Table of Contents

عبء العمل المخفي لتكنولوجيا السكري

إنّ أنظمة تحليل الاختبارات الاصطناعية، التي تُعَرف أيضاً بنظم توصيل الأنسولين المغلقة، تمثل أحد أهم التطورات في العناية بداء السكري في العقود الأخيرة، وهذه النظم تجمع بين رصد الغلوكوز المستمر، وضخة النسيج، ومقياس للتحكم في تسليم الأوتوماتيكي، بهدف الحفاظ على مستويات الجلوكوز في نطاق مستهدف، مع الحد الأدنى من التدخل في الآلات.

لماذا مسائل المعايرة في نظم مغلقة

ولا يقيس مراقبو الجلوكوز المستمرون غلوكوز الدم مباشرة، بل يقيسون تركيز البلوكو في السوائل البينية عبر تفاعل انزيمي يولد تيارا كهربائيا، ويتحول هذا التيار إلى قراءة بلوكوزي من خلال خوارزمية معايرة، فالعلاقة بين الإشارة الخام وضغوط الدم الفعلية ليست ثابتة؛ وهي تتغير بمرور الوقت بسبب الحساس

وفي نظام صناعي للبنكرات يعتمد خوارزمية التحكم على بيانات الكيمياء الكيميائية لاتخاذ قرارات آنية بشأن تسليم الأنسولين، وإذا كان جهاز الاستشعار غير دقيق، فإن الخوارزمية ستؤدي الإنسولين على أساس مدخلات معيبة، مما قد تترتب عليه عواقب خطيرة، وبالتالي فإن الاحتياج إلى إعادة الاستخدام ليس مجرداً من حيث القدرة على تحمل عبء العمل، فهو وظيفة ذات أهمية أمنية تضمن وجود ثغرة مقفلة.

بروتوكول المعايرة التقليدية

فطوال سنوات عديدة، تتطلب نظم الإدارة البيئية التجارية معايرة للعصيان يوميا، وتؤدى في أوقات محددة (مثلا عند الاستيقاظ وقبل الوجبات)، وقد حددت بعض النظم معايرة إضافية عندما تتغير الجلوكوز بسرعة أو عندما تكون الثقة في أجهزة الاستشعار منخفضة، مما يفرض عبئا ثقيلا على المستعملين، لا سيما أثناء النوم أو التدريب أو المرض، وقد أظهرت الدراسات أن الالتزام بالاختلاط يتناقص على مر الزمن، مع وجود تحديات في مستوى الإجهاد.

Quantifying the Burden: What Calibration Costs Users

إن عبء المعايرة ليس مجرد تصور، بل هو قابل للقياس عبر أبعاد متعددة، أولا، العبء العملي: يتطلب كل عصيان غسل اليدين، وسرقة الأصابع، وجمع عينة دم، وتطبيقها على شريط اختباري، ويستغرق ذلك دقيقة إلى دقيقتين لكل اختبار، ويقطع أيضا الأنشطة ويمكن أن يكون محرجا في البيئات الاجتماعية أو المهنية، ويحول دون أن يخصص المستخدمون ٤ إلى ٦ عصي في اليوم، وهذا يعني أن يكون الوقت قد كرس للاختبارا.

ثانيا، العبء النفسي: اختبارات العصي مؤلمة وتثير القلق، لا سيما بالنسبة لمن يعانون من رهاب الإبر أو من فصائل حساسة، ويمكن للتذكير المستمر بحالة المرض أن يؤدي إلى حرق السكري، ثالثا، العبء المعرفي: يجب على المستعملين أن يتذكروا معايرة في أوقات محددة، وأن يخططوا حول توقيت الوجبات والتمرن، وأن يفسروا النتائج، وهذا الحمل المعرفي ثقيل بوجه خاص على الأفراد الذين يتحكمون بظروف الصحية المتعددة.

رابعا، العبء الاقتصادي: إن قطع الأصابع والأفران مستهلكة بتكاليف مستمرة، وحتى مع التأمين، فإن نفقات خارج النظام يمكن أن تكون كبيرة، وعندما يؤدي عبء المعايرة إلى اختراق الاختبارات وما ينتج عن ذلك من عدم دقة أجهزة الاستشعار، قد يتعرض المستخدمون لمزيد من التباين في مراقبة الغلوكوز، مما يزيد من خطر التعقيدات وتكاليف الرعاية الصحية العامة.

