بنیاد: چگونه سیستم های Pancreas مصنوعی کار می کنند

یک سیستم پانکراس مصنوعی جایگزین نیاز به نظارت مستمر قند خون و انسولین می شود، شامل سه عنصر اصلی است که در یک حلقه بسته کار می کنند: یک مانیتور گلوکز مداوم (CGM) که میزان گلوکز روزانه را در هر چند دقیقه اندازه گیری می کند، یک پمپ انسولین که به طور سریع تنظیم می کند، و یک الگوریتم کنترل (که بر روی یک گوشی هوشمند یا یک کنترل اختصاصی) که اغلب به طور مستقیم نیاز دارد، کاهش مقدار کابل های کوچک را کاهش می دهد.

پیشرفت در Miniaturized Glucose Monitors

Cporula بازوی سنجشی از پانکراس مصنوعی است و اندازه آن (LT3) یک مانع عمده برای پوشیدن لباس های محرمانه است. آخرین نسل سنسور ها سیستم های میکرومکانیکی (MEMS) و عناصر سنجش الکتروشیمیایی پیشرفته را که به طور قابل توجهی کوچکتر از سنسورهای تحویل دهنده ی HIXcom G7 هستند دارای یک نرم افزار یک قطعه ای است که 60٪ کوچکتر از قبل است، بنابراین ضخامت آن تقریباً می تواند به طور مشابه با استفاده از یک سنسور کوچک 3 باشد.

Microneedle Technology و Painless Effects

یکی از نوآوری های کلیدی رانندگی مینیاتوراسیون CGM توسعه آرایه های میکرونیازی است.این آرایه ها شامل ده ها تن از سوزن های کوچک، هر کدام کمتر از یک میلیمتر طول، که تنها به لایه بیرونی پوست متصل می شوند، بر خلاف سنسورهای معمولی که نیاز به یک کانولا دارند، سنسورهای قابل توجه کوچک باعث آسیب های بافت حداقل و درد مجازی مانند شرکت های زیستی هستند که به طور همزمان یک سنسور میکروکنی را با استفاده می کنند، حتی یک برش های کوچک تر از جمله قطعات کوچک تر از جمله سیم کشی کوچک تر از آن ها را اندازه گیری می کنند.

Advancing Compact انسولین Pumps

پمپ های انسولین به طور سنتی سنگین ترین جزء از یک پانکراس مصنوعی بوده اند (طراحی پمپ های کوچک (CLT) و مکانیسم های مبتنی بر پیستونی که می توانند انسولین را به عنوان قطعات کوچک تر از 0.025 تولید کنند، اما انتظار می رود که پمپ های کوچک تر و Medtronic، پمپ هایی را معرفی کنند که کمتر از نیمی از ضخامت مدل های قبلی هستند، با استفاده از میکروستبک بالا (شکل 2، و به طور مستقیم).

Pzoالکتریک Micropumps و عملیات بدون لوله

میکروپپچرهای Piezoالکتریک نشان دهنده پیشرفت در مینیاتوراسیون انسولین هستند.این پمپ ها از کریستال های سرامیکی استفاده می کنند که هنگام استفاده از ولتاژ تغییر شکل می دهند، ایجاد یک عمل پمپاژ کوچک بدون نیاز به موتورهای چرخ دنده بزرگ، دستگاه هایی مانند Debiotech و ثابت شده در حال حاضر از چنین پمپ هایی برای ارائه دقت مربوط به پمپ های سنتی استفاده می کنند، اما در یک بسته که متناسب با یک عملیات بدون نظارت است، به طور عمده نیاز به قطع برق معمولی دارند، به قطع و یا قطع کردن خطوط قطع برق، به قطع کردن خطوط پمپ های غیر فعال کردن لباس های غیر معمول، به کاهش می شود، به کاهش می شود، زیرا هیچ کدام از پمپ های پمپ های پمپ های پمپ های پمپ های پمپ های پمپ های پمپ های پمپ های آب و یا محدودیت های آب و یا کاهش می شود.

