تزریق بدون درد انسولین با کمک AI

طراحی «سامانه پوشیدنی تزریق هوشمند انسولین»، با هدف کاهش خطاهای انسانی در تزریق انسولین و حذف وابستگی به تصمیم‌گیری مداوم بیماران انجام شده و به کمک الگوریتم‌های یادگیرنده، قادر است الگوی متابولیک هر فرد را تحلیل کرده و دوز دارو را به‌صورت پویا تنظیم کند. این سامانه علاوه بر مدیریت هوشمند دیابت، ظرفیت توسعه برای دارورسانی دقیق سایر داروهای حساس را نیز دارد. در ادامه متن مصاحبه علی پورخلیل، عضو هیئت علمی دانشگاه تهران و یکی از برگزیدگان «Iran Ai» در گفت‌وگو با خبرنگار آناتک را می‌خوانید.

ایده طراحی سامانه پوشیدنی تزریق هوشمند انسولین از کجا شکل گرفت؟

ایده این سامانه از یک نیاز واقعی در مدیریت بیماری دیابت شکل گرفت. انسولین دارویی بسیار حساس است که باید با دوز دقیق و در زمان مناسب تزریق شود و این دوز برای هر بیمار بسته به شرایط فیزیولوژیک، رژیم غذایی، فعالیت بدنی و وضعیت متابولیک متفاوت است. در روش‌های رایج، تعیین دوز مناسب تا حد زیادی به تصمیم بیمار وابسته است و همین موضوع می‌تواند منجر به نوسانات شدید قند خون شود.

ما تلاش کردیم سامانه‌ای طراحی کنیم که بتواند تزریق انسولین را به سمت یک درمان هوشمند و شخصی‌سازی‌شده هدایت کند. در این سامانه، با استفاده از پایش مداوم داده‌های فیزیولوژیک بیمار و تحلیل آنها توسط الگوریتم‌های هوش مصنوعی، امکان تنظیم دوز انسولین به صورت دقیق، اختصاصی و متناسب با وضعیت هر فرد فراهم است و فرآیند درمان از یک حالت دستی و تجربی به یک فرآیند داده‌محور و هوشمند تبدیل می‌شود.

محصولی که درحال توسعه آن هستید، چه تفاوتی با روش‌های رایج تزریق انسولین دارد؟

در روش‌های رایج، بیماران معمولاً انسولین را با استفاده از سرنگ یا قلم‌های تزریق و به صورت دستی دریافت می‌کنند. این روش علاوه بر ایجاد درد و ناراحتی، وابسته به مهارت و دقت بیمار است و در بسیاری از موارد به‌ویژه در سالمندان، کودکان یا بیمارانی با سطح آموزش پایین، احتمال خطا در تعیین دوز یا زمان تزریق وجود دارد.

سامانه‌ای که ما در حال توسعه آن هستیم یک پچ پوشیدنی مبتنی بر فناوری میکرونیدل است که می‌تواند دارو را به صورت کنترل‌شده و بدون درد از طریق پوست وارد بدن کند. این سامانه به کمک حسگر‌های پایش فیزیولوژیک و الگوریتم‌های هوش مصنوعی، وضعیت بیمار را تحلیل کرده و دوز مناسب انسولین را به صورت خودکار و شخصی‌سازی‌شده تنظیم می‌کند. در واقع تفاوت اصلی این فناوری با روش‌های سنتی در هوشمند بودن، دقت بالا، حذف وابستگی به تصمیم دستی بیمار و امکان پایش و تنظیم مداوم درمان است.

این سامانه چگونه می‌تواند دوز مناسب را برای هر بیمار تشخیص دهد؟

در این سامانه، تعیین دوز مناسب انسولین بر اساس ترکیبی از داده‌های لحظه‌ای و داده‌های تاریخی بیمار انجام می‌شود. حسگر‌های زیستی موجود در سامانه قادرهستند به‌طور مداوم سطح گلوکز خون و برخی شاخص‌های فیزیولوژیک مرتبط را پایش کنند. این داده‌ها به‌صورت لحظه‌ای به واحد پردازش منتقل شده و مبنای تصمیم‌گیری برای تنظیم دوز دارو قرار می‌گیرند.

