یک پانکوم مصنوعی چیست؟

یک پانکراس مصنوعی که به طور رسمی به عنوان یک سیستم تحویل انسولین حلقه بسته شناخته می شود، دستگاهی است که تنظیم گلوکز خون را برای افراد مبتلا به دیابت نوع 1 خودکار می کند، سه جزء ضروری را ترکیب می کند: یک مانیتور گلوکز مداوم (CGM) که میزان گلوکز بین رشته ای را در زمان واقعی اندازه گیری می کند، یک پمپ انسولین که دوزهای دقیق انسولین را ارائه می دهد، انسولین و یک الگوریتم کنترل می کند که داده های ثابت را در هنگام تنظیم میزان انسولین تنظیم می کند.

این مفهوم به دهه 1970 با سیستم های بزرگ تختخواب باز می گردد، اما مینیاتوری سنسور ها، پمپ ها و میکروپرپرها سیستم های آمبولانس را امکان پذیر کرده است، زیرا اولین سیستم حلقه بسته هیبریدی تایید FDA را در سال 2016 دریافت کرده و نسل های بعدی عملکرد و قابلیت استفاده را بهبود داده اند. سیستم های مدرن به عنوان سیستم های بسته بسته هیبریدی (HCL) طبقه بندی شده اند زیرا آنها هنوز نیاز به ورودی کاربر برای اعلام کامل غذا و تحقیقات دارند که همه به طور فعال مدیریت سیستم های کنترل گلوکز هستند.

الگوریتم مغز پانکراس مصنوعی است. اکثر سیستم های فعلی از کنترل پیش بینی مدل یا کنترل نسبی محرک با بازخورد انسولین استفاده می کنند.پروژه های منبع باز رویکردهای جایگزین پیشگام دارند، از جمله الگوریتم های مبتنی بر قانون و تکنیک های یادگیری سازگار، الگوریتم باید قوی باشند تا سنسور، تأخیر پمپ، اختلالات غذایی، ورزش، ورزش و تنوع فیزیولوژیکی فردی، بهبود یابد، که این روش های تست طبیعی را تأیید می کند و روش های یادگیری را فراهم می کند.

مزایای منبع باز

توسعه دستگاه پزشکی سنتی به دنبال یک مدل اختصاصی است که در آن الگوریتم ها، سیستم عامل و رابط کاربری به عنوان اسرار تجاری نگهداری می شوند، در حالی که آشنا به تنظیم کنندگان و تولید کنندگان، موانع قابل توجهی را برای چرخه های توسعه نوآوری ایجاد می کند، اعتبار مستقل محدود است و استخر از مشارکت کنندگان محدود به کارکنان یک شرکت واحد است.

برای توسعه پانکراس مصنوعی، باز ارائه می دهد چندین مزیت ساختاری است. اول، پروژه های منبع باز جذب کمک از یک جامعه جهانی از مهندسان، پزشکان، دانشمندان داده و بیماران.این تنوع از تخصص سرعت حل مسئله و معرفی رویکردهای جدید که ممکن است در یک سازمان سیلویزه ظهور نمی کند، دوم، شفافیت تأیید مستقل از ایمنی الگوریتم و عملکرد توسط هر حزب واجد شرایط، که برای ایجاد یک راه حل حیاتی است که بلافاصله حل باز می شود، هنگامی که یک گروه سوم را حل باز می کند.

مدل منبع باز نیز با الزامات اخلاقی تحقیقات پزشکی هماهنگ می شود. بیماران حق دارند سیستم هایی را که سلامت آنها را مدیریت می کنند درک کنند. سیستم های پانکراس مصنوعی منبع باز به کاربران این توانایی را می دهد تا بررسی، سفارشی سازی و حتی بهبود تکنولوژی مورد اعتماد، تقویت اعتماد و تعامل که جعبه های اختصاصی نمی توانند مطابقت داشته باشند، به ویژه در مراقبت های دیابت مهم است، که بیمارانی که ده ها تصمیم گیری روزانه و سزاوار کمک به سیستم های خودکار می کنند.

چگونه نرم افزار منبع باز سرعت توسعه را افزایش می دهد

نرم افزار منبع باز به توسعه دهندگان و محققان در سراسر جهان اجازه می دهد تا همکاری کنند، ایده ها را به اشتراک بگذارند و الگوریتم ها را به سرعت بهبود بخشند.این باز منجر به نوآوری سریع تر در مقایسه با سیستم های اختصاصی می شود که اغلب توسط منابع شرکت و چرخه های به روز رسانی کندتر محدود می شوند، زمانی که کد باز است، یک اشکال کشف شده در یک بخش از جهان می تواند توسط یک قاره دیگر در عرض چند ساعت ثابت شود.

