无创血糖测量review
44期：谈谈无创血糖那些事（一）
44期：谈谈无创血糖那些事（一）自我血糖监测（SMBG，Self-Monitoring of Blood Glucose）是糖尿病管理的重要一环，可提供实时血糖信息，有助于及时干预以维持正常血糖水平。
对于糖尿病患者，自我血糖监测（SMBG）具有极重要的临床价值：可以帮助医生及时掌握病情变化，便于为患者制定个体化生活方式和药物干预方案;反映实时血糖水平，发现高血糖，防控低血糖，以评估生活事件和降糖药对血糖的影响;激励患者参与疾病管理，提高依从性。
自我血糖检测的频率随着个人糖尿病管理的情况不同有较大差异。
典型的频率为一周几次到一天一次，甚至一天几次。
血糖仪经过了半个多世纪的发展，历经了数次改进，从干化学方法到电化学方法。
但目前侵入性的有创血糖仪仍然占领了整个血糖检测市场。
由于惧怕疼痛，以及由此引发的心理恐惧，有创的测量方式直接导致极大一部分糖尿病患者放弃固定的血糖检测。
因此，有创血糖仪问世后不久就有学者提出了无创血糖仪的概念，几乎同时就开展了无创血糖仪的研究工作。
无创血糖仪由此也成为了众多科学家心中“皇冠上的明珠”。
可以预见，如果无创血糖仪技术成熟，必将对目前的自我血糖监测（SMBG）甚至动态血糖监测CGMS市场格局产生巨大的影响，说是颠覆性创新一点不为过。
笔者刚入行时便听说了无创血糖仪，并杞人忧天地认为它就像悬挂于有创血糖仪厂家头上的达摩克里斯之剑，会颠覆整个血糖市场格局。
随着对无创血糖监测工作原理的了解，笔者发现一度认为神秘莫测的无创血糖也并非高不可攀，今天我们就从检测原理入手，解开无创血糖仪的神秘面纱。
光（谱）学法当用红外线（也有采用比红外线波长更长的电磁波）照射人体时，与血糖无关的人体组织，如皮肤、骨骼、肌肉、水等将吸收大部分红外线，其余少量代表血糖特征的反射或吸收红外线，称为血糖特征频谱信号，用来提取血糖值。
也有利用葡萄糖的旋光性的偏振检测法。
其原理是光学活性物质致使偏振光的偏振面发生旋转，产生的角度与偏振光在其中传播的光程、波长、温度以及溶液的浓度有关。
无创血糖测量方法综述
无创血糖测量方法综述摘要：糖尿病是一种常见的慢性代谢疾病，与心血管病、癌症并称为人类健康的三大杀手，严重威胁着人类的健康。
糖尿病人自身缺乏对血糖的调节能力，体内的葡萄糖水平易处于正常范围之外。
易导致感染、心脑血管病变、肾衰竭、失明等并发症的产生，因此测量体内血糖浓度对监测糖尿病的病情及发展有着重要的意义。
常规的血糖测量手段需要从静脉(抽血)或者从毛细管(通过针刺患者手指指尖处)取血后，再用血糖分析仪进行测定。
这类方法不仅给病人带来疼痛、存在感染的危险、需要试剂等消耗品，不利于频繁检测。
本文介绍现行无创血糖测量方法，梳理了常见的无创血糖测量方法。
关键词：无创；血糖测量1引言糖尿病是一种常见的慢性代谢疾病，与心血管病、癌症并称为人类健康的三大杀手，严重威胁着人类的健康。
我国是糖尿病患病率增长速度最快的国家之一，糖尿病患病率高达 10%，此外，我国另有 16%的人已处在糖尿病患病前期。
由于糖尿病人自身缺乏对血糖的调节能力，体内的葡萄糖水平易处于正常范围之外。
易导致感染、心脑血管病变、肾衰竭、失明等并发症的产生。
常规的血糖测量手段需要从静脉(抽血)或者从毛细管(通过针刺患者手指指尖处)取血后，再用血糖分析仪进行测定。
这类方法不仅给病人带来疼痛、存在感染的危险、需要试剂等消耗品，关键不适合用于频繁测量。
人们企盼一种准确、无创、简便、快速的方法实现血糖水平的测量，以克服常规测量方法存在的不足。
无创血糖测量技术有望从根本上改善全球数亿的糖尿病患者的生活质量，有效降低日常血糖测量所带来的经济负担。
另外，无创血糖测量技术还可用于重症病房内患者的血糖监控、与血糖代谢异常有关疾病患者的快速筛查、低成本获取全民健康资料等领域，具有非重要的社会和现实意义。
2无创血糖测量方法分类与常规有创血糖测量方法相比，无创血糖测量方法具有以下优点：1)可以避免取血给患者带来的疼痛，提高患者的生活质量；2)无需化学试剂，绿色环保，且能有效降低检测费用；3)无创血糖测量方法适合频繁测量，以保证给药及时，有效降低并发症发病的机率。
无创血糖监测技术的应用
除了糖尿病领域，无创血糖监测技术还有可 能拓展到其他相关领域，如体育健身、健康 管理等。
06
结论与展望
研究成果总结
01
无创血糖监测技术已取得显著 进展，多种方法被研究和验证 ，包括光学、电磁、生物阻抗 等。
02
这些技术在临床试验中表现出 较高的准确性和可靠性，为糖 尿病患者提供了新的血糖监测 手段。
糖。
电阻抗谱法
利用不同频率下生物组织的阻抗 特性与血糖浓度相关的原理进行