الگوریتم مینیاتوراسیون: از تلفن ها گرفته تا میکروکنترلرها را اختصاصی کنند

الگوریتم کنترل مغز اتصالات مصنوعی است.سیستم های اولیه نیاز به یک گوشی هوشمند یا یک رایانه دستی اختصاصی برای اجرای مدل های پیش بینی پیچیده دارد.در حال حاضر، الگوریتم مینیاتوریزاسیون الگوریتم های کنترل فوق العاده کم قدرت را بهبود می بخشد که می تواند به طور مستقیم به پمپ یا فرستنده CGM جاسازی شود. ابزارها MSP430 و پردازنده های ARM-M0 برای اجرای یک مدل پردازش یکپارچه (به طور کامل پردازش دستگاه های پردازش) نیاز دارند.

Edge AI و Neuro Network Inference

زمینه رو به رشد هوش مصنوعی لبه، الگوریتم های پیچیده تری را برای اجرای بر روی سخت افزار مینیاتوریزه می کند.با استفاده از شبکه های عصبی سبک بهینه شده برای میکروکنترلرهای ریز - مانند مواردی که توسط TensorFlow Lite Micro ارائه شده است - تولید کنندگان می توانند الگوریتم های مقاوم را پیاده سازی کنند تا اینکه الگوهای حساسیت به انسولین را بدون نیاز به اتصال ابر، این الگوریتم ها، میزان پایه را در پاسخ به ورزش، بیماری یا مطالعه ی کامپیوتری که تنها با تجزیه و تحلیل دقیق تر از چند هفته ی داده های انتقال داده شده در طول می تواند انجام دهد، تنظیم کند.

نوآوری های عامل شکل: ظهور پچ های کاملا یکپارچه

بیان نهایی مینیاتوراسیون یک پانکراس مصنوعی تک پاچ (۱-۱۰) است که در آن سنسور CGM، پمپ انسولین و الگوریتم کنترل همه در یک واحد چسبی که در بدن پوشیده شده است قرار دارد، بدون اینکه به شرکت های بتا بیونیک کمک کند تا یک پچ های کوچک را ذخیره کنند، که در حال حاضر شامل دو بخش جداگانه (یک سنسور و یک پمپ) است، اما ادغام نقاط راه حل آنها به سمت چندین مخزن واحد است که به بررسی دقیق تر از تراشه های میکرو آلوده شده اند.

انعطاف پذیر الکترونیک و زیرمجموعه های کششی

برای دستیابی به پچ های واقعی پوست، محققان به الکترونیک انعطاف پذیر و قابل کشش تبدیل می شوند. ترانزیستورهای فیلم نازک ساخته شده از نیمه هادی های آلی یا اکسید روی گالنیوم (IGZO) می توانند بر روی پلیموئید یا لایه های جامد لس آنجلس که در حال حاضر با اتصال فلز مایع - مانند آلیاژهای گالن - اجازه می دهد اتصالات الکتریکی بدون شکستن مواد سخت افزاری که باعث کاهش لبه های فشار پلاستیکی می شود، چاپ شوند و حتی در حال حاضر نشان می دهد.

مفاهیم برای قابلیت پوشیدن دیسک و تجربه کاربر

مینیاتوراسیون به طور مستقیم به تجارب کاربر بهتر ترجمه می کند. سنسورهای کوچک تر و پمپ ها به معنای کمتر قابل مشاهده تحت لباس، کاهش ننگ اجتماعی و خود آگاهی، به ویژه در میان نوجوانان و بزرگسالان جوان، توانایی پوشیدن دستگاه های پوشیدنی در سایت های کمتر سنتی - مانند بازوی بالا، پمپ بالا، یا پایین - هنگامی که اجزای کوچک و سبک هستند، اجازه می دهد تا به کاربران متصل شود و مانیتورهای کاربر را به طور جداگانه تنظیم کنند و مشاهده می تواند به عنوان نگاه کردن به طور جداگانه به عنوان نگاه کنید.

