Lapių būna įvairių. Šita cukrinė, todėl kalba apie cukrinį diabetą ir technologijas.

Closed Loop arba Kaip pasidaryti dirbtinę kasą?

AndroidAPS programėlė

Turinys

Kai išgirdote diagnozę – ką pagalvojote? Net 1995 m., vos nustačius cukrinio diabeto diagnozę, pirma mintis man buvo – tai gal galima tą kasą kažkaip pakeisti? Iš tikrųjų, dirbtinės kasos idėja yra tokia pat sena, kaip insulinas. Prisiminkim, 1923 m. Frederikas Bantingas gavo Nobelio premiją už insulino atradimą. Šiais laikas, kai egzistuoja tiek visko dirbtinio – dirbtiniai sąnariai, širdies stimuliatoriai, klausos implantai ir kt., – faktas, kad vis dar nėra dirbtinės kasos, atrodo labai gluminantis. Bandymų būta daug ir įvairių: kasą galima transplantuoti, tačiau dėl paties organo jautrumo tokios operacijos atliekamos tik kritiniais atvejais ir yra mažai sėkmingos; tiriamos galimybės panaudoti kamienines ląsteles; kuriami bioniniai implantai ir pan. Deja, nepaisant skambių antraščių žiniasklaidoje, pagrindinė mintis lieka “reikia dar porą metų palaukti”. O jei laukti nebeįmanoma?

Dana Lewis istorija

Laimei, ne visi laukia. Jei dar negirdėjote apie Dana Lewis1, tai štai ji – istorija apie tai, kaip atsiranda nuostabiausi pasaulyje išradimai. Dana susirgo diabetu būdama keturiolikos. Kaip ir mums visiems, iš pradžių jai buvo paskirtos insulino injekcijos penais, kraujo gliukozės tikrinimas juostelėmis, dienoraščio rašymas… Vėliau ji pradėjo naudoti insulino pompą ir NGJ – šie du prietaisai žymiai palengvino gyvenimą, bet išryškėjo problema: miegodama ji negirdėdavo net pačių garsiausių NGJ aliarmų. Kol šalia buvo tėvai, viskas buvo gerai, tačiau baigus mokyklą ir išvažiavus į universitetą kitame mieste, problema tapo labai opi. Laikinas sprendimas buvo toks: kiekvieną rytą Dana nustatytu laiku išsiųsdavo tėvams žinutę, patvirtinančią, kad naktis praėjo ramiai. Buvo sutarta, kad negavę žinutės tėvai turėtų jai paskambinti ar imtis kitų priemonių. Laimei, 2013 m. Dana susipažino su savo būsimu vyru Scott’u Leibrand’u, kuris aliarmus girdėjo. Tačiau galima suprasti, kaip slegia tokia priklausomybė nuo kito žmogaus, net ir mylimo.

2013 m. lapkričio mėnesį Twitteryje Dana pamatė John’o Costik’o idėją – speciali programėlė jo keturmečio sūnaus NGJ duomenis perkeldavo į duomenų bazę debesyje, o iš ten jie buvo persiunčiami į išmanųjį laikrodį ant Džono riešo. Dana susisiekė su Džonu ir jis mielai pasidalijo savo programos kodu su ja bei daugeliu kitų (vėliau ši inciatyva virto Nightscout projektu, kuriuo šiandien gali naudotis visi norintys). Tai buvo proveržis. Dana pasistatė kompiuterį miegamajame ir nustatė “žvėriško garsumo aliarmus”. Taip ji pagaliau galėjo miegoti be baimės. Jos artimieji taip pat galėjo miegoti ramiai, nes turėjo galimybę bet kurioje pasaulio vietoje realiu laiku matyti jos gliukozės duomenis. Galiausiai Danai ir Skotui gimė geneali mintis: kodėl gi nesukūrus algoritmo, kuris du nepriklausomus prietaisus – NGJ ir insulino pompą – sujungtų į vieną, uždaro ciklo (closed loop) sistemą, gebančią reaguoti į glikemijos pokyčius atitinkamai dozuojamu insulinu? Juk tai būtų dirbtinė kasa – sprendimas, kurio dešimtmečiais laukia milijonai!