检测。
03
无创血糖监测技术应用领域
临床应用
糖尿病患者监测
为糖尿病患者提供一种无痛、便捷的血糖监测方式，有助于及时 调整治疗方案。
围手术期血糖管理
在手术前后对患者进行无创血糖监测，以确保手术安全。
危重症患者监护
实时监测危重症患者的血糖水平，为医生提供及时、准确的诊疗 依据。
校准问题
无创设备与有创方法之间的校准标准尚未统一，导致测量 结果可能存在偏差。
解决方案
采用先进的信号处理算法，减少外部干扰；建立生理状态 变化与血糖波动之间的数学模型，进行实时校正；加强设 备校准，提高测量准确性。
稳定性问题
1 2
长期稳定性
无创血糖监测设备在长期使用过程中，可能因元 件老化、光路偏移等原因导致测量稳定性下降。
国内研究现状
国内在无创血糖监测技术方面的研究起步较晚，但近年来也取得了不少成果，部分研究机 构和企业已经推出了自己的产品。
发展趋势
未来，随着技术的不断进步和市场需求的增长，无创血糖监测技术将朝着更高精度、更便 捷、更智能化的方向发展。同时，该技术还有望与其他健康监测设备集成，形成全方位的 健康管理系统。
性化的血糖管理。
《基于PPG的无创血糖检测系统模型与算法研究》
《基于PPG的无创血糖检测系统模型与算法研究》一、引言随着医疗健康领域的技术发展，无创血糖检测技术已成为研究热点。
传统的血糖检测方法通常需要抽取血液样本，这给患者带来了不便和痛苦。
因此，基于光电容积描记法（Photoplethysmo Graphy，简称PPG）的无创血糖检测系统应运而生，它能够通过非侵入式的方式获取人体血液容积变化信息，进而估算血糖水平。
本文旨在研究基于PPG的无创血糖检测系统模型与算法，以提高无创血糖检测的准确性和可靠性。
二、PPG技术原理及系统模型PPG技术是一种光学检测技术，通过测量人体组织中血液容积变化来反映生理参数。
基于PPG的无创血糖检测系统主要由光源、光电传感器、信号处理模块和算法模块组成。
其中，光源和光电传感器负责采集人体组织中的PPG信号，信号处理模块对采集到的信号进行预处理和特征提取，算法模块则根据提取的特征信息估算血糖水平。
三、算法研究（一）信号预处理PPG信号的预处理是提高无创血糖检测准确性的关键步骤。
预处理过程包括滤波、降噪、基线校正等操作，以消除信号中的干扰因素和噪声。
常用的滤波方法包括数字滤波、小波变换等。
通过预处理，可以提取出更准确的PPG信号特征，为后续的血糖估算提供可靠的数据支持。
（二）特征提取特征提取是利用信号处理方法从PPG信号中提取出与血糖水平相关的特征信息。
这些特征信息可以包括时域特征、频域特征以及非线性特征等。
通过对比不同时间段内PPG信号的特征变化，可以间接推断出血糖水平的变化趋势。
常用的特征提取方法包括傅里叶变换、小波分析、自回归模型等。
（三）血糖估算算法血糖估算算法是无创血糖检测系统的核心部分，其准确性直接影响到整个系统的性能。
目前，常用的血糖估算算法包括多元线性回归模型、神经网络模型等。
这些算法可以根据提取的PPG 信号特征信息，建立血糖水平与PPG信号之间的数学关系模型，进而实现无创血糖检测。
四、实验与分析为验证基于PPG的无创血糖检测系统的准确性和可靠性，我们进行了实验研究。
无创血糖仪产品介绍1《Integrity-Applications》
About Integrity Applications (OTCQB: IGAP)
We are a medical device company focused on the design, development and commercialization of noninvasive glucose monitoring devices for diabetes patients.
Industry begins to produce lower-cost home glucose meters, allowing better access to more patients
Benefits of Frequent Glucose Monitoring
Frequent glucose monitoring is an essential
2
Integrity Applications
Company Overview;
Glucose Monitoring;
GlucoTrack®;
Market Opportunities;
Financial Highlights;
Future Achievements and Milestones.
3
technologies;
Patented proprietary algorithm.