تاثیر بر فعالیت فیزیکی و اعتماد به نفس اجتماعی

کاربران سیستم های کوچک گزارش افزایش مشارکت در ورزش، شنا و سایر فعالیت های فیزیکی که قبلا با دستگاه های بزرگ به چالش کشیده بودند، گزارش شده در دیابت مراقبت از کودکان و یا مراقبان مراقبت از آن، اطمینان حاصل می کند که 78٪ از بزرگسالان با استفاده از پمپ های پچ احساس اعتماد به نفس بیشتری در عموم نسبت به زمانی که استفاده از پمپ های معمولی کاهش مشخصات تحت لباس به این معنی است که احتمالا کمتر مراقب کودکان و یا کارکنان مراقبت از عملکرد مراقبت از مراقبت های بهداشتی هستند، به جای مراقبت از مراقبت از مراقبت از کودکان است، به جای مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از کودکان و یا کودکان، به دلیل مراقبت از مراقبت از مراقبت های بهداشتی و یا مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از وسایل بهداشتی، به جای مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از وسایل بهداشتی و یا مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از وسایل بهداشتی و یا مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت های بهداشتی و یا مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از وسایل بهداشتی و یا مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از مراقبت از کودکان، به عنوان مراقبت از مراقبت از

مدیریت باتری و عمر و قدرت

یکی از بزرگترین چالش های مینیاتوریزاسیون حفظ عمر باتری کافی است. دستگاه های کوچکتر دارای فضای کمتری برای باتری های پانکراس هستند، اما اندازه گیری مداوم CGM، تحویل انسولین و ارتباطات بی سیم نیاز به انرژی قابل توجهی در قطعات الکتریکی کم انرژی، برداشت انرژی و شیمی باتری به سادگی می تواند جایگزین شود. آخرین فرستنده های CGM از سیستم سفارشی-on-چیپ (بنابراین CC) استفاده می کنند که به طور کامل باتری های شارژ شده است.

شارژ بی سیم و Inductive Fusion

شارژ بی سیم تبدیل به یک ویژگی استاندارد برای دستگاه های پزشکی پوشیدنی شده است، از بین بردن نیاز به کانکتور های در معرض که می تواند ضد آب را به خطر اندازد. کویل شارژ ورودی یکپارچه به پچ اجازه می دهد تا کاربران حلقه را در یک پد شارژ برای چند ساعت در هفته قرار دهند؛ طرح های جدید بدون استفاده از تزریق مجدد که از طریق پارچه کار می کند، کاربران را قادر می سازد تا دستگاه را شارژ کنند و یا نگه داشتن یک باند بدون شارژ دائمی می دارد.

سازگاری و پیشرفت های مادی

مینیاتوراسیون همچنین به مواد پیشرفته ای نیاز دارد که سازگار با زیست، انعطاف پذیر و بادوام هستند (لینک پوست حیاتی است: چسب ها باید دستگاه را برای روزها بدون تحریک نگه دارند؛ غشای سنسور باید در برابر بیوخش و التهاب که می تواند دقت مواد پلیمری جدید مانند سیلیکون را کاهش دهد و پلیترو فلورو گسترش (به عنوان مثال) تنفس قابل اعتماد، اجازه می دهد تا سنسورهای مولد کربن کمتر شوند.

BioFeling Mitigation و دقت بلند مدت

یکی از مسائل مداوم با سنسورهای مینیاتور، تشکیل یک کپسول فیبروس در اطراف لوم سنسور است که می تواند انتشار و کاهش دقت در طول زمان، محققان این را با غشای سنسور پوشش با پلیمر های ضخیم تر تیزتر از آن، و یا هگزان که مقاومت در برابر جذب پروتئین، علاوه بر این، مقدار کمی از عوامل ضد التهابی مانند dexametone می تواند از پوشش های اولیه جدا شود (این سنسور کوچک را به طور قابل اعتماد نگه می دارد).