Vieną gražų vakarą Skotas pasipiršo Danai, ji ištarė „taip“ ir jie abu nusprendė, kad susituoks 2015 m. rugpjūčio 1 dieną – ir iki to laiko būtinai turės savo dirbtinę kasą. Reikalus paspartino hakeris Ben’as West’as, kuris pasinaudojo kai kurių senų Medtronic insulino pompų modelių saugumo spraga ir sukūrė programėlę, leidžiančią valdyti pompą per atstumą. Dana ir Skotas panaudojo kompiuteriuką Raspberry Pi ir 2014 m. gruodį pirmą kartą išbandė savo DIY (Do It Yourself) OpenAPS2. „Kai aš išbandžiau mūsų programą ir įsitikinau, kad viskas veikia, jau niekas nebegalėjo manęs įtikinti ją išjungti“ – vėliau rašė Dana. Susidomėjimas Danos ir Skoto darbu nuolat augo, kartu didėjo ir entuziastų bei pagalbininkų komanda.

2017 m., t. y. dviem metais vėliau, nei Dana pirmą kartą išbandė OpenAPS, JAV medicinos technologijų milžinė Medtronic pradėjo prekiauti insulino pompa MiniMed 670 G3 – pirmąja komercine uždaro ciklo sistema. Tačiau tai nesumažino susidomėjimo DIY technologijomis. Atvirkščiai, greta OpenAPS atsirado Loop ir AndroidAPS – dar dvi sistemos, leidžiančios naudoti įvairias insulino pompas ir įvairius NGJ. #WeAreNotWaiting – #MesNelaukiame – yra pagrindinis šūkis, vienijantis jau ne vieną tūkstantį žmonių visame pasaulyje. Jei prisijungsite prie Pasidaryk Pats APS4 grupės feisbuke, rasite statistiką, kiek DIY closed loop vartotojų yra Lietuvoje. O ji tikrai džiugina 🙂

Taigi, jau supratote, kad dirbtine kasa vadinama medicininių prietaisų ir kompiuterinio algoritmo kombinacija, kuri imituoja sveikos kasos darbą. Dirbtinė kasa – tai NĖRA implantas ar transplantas (t.y. persodintas gyvas organas).

Uždaro ciklo sistemos komponentai

Dirbtinę kasą (DK) sudaro 4 komponentai:

  1. NGJ;
  2. Kompiuteriu (telefonu ar kitu prietaisu) valdomas algoritmas;
  3. Insulino pompa;
  4. Pacientas.

Tam, kad DK funkcionuotų, būtini visi šie komponentai. NGJ teikia informaciją apie gliukozės kiekį kraujyje ir jo kitimo tendencijas. Labai svarbu, kad NGJ rodmenys būtų patikimi – todėl jei Jūsų Libre kartais rodo “pievas”, pasidomėkite alternatyvomis (kol kas auksinis standartas yra Dexcom G5 arba G6). NGJ duomenys perduodami kompiuteriui – šiuo metu tai gali būti ir išmanusis telefonas (arba insulino pompos procesorius, arba išorinis minikompiuteriukas). Algoritmas suprogramuotas taip, kad pagal gautus NGJ duomenis prognozuotų galimą gliukozės kitimą ir paskaičiuotų, kokie insulino pompos veiksmai reikalingi, kad gliukozė būtų išlaikyta normos ribose. Algoritmas kontroliuoja pompos bazinį greitį – tai labai svarbus momentas visoje šitoje istorijoje, nes būtent bazinio insulino kiekio keitimas labiausiai panašus į sveikos kasos darbą. Visa tai puikiai veikia, kol nėra papildomų faktorių – maisto, fizinio aktyvumo, hormonų pokyčių. Kadangi šie veiksniai sudaro mūsų kasdienybę, į DK sistemą ateina ketvirtas ir pats svarbiausias komponentas – pacientas. Kompiuteris negali žinoti, kada mes valgom, bėgam maratoną arba verkiam iš laimės. Jam reikia tai pasakyti. Tik konkrečiai suformulavus užduotį (pvz.: suvalgiau gabalą picos, tai yra, 80 g angliavandenių, kurių įsisavinimas truks maždaug 1 val, ir dar 40 g baltymų ir riebalų, kurie atitinka maždaug 20 g angliavandenių, kurių įsisavinimas truks apie 6 val), turint patikimus NGJ rodmenis ir teisingai nustatytą bazinį greitį (tą, kurio reiktų nevalgant) pompoje, algoritmas apskaičiuos pirminį valgio bolusą (t.y. insuliną, kurį reikia suleisti iškart) bei daugybę mažų, trumpų, bet labai efektyvių bazinio greičio pokyčių, kurie neleis gliukozei labai pakilti arba labai nukristi ir išlaikys ją nustatytose normos ribose. Sudėtinga? – Taip, tačiau panašius skaičiavimus intuityviai darome mes patys, kai norime teisingai išlaviruoti su maistu ir insulinu. Sugar surfing – cukraus serfingas – šiuo atveju tai labai vykęs pavadinimas. DK esmė tokia, kad kompiuteris skaičiuoja žymiai efektyviau, tiksliau, ir daro daugybę sprendimų mums apie tai negalvojant. Ji ypač efektyvi naktį, kai glikemijos svyravimai nėra taip lengvai pajuntami ir koreguojami paties vartotojo. Gerai suderinta sistema gali visiškai panaikinti naktinių hipoglikemijų tikimybę, todėl tiek pats sergantysis, tiek jo artimieji gali kokybiškai miegoti.