10
Survey results: T1DM & T2DM
11
GlucoTrack® Model DF-F
Main Unit (MU) Personal Ear Clip (PEC)
12
GlucoTrack Unique Approach
近红外无创血糖测量的研究3
(6)
式中 , A n ×p 为光谱矩阵 , Cn ×m为浓度矩阵 ; Tn ×f
为光谱矩阵的得分矩阵 , Un ×f为浓度矩阵的得分矩
阵 , 得分矩阵的列变量之间具有正交性质 ; Pf ×p为
光谱矩阵的载荷 (即主成分) 矩阵 , Qf ×m为浓度矩 阵的载荷矩阵 , 载荷矩阵的行变量之间具有正交性
4 结论
参考血糖浓度值 (mmol/ L) b. 志愿者 2
本文分析了经皮近红外漫反射光谱无创血糖测 量的原理 , 并根据该测量原理 , 构建了近红外光谱 无创血糖检测系统 , 通过测量手掌漫反射光谱来预 测人体血糖浓度 。应用该近红外无创血糖检测系 统 , 文中对 3 名健康青年志愿者进行 OGTT 实验研 究 , 取得较好的测量结果 。三次 OGTT 实验模型的 相关系数分别为 018657 、019488 、019870 , 对各次 实验 模 型 进 行 完 全 交 互 验 证 , RMSEP 分 别 为 0169mmol/ L 、0149mmol/ L 、0154mmol/ L 。
糖尿病及其并发症已成为严重威胁人类健康的 世界性公共卫生问题 。目前还没有根治糖尿病的有 效手段 , 主要是采取控制血糖浓度以预防或减轻并 发症的发生 , 特别是通过频繁地监测血糖浓度并及 时调整口服降糖药物和胰岛素的用量 。在各种血糖 浓度测量方法中 , 近红外光谱无创血糖检测技术具 有检测快速 、无创伤 、不易感染 、无污染等优点 , 是血糖测量技术的发展趋势 , 也是能够真正实现糖 尿病人实时自测血糖的最佳方案1 。利用近红外光 谱分析技术进行人体血糖浓度的无创测量 , 已成为 当前国内外研究的热点课题 。
得到的 P校正求出样品光谱的 T未知 , 再按公式 (6)
求得样品的浓度 :
血糖值的无创监测
无创式血糖传感器的设计原理
原理： 通过人体对近红外线、中红外线或远红外线的频谱分析， 提取血糖值。当用红外线照射人体时，与血糖无关的人 体组织，如皮肤、骨骼、肌肉、水等，将吸收大部分红 外线，余留少量代表血糖特征的反射或吸收红外线，称 为血糖特征频谱信号，可用来提取血糖值。
主要难度： 作为无创血糖值传感器的实现方法之一，研发人员一直 在研究使用中红外区域激光的方法。这种方法利用的是 中红外线被葡萄糖吸收多、被水和醇以外的人体成分吸 收少的性质。但在中红外区域很难提高激光的输出功率， 得不到足够的测定精度（信噪比）。激光的小型化也难
六、利用能量守恒原理进行无创血糖的测量
人体内物质代谢过程就是能量代谢的过程，葡萄糖作为人身 体主要的能源供给物质，在氧气供应充足的情况下，肌体内 会产生下列化学反应：
在这个化学方程式中，作为主要能源物质的葡萄糖的浓度 变化会相应地引起人体代谢的变化，从而影响到人体体温 等生理参数发生变化。因此Ok Kyung Cho等人做出以下假 设：①人体产热=人体散热；②人体处于静息状态，对外 做功等于0；③人体所产生的热量可以通过血糖浓度和氧 容量等生理参数来进行描述；④氧容量取决于血红蛋白浓 度、血氧饱和度和毛细血管的血流量；⑤散热主要方式是 热传导、热对流和热辐射。
能量守恒方法测量流程图
基于中红外激光的无创式血糖传感器
2015年4月，日本原子能研究开发机构（JAEA）开发出了手 掌大小的无创式血糖值传感器。这是借助中红外激光的小型 化、高输出化而实现的，经基础实验确认，能够达到临床需 要的检测精度。 在4月11～13日召开的“第29届日本医学会总会”的学术演讲 部分，JAEA量子束应用研究中心研究主管山川考一在“预防 医疗及其基础技术和分析方法”分会上登台，以“使用中红 外激光的无创血糖仪的开发”为题，详细介绍了该血糖值传 感器。
无创血糖_葡萄糖监测产品注册审查指导原则
无创血糖/葡萄糖监测产品注册审查指导原则本指导原则旨在指导申请人对无创血糖/葡萄糖监测产品（简称“产品”）注册申报资料的准备及撰写，同时也为技术审评部门审评注册申报资料提供参考。
本指导原则是对产品的一般性要求，申请人应依据其具体特性确定其中内容是否适用，若不适用，需具体阐述理由及相应的科学依据，并依据其具体特性对注册申报资料的内容进行充实和细化。
本指导原则是供申请人和审查人员使用的指导文件，不涉及注册审批等行政事项，亦不作为法规强制执行，如有能够满足法规要求的其他方法，也可以采用，但应提供详细的研究资料和验证资料，应在遵循相关法规的前提下使用本指导原则。
本指导原则是在现行法规、标准体系及当前认知水平下制定的，随着法规、标准体系的不断完善和科学技术的不断发展，本指导原则相关内容也将适时进行调整。
参考《医疗器械安全和性能的基本原则》，申请人应明确基本的设计和生产要求，应能设计和生产在医疗器械全生命周期内均能达到预期安全和性能要求的产品。
一、范围本指导原则适用于预期采用无创方式监测人体血糖/葡萄糖的医疗器械设备或系统，对于连续无创血糖监测医疗器械产品也具有一定的参考意义。