ماهیت تحریک کننده توسعه متن باز به ویژه به چالش های طراحی الگوریتم پانکراس مصنوعی است. الگوریتم ها باید با فیزیولوژی فردی بیمار سازگار شوند که به طور گسترده ای در طول سن، سطح فعالیت، حساسیت به انسولین و شیوه زندگی محدود می شود.پروژه های منبع باز می توانند به روز رسانی های مکرر را آزاد کنند، داده های عملکرد واقعی را از کاربران جمع آوری کنند و مدل های خود را به طور مداوم اصلاح کنند.

علاوه بر این، پلتفرم های منبع باز مانع ورود به محققان دانشگاهی و استارتاپ های کوچک را به جای ساخت یک سیستم کامل از ابتدا کاهش می دهند، می توانند از پایه های کد منبع باز استفاده کنند، بر نوآوری های خاص خود تمرکز کنند و به بهبود جامعه کمک کنند.این اکوسیستم مشارکتی سرعت کشف و ترجمه را به ابزارهای بالینی تسریع می کند.

مزایای منبع باز در تکنولوژی پزشکی

همکاری همکاری

محققان و توسعه دهندگان می توانند به کد بررسی و اطمینان از استحکام و ایمنی کمک کنند. فرایند همتا در جوامع منبع باز اغلب رقبا را در مجلات علمی برای سخت افزار بررسی می کنند، هنگامی که کارشناسان مستقل چندگانه کد پایه یکسانی را از دیدگاه های مختلف بررسی می کنند، خطاهای ظریف به سرعت گیر می آیند و دانش جمعی جامعه به اطلاع از تصمیمات طراحی مصنوعی می پردازد، که در آن خطاهای گشت و گذار می تواند روند امنیت تک نفره را تکرار کند که نمی تواند یک فرآیند ایمنی را بررسی کند.

مدل مشترک همچنین به تحقیقات بالینی گسترش می یابد. پروژه های منبع باز اغلب مخازن مشترک داده های دنیای واقعی، شناسایی و در دسترس برای تجزیه و تحلیل توسط هر محقق را تسریع می کند.این داده ها نسل شواهد در مورد ایمنی سیستم و اثربخشی، که به نوبه خود پشتیبانی از ارسال های نظارتی و پذیرش بالینی.

شفافیت شفافیت

کد باز اجازه می دهد تا تست و اعتبار کامل، ضروری برای دستگاه های پزشکی. بیمار و پزشکان می تواند دقیقاً بررسی کند که چگونه سیستم تصمیم گیری می کند، اعتماد به نفس که دستیابی به الگوریتم های اختصاصی جعبه سیاه دشوار است، این شفافیت به ویژه برای سیستم هایی که تحویل انسولین را خودکار می کنند، که در آن خطا می تواند عواقب جدی داشته باشد.

شفافیت همچنین امکان حسابرسی امنیتی مستقل را فراهم می کند. دستگاه های پزشکی به طور فزاینده ای به شبکه ها و گوشی های هوشمند متصل می شوند و سطوح بالقوه حمله را ایجاد می کنند.کد منبع باز می تواند توسط محققان امنیتی در سراسر جهان مورد بررسی قرار گیرد و آسیب پذیری هایی که به سرعت شناسایی و وصل شده اند نسبت به سیستم های منبع بسته، این مدل امنیتی مبتنی بر جامعه در سایر حوزه ها موثر بوده و به همان اندازه در تکنولوژی پزشکی ارزشمند است.

هزینه

منابع مشترک هزینه های توسعه را کاهش می دهند، سیستم های پیشرفته قابل دسترس تر می شوند.پروژه های پانکراس مصنوعی منبع باز اغلب از سخت افزار کالا و الگوریتم های در دسترس عمومی استفاده می کنند، و هزینه سیستم نهایی را کاهش می دهد.این قابلیت دسترسی به بیمارانی که ممکن است قادر به پرداخت سیستم های تجاری گران قیمت نیستند، به ویژه در سیستم های بهداشتی که بیمه محدود است. پس انداز هزینه فراتر از دستگاه باز گسترش می یابد، ابزار های مالی کوچکتر را کاهش می دهد و به محققان کمک می دهد تا منابع مالی محدود و موسسات مالی را به موسسات مالی محدود می دهد.