Kitaip tariant, Closed Loop sutaupo daugybę žmogiškosios energijos. Ir daro mažiau klaidų.

Kaip jau išsiaiškinom, yra trys DIY Closed Loop sistemos: OpenAPS, AndroidAPS ir tiesiog Loop (kad būtų mažiau painiavos, vadinkim ją iOS Loop, nes ji veikia tik su Apple programine įranga). Nors jos turi panašius veikimo principus ir vienodą tikslą – išlaikyti gliukozę normos ribose – yra nemažai skirtumų.

iOS Loop reikia šių elementų: 1) tinkamos pompos – tinka tik SENO modelio Medtronic pompos (pvz.: Paradigm 715, kurių rinkoje nebėra) ir OmniPod Eros; 2) tinkamo NGJ (tinka Dexcom arba Libre su Blucon arba MiaoMiao, netinka Enlite), iPhone ir mažo radijo dažnio konvertavimo prietaiso, vadinamo RileyLink (Riley yra šį daiktą sukūrusio žmogaus dukros, sergančios CD, vardas). Pastarasis reikalingas tam, kad žemos energijos Bluetooth signalą, kurį generuoja iPhonas paversti į radijo dažnį, kurį supranta pompa. Plačiau: https://loopkit.github.io/loopdocs/5

OpenAPS (APS yra sutrumpinimas Artificial Pancreas System) tinka tiek iOS, tiek Android. Reikalingi elementai: tinkama pompa (beveik tie patys modeliai, kaip ir Loop), telefonas (iPhone arba Android), NGJ (Dexcom arba Libre su Blucon arba MiaoMiao), banko kortelės dydžio kompiuteris (Intel Edison arba Raspbery Pi) ir radijo bangų siųstuvas (Explorer Board arba Explorer Hat). OpenAPS algoritmas šiuo atveju yra minikompiuteryje, o telefonas atlieka kompiuterio monitoriaus funkciją. Plačiau: https://openaps.readthedocs.io/en/latest/6

AndroidAPS – kaip galima suprasti, tai Android OS paremta sistema, kuriai tinka – dėmesio! – Lietuvoje parduodamos AccuCheck Combo ir Dana RS pompos. Kadangi šios pompos geba komunikuoti bluetooth dažniu, sistemai nereikia papildomo radijo prietaiso, o algoritmas yra Android telefone. Be abejo, reikalingas Dexcom arba Libre (su Blucon arba MiaoMiao) NGJ. Plačiau: https://androidaps.readthedocs.io/en/latest/EN/index.html 7AndroidAPS taip pat veikia ir su senomis Medtronic pompomis bei OmniPod, tačiau irgi reikalingas RileyLink.

DIY Closed Loop sistemų komponentų realizacija programėlėse
DIY Closed Loop sistemų komponentų realizacija programėlėse

Do It Yourself reikia suprasti pažodžiui – pasidaryk pats algoritmą, kuris kontroliuos tavo pompą. Be abejo, tai nereiškia, kad teks išmokti programuoti. Programuotojai savo darbą jau padarė, o kodas guli internete ir yra nemokamas. Vieninteliam iOS Loop reikalinga Apple developer licenzija, kuri kainuoja 100 USD metams. AndroidAPS ir OpenAPS yra 100 % nemokamos. Kodą reikia parsisiųsti ir iš jo sukompiliuoti programą. Visos instrukcijos, kaip tai padaryti, išsamiai aprašytos kiekvienos iš šių trijų sistemų dokumentacijose. Tam nereikia programavimo žinių, užtenka step by step atlikti viską, kas nurodyta. Kodėl taip yra? Nes DIY dirbtinė kasa yra JŪSŲ PROJEKTAS. Niekas negali ir net neturi teisės prisiimti atsakomybės už su jūsų sveikata susijusius techninius sprendimus. Tai yra Jūsų diabetas, Jūsų gyvenimo būdas, Jūsų mitybos ypatumai, Jūsų glikemijos kontrolės tikslai ir būdai, Jūsų algoritmas. Todėl jis yra DIY. Iš to gauname keletą svarbių pastebėjimų:

