
На протяжении двух лет проводятся крупные научные исследования, позволяющие в ближайшем будущем внедрить в практику такое устройство, как искусственная поджелудочная железа. Появится аппарат, по заявлению ученых университета Виргинии, в 2018 году. Первое масштабное клиническое испытание было направлено на тестирование устройства, работающего по принципу «замкнутой петли». В настоящее время осуществляется оценка эффективности прибора.
Отзывы ученых и врачей об изобретении
Изучением и разработкой чуда техники занимаются ученые многих передовых институтов диабетологии. По мнению врачей, устройство станет одним из великих достижений в области медицины.
Источник