本指导原则对产品的结构及组成、检测参数、预期用途、预期使用环境等不做限制。
产品既可以是独立设备，例如，无创血糖仪(Noninvasive Glucose Meter)，又可以作为多参数模块集成在设备或系统中，例如，组合血糖仪(Hybrid Glucose Meter)中的无创模块部分，也可以是穿戴式无创血糖/葡萄糖监测的设备或系统，例如，柔性无创血糖传感器。
本指导原则不适用于有创血糖/葡萄糖监测产品，例如，有创血糖仪、组合血糖仪的有创血糖检测模块（含试纸）、有创的持续葡萄糖监测系统(Continuous Glucose Monitoring,CGM)等。
二、技术审查要点(一)监管信息1.申请表申请人应按照填表要求填写，其中产品名称、结构及组成、产品适用范围应与综述资料、产品说明书的相关内容保持一致。
无创血糖检测方法研究
科学技术创新2019.24无创血糖检测方法研究刘立勋姜晨波（吉林大学珠海学院，广东珠海519000）1概述随着现代人民生活水平的不断提高以及生活质量的不断改善，长期的吸烟饮酒、不当的饮食习惯、过度肥胖、高血脂及高血压等应激因素的增多，使我们国家糖尿病患病率增长的非常迅速。
糖尿病以高血糖为特征，是一种慢性疾病。
传统的有创血糖检测虽然可以作为糖尿病患者保障生命健康的基础，但是检测不便及采血所带来的二次疼痛，导致了糖尿病的并发症患病率大为增加，患者对于糖尿病也是讳莫如深，大大增加了糖尿病的治疗难度，从而难以遏制糖尿病发病率的增长，因此开发无创血糖检测技术具有极其重大的意义。
2人体无创血糖检测发展现状2.1光声光谱法光声效应和热弹性机制是光声光谱法测血糖的两个主要原理。
如果采用一定频率的激光脉冲光源照射人体的组织，放置在组织表面的声波检测器就能检测到跃迁至低能态的光声信号。
那么，利用接收到的样品吸收系数和光声信号幅度间的大小关系，就可检测出人体组织内的血糖浓度。
光声光谱法拥有其它光学方法所不具有的优点：不受被测样本形状和形态的限制，并且具有非常高的灵敏度。
但也就是因为其灵敏度太高，检测仪器的精度达不到医学临床要求。
2.2拉曼光谱法如果某一种物质被激光照射，那么它的光子和分子间就会发生一定的作用，能量也会发生相应的改变，分子也会跃迁到虚态，不过又会即刻回到基态，相应的，这个过程会释放出一定的光子。
其过程所产生的频率比入射光高和低的部分被称为拉曼散射光[1]。
这些与入射光频率发生位移的拉曼谱线的数目、位移大小及长度与分子振动能级或转动能级有所关联。
利用这个原理即可对血糖浓度进行无创血糖检测。
采用拉曼光谱法测量血糖浓度尽管有灵敏度高及测量时间短等优点，但由于拉曼光谱上不同振动峰的重叠、拉曼散射强度容易受光学参数等的影响及拉曼检测信号强度小等原因使得拉曼光谱法的发展非常缓慢，故目前利用拉曼光谱法测量血糖暂时还处在起步阶段。
近红外无创血糖测量——基于耳垂部位检测的可行性研究
学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日
导师签名： 签字日期： 年 月 日
中文摘要
应用近红外光谱分析技术进行人体血糖浓度无创检测有着很高的应用价值。 对于人体，选择合适的测量部位会使近红外测量的精度明显提高。由于耳垂部位 有血流丰富、便于探头固定等优点，易用性较强，本文针对耳垂作为测量部位进 行近红外无创血糖检测的可行性开展了相关研究。 论文在阐述近红外血糖检测中常用的指尖、手掌、前臂，以及本文拟研究的 耳垂的生理结构基础上， 从各部位皮肤的分层厚度角度以及各部分之间血糖浓度 相关性进行了分析；其次，开展了人体口服葡萄糖耐受实验，实验结果表明：耳 垂毛细血管中的血糖浓度变化与前臂静脉全血及指尖毛细血管中的葡萄糖浓度 变化趋势基本相同，相关系数均在 0.8 之上；由此可以认为，从生理学角度，耳 垂作为血糖检测的测量部位是可行的。 采用蒙特卡洛模拟方法， 分别开展了基于耳垂五层皮肤模型在大浓度下和人 体血糖浓度下的仿真，结果表明：此模型下，位置浮动基准点存在，且在大浓度 下受个体差异比在人体血糖浓度下影响较大， 该结果可用于指导无创血糖检测探 头设计中源光纤与探测光纤之间的距离；同时，针对耳垂的结构特性，基于仿真 结果分析了其透射光的分布规律及受个体差异的影响， 并在径向上和耳垂的漫反 射光进行了比较，表明耳垂透射光有较大的应用潜力。 最后，基于耳垂五层模型的仿真数据，以及利用双光纤空间分辨漫反射测量 系统进行的仿体实验数据，分别用基准位置 1.9 mm 的原始光谱数据、在扣背景 处理后和基于浮动基准方法的光谱修正后建立糖浓度预测的多变量模型， 得到的 预测精度呈现递增趋势；针对 1.9 mm 径向位置处的透射光进行糖浓度预测的多 变量模型，其预测精度与基于浮动基准方法进行光谱修正后的模型结果相当。由 此表明在近红外光谱进行无创血糖浓度测量时， 选取耳垂作为测量部位是可行的， 具有较大的应用前景。
无创血糖检测技术研究进展
无创血糖检测技术研究进展作者：周露露来源：《今日健康》2015年第06期【摘要】血糖检测是糖尿病诊断和病情控制的重要手段，目前，无创血糖检测是血糖检测的主要发展方向。
本文将对无创血糖检测技术进行综述，总结无创血糖检测的发展现状，并探讨限制无创血糖检测技术发展的技术难点及其未来研究方向。
