糖尿病是世界上最主要的慢性疾病之一，每年導(dǎo)致約150萬人死亡。據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會(huì)（IDF）統(tǒng)計(jì)，僅在2021年，就有數(shù)百萬人死于糖尿病，并且全世界約有5.37億（十分之一）年齡在20至79歲之間的成年人患有糖尿病。糖尿病患者的數(shù)量正以驚人的速度上升，尤其是在低收入和中等收入國家，每4個(gè)成年人中就有3個(gè)患有糖尿病。糖尿病增加的主要原因之一是肥胖，另一個(gè)原因是健康意識(shí)的缺乏。糖尿病會(huì)導(dǎo)致許多其它嚴(yán)重的健康問題，包括心血管疾病、腎臟疾病、神經(jīng)系統(tǒng)損傷和視力障礙。如果人體血糖水平?jīng)]有得到適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)和控制，這些疾病會(huì)進(jìn)一步惡化，引起器官衰竭并最終導(dǎo)致患者死亡。

胰島素是一種由胰腺產(chǎn)生的激素，可調(diào)節(jié)人體內(nèi)的血糖水平（BGL）。糖尿病的發(fā)病原因主要分為兩種，一種是患者的胰腺無法產(chǎn)生足夠的胰島素激素，另一種是患者體內(nèi)細(xì)胞對(duì)胰島素沒有反應(yīng)（胰島素抵抗）。其中，胰島素分泌不足被歸類為1型糖尿病，其高發(fā)人群為兒童；胰島素抵抗則被歸類為2型糖尿??；而懷孕期間罹患的糖尿病屬于妊娠糖尿病。目前，全世界范圍內(nèi)，被診斷為2型糖尿病的患者在所有糖尿病患者中占比最高。糖尿病無法根治，有效的糖尿病管理是糖尿病患者獲得優(yōu)質(zhì)生活的唯一途徑。有效的糖尿病管理包括通過注射或其它給藥方式攝入人工胰島素進(jìn)行治療、鍛煉、謹(jǐn)慎飲食以及經(jīng)常性的血糖監(jiān)測(cè)。

傳統(tǒng)的血糖水平檢測(cè)方法是指尖采血法。由于它可以由患者獨(dú)自完成，因此被稱為自我血糖監(jiān)測(cè)（SMBG）設(shè)備。這是一種基于電化學(xué)原理的血糖監(jiān)測(cè)方法，通過刺破手指，并用試紙吸取幾滴血，便可以在幾秒鐘內(nèi)讀取出一個(gè)血糖濃度值。該方法是患者在家測(cè)量血糖的金標(biāo)準(zhǔn)。然而，這種方法雖然準(zhǔn)確率高，但對(duì)于很多患者來說還是很不方便，因?yàn)橐惶煲獪y(cè)好幾次，且扎手指會(huì)有輕微的疼痛感；另外，血糖檢測(cè)試紙很貴，而且只能一次性使用。這些原因使得每天多次進(jìn)行血糖水平檢測(cè)缺乏可行性，尤其是在低收入國家。另外，這種方法只能實(shí)現(xiàn)每天2-3次的離散檢測(cè)，不能準(zhǔn)確跟蹤血糖濃度在全天范圍內(nèi)的連續(xù)變化。這一現(xiàn)狀促使了無創(chuàng)連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備的開發(fā)。

2004年，美敦力（Medtronic，總部位于美國加利福尼亞州圣何塞）推出了第一個(gè)供糖尿病患者個(gè)人使用的商用連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)（CGM）設(shè)備。隨后，同屬美國加利福尼亞州圣地亞哥地區(qū)的德康醫(yī)療（Dexcon）和雅培糖尿病護(hù)理公司（Abbott Diabetes Care）也相繼推出了連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備，并致力于延長半侵入式貼片的使用壽命和提高設(shè)備的血糖監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性。此后，各行業(yè)紛紛致力于改進(jìn)和更新連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備的精度、壽命和校準(zhǔn)問題。此外，已開發(fā)出的連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備還以圖形界面的形式引入了智能功能模塊，在智能手機(jī)上即可實(shí)時(shí)查看血糖水平的變化，并能通過提示音警示高血糖和低血糖水平。