الأثر على اعتماد البرنامج ونتائجه

ورغم المزايا الواضحة التي ينطوي عليها تسليم الأنسولين الآلي، فإن الكثيرين من المصابين بمرض السكر إما يؤخرون اعتماده أو يتخلون عن التكنولوجيا بسبب الأعباء المعايرة، وتشير البحوث التي تنشر في Diabetes Technology & Therapeutics إلى أن المستعملين الذين يعطون في كثير من الأحيان قدراً أقل من الوقت في النتائج المعايرة وأفضل من عدم وضوحها.

وقد خلصت دراسة أجرتها شركة كليندبيتس إلى أن عبء المعايرة هو ثاني أكثر الأسباب التي استشهد بها لوقف نظم الغلق الهجينة، وذلك وراء ردود فعل الجلد على الارتداد، ووصف المستعملون الشرط بأنه " الإغراءات " ، وهو نظام للحد من عبء العمل في مجال إدارة الاضطرابات، وذلك فقط من أجل تلبية المطالب اليومية الجديدة.

التقنيات المتعلقة بالتقليل إلى الحد الأدنى من عبء المعايرة

واستجابة لهذه التحديات، وضع الباحثون ومصنعو الأجهزة مجموعة من الابتكارات الرامية إلى الحد من الحاجة إلى معايرة يقوم بها المستخدمون أو القضاء عليها، وهي تشمل التحسينات في المعدات، وخوارزميات البرامج، ومعمارات النظم، ونموذجات الاستشعار الجديدة تماما.

أجهزة الاستشعار المصنّعة

أكثر النهج مباشرة في تقليل عبء المستخدم هو القضاء على معايرة المستخدمين بالكامل، أجهزة الاستشعار المعايرة للمصانع تصنع بمواصفات معايرة سابقة للاختبارات التي لا تزال صالحة طوال فترة ارتداء جهاز الاستشعار هذه، وتستخدم هذه أجهزة الاستشعار مراقبة متقدمة للجودة أثناء الإنتاج لضمان اتساق الإشارات ودقة من الصندوق، ومجموعات قياسات قياس الترددات الحرارية Gexcom و G7 على سبيل المثال، هي اختبارات قياسية لا تتطلب

ويزيل معايرة المصانع العبء الأساسي من المستخدم، ولكنه يضع قيودا شديدة على صناعة أجهزة الاستشعار وكيمياء أجهزة الاستشعار، ويجب التقليل من التباين بين أجهزة الاستشعار، ويجب أن تكون الخوارزمية ذات العيار قوية بما يكفي لمعالجة الانجراف المستشعر خلال فترة الارتداء، وقد يتطلب بعض أجهزة الاستشعار على مر الزمن إجراء فحص مقياس للأصابع أحيانا إذا كان النظام يكشف عن وجود شبهات، ولكن هذه هي الاستثناءات.

:: الاكتفاء الذاتي باستخدام التعلم في مجال الآلات

وبالنسبة للنظم التي لا تزال تتطلب معايرة أو للمستعملين الذين يفضلون مرونة أجهزة الاستشعار التي يُعرفها المستخدم، يمكن أن تؤدي خوارزميات التعلم الآلاتي إلى الحد من تواتر وحمولة المعايرة المعرفية، وتتعلم هذه الخوارزميات العلاقة بين إشارة الاستشعار الخام وقيم الغلوكوس المرجعية بمرور الوقت، مع التكيّف مع الخصائص المحددة لأجهزة الاستشعار مثل الانجراف الحساس، والوقت، والتوقيت، والأنماط المثالي.

وقد وضع الدكتور بوريس كوفاتشيف وفريقه في جامعة فرجينيا نظاما موحدا لسلامة الآيس كريم يحفز على التعلم الآلي لمعالجة العيار مع عدد أقل من العصي، ويستخدم نهجهما إطارا بيزيا لتحديث معايير المعايرة في الوقت الحقيقي استنادا إلى بيانات الاستشعار وقياسات المراجع من حين لآخر، وفي تجربة سريرية، حافظ النظام على مراقبة سليمة للغلوكوس مع قياس واحد في اليوم الواحد، مقارنة بالمستوى القياسي.