  1. Komercinės closed loop sistemos tiriamos didelių imčių (n=10xxx) mokslinių ir klinikinių tyrimų metu (finansai, finansai ir dar kartą finansai). DIY atveju kiekviena sistema yra UNIKALI (n=1), todėl iš mokslo pozicijos statistiškai nepatikrinama (ir finansų nereikia). Kartu tai reiškia, kad DIY niekada nebus įteisinta kaip oficiali terapija.
  2. Iš teisinės pusės DIY yra gana slidus reikalas. Viena vertus, pompa ir NGJ vartojami pagal paskirtį ir išoriškai nemodifikuojami (taigi galioja garantinės sąlygos), kita vertus, gamintojas daugeliu atveju nenumato pompos valdymo telefonu galimybės (Sooil šiuo atveju jau pažengė toliau – oficialiai leido Dana RS pompą naudoti AndroidAPS sistemoje!). Kol DIY išlieka individualiu projektu, tol tai negali turėti teisinių pasekmių (man niekas neuždraus gydytis taip, kaip aš noriu). Tačiau bet koks DIY sistemos perdavimas kitam asmeniui (taip pat kodo kompiliavimas, sistemos surinkimas ir t.t.) gali užtraukti teisinę atsakomybę.
  3. Gydytojas neturi įpareigojimo neleisti pacientui naudoti DIY. Jis neturi niekam pranešti, tačiau privalo išaiškinti pacientui apie galimas rizikas ir tai dokumentuoti. Gydytojas neturi teisės rekomenduoti DIY arba patarinėti su tuo susijusiais klausimais.

Kokios yra su DIY susijusios rizikos?

  1. Dėl NGJ klaidos algoritmas suleidžia baisų kiekį insulino. Taip NEgali būti. Tik pažengusiems (labai pažengusiems!) OpenAPS/AndroidAPS naudotojams leidžiama naudoti algoritmo dalį, kuri pati dozuoja insuliną mikrobolusais (SMB). Žinoma, gali įvykti klaida. Tačiau daug labiau tikėtina, kad dėl tokios klaidos PATS žmogus susileis baisų kiekį insulino, o ne saugiklių prikišta sistema. Jei NGJ rodo nepatikimai ir į tai niekaip nereaguojama (nekalibruojama, nekeičimas sensorius), tai bet kuriuo atveju veda į klaidas. Skirtumas tik toks, kad DIY sistemoje veikia įvairūs saugikliai, tuo tarpu vartotojas pats gali susileisti tikrai pavojingai daug.
  2. Algoritmas negali kontroliuoti pompos dėl ryšio klaidos (išsikrovė telefonas, sugedo radijo prietaisas). Šiuo atveju pompa tuoj pat grįžta į suprogramuotą bazinį greitį. Kitaip tariant, tampa tokia pat, kokia buvo nenaudojant DIY.
  3. Vartotojas blogai apskaičiavo anliavandenius arba išvis pamiršo apie juos pranešti sistemai. Lygiai tokias pat pasekmes turėsim ir be DIY. Tiesiog algoritmas dar gerokai pasistengs, kad cukrus nekiltų arba nekristų taip labai daug, kaip nutiktų, jei jo nebūtų.
  4. DIY vartotojas padarė baisią autoavariją. Ar su DIY, ar be jos – tai yra pompos terapija. Ar pompos gamintojas atsako už vartotojo avarijas? – ne. Ar NGJ, pompos ir telefono naudojimas pagal paskirtį padidina avarijų riziką? – ne. Tai prie ko tada DIY?
  5. Vartotojas nenori bendradarbiauti su sistema – sekti gliukozę, skaičiuoti angliavandenius. Tai patikimas signalas, kad DIY sistemos tokiam žmogui naudoti negalima. Kaip ir viso kito (pompos, NGJ).