در کنار این داده‌های لحظه‌ای، الگوریتم‌های هوش مصنوعی از داده‌های قبلی بیمار نیز استفاده می‌کنند؛ به این معنا که سیستم به‌مرور زمان الگوی پاسخ بدن بیمار به انسولین، تغییرات قند خون در شرایط مختلف و رفتار متابولیک فرد را یاد می‌گیرد. بر اساس این تحلیل‌ها، سامانه می‌تواند دوز تزریق را به صورت پویا و اختصاصی برای هر بیمار تنظیم کند.

نقش هوش مصنوعی در این محصول چیست؟

هوش مصنوعی در این سامانه نقش هسته تصمیم‌گیری را ایفا می‌کند. در مدیریت دیابت، رابطه بین دوز انسولین و سطح گلوکز خون یک رابطه پیچیده و پویا است که تحت تأثیر عوامل متعددی که اشاره شد، قرار دارد. الگوریتم‌های کلاسیک معمولاً بر پایه قواعد ثابت یا مدل‌های ساده ریاضی عمل می‌کنند و توانایی تطبیق سریع با تغییرات فردی بیماران را ندارند.

در مقابل، الگوریتم‌های هوش مصنوعی به‌ویژه روش‌های یادگیری ماشین و یادگیری تطبیقی قادر هستند حجم زیادی از داده‌های بیمار را تحلیل کرده و الگو‌های پنهان در پاسخ بدن به انسولین را شناسایی کنند. این الگوریتم‌ها می‌توانند به‌صورت مداوم از داده‌های جدید یاد بگیرند و عملکرد خود را بهبود دهند. در نتیجه، سامانه قادر است تصمیم‌های درمانی دقیق‌تر و شخصی‌سازی‌شده‌تری اتخاذ کند و به سمت یک سیستم کنترل بسته (Closed-loop) برای مدیریت هوشمند دیابت حرکت کند.

این فناوری تا چه اندازه می‌تواند خطا‌های انسانی در تزریق انسولین، به‌ویژه برای کودکان و سالمندان، را کاهش دهد؟

یکی از اهداف اصلی این فناوری کاهش وابستگی به تصمیم‌گیری دستی بیمار و در نتیجه کاهش خطا‌های انسانی است. در روش‌های سنتی، بیماران باید به‌صورت مداوم سطح قند خون خود را اندازه‌گیری کرده و بر اساس آن دوز مناسب انسولین را تعیین کنند. این فرآیند در بسیاری از موارد با خطا همراه است و برای کودکان، سالمندان یا افرادی که دانش پزشکی کافی ندارند دشوارتر می‌شود.

سامانه هوشمند دارورسانی با خودکارسازی فرآیند پایش و تزریق، بخش عمده‌ای از این خطا‌ها را حذف می‌کند. سیستم به‌طور پیوسته وضعیت بیمار را رصد کرده و بر اساس تحلیل داده‌ها، دوز مناسب را تعیین و تزریق می‌کند. این موضوع نه‌تنها ایمنی درمان را افزایش می‌دهد بلکه فشار روانی و مسئولیت تصمیم‌گیری مداوم را نیز از دوش بیمار و خانواده او کاهش می‌دهد.

با توجه به اینکه بیماران دیابتی سبک زندگی و شرایط جسمی متفاوتی دارند، سامانه شما چگونه به سمت درمان شخصی‌سازی‌شده حرکت می‌کند؟

سامانه‌ای که ما طراحی کرده‌ایم با تکیه بر جمع‌آوری مداوم داده‌های فیزیولوژیک بیمار و تحلیل آنها توسط الگوریتم‌های یادگیرنده، به‌تدریج یک پروفایل اختصاصی از هر بیمار ایجاد می‌کند. این پروفایل شامل الگو‌های تغییر قند خون، پاسخ بدن به انسولین، تأثیر فعالیت بدنی و سایر عوامل متابولیک است.

سامانه پوشیدنی مبتنی بر هوش مصنوعی، دوز انسولین را بدون نیاز به تصمیم‌گیری دستی بیمار و به‌صورت لحظه‌ای تنظیم می‌کند

با استفاده از این داده‌ها، سامانه قادر است رفتار درمانی خود را متناسب با شرایط هر فرد تنظیم کند. به این ترتیب، سیستم به سمت یک مدل درمانی کاملاً شخصی‌سازی‌شده حرکت می‌کند که در آن تصمیمات دارورسانی بر اساس داده‌های واقعی همان بیمار اتخاذ می‌شود.