【关键词】糖尿病无创血糖浓度文献综述糖尿病是一种以高血糖为特征并伴随多种并发症的全身性代谢异常疾病，根据病因可分为1型糖尿病、2型糖尿病和妊娠糖尿病等。
由于不良的饮食习惯、肥胖人群增加、环境污染等因素，糖尿病已成为一种世界范围流行并呈上升趋势的疾病，在我国亦是如此。
目前，糖尿病的诊断主要依赖于血糖浓度，同时，现行糖尿病疗法也需要监测患者的血糖以及时调整药量[1-3]。
因此，血糖检测技术，尤其是无创血糖检测技术的研究具有重要意义。
本文将对无创血糖检测技术进行综述。
1 无创血糖检测的意义生化血糖检测法和微创血糖检测法是目前主要的血糖检测法。
虽然此两种检测方法业已发展成熟，但检测时需要抽血，属于有创式血糖检测方法；其不但给患者带来痛苦，同时还会产生创口，带来感染的危险，限制了测定血糖的频率，难以实现实时监控[2-3]。
因此，采用新的无创血糖测量技术代替有创式血糖测量技术是近年来的研究热点。
2 无创血糖检测的研究现状目前，无创血糖检测方法主要分为以下几类：（1）基于检测样本的替换的无创血糖检测方法。
该方法以易于获得、含有葡萄糖的其它液体样本代替血样，检测该液体样本中葡萄糖的含量，并根据其与血糖含量之间的关联计算出血糖含量。
目前，该类检测方法主要有：①基于组织液的无创血糖检测方法。
美国Cygnus公司利用反向离子电泳技术测定皮肤渗透液中葡萄糖的含量，对血糖进行连续监测；但该方法只能对采血的测量进行矫正，不能完全取代有血糖检测，并且，由于采用电流刺激的方式提取组织液葡萄糖，该方法容易使皮肤产生红斑甚至是极化[4]。
②基于唾液的无创血糖检测方法。
人体无创血糖测量及研究现状与最新方法
中国科技论文在线人体无创血糖测量的研究现状与最新方法代毅，周山宏，陈康电子科技大学生命科学与技术学院，成都(610054)Email：***************摘要：无创血糖检测仪的研制对糖尿病患者自我监控血糖值有着非常重要的意义，本文详述了当前各种无创血糖检测的技术与原理，分析了每种检测技术的优点和不足之处并且提供了最新的研究成果。
此外，文章还提出了磁共振无创血糖测量的方法，并对这种方法的原理和可行性进行了分析。
关键词：糖尿病；无创检测；血糖；磁共振中图分类号：Th7891引言糖尿病(diabetes)是由遗传因素、免疫功能紊乱、微生物感染及其毒素、自由基毒素、精神因素等等各种致病因子作用于机体导致胰岛素分泌缺陷或胰岛素抵抗(Insulin Resistance，IR：胰岛素是人体胰腺β细胞分泌的降血糖激素。
胰岛素抵抗是指体内周围组织对胰岛素的敏感性降低，外周组织如肌肉、脂肪对胰岛素促进葡萄糖摄取的作用发生了抵抗。
) 而引发的糖、蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱综合征。
在临床上引起的表现是以高血糖为特征的代谢性疾病。
糖尿病是目前较为普遍的一种内分泌疾病，据世界卫生组织估计，到2025 年全世界将有 3 亿糖尿病患者。
在我国随着人民生活水平的不断提高，糖尿病的发病率也呈现出上升趋势，据国家疾病控制中心数据显示，我国的糖尿病患者已经超过三千万。
在临床表现中，糖尿病患者无任何症状，如果未进行血糖测量很难分辨并确诊为糖尿病患者，等到出现症状时一般已经出现了各种糖尿病慢性并发症，因此血糖的测量对预防和治疗糖尿病具有十分积极的意义。
本文的主要内容是阐述了目前主要的无创血糖测量方法并对每种方法加以分析，在文章的最后提出了用磁共振方法测量血糖的可行性说明。
2无创血糖测量技术的发展与现状目前市场上常见的自我检测血糖仪产品可分为三大类创血糖检测仪：包括微创血糖检测仪、无创血糖检测仪和连续式血糖检测仪。
无创血糖近浮动基准参考测量方法的仿体实验验证
无创血糖近浮动基准参考测量方法的仿体实验验证夏丹丹;韩广;于旭耀;李晨曦;刘蓉;蒋景英;徐可欣【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2017(037)006【摘要】In near-infrared non-invasive blood glucose measurement,the signal variation caused by glucose is very weak,vulnerable to human involvement,measuring instruments and environmental changes,limiting the accuracy of non-invasive blood glucose sensing.To address this issue,the group applies the theory of floating reference position to eliminate background interference.However,due to the individual differences and the complexity of human environment,the floating reference positions will vary from person to