一種使用近紅外照明來(lái)進(jìn)行人體血糖測(cè)定的設(shè)備設(shè)計(jì)

使用光學(xué)傳感技術(shù)評(píng)估血糖水平是監(jiān)測(cè)糖尿病患者的一種有前途的技術(shù)路徑，可能會(huì)成為侵入性血液采樣技術(shù)的替代方案。最近的非侵入性光學(xué)傳感案例包括在終端設(shè)備中集成共焦拉曼光譜儀，當(dāng)糖尿病患者用拇指觸摸設(shè)備時(shí)測(cè)量血糖，然后利用人工智能（AI）計(jì)算出結(jié)果。

濱松光子（Hamamatsu Photonics）的一個(gè)研究項(xiàng)目現(xiàn)已設(shè)計(jì)出一種使用近紅外照明來(lái)進(jìn)行人體血糖測(cè)定的設(shè)備。濱松還開發(fā)了一種新的方法，可以通過(guò)光電體積描記法（PPG）和血紅蛋白分析來(lái)推斷血液中的葡萄糖含量，而不是解決僅通過(guò)光吸收來(lái)測(cè)量血液中的葡萄糖所涉及的困難。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，這項(xiàng)研究論文以“Non-invasive blood glucose estimation method based on the phase delay between oxy- and deoxyhemoglobin using visible and near-infrared spectroscopy”為題，發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)雜志（Journal of Biomedical Optics）》上。濱松團(tuán)隊(duì)在其發(fā)表的論文中評(píng)論道：“目前還沒(méi)有可供日常使用的實(shí)用無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備。為了解決這個(gè)問(wèn)題，使用可見光和近紅外光對(duì)PPG數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)脫氧血紅蛋白相對(duì)于氧合血紅蛋白的相位延遲與血糖水平之間存在高度相關(guān)性。該研究成果可以為將人體血糖測(cè)量功能集成到商用智能手機(jī)和智能手表提供更簡(jiǎn)單的方案。”

這種光學(xué)現(xiàn)象，即“氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白信號(hào)的低頻和振蕩分量之間的異步性”，可以用作無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量的新指標(biāo)，利用實(shí)用且低成本的可見光/近紅外光譜，而不是更昂貴的中紅外光譜。此外，它還應(yīng)該從根本上降低對(duì)環(huán)境因素干擾的敏感性。

為了驗(yàn)證其理論，濱松團(tuán)隊(duì)首先使用商用智能手表中的近紅外傳感器來(lái)測(cè)量受試者飲用不同飲料后的血糖情況。然后使用帶有高亮度LED的定制智能手機(jī)支架進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)。

（a）智能手表實(shí)驗(yàn)單元的后視圖；（b）使用智能手表進(jìn)行指尖血糖測(cè)量的示意圖。

（a）基于智能手機(jī)攝像頭的血糖監(jiān)測(cè)裝置原型；（b）血糖監(jiān)測(cè)裝置原型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

基于智能手機(jī)攝像頭的血糖監(jiān)測(cè)裝置原型的測(cè)試設(shè)置

對(duì)光學(xué)數(shù)據(jù)的分析表明，相位延遲的變化與商用連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)儀（CGM）測(cè)量的血糖水平的變化密切相關(guān)，證實(shí)了涉及氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的代謝指標(biāo)確實(shí)與人體血糖水平密切相關(guān)。

下一步將包括對(duì)糖尿病患者進(jìn)行臨床測(cè)試，以確認(rèn)代謝指標(biāo)在現(xiàn)實(shí)世界中的適用性，但濱松團(tuán)隊(duì)相信，與其它無(wú)創(chuàng)技術(shù)相比，例如使用中紅外光譜或拉曼光譜的血糖監(jiān)測(cè)方法，其技術(shù)已經(jīng)表明血糖監(jiān)測(cè)變得更便宜、更節(jié)能、更簡(jiǎn)單。

濱松Tomoya Nakazawa評(píng)論道：“我們的血糖監(jiān)測(cè)方法可能成為未來(lái)便攜式、易于使用的終端設(shè)備的強(qiáng)大工具。”

審核編輯：劉清