نوآوری نوآوری نوآوری

کمک های معکوس منجر به راه حل های جدید و حل سریع مشکل می شود. جوامع منبع باز دیدگاه های مهندسی، پزشکی، علوم داده و حمایت از بیمار را گرد هم می آورند، ایجاد یک زمینه بارور برای نوآوری مانند حالت خواب، تشخیص ورزش، استفاده از غذا خودکار و تنظیم الگوریتم شخصی شده از کمک های جامعه به جای نقشه راه های شرکت ظاهر شده است.

قدرت بیمار

سیستم های منبع باز به بیماران و مراقبان در مورد درمان خود می دهند.آنها می توانند تنظیمات را سفارشی کنند، به توسعه کمک کنند و در فرآیند علمی شرکت کنند.این توانمندسازی به طور جزئی نشان داده شده است که تعامل و نتایج را در مدیریت بیماری مزمن بهبود می بخشد. کاربران سیستم های پانکراس مصنوعی منبع باز رضایت بیشتری را گزارش می دهند و اعتماد به نفس در مقایسه با کسانی که از سیستم های حلقه تجاری استفاده می کنند، به این دلیل که چگونه سیستم و عملکرد خاصی از آن دارند.

تاثیر دنیای واقعی

پروژه های منبع باز مانند OpenAPS نشان داده اند که چگونه تلاش های مبتنی بر جامعه می تواند سیستم های پانکراس مصنوعی قابل اعتماد و مقرون به صرفه ایجاد کند، این ابتکارات بیماران و محققان را توانمند کرده اند، سرعت گذار از نمونه های اولیه به برنامه های دنیای واقعی را تسریع کرده اند. آنچه که به عنوان یک حرکت مردمی توسط بیمارانی که با سرعت آهسته توسعه تجاری ناامید شده اند، به یک اکوسیستم تحقیقاتی جهانی تبدیل شده است که بر صنعت و سیاست نظارتی تأثیر می گذارد.

OpenAPS که در سال ۲۰۱۵ راه اندازی شد، یکی از اولین سیستم های پانکراس مصنوعی منبع باز بود.[۱] توسط یک جامعه از بیماران، مهندسان و پزشکانی که یک هدف رایج را به اشتراک گذاشته بودند، ساخته شده بود: ایجاد یک سیستم حلقه امن و موثر که هر کسی می تواند از آن استفاده کند.پی.ه.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک توسط محققان علمی، توسط محققان دانشگاهی، سازگار شده توسط نهادهای تجاری، و به عنوان پایه ای که توسط دیگر تلاش های تحقیق باز شده اند که برای کاربران باز شده اند، بهبود یافته اند و تحقیقات گسترده شده است، بهبود یافته اند، بدون ارائه می تواند به دست آورد، و کنترل اجتماعی را بهبود یافته اند.

تاثیر این پروژه ها فراتر از کاربران فردی گسترش می یابد، آنها داده های دنیای واقعی را ایجاد کرده اند که تحقیقات بالینی را مطلع می کند، ایمنی و اثربخشی سیستم های خود را در مطالعات مشاهده ای نشان می دهد و آژانس های نظارتی را تحت فشار قرار داده اند تا مسیرهایی برای دستگاه های پزشکی منبع باز ایجاد کنند.TheLT:0JDRF اهمیت تحقیقات باز را به رسمیت می شناسد و از نتایج تحقیقات و ارزیابی می کند.

مثال قابل توجه دیگر Tidepool Loop است که تلاش می کند تا یک الگوریتم منبع باز را از طریق ترخیص FDA، ایجاد یک مسیر تنظیم شده برای کد توسعه یافته جامعه، این نشان دهنده یک پل بین اخلاق منبع باز و مقررات دستگاه پزشکی سنتی، به طور بالقوه تنظیم یک سابقه برای پروژه های آینده است.

پروژه های منبع باز کلید

چندین پروژه منبع باز به عنوان رهبران در فضای پانکراس مصنوعی، هر کدام با رویکردهای فنی و ساختارهای جامعه متمایز ظهور کرده اند:

  • OpenAPS - سیستم اصلی باز منبع مصنوعی پانکراس، متمرکز بر ایمنی و قابلیت اطمینان، از یک الگوریتم مبتنی بر قانون استفاده می کند که در مطالعات متعدد معتبر بوده و به عنوان پایه و اساس بسیاری از پروژه های مشتق شده عمل می کند.
  • Loop - یک برنامه مبتنی بر iOS که با CGM و سخت افزار پمپ ارتباط برقرار می کند، برای رابط کاربر پسند و جامعه فعال شناخته شده است.
  • AndroidAPS - یک سیستم منبع باز مبتنی بر Android که قابلیت های مشابهی را به حلقه ارائه می دهد، اما برای اکوسیستم آندروید دسترسی متقابل پلتفرم آن به کاربران که دستگاه های اپل خود را ندارند، گسترش یافته است.
  • Tidepool Loop - نسخه تنظیم شده از الگوریتم حلقه برای انتشار تجاری از طریق FDA ترخیص، هدف از ارائه همان مزایای الگوریتم باز در یک چارچوب تنظیم شده است که پزشکان می توانند تجویز و بیمه پوشش.