person.Based on the Monte Carlo simulation of three layer skin model of human palm,the floating reference positions of 1 000～1 700 um near infrared band were found in the vicinity of 2 mm of the radial distance from the light source.So in order to improve the applicability of the floating reference methods in different persons,this paper presents a near floating reference measuring(N-FRM) method.The radial distance 2 mm was chosen as the reference position for background interference's correction,then the effect by phantom experiments is validated.Furthermore select the phantom Intralipid solution with 2％ and 3％ concentration for experiments,whose floating reference positions are close to the skin model of human palm.The resultsshowed that the N-FRM method could reduce the influence of light source drift,improve the repeatability and stability of data.Based on multiple diffuse reflection signal acquisition of 2 ％ and 3 ％ intralipid solutions with different glucose content and the glucose concentration prediction models,and it was found that the regression models' root mean square errors of prediction were reduced by 38.51％～79.98％ and 29.72％～52.22％.The comparison showed that this method could effectively eliminate the common background changes at two measured positions,improve the prediction accuracy of the calibration models.The results of phantom experiments provide a strong support for the application of N-FRM's in vivo measurement.%在近红外无创血糖测量中,由葡萄糖引起的信号变化十分微弱,极易受到人体背景、测量仪器、周围环境等变化的影响,限制了无创血糖检测的精度.针对这个问题,提出应用浮动基准位置理论进行背景变异的校正.但是由于个体的差异性与人体环境的复杂多变性,浮动基准位置会因人而异.通过对人体手掌三层皮肤模型进行蒙特卡洛模拟,发现其在1 000～1 700 nm近红外波段的浮动基准位置基本处于距光源径向距离2mm附近.为了提高浮动基准位置理论在不同人体之间的适用性,提出了一种近浮动基准参考测量方法,即以径向距离2mm处作为参考位置进行背景干扰的修正,并通过仿体实验验证其效果.选取与人体手掌皮肤模型的浮动基准位置较为接近的2％和3％浓度的Intralipid仿体溶液进行实验.实验结果表明近浮动基准修正法可以消减光源漂移对测量结果的影响,提高数据的重复性和稳定性;同时通过对不同葡萄糖含量的2％和3％浓度的Intralipid溶液进行多次漫反射信号采集并建立葡萄糖浓度预测模型,发现修正后的回归模型的预测均方根误差(RMSEP)分别降低了38.51％～79.98％和29.72％～52.22％,说明该方法能够比较有效地消除两个测量位置处共同的背景干扰,提高校正模型的预测精度.仿体实验验证的结果,为下一步近浮动基准参考测量方法的在体测量提供了有力的支撑.【总页数】5页(P1941-1945)【作者】夏丹丹;韩广;于旭耀;李晨曦;刘蓉;蒋景英;徐可欣【作者单位】天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津市生物医学检测技术及仪器重点实验室,天津大学,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】O433.4【相关文献】1.近红外无创血糖测量中径向基准位置的模拟及验证 [J], 杨越;史振志;李晨曦;陈文亮;徐可欣2.浮动基准法无创血糖浓度检测技术 [J], 陈文亮;杨越;徐可欣;马真3.近红外无创血糖检测中基于差动式浮动基准测量的有效信号提取 [J], 韩广;刘蓉;徐可欣4.基于浮动基准法的无创血糖检测实验应用研究 [J], 余辉;齐丹;李恒达;徐可欣;袁卫杰5.近红外无创血糖检测系统信号提取能力的验证 [J], 孔丹丹;韩同帅;葛晴;陈文亮;刘蓉;李晨曦;徐可欣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