محصول شما چه مزیت یا نوآوری متفاوتی نسبت به نمونه‌های خارجی دارد؟

یکی از مهم‌ترین نوآوری‌های این سامانه استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته هوش مصنوعی برای مدیریت دارورسانی است. بسیاری از سامانه‌های موجود در بازار، مانند پمپ‌های انسولین یا سیستم‌های پایش مداوم قند خون، اگرچه تا حدی هوشمند هستند، اما معمولاً بر اساس الگوریتم‌های نسبتاً ساده یا نیمه‌خودکار عمل می‌کنند و هنوز وابستگی قابل توجهی به تصمیم‌گیری بیمار دارند.

در سامانه پیشنهادی ما تلاش شده است که یک سطح بالاتر از هوشمندسازی ایجاد شود؛ به‌طوری که سیستم بتواند با تحلیل داده‌های گذشته و داده‌های لحظه‌ای بیمار، رفتار درمانی خود را به‌طور پویا تنظیم کند. علاوه بر این، استفاده از فناوری میکرونیدل برای تزریق بدون درد و طراحی یک پلتفرم چندمنظوره برای دارورسانی، از دیگر مزیت‌های این فناوری محسوب می‌شود.

اکنون پروژه در چه مرحله‌ای قرار دارد؟

در حال حاضر پروژه در مرحله توسعه نمونه اولیه قرار دارد. بخش قابل توجهی از زیرساخت‌های سخت‌افزاری سامانه، از جمله طراحی پچ میکرونیدلی، زیرسامانه‌های میکروسیال برای کنترل جریان دارو و بخشی از ماژول‌های سنسوری، طراحی و پیاده‌سازی شده‌اند. این بخش‌ها در حال حاضر در محیط آزمایشگاهی مورد ارزیابی و بهینه‌سازی قرار دارند.

در کنار توسعه سخت‌افزار، بخش نرم‌افزاری و الگوریتم‌های هوش مصنوعی نیز در حال توسعه و آموزش هستند. در این مرحله تمرکز اصلی بر یکپارچه‌سازی زیرسامانه‌ها، بهبود دقت الگوریتم‌ها و آماده‌سازی سیستم برای انجام تست‌های عملکردی در شرایط شبیه‌سازی‌شده است.

ورود تجهیزات پزشکی هوشمند به بازار معمولاً با چالش‌های جدی مجوز و آزمون‌های بالینی همراه است؛ شما برای عبور از این مسیر چه برنامه‌ای دارید؟

ورود هر فناوری پزشکی جدید به بازار مستلزم طی کردن مراحل دقیق ارزیابی ایمنی، کارایی و اخذ مجوز‌های قانونی است. برای این سامانه نیز برنامه‌ریزی شده است که فرآیند توسعه مطابق با استاندارد‌های بین‌المللی تجهیزات پزشکی انجام شود تا مسیر اخذ مجوز‌های لازم تسهیل گردد.

در مراحل بعدی، پس از تکمیل نمونه اولیه و انجام تست‌های آزمایشگاهی، باید مطالعات پیش‌بالینی و سپس آزمون‌های بالینی مطابق با استاندارد‌هایی مانند ISO ۱۴۱۵۵ و اصول GCP انجام شود. این فرآیند به ما کمک می‌کند تا از ایمنی و اثربخشی سامانه در شرایط واقعی اطمینان حاصل کرده و زمینه ورود آن به بازار تجهیزات پزشکی را فراهم کنیم.

چشم‌انداز شما برای آینده این فناوری چیست؟

اگرچه تمرکز اولیه این پروژه بر مدیریت هوشمند تزریق انسولین است، اما معماری این سامانه به‌گونه‌ای طراحی شده که قابلیت توسعه برای طیف گسترده‌ای از دارو‌های حساس را نیز داشته باشد. بسیاری از دارو‌ها نیازمند رهایش دقیق، کنترل‌شده و متناسب با شرایط بیمار هستند و می‌توانند از چنین پلتفرمی بهره ببرند.

در آینده، با پیشرفت فناوری‌های حسگری و الگوریتم‌های هوش مصنوعی، انتظار می‌رود سامانه‌های دارورسانی هوشمند به یکی از ارکان اصلی پزشکی شخصی‌سازی‌شده تبدیل شوند. این فناوری می‌تواند برای دارو‌های مختلف، از درمان بیماری‌های مزمن تا دارو‌های اضطراری، مورد استفاده قرار گیرد و نقش مهمی در تحول نظام‌های درمانی و مراقبت سلامت ایفا کند.