وتستخدم عمليات التنفيذ الأكثر تقدما التعلم المشرف على الذات، حيث يكشف الخوارزمي عن أخطاء في المعايرة دون علامات واضحة عن طريق تحليل مدى اتساق الإشارات عبر أجهزة الاستشعار المتعددة أو عن طريق الإحالة المرجعية إلى بيانات تسليم الأنسولين، مثلا إذا كان المجس يبلغ عن ارتفاع سريع في الغلوكوز بينما تزيد المضخة الانسولينية بصورة نشطة من التسليم، يمكن تعديل المقياس 24 على نحو يستنتج منه أن الظروف السائدة في هذا الاتجاه هي:

بث الوعي: تجميع نماذج البيانات

إن عملية حرق أجهزة الاستشعار هي تقنية تجمع بين المعلومات من أجهزة الاستشعار المتعددة لإنتاج تقدير أكثر دقة وموثوقية لمستوى الغلوكوس الحالي، وهذا يعني عادة، في سياق برنامج الحاسب الآلي، ضخ البيانات من الكهروديس المتعددة داخل نفس جهاز الاستشعار، يجمع البيانات من جهازين استشعارين مختلفين يتم وضعهما على مواقع مختلفة، أو دمج بيانات التصوير الكيميائي مع إشارات فسيولوجية أخرى مثل معدل القلب، وسلوك الجلد،

ويمكن أن تؤدي أجهزة الاستشعار المتعددة الكتروجات، مثل تلك المستخدمة في نظام الحرق المكثف، إلى قياس الغلوكوس في أعماق متعددة داخل الحيز المشترك بين الحركات، مما يتيح للخواري تصحيح ردود الفعل على الأنسجة المحلية والحركات الأثرية، ويحتاج نظام إيفرسنس إلى فترة فرز أولية، ولكن بعد ذلك يعمل بمتطلبات منخفضة جدا من المقاييس الاختيارية لا تتجاوز 90 يوما.

ويتزايد إدماج أجهزة الاستشعار التي ترتدى على الجسم في معدلات القلب ودرجات الحرارة والنشاط في النظم الإيكولوجية للمصابيح، حيث تبين من خلال وضع اتجاهات الغدد الصمغ - ارتفاع سريع أثناء التمرين مقابل ارتفاع تدريجي بعد أن يكون الوجبة - يمكن للخوار أن يميز بشكل أفضل بين الحساس والتغير البيولوجي الحقيقي، وقد أثبت الباحثون في جامعة كامبريدج أن إضافة بيانات ذات مقياس التراكمي قد قللت من أخطاء المقاييس.

معايرة طبية

حتى عندما تكون الحاجة إلى معايرة، النظم الحديثة يمكن أن تحدد المعالم في بعض الأحيان التي تقلل من التعطل، بدلا من جدول ثابت مرتين يوميا، تحليل الخوارزميات التنبؤية للأنماط التاريخية للمستعمل لتحديد نوافذ الاستقرار الغليقي النسبي، مثلا، إذا كان المستخدم لديه مستويات ثابتة من الغلوكوس في فترة ما بعد الظهر الأولى، يمكن للنظام أن يحفز على النوم في ذلك الوقت بدلا من الحد من الدقة.

وقد تطور نظام مراقبة التانديم - معايير قياس الجودة، مع أنه يتطلب أصلا معايرة منتظمة، بحيث يسمح للمستعملين بالارتقاء بشكل أقل تواترا بدمج نهج " معايرة مرخصة " : ويتتبع النظام الثقة في معايرة تراكمية، ولا يطلب إلا مقياسا للخطأ عندما يتجاوز هامش الخطأ عتبة، ويخفض هذا النهج المستخدم - في الموقع - متوسط الترددات بحوالي 40 في المائة مقارنة بالجداول الزمنية المحددة، وفقا لأرقام الرعاية في العالم الحقيقي.

أجهزة الاستشعار التي تُعدّ طائشة وطويلة العمر

ويؤثر طول الحساسية تأثيرا مباشرا على عبء المعايرة، إذ أن أجهزة الاستشعار التقليدية للذخائر العنقودية متعددة البروم ثنائية الفينيل تستغرق ٧-١٤ يوما، مما يتطلب استبدالا ومعايرة متكررة مع كل جهاز استشعار جديد، إذ أن أجهزة الاستشعار التي تستخدم في التخطيط، مثل Eeversense E3، توفر فترة ارتداء مدتها ١٨٠ يوما، ولأن جهاز الاستشعار يوضع تحت تواتر صغير، فإن عبء الاحترار الأولي أعلى )سلسلة من قياس الأصابع(.

وحتى في فئة أجهزة الاستشعار غير المرتجلة، فإن المصنعين يضغطون على الأطول، كما أن شركة ديكسوم G7 تقدم ارتداء لمدة 10 أيام مع معايرة المصنع، وتستهدف الأجيال المقبلة لمدة 14 يوما أو أكثر، ويقلل كل يوم من فترات الارتداء الممتد من عدد أجهزة الاستشعار وما يرتبط بها من خطوات معايرة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن حياة الاستشعار الأطول تقلل من النفايات والأثر البيئي لإمدادات السكري.