Jei visa tai Jums atrodo siaubingai, bet Jūs vis tiek norite dirbtinės kasos, lieka vienintelis kelias – investuoti (nemažai) į komercinę sistemą. Tačiau žinokite, kad komercinė sistema geba žymiai mažiau ir yra daug labiau pritaikyta visiems, o ne konkrečiai Jums. DIY sistemos yra pranašesnės:

  • Daugiau individualiai derinamų parametrų: pageidaujama tikslinė glikemija (komercinėje sistemoje ji nederinama – 6,7 mmol/l), individualiai pritaikyti padidinti (pvz.: sportuojant) ar sumažinti (prieš valgį) laikinieji gliukozės tikslai (komercinėje sistemoje yra tik vienas laikinas pasirinkimas – 8,3 mmol/l);
  • Galimybė pasirinkti ir tarpusavyje derinti skirtingų gamintojų insulino pompas, įvairius NGJ;
  • Galimybė realiu laiku matyti sistemos veiksmus ir skaičiavimų logiką (pateikiamose ataskaitose ir grafikuose). Kadangi gliukozės kitimo ir insulino veikimo prognozės labai priklauso nuo vartotojo įvestų individualių parametrų, ši galimybė leidžia greičiau atrasti klaidas ir jas ištaisyti. Komercinėje sistemoje algoritmo veikimas yra paslėptas nuo vartotojo, ekrane matomas tik rezultatas;
  • Kontroliuojantis algoritmas veikia vartotojo išmaniajame telefone, kurio ekrane matoma gliukozės kreivė ir įvedami reikalingi maisto ar insulino duomenys;
  • Galimybė kontroliuoti ir valdyti sistemą per atstumą (pvz.: sergančio mažo vaiko tėvams). Tai reiškia ne tik galimybę matyti gliukozės duomenis, bet ir nuotoliniu būdu įvesti maisto ir insulino duomenis, suleisti bolusus;
  • DIY sistemas kuria ir tobulina savanoriai, tiesiogiai susiduriantys su diabeto iššūkiais (sergantys patys arba turintys sergančius vaikus, artimuosius), o jų vartotojai sudaro didelę, nuolat augančią bendruomenę, gebančią labai greitai pastebėti bet kokius programinius trūkumus ar klaidas;
  • Jei vartotojas visus sistemos komponentus (pompą, NGJ, išmanųjį telefoną) perka už savo lėšas, pradinė DIY sistemos kaina yra nuo 2 iki 10 kartų mažesnė

Komercinės Closed Loop sistemos privalumai

  • Garantinis aptarnavimas, remontas, neveikiančios sistemos pakeitimas nauja;
  • Kontroliuojantis algoritmas yra pačioje pompoje, todėl nereikalingas išmanusis telefonas;
  • Tai produktas, oficialiai patvirtintas kontroliuojančių institucijų, tuo tarpu DIY sistemos nėra oficialiai pripažintos, jų vartotojai privalo prisiimti pilną atsakomybę už savo sveikatos pokyčius, susijusius su naudojama sistema;
  • Tai produktas, kuris veikia nuo pat pirmojo įjungimo. DIY sistemą kiekvienas vartotojas turi susikurti ir sujungti pats. Tam reikalingos minimalios žinios apie kompiuterines technologijas bei skirtingų komponentų sujungimą į vieną sistemą.

Ko trūksta iki tikros dirbtinės kasos? 

  1. Tobulesnio insulino. Visi šiuo metu naudojami greitai veikiantys insulino analogai veikia žymiai lėčiau, nei natūralus, kasos išskiriamas insulinas. Ypač greito veikimo Fiasp suteikė naujų vilčių, tačiau nepaisant staigios veikimo pradžios, jo poveikio maksimumas pasiekiamas tik po 1 – 3 val., t. y. žymiai vėliau, nei pakyla glikemija pavalgius. Kiek pranašesnis yra Lyumjev, tačiau jis turi gana nemalonių šalutinių poveikių (odos dirginimą, skausmą injekcijos vietoje ir kt.), todėl irgi tinka ne visiems.
  2. Papildomo hormono, galinčio veikti priešingai insulinui, jei jo yra per daug net Closed Loop išjungus bazės tiekimą. Vykdomi įvairūs tyrimai su amilinu ir gliukagonu, tačiau rezultatų dar reikės palaukti.
  3. Dirbtiniu intelektu papildyto algoritmo. Kai kurie DIY Closed Loop algoritmai geba gana efektyviai reaguoti į glikemijos kitimą net vartotojui neįvedus jokių duomenų apie maistą ar fizinį aktyvumą, tačiau visiškai automatinei dirbtinei kasai to dar per maža. Ties šiuo klausimu DIY bendruomenė jau dirba 🙂

Nuorodos:

  1. Dana Lewis | DIYPS.org
  2. DIYPS.org | #WeAreNotWaiting to make the world a better place
  3. MiniMed 670G Insulin Pump System | Medtronic Diabetes
  4. Pasidaryk pats APS/
  5. Welcome to Loop
  6. Welcome to OpenAPS’s documentation! — OpenAPS 0.0.0 documentation
  7. Welcome to the AndroidAPS documentation — AndroidAPS 2.7 documentation
Skip to content