ملاحظات نظارتی و ایمنی

همانطور که اجزای مصنوعی پانکراس کوچک می شوند، تنظیم کنندگان باید اطمینان حاصل کنند که مینیاتوراسیون، دقت یا ایمنی را به خطر نمی اندازد. FDA راهنمایی های خاصی را برای سیستم های تحویل انسولین خودکار صادر کرده است، تاکید بر مکانیسم های ایمنی ضعیف، یکپارچگی سیگنال و امنیت سایبری (حداقل الگوریتم های بالینی باید به طور کامل تحت شرایط مختلف فیزیولوژیکی - ورزش، غذا، بیماری - برای جلوگیری از پشته انسولین یا فرض تولید کنندگان اولیه، سرعت بخشی از سیستم های کوچک تر شدن، ثابت می کنند، اگر برخی از چند نمونه های کوچک تر از تزریق شده است، ثابت می کنند، نمونه های کوچک تر از آن است که برخی از آن استفاده می کنند، ثابت می شود، به طور کامل تایید شده است.

امنیت سایبری و یکپارچگی داده ها

با ارتباطات بی سیم که برای سیستم های کوچک سازی یکپارچه است، امنیت سایبری به یک نگرانی حیاتی تبدیل می شود (تحریم ها نیاز به رمزگذاری داده ها و پروتکل های تأیید هویت در برابر دسترسی غیر مجاز یا مداخله مخرب دارند. استاندارد انرژی پایین بلوتوث که توسط اکثر دستگاه ها استفاده می شود شامل مکانیسم های جفت سازی و رمزگذاری است، اما تولیدکنندگان باید برای جلوگیری از حملات مجدد یا سیگنال های جاسوسی، از سیستم های امنیتی پیشرفته تر محافظت کنند.

نتایج بالینی و پذیرش کاربر

کارآزمایی های بالینی سیستم های پانکراس مصنوعی مینیاتور بهبود قابل توجهی در کنترل گلیسمیک نشان داده اند.یک متاآنالیز منتشر شده در The Lancet Digital Health 15 مطالعه را بررسی کرده و دریافت که کاربران سیستم های بسته به حداقل رساندن مواد ریزه انسولین به طور متوسط 2.5 ساعت در روز در محدوده گلوکز هدف (70-180 میلی گرم) مصرف شده است در مقایسه با استفاده از این دستگاه های اسکن ثابت و کاهش میانگین زمان محدود.

مسیرهای آینده: یکپارچه سازی انعطاف پذیر الکترونیک و AI

با نگاهی به جلو، مرز بعدی استفاده از الکترونیک انعطاف پذیر و قابل کشش برای ایجاد اجزای مصنوعی پانکراس است که خم شده و با بدن حرکت می کند، ترانزیستورهای نازک فیلم، سنسورهای ارگانیک و اتصالات فلزی مایع می توانند در بستر های سخت افزاری elastomeric قرار بگیرند، به ما اجازه می دهد تا کل دستگاه را به خطوط پوست بدون مسکن های سفت و سخت متصل کنیم.این عادات سخت پلاستیکی را از بین می برد که در حال حاضر باعث می شود تا یک دستگاه کنترل خودکار شود، به طور دقیق و یا دستگاه های کنترل کند.

نتیجه گیری

پیشرفت در مینیاتورسازی اجزای مصنوعی پانکراس نشان دهنده یک تغییر پارادایم در مراقبت از دیابت است.با کوچک کردن CGM، پمپ ها و کنترل الگوریتم ها به عوامل شکل جیبی و اندازه پچ، مهندسان و پزشکان بزرگترین موانع را برای پذیرش کاربر از بین می برند - عمده، ناراحتی و خجالت اجتماعی این دستگاه های پوشیدنی محرمانه در حال حاضر بهبود سطوح Hb1c، کاهش هیپوگلیسمی، کاهش فرکانس مصنوعی، و کنترل انرژی غیر فعال به عنوان زندگی می کنند، به عنوان یک زندگی روزمره، به عنوان یک روش های ساده تر، به عنوان یک زندگی می کنند.