معايرة السكان المتجمعين

ومن المفاهيم الناشئة استخدام البيانات على مستوى السكان في معايرة أجهزة الاستشعار الفردية، وفي نظام السحب الآلي، يمكن تجميع البيانات المغفلة من آلاف أجهزة الاستشعار لبناء " توأم رقمي " من خصائص الاستجابة المستشعرة، وعندما يتم إدخال جهاز استشعار جديد، يبدأ النظام بمعايير معادلة تستند إلى متوسط السكان، ثم يصقلها بعدد أدنى من الإشارات المرجعية التي يوفرها المستخدمون.

وعلاوة على ذلك، يمكن لنماذج التعلم الآلي التي تم تدريبها على مجموعات البيانات الضخمة أن تتنبأ بالطريق العائم للمستشعر استنادا إلى نمط الإشارة المبكر، وإذا كان النموذج يتوقع أن ينتقل جهاز استشعار معين إلى عدم الدقة بحلول اليوم الخامس، يمكن للنظام أن يرسم بصورة استباقية نافذة للتسعير في اليوم الرابع بدلا من انتظار الانجراف لتجاوز عتبة، ويحول هذا النهج التنبؤي معايرة العمل من الصيانة التفاعلية إلى تحقيق الاستخدام الأمثل.

تصميم المستعملين - مركز المستعمل: تبسيط تدفق العمل المعايرة

فإلى جانب التكنولوجيا الأساسية، تقدم المعايرة إلى شؤون المستخدمين بشكل كبير، ومن الناحية التاريخية، كانت الطلقات المعايرة إنذارات بالزهور المعطلة، والإخطارات الاقتحامية، والنوافذ الزمنية الصلبة، وتعتمد النظم الحديثة فلسفة تصميمية أكثر تركيزا على المستعملين، وتُعرض طلبات الاختبار على شاشات أقفال الأجهزة، ويمكن تأجيلها لفترة زمنية قابلة للاختبار، وتخفض فيها أجهزة الاتصال بالأجهزة المستخدمة.

ويجري أيضا استكشاف إمكانية تحديد معايرة الصوت وتدفقات العمل الخالية من الأيدي للمستخدمين ذوي العاهات البصرية أو العجز البدني، وقد قامت هيئة تنمية الحراجة مؤخرا بتطهير نظام يستخدم أوامر الصوت لتوجيه المستعمل عن طريق المعايرة، مما يقلل العبء المعرفي والمادي على الذين يكافحون مع المهام الحركية الدقيقة، وهذه الابتكارات التي تكمِّل التحسينات الفوقية عن طريق جعل الخطوات اليدوية الضرورية غير قابلة للاحتكاك قدر الإمكان.

Clinical Outcomes: does Reduced Caliblibration Burden Improve Glucose Control?

والسؤال النهائي هو ما إذا كان تخفيف عبء المعايرة ينتج نتائج سريرية أفضل، والدليل مشجّع، وتحليلا دقيقا للدراسات التي تقارن أجهزة الاستشعار التي تستخدمها المصانع بالمستشعرات التي يُعيّنها المستخدمون مباشرة، وجد أن أجهزة الاستشعار التي تستخدمها المصانع كانت لها دقة مماثلة (المقياس المميت 8.6 في المائة مقابل 9.1 في المائة) ولكن زيادة كبيرة في رضا المستعملين والوقت المحدد للاستشعار (15 في المتوسط الأطول).

وفي المحاكمات المغلقة الهجينة، حقق المستخدمون الذين عاينوا أقل من مرة في اليوم في المتوسط 72 في المائة من الوقت في المدى المتوسط، مقارنة بنسبة 64 في المائة لمن عاينوا أكثر من مرتين يوميا، وفي حين أن هذا الارتباط قد يعكس جزئيا أن المستعملين الأكثر استقرارا يحتاجون إلى قدر أقل من المعايرة، فإنه يقترح أيضا أن إزالة العبء يمكِّن المستعملين من العمل بشكل أكثر اتساقا مع النظام.

وقد خلصت دراسة أجريت بواسطة Bekiari et al.] بشأن مجموعة " Fiasp-with-APS " إلى أن عادات معايرة المستخدمين هي أقوى تنبؤات الوقت بعد خط الأساس HbA1c.() وقد كان لدى المشاركين الذين عاينوا على فترات الموصى بها 5.2 نقطة مئوية أعلى من الوقت في المعالم مقارنة بمن تأخروا الأثر الاختلاط.