هر یک از این پروژه ها دارای نقاط قوت و جامعه خود هستند، اما آنها یک میراث کد مشترک و روحیه مشترک را به اشتراک می گذارند.پیشرفت های ساخته شده در یک پروژه اغلب از طریق اجزای مشترک و مشارکت های پروژه متقابل، نشان دادن قدرت همکاری منبع باز در عمل به دیگران جریان می یابد.

معماری فنی سیستم های منبع باز

درک معماری فنی سیستم های پانکراس مصنوعی منبع باز نشان می دهد که چرا مدل منبع باز به طور خاص موثر است.در هسته الگوریتم است که خواندن گلوکز را از CGM هر پنج دقیقه دریافت می کند و دوز انسولین مناسب را محاسبه می کند. الگوریتم باید انسولین را در هیئت مدیره، روند گلوکز، پیش بینی مسیر گلوکز، و اهداف و محدودیت های کاربر پیکربندی کند.

سیستم های منبع باز معمولاً یک معماری مدولار را با تفکیک روشن بین الگوریتم، رابط سخت افزار و رابط کاربری پیاده سازی می کنند.این ماژولار به مشارکت کنندگان اجازه می دهد تا بدون مختل کردن کل سیستم، کار کنند، به عنوان مثال، یک محقق می تواند یک مدل پیش بینی جدید را توسعه دهد و آن را در برابر رابط های موجود بدون بازنویسی پروتکل های ارتباطی برای CGM و دستگاه های پمپ، آزمایش کند.

معماری مدولار همچنین ادغام مداوم و آزمایش خودکار را تسهیل می کند.پروژه های منبع باز دارای سوئیت های تست گسترده ای هستند که طیف وسیعی از سناریو های فیزیولوژیکی را شبیه سازی می کنند، اطمینان حاصل می کنند که تغییرات کدی رگرسیون را معرفی نمی کنند، این زیرساخت های تست خودکار برای حفظ ایمنی به عنوان پایه کد، و آن را با طبیعت مشترک توسعه متن باز، که در آن منابع آزمایش توسط جامعه کمک می کنند، ممکن می شود.

چالش ها و مسیرهای آینده

علی رغم مزایای آن، توسعه متن باز با چالش های قابل توجهی مواجه است، به ویژه در محیط دستگاه پزشکی تنظیم شده (تحریم تنظیم کننده همچنان دلهره آورترین مانع است. FDA و دیگر نهادهای نظارتی چارچوب هایی برای تولید کنندگان تجاری دارند، نه جوامع توزیع شده از توسعه دهندگان داوطلب، ایجاد امنیت و اثربخشی برای سیستم که کاربران می توانند به تغییر پارادایم های نظارتی جدید و همکاری نزدیک بین قانونگذاران و تنظیم کنندگان کمک کنند.[۱۰] هنوز هم برنامه های نرم افزاری برای ایجاد انعطاف پذیر تر است.

نگرانی های ایمنی مهم است.سیستم های منبع باز ممکن است توسط بیمارانی که فاقد تخصص فنی برای ارزیابی خطرات یا مشکلات عیب یابی هستند، استفاده شوند، اما مسئولیت در نهایت با تنظیمات مختلف سخت افزاری و سفارشی سازی کاربر یک چالش مداوم است. جامعه به مستندات کامل، تست خودکار و بررسی همتا برای کاهش این خطرات متکی است، اما مسئولیت در نهایت با کاربران و ارائه دهندگان مراقبت های بهداشتی آنها ایجاد دستورالعمل های روشن و مطمئن برای کار فعال باقی می ماند.

تداخل پذیری با دستگاه های تجاری یکی دیگر از مسائل مهم است. بسیاری از تولید کنندگان CGM و پمپ ها API های رسمی یا دسترسی به داده ها را ارائه نمی دهند، ایجاد پروژه های منبع باز برای پروتکل های ارتباطی مهندسی معکوس، این یک نژاد اسلحه به روز رسانی ایجاد می کند و می تواند منجر به بی ثباتی شود، زمانی که تولید کنندگان حمایت از سیستم عامل خود را برای استانداردهای باز تغییر می دهند و قابلیت همکاری یک کلید برای توسعه دهندگان است.