无创(EZSCAN)检测糖尿病早期患病风险的新技术
无创(EZSCAN)检测糖尿病早期患病风险的新技术摘要】目的：这项研究在正常糖耐量（NGT）和二型糖尿病人中进行，评估一种新的离子渗透技术（EZSCAN)的设备来检测糖耐量受损和预测未来糖耐量异常的能力。
方法：总共试验了133位二型糖尿病人和41个对照对象，参试者将双手和双脚放在镍电极上，将渐增的低压直流电施加在阳极上，为时2分钟，根据诱发的低压和产生的电流计算ESC，用ROC曲线模型法分析ESC诊断的准确度，用BlandAltman试验分析法评估可重复性。
结果：糖尿病人的手，脚ESC显著降低（分别为±16μsi和67±14μsi），与此对比，对照对象的显著较高（分别为68±16μsi和80±7μsi，P<0.0001）。
ESC数值的灵敏度为75%，特异度为10%，当EZSCAN上标度的阈值设定为5%时，曲线面积为0.88。
手脚测量值的变异系数分别为15%和7%。
结论：EZSCAN的良好灵敏度，特异度和可重复性使它能够成为泌汗运动神经障碍——一种糖尿病人自主神经病的临床表现——评估的替代方法。
这一实验只需不到3分钟，病人不需做任何准备，医生也不需培训。
【关键词】无创；糖尿病；汗腺功能；新技术【中图分类号】R587.1【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2015）07-0242-02糖尿病（DM)几乎是世界所有国家最普通的代谢失调病，发展中国家糖尿病的流行正在加速，年轻人中的发病率正在增加，因受气候，医疗，社会，生活方式等因素的影响，发病率逐渐上升，给公共卫生系统带来很大负担，因此早期检测可以尽早进行干预，减少并发症的发生。
1.资料与方法1.1本项研究包括133个在我院检查过的二型糖尿病人（平均年龄58.9±12.1岁，平均糖尿病龄为14±10年，28%人患神经病，11%的人患视网膜病，7%的患外周神经病，9%的人患心血管并发症，没有人正在使用β一阻滞剂或血管紧张素转换酶[ACE]抑制剂和41个生活在西宁的健康志愿者平均年龄（25.5±6.4岁）对照对象的主要纳入标准是：必须不能有糖尿病危险因素，（年龄小于45岁，经常运动，无直系亲属患糖尿病），空腹血葡萄糖<7mmol/L糖尿病人的纳入标准时：糖尿病的诊断标准为二型糖尿病，至少使用一种口服药。
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总结
红细胞的谱线同全血形状相似，720 nm附近有明显特征 峰， 730nm附近峰位不十分明显，720nm附近特征峰 的峰值强度随红细胞浓度增加而减小，变化趋势同全血一 致。由于全血的720nm荧光肯定不是D葡萄糖特征峰， 而红细胞在此处有明显特征峰，因此全血中720nm附近 特征峰可能是组成红细胞的某些蛋白质引起的荧光效应。 红细胞730nm特征峰不十分明显，弱于全血730nm强度 ，这是由于全血中D葡萄糖浓度较高的缘故，因此可以确 认730nm是D葡萄糖的特征峰，特征峰强度有两部分组 成：红细胞内葡萄糖+血清内葡萄糖。而红细胞内葡萄糖 含量较少，且红细胞葡萄糖含量相对不会发生变化，是相 对稳定的一部分，主要引起血糖浓度变化的是血清内部的 D葡萄糖。如果能在全血谱线中去除红细胞的影响， 730nm荧光就完全是由血清中D葡萄糖所产生(其他因素 影响很小)
光学相干层析法的测量生理基础
• 正常人体血糖的浓度值在3．3 mmol／L到8． 3 mmol／L之间，皮肤的葡萄糖含量相当于血 糖的2／3左右，糖尿病患者的皮肤含糖量可更高 。皮肤中的葡萄糖大部分都集中于真皮组织
• 光源选用近红外光。近红外光线（0.76--1.5微 米）穿透力强，可达10毫米，能直接作用到皮肤 的血管、淋巴管、神经末梢及其他皮下组织
血清中的葡萄糖荧光谱
在730nm附近，峰值强度随D葡萄糖浓度在1．4mmol／L到 32．6 mmol／L之间变化时随之发生有规律的变化
血细胞中葡萄糖的吸收荧光谱
在720 nm附近有明显特征峰， 730 am附近不明显， 吸收强度与葡萄糖浓度成反比
全血中葡萄糖的吸收
全血中720 nm和730 nm区域两个峰位的峰值强度随D葡萄糖浓 度在1．5 mmol／L到16．2mmol／L之间变化时,随葡萄糖浓增 加，730 nm 附近峰值强度逐渐减小
近红外光的特点
• 相对于中红外光，在近红外区域，体液和软组织相对透明 光的穿透力强，是理想的无创检测光谱段