الاعتبارات التنظيمية والمتعلقة بالسلامة

يجب أن لا يكون تخفيف عبء المعايرة مضراً بالسلامة، فهيئة إدارة الأغذية والأمن وغيرها من الهيئات التنظيمية تتطلب أن تستوفي نظم إدارة الجمارك معايير دقيقة محددة أثناء اللبس الأولي وعلى حياة جهاز الاستشعار، ويجب أن تثبت النظم المُعينة على أساس عوامل الإنتاج أن دقتها لا تتدخل من جانب المستخدمين، بما في ذلك في سيناريوات صعبة مثل التغيرات السريعة في قياس الجلوكوس، أو ارتفاع عال، أو أثناء الممارسة، وأن المسار التنظيمي لنظم المعايرة يتضمن دراسات سريرية واسعة النطاق

ومن بين النهجين اللذين يكتسبان المواصفات " خال من المعايرة " ، مثلا، يعتبر " Dexcom G6 " خاليا من المعايرة بالنسبة لمعظم المستعملين، ولكن تحذيرا يفيد بأن بعض المرضى قد يحتاجون إلى معايرة إذا حدثت أخطاء في الاختبارات، وهذا يوازن بين الأمان والاستقلالية للمستخدمين، وقد نرى في المستقبل التثبت من القياس الأحيائي (مثلا، يتطلب مستوى أدنى من الثقة)

الاتجاهات المستقبلية: نحو معايرة مستقلة تماما

والهدف الطويل الأجل هو القضاء على معايرة المستعملين بالكامل، ويشير العديد من مسارات البحث الموازية إلى هذا المستقبل.

أجهزة الاستشعار البصرية غير المستخدمة في الغزو

ويمكن أن تقيس أجهزة الاستشعار الضوئية القائمة على نموذج رامان، أو الكشف عن الصور الفوتوغرافية، أو المطياف الحراري، الغلوكوز من خلال الجلد دون إدخال إبرة، وبالتالي تجنب التشويش والانجراف الذي يتطلب معايرة. وقد أظهرت الشركات مثل DiaMonTech ) وجود دقّة نمطية غير متوافرة.

معايرة عن طريق نماذج استخباراتية وسكانية

نماذج الـ "أى إي" التي تتضمن الاتجاهات العالمية، بيانات الطقس، سجلات الوجبات، وراثياً يمكن أن تنبأ بأن أنماط الحساس الفردية العائمة بدقة بحيث تصبح عصي الأصابع المرجعية غير ضرورية، بدلاً من ذلك، تستخدم الخوارزمية بيانات المستعمل التاريخية الخاصة إلى جانب نماذج السكان إلى درجة غير صحيحة، وهذا يجري اختباره بالفعل في نظم بحثية مثل نظام دياس بجامعة فرجينيا حيث يتم تحديث البيانات المرجعية ذات المقياس 9.5٪

نظم الاستشعار الثنائية الهرمونات والمتعددة الأطراف

وتضيف نظم التغريد أو الهرمونات الأخرى قنوات معلومات زائدة، وفي نظام ثنائي الهرمونات، فإن خوارزمية التحكم لديها مصدرين مستقلين للتغذية (التكتل من الأشعة السينية والرد السلوكي إلى الغلوكاغون) مما يسمح لها بالكشف عن أخطاء التوازن، وبالمثل، فإن ارتداء جهازين لفحص الأشعة السينية في وقت واحد (مثلا، واحد على الرصيف).

معايرة المستخدمين - المستأجرين للسكان الضعفاء

فالأطفال والحوامل وكبار السن لديهم فيزياء واضحة للجليد قد تتطلب اتباع نهج معيارية مصممة خصيصا، وقد تكيف النظم المستقبلية تواتر المعايرة وبروتوكولها استنادا إلى بيانات المستخدمين والبيانات الطويلة الأجل، بل وحتى العلامات الوراثية، فعلى سبيل المثال، فإن الحوامل يعانين من تغيرات في التلويكوسي أسرع، وربما يتطلب ذلك مزيدا من المعايرة، ولكن النظام يمكن أن يحدد هذه التغييرات في أوقات مناسبة وأن يستخدم إجراءات للضغط الصوتي لتقليل إلى أدنى حد ممكن من الأعباء.

خاتمة

إن عبء الاحتكاك يشكل عائقاً مستمراً أمام انتشار اعتماد النظم الصناعية لعموم الكاريكراس واستمرار استخدامها، ومع ذلك فإن مسار الابتكار واضح: فكل سنة، تصبح أجهزة الاستشعار أكثر دقة، وتصبح الخوارزميات أكثر ذكاء، وتصبح التفاعلات بين المستخدمين أكثر ازدراء، وتولد أجهزة الاستشعار المعايرة للمصانع، وتسهل عملية التكتل، وتوحيد الحساسات، وتضليل السكان السحابية