به جلو، چندین روند آینده توسعه پانکراس مصنوعی منبع باز را شکل می دهد.سازمان های تنظیم مقررات شروع به شناسایی و تطبیق پروژه های منبع باز می کنند. ایجاد مسیرهای اختصاصی برای اجزای سازگارتر، یک تغییر به سمت چارچوب های انعطاف پذیر تر است که می تواند نرم افزار توسعه یافته جامعه را در بر گیرد.

همکاری بین جوامع منبع باز و شرکت های دستگاه پزشکی تاسیس در حال رشد است. برخی از تولید کنندگان در حال حاضر ابزار توسعه دهنده و دسترسی به داده ها را ارائه می دهند، به رسمیت شناختن که جامعه متن باز می تواند نوآوری را تسریع کند و بازار را برای دستگاه های خود گسترش دهد.این مشارکت ها می توانند بهترین از هر دو جهان را به ارمغان بیاورد: سرعت نوآوری و شفافیت توسعه متن باز با سیستم های کیفیت و تخصص قانونی شرکت های تاسیس شده.

گسترش فن آوری پانکراس مصنوعی به دیگر جمعیت ها، مانند افرادی که دیابت نوع 2 دارند، افراد مبتلا به دیابت حاملگی و جمعیت کودکان، فرصت های جدیدی برای کمک های منبع باز ایجاد می کنند. انطباق الگوریتم برای فیزیولوژیک های مختلف، گروه های سن و شیوه زندگی نیاز به نوع توسعه متنوع، جامعه محور است که در هر چالش های منحصر به فرد برای حل مسئله جامعه باز می کند.

در نهایت، ادغام یادگیری ماشین و هوش مصنوعی به الگوریتم های منبع باز وعده برای کنترل شخصی تر و سازگار تر را دارد. پلتفرم های منبع باز یک بستر آزمون ایده آل برای این تکنیک های پیشرفته ارائه می دهند، که به سرعت پیش بینی و اعتبار دنیای واقعی قبل از اینکه آنها به سیستم های تجاری متصل شوند، اجازه می دهد تا درک کنند که چگونه تصمیم گیری های ایمنی و اطمینان از ایمنی حیاتی است.

نتیجه گیری

نرم افزار منبع باز ثابت کرده است که یک شتاب دهنده قدرتمند در توسعه سیستم های پانکراس مصنوعی است.با فعال کردن همکاری، شفافیت و تکرار سریع، پروژه های منبع باز تکنولوژی تغییر زندگی را به بیماران سریع تر از مدل های اختصاصی سنتی می تواند به دست آورد.معماری، آزمایش جامعه محور و پایگاه متنوع از سیستم های منبع باز ایجاد یک محیط توسعه است که به طور منحصر به فرد برای پیچیدگی و تنوع تحویل انسولین مناسب است.

در حالی که چالش ها در تأیید قانونی، تضمین ایمنی و قابلیت همکاری دستگاه باقی مانده است، مسیر روشن است: رویکردهای منبع باز می تواند نقش به طور فزاینده ای در نوآوری دستگاه پزشکی ایفا کند.موفقیت پروژه هایی مانند OpenAPS، حلقه و AndroidAPS نشان داده است که سیستم های توسعه یافته جامعه می توانند با استانداردهای بالایی از ایمنی و در حالی که ارائه ویژگی های که کاربران ارزش.

برای بیماران مبتلا به دیابت نوع 1، مزایای ملموس و فوری هستند.آنها دسترسی به سیستم هایی که کیفیت زندگی خود را بهبود می بخشد، کاهش بار مدیریت بیماری، و ارائه یک حس آژانس در مورد درمان خود را برای محققان و پزشکان، سیستم عامل های منبع باز ارائه یک اکوسیستم غنی برای کشف، اعتبار و ترجمه برای صنعت دستگاه پزشکی، توسعه باز منبع یک مدل برای نوآوری های سریع تر فراهم می کند که مکمل روش های اختصاصی است.

سفر پانکراس مصنوعی بسیار از کامل است، اما نرم افزار منبع باز در حال حاضر ارزش خود را به عنوان یک کاتالیزور برای پیشرفت نشان داده است، به عنوان چارچوب های نظارتی تکامل، قابلیت همکاری دستگاه بهبود می یابد و تعمیق همکاری، همکاری بین جوامع منبع باز و توسعه دستگاه پزشکی سنتی ادامه خواهد داد به سرعت ورود امن، موثرتر، و قابل دسترس تر سیستم های تحویل خودکار انسولین برای همه کسانی که نیاز به آنها دارند.