糖尿病是一種慢性疾病，患者因體內(nèi)缺乏胰島素或?qū)σ葝u素的利用存在障礙而無法充分分解血糖。在醫(yī)療保健實務(wù)中，持續(xù)監(jiān)測血糖水平是對糖尿病進(jìn)行管理的重要手段。目前，有效的血糖監(jiān)測裝置主要基于采血技術(shù)。然而，這種方法可能不適合頻繁測量。
據(jù)麥姆斯咨詢報道，來自印度尼爾瑪大學(xué)（Nirma University）等機(jī)構(gòu)的研究人員在IEEE Xplore期刊上發(fā)表了題為“Non-Invasive Glucose Measurement Technologies: Recent Advancements and Future Challenges”的綜述性論文，介紹了各種血糖測量技術(shù)。本論文重點(diǎn)討論了各種無創(chuàng)血糖測量技術(shù)及其利用先進(jìn)醫(yī)療技術(shù)進(jìn)行管理的問題。要滿足非侵入式系統(tǒng)的血糖監(jiān)測要求，精確測量裝置的配置至關(guān)重要。無創(chuàng)血糖監(jiān)測裝置解決了臨床測試中需要頻繁穿刺采集血樣的問題。本論文還討論了一些用于血糖監(jiān)測的消費(fèi)級設(shè)備和前沿方法。最后，本論文概述了血糖預(yù)測的若干困難和公開挑戰(zhàn)。
血糖測量方法概覽
血糖測量方法概覽
A. 侵入式血糖測量方法
商用電化學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于持續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng)。最初開發(fā)出的各種商用血糖儀在檢測血糖時需要使用采血針穿刺手指以獲取血液樣本。由于測量過程需要每天從指尖采集血液樣本三至四次以上，因此會引起患者的焦慮情緒。用于血糖監(jiān)測的微創(chuàng)生物傳感器是利用葡萄糖氧化酶（GOx）創(chuàng)建的，只需穿刺到皮膚下1毫米即可進(jìn)行測量。
B. 半侵入式血糖測量方法
一項研究提出了一種采用植入式傳感器的半侵入式技術(shù)，用于定期監(jiān)測組織間質(zhì)液中的葡萄糖水平。這種可穿戴傳感器利用基于含有固定化GOx的薄膜制備而成。另一項研究討論了用于糖尿病管理的帶有葡萄糖傳感器的人工胰腺系統(tǒng)。微創(chuàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是傳感器壽命較短，無法實現(xiàn)長期使用。此外，其使用受環(huán)境因素限制。
C. 非侵入式方法
非侵入式無創(chuàng)測量可消除上述所有問題。通過智能醫(yī)療技術(shù)，無需扎針即可測量血糖。人們探索了許多血糖估算策略。與侵入式和半侵入式方法相比，非侵入式測量更易于實現(xiàn)持續(xù)血糖監(jiān)測。研究發(fā)現(xiàn)，使用光學(xué)方法進(jìn)行葡萄糖檢測更準(zhǔn)確可靠。拉曼光譜法、近紅外吸收光譜法、光聲光譜法、偏振光旋光法等都是常用的光學(xué)技術(shù)。研究人員認(rèn)為，從用戶的角度來看，開發(fā)非侵入式測量裝置更為實用。最近開發(fā)的無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)使用血清葡萄糖值進(jìn)行AI訓(xùn)練，其精確度令人印象深刻。持續(xù)人體血糖監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性取決于人體血糖與間質(zhì)液葡萄糖濃度的動態(tài)波動。目前，對于便攜式裝置，研究人員已經(jīng)探索并實施了多種校準(zhǔn)技術(shù)。此外，在開發(fā)自我監(jiān)測系統(tǒng)方面，研究人員也已經(jīng)進(jìn)行了許多深思熟慮的嘗試。
非侵入式血糖監(jiān)測技術(shù)概覽
D. 侵入式和非侵入式血糖測量之間的權(quán)衡取舍
對于全球日益增多的糖尿病患者來說，目前的血糖監(jiān)測技術(shù)具有侵入性、耗時長、不舒適，而且需要大量一次性用品，不斷增加家庭開支等限制因素。非侵入式無創(chuàng)血糖測量技術(shù)克服了這些限制，該領(lǐng)域的研究近年來已經(jīng)有了長足的發(fā)展。然而，這兩種方法的使用仍然存在一些需要權(quán)衡和取舍的方面。
侵入式和非侵入式血糖測量方法之間的權(quán)衡
總結(jié)
本論文概述了血糖測量的各種策略。作為概念驗證，許多方法已在最新技術(shù)中得到描述，證明了裝置響應(yīng)與血糖參考值之間的緊密聯(lián)系。然而，有些技術(shù)尚未用于商業(yè)目的。有些方法既不準(zhǔn)確，也不符合成本效益。本論文對現(xiàn)有技術(shù)的討論包括設(shè)計策略、觀察到的問題和測量限制。由于現(xiàn)有技術(shù)存在一些局限性和問題，本論文還討論了解決方案方面的進(jìn)展。本論文的主要重點(diǎn)是展示各種技術(shù)及相應(yīng)的問題和解決方案，以及技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展。
無創(chuàng)血糖測量的挑戰(zhàn)
未來的工作
展望未來，需要開發(fā)一種便攜、耐用、用戶友好的血糖監(jiān)測裝置，以便在全球范圍內(nèi)大規(guī)模使用。這種裝置應(yīng)能精確檢測所有年齡段人群的血糖水平。病人的數(shù)據(jù)應(yīng)該是安全和保密的。只有病人和醫(yī)學(xué)專家才能訪問這些數(shù)據(jù)。此外，這種裝置應(yīng)低功耗，并在患者的血糖水平達(dá)到警戒值時向患者發(fā)出警告信號。同時，為該裝置集成先進(jìn)的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)（IoMT）框架是必要的。這種先進(jìn)的IoMT框架將把未來的測量裝置與附近的所有糖尿病護(hù)理中心連接起來，以提供最佳護(hù)理。具有端到端用戶控制和認(rèn)證功能的安全裝置對于血糖監(jiān)測裝置的未來發(fā)展也是非常必要的。基于物理不可克隆功能（PUF）的安全框架對IoMT裝置非常有利。必須考慮一個合適的醫(yī)療保健網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（H-CPS）與基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)和裝置管理的有效性。此外，血糖儀應(yīng)能夠與可穿戴裝置和食物日記相結(jié)合，以跟蹤個體對各種膳食和活動的反應(yīng)。這將使人們能夠定制自己的飲食和鍛煉計劃，以獲得更好的表現(xiàn)和健康。
基于IoMT框架的閉環(huán)自動胰島素分泌糖尿病控制系統(tǒng)
論文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10501933