美敦力的商用連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備

德康醫(yī)療的商用連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備

雅培的商用連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備

然而，盡管連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備已在國際市場上銷售，但其仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。首先，連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備是半侵入式或微創(chuàng)設(shè)備，需要由專業(yè)醫(yī)療人員操作植入。其次，連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備價(jià)格昂貴，使用起來有點(diǎn)復(fù)雜，并且與侵入式血糖監(jiān)測(cè)方法相比其準(zhǔn)確性較低。因此，為了吸引全球市場和大眾消費(fèi)者，連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備需要在準(zhǔn)確性、成本和技術(shù)方面進(jìn)行改進(jìn)。在過去的二十年中，也出現(xiàn)了開發(fā)用于葡萄糖監(jiān)測(cè)的光學(xué)設(shè)備的研究趨勢(shì)，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)成本效益和無創(chuàng)性。目前，許多使用不同技術(shù)的研究工作已經(jīng)顯示出了可喜的成果?？偠灾?chuàng)和無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)有趣的新興研究領(lǐng)域。研究人員的下一步目標(biāo)是通過集成智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，以最小的痛苦或無痛的方法實(shí)現(xiàn)連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，來自巴基斯坦拉合爾管理科學(xué)大學(xué)（Lahore University of Management and Sciences）的研究人員于Sensors期刊發(fā)表了題為“Noninvasive Blood Glucose Monitoring Systems Using Near-Infrared Technology-A Review”的綜述性文章，該文章討論了無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)技術(shù)，并特別關(guān)注了基于近紅外（NIR）技術(shù)的血糖監(jiān)測(cè)研究工作。

圖1 無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)分類

首先，作者們討論了使用不同無創(chuàng)技術(shù)在無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)方面所做的一些研究工作；隨后，作者們簡要介紹了近紅外光譜法；接著，作者們討論了使用近紅外技術(shù)進(jìn)行血糖監(jiān)測(cè)的研究工作，并特別關(guān)注了利用光電容積脈搏波描記法（PPG）特征信號(hào)進(jìn)行血糖監(jiān)測(cè)的研究；最后，作者們對(duì)過往研究的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)討論，并對(duì)無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

圖2 基于微波傳感原理的無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖3 基于940 nm波長近紅外（NIR）透射光譜的無創(chuàng)葡萄糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖4 具有機(jī)器學(xué)習(xí)功能的基于近紅外光電容積脈搏波描記法（PPG）特征信號(hào)的葡萄糖傳感平臺(tái)

此外，針對(duì)過往研究工作，作者們指出了一些關(guān)鍵問題。首先，到目前為止，使用近紅外技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和研究更多地是基于從成年志愿者（健康受試者和患有2型糖尿病的糖尿病患者）那里收集到的數(shù)據(jù)。因而，相關(guān)研究需要擴(kuò)大數(shù)據(jù)收集范圍，以囊括更多的包括1型糖尿病患者在內(nèi)的患有低血糖癥的糖尿病受試者。此外，除了擴(kuò)大受試者范圍，也需要增加受試者的多樣性。因此，應(yīng)鼓勵(lì)不同地區(qū)的志愿者參與。這將有助于為機(jī)器學(xué)習(xí)方法開發(fā)一個(gè)通用的訓(xùn)練模型。同時(shí)，葡萄糖傳感器的再現(xiàn)性也很重要。為了檢驗(yàn)傳感器的再現(xiàn)性，應(yīng)從不同的地區(qū)，跨越數(shù)月的不同時(shí)間點(diǎn)收集數(shù)據(jù)。最后，近紅外PPG信號(hào)容易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影，因此需要更多的研究工作來開發(fā)一個(gè)穩(wěn)定可靠的血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備，以此減輕運(yùn)動(dòng)偽影，從而避免對(duì)人體血糖水平的估計(jì)產(chǎn)生影響。

編輯：黃飛

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