无创血糖测量技术：最新进展与未来挑战
2024-07-20 21:59:05   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

糖尿病是一种慢性疾病，患者因体内缺乏胰岛素或对胰岛素的利用存在障碍而无法充分分解血糖。在医疗保健实务中，持续监测血糖水平是对糖尿病进行管理的重要手段。目前，有效的血糖监测装置主要基于采血技术。然而，这种方法可能不适合频繁测量。

据麦姆斯咨询报道，来自印度尼尔玛大学（Nirma University）等机构的研究人员在IEEE Xplore期刊上发表了题为“Non-Invasive Glucose Measurement Technologies: Recent Advancements and Future Challenges”的综述性论文，介绍了各种血糖测量技术。本论文重点讨论了各种无创血糖测量技术及其利用先进医疗技术进行管理的问题。要满足非侵入式系统的血糖监测要求，精确测量装置的配置至关重要。无创血糖监测装置解决了临床测试中需要频繁穿刺采集血样的问题。本论文还讨论了一些用于血糖监测的消费级设备和前沿方法。最后，本论文概述了血糖预测的若干困难和公开挑战。

血糖测量方法概览

血糖测量方法概览

A. 侵入式血糖测量方法

商用电化学传感器广泛应用于持续血糖监测系统。最初开发出的各种商用血糖仪在检测血糖时需要使用采血针穿刺手指以获取血液样本。由于测量过程需要每天从指尖采集血液样本三至四次以上，因此会引起患者的焦虑情绪。用于血糖监测的微创生物传感器是利用葡萄糖氧化酶（GOx）创建的，只需穿刺到皮肤下1毫米即可进行测量。

B. 半侵入式血糖测量方法

一项研究提出了一种采用植入式传感器的半侵入式技术，用于定期监测组织间质液中的葡萄糖水平。这种可穿戴传感器利用基于含有固定化GOx的薄膜制备而成。另一项研究讨论了用于糖尿病管理的带有葡萄糖传感器的人工胰腺系统。微创技术的主要缺点是传感器寿命较短，无法实现长期使用。此外，其使用受环境因素限制。

C. 非侵入式方法

非侵入式无创测量可消除上述所有问题。通过智能医疗技术，无需扎针即可测量血糖。人们探索了许多血糖估算策略。与侵入式和半侵入式方法相比，非侵入式测量更易于实现持续血糖监测。研究发现，使用光学方法进行葡萄糖检测更准确可靠。拉曼光谱法、近红外吸收光谱法、光声光谱法、偏振光旋光法等都是常用的光学技术。研究人员认为，从用户的角度来看，开发非侵入式测量装置更为实用。最近开发的无创血糖检测系统使用血清葡萄糖值进行AI训练，其精确度令人印象深刻。持续人体血糖监测系统的准确性取决于人体血糖与间质液葡萄糖浓度的动态波动。目前，对于便携式装置，研究人员已经探索并实施了多种校准技术。此外，在开发自我监测系统方面，研究人员也已经进行了许多深思熟虑的尝试。

非侵入式血糖监测技术概览

D. 侵入式和非侵入式血糖测量之间的权衡取舍

对于全球日益增多的糖尿病患者来说，目前的血糖监测技术具有侵入性、耗时长、不舒适，而且需要大量一次性用品，不断增加家庭开支等限制因素。非侵入式无创血糖测量技术克服了这些限制，该领域的研究近年来已经有了长足的发展。然而，这两种方法的使用仍然存在一些需要权衡和取舍的方面。

侵入式和非侵入式血糖测量方法之间的权衡

总结

本论文概述了血糖测量的各种策略。作为概念验证，许多方法已在最新技术中得到描述，证明了装置响应与血糖参考值之间的紧密联系。然而，有些技术尚未用于商业目的。有些方法既不准确，也不符合成本效益。本论文对现有技术的讨论包括设计策略、观察到的问题和测量限制。由于现有技术存在一些局限性和问题，本论文还讨论了解决方案方面的进展。本论文的主要重点是展示各种技术及相应的问题和解决方案，以及技术的进步发展。

无创血糖测量的挑战

未来的工作

展望未来，需要开发一种便携、耐用、用户友好的血糖监测装置，以便在全球范围内大规模使用。这种装置应能精确检测所有年龄段人群的血糖水平。病人的数据应该是安全和保密的。只有病人和医学专家才能访问这些数据。此外，这种装置应低功耗，并在患者的血糖水平达到警戒值时向患者发出警告信号。同时，为该装置集成先进的医疗物联网（IoMT）框架是必要的。这种先进的IoMT框架将把未来的测量装置与附近的所有糖尿病护理中心连接起来，以提供最佳护理。具有端到端用户控制和认证功能的安全装置对于血糖监测装置的未来发展也是非常必要的。基于物理不可克隆功能（PUF）的安全框架对IoMT装置非常有利。必须考虑一个合适的医疗保健网络物理系统（H-CPS）与基于区块链的数据和装置管理的有效性。此外，血糖仪应能够与可穿戴装置和食物日记相结合，以跟踪个体对各种膳食和活动的反应。这将使人们能够定制自己的饮食和锻炼计划，以获得更好的表现和健康。

基于IoMT框架的闭环自动胰岛素分泌糖尿病控制系统

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10501933

延伸阅读：

《雅培辅理善瞬感持续血糖监测传感器产品分析》

《糖尿病管理技术及市场-2022版》

《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》