• 近红外光谱包含了绝大多数类型有机化合物组成和分子结 构的丰富信息，不同的基团和同一基团在不同化学环境中 的吸收波长都有明显差别，可以作为分析获取信息的一种 有效载体
• 近红外吸收系数小，可以使用较长的测量光程， 与中红 外相比，样品可以不经稀释，直接测量，消除了涂膜和压 片等复杂的前处理，操作方便。长光程更能反映样品本体 的整体信息。
近红外吸收光谱法
近红外吸收光谱测量原理
• 近红外光谱主要是含X—H(X为C，o，N等)键基团的化 合物在中红外区域基频振动的倍频及合领吸收。含有这些 基团的有机物以及与其结合的无机物样品随着成分含量的 变化，其光谱特征也将随之发生变化。通过化学计量理论 对样品光谱和成分浓度进行关联，建立校正模型然后通过 校正模型和未知浓度的样品的光谱信息来预测样品的组成 • 葡萄糖的主要成份D-葡萄粮C6 H12 O6中有大量的C-H键 和O-H键
• 此吸收光谱中综合了水，葡萄糖，蛋白质等所有 吸收物质在红外光中的吸收作用
各物质对不同波长的近红外光的吸收
• 600-1300nm含的血糖信息不足 • 1300-1520nm 血糖对其的吸收很明显 • 1520-1850nm 散射起主导作用，而且这个区 域中，水和脂肪对血糖的吸收也很明显 • 2000-2500nm 血糖和水，脂肪，蛋白质等对 其的吸引作用都很明显
光学相干层析技术
光学相干层析术(OCT)是一种基于弱相干原理的 非侵入式微米级分辨率的成像技术，通过测量样 本组织微弱的后向散射信号，来得到组织内部的 层析结构．只要能够建立完善的OCT理论信号模 型，通过合适的算法，就能够从OCT信号中法的实验原理图
OCT探测的皮肤深度
1300nm左右的近红外光所测量的血糖 浓度
对葡萄糖水溶液和提取的血清 ，血细胞进行葡萄糖浓度的测 量
对葡萄糖溶液的吸收光谱测量
不同葡萄糖溶液的找红外吸收谱
相对吸收强度与葡萄粮溶液浓度的关系
葡萄糖水溶液的浓度信息可以通过其对应的吸收谱谱线的强度得以表达
含不同D葡萄糖浓度的血清的吸收光谱
(a)空白血清的吸收谱
平均10mg／dL的葡萄糖浓度变化会导致OCT信号的斜率变化1．9％
荧光法
荧光法测量的理论基础
• 室温下正常生物分子处于基态，当吸收外界光能 量后部分分子会跃迁到激发态。部分分子经过弛 豫过程从高能级回到低能级发出荧光 • 血液中存在许多具有固有荧光的分子及基团，如 血红蛋白、芳香氨基酸、脂肪胺等
n n ISF nS 1.52 105
• 葡萄糖浓度c 的增加将引起背景溶液折射率增加，这是 因为组织液的折射率小于葡萄糖的折射率，因此葡萄糖 分子进入组织液后，溶液的折射率将会增加。背景溶液 折射率的增加，使得散射体与散射背景之间的折射率差 减小，从而引起散射系数和散射相函数的变化. • 葡萄糖 减 相对折射率 散射特性 OCT信号衰
无创血糖测量
Contents
1 2 3
研究意义
无创测量的主要方法
无创血糖测量存在的问题
无创血糖测量的研究意义
• 减轻采血痛苦，提高测量次数
• 降低成本，减少环境污染
• 推广其它化学成分的无创检测
无创血糖测量的主要方法
• • • • •
光学相干层析法 荧光法 近红外光谱法 偏光法 拉曼光谱法
光学相干层析法
无创血糖测量存在的问题
• 信号微弱 • 测量条件变化复杂 • 人体生理背景难以定量 尤其是来自人体内部的生理背景噪声，由于其变 化本身具有不可预测性，很难进行单独定量分析 ，是目前血糖无创检测中最大的障碍
(b)不同D葡萄糖浓度的血清的吸收谱
(c)相对吸收强度与 葡萄糖浓度的关系
当以空白血清做参比时，在1010nm区域，不同D葡萄糖含量的血清和不同浓度的 D葡萄糖水溶液的谱线强度同葡萄糖含量之间的关系趋势一致，也同朗伯－比 尔定律相吻合。
不同浓度红细胞的吸收谱
在700nm附近有红细胞的一个特征吸收峰，改变红细胞的浓度，其谱线强度会发生 明显变化，相对血清而言，红细胞的近红外吸收谱强度要小的多
含不同D葡萄糖浓度的红细胞吸收光谱
D葡萄糖含量与谱线强度之间无明显联系。
总结：
• 在葡萄糖水溶液中，吸收特征锋在1010nm, 不同的葡 萄糖浓度与吸收强度成正比
• 血清（60%）中，空白血清对红外没有吸收，只有葡萄 糖对红外光吸收（1010nm），而且吸收强度与葡萄糖 浓度成正比
• 但在血细胞（40%）中，红细胞对红外光的吸收 (700nm)相对血清中的葡萄糖要小得多，但也呈正比规 律，不过当加入葡萄糖时，可能由于葡萄糖的加入导致红 细胞的浓度变化，使得整个血细胞对红外光的吸收成反比
光学相干层析法的测量理论基础
比尔-朗伯定律： I
I 0 e d ( s a )
随着溶液的葡萄糖浓度的增加，(1)吸收系数在微弱的增大；(2)散射系数逐渐小； 两者谁起主导作用取决于入射红外光的波长
光学相干层析法的测量理论基础
•
在红外光波长为1300nm时，吸收系数远小于散射 系数，所以信息主要来源于散特性，即:
近红外傅立叶光谱的特点
• • • • •
很高的波长准确度 速度快 光谱分辨率高 自然杂光不影响测试结果 高信噪比
近红外吸收光谱测量的两种实验研究
• 直接作用于人体皮肤，对细胞间质溶液中的葡萄 糖浓度进行测量 • 对提取的血液或葡萄糖溶液进行葡萄糖浓度的测 量
近红外光（1100nm-2400nm)的在细胞间质液中的吸收光 谱