一種使用近紅外照明來進行人體血糖測定的設備設計

使用光學傳感技術評估血糖水平是監測糖尿病患者的一種有前途的技術路徑，可能會成為侵入性血液采樣技術的替代方案。最近的非侵入性光學傳感案例包括在終端設備中集成共焦拉曼光譜儀，當糖尿病患者用拇指觸摸設備時測量血糖，然后利用人工智能（AI）計算出結果。

濱松光子（Hamamatsu Photonics）的一個研究項目現已設計出一種使用近紅外照明來進行人體血糖測定的設備。濱松還開發了一種新的方法，可以通過光電體積描記法（PPG）和血紅蛋白分析來推斷血液中的葡萄糖含量，而不是解決僅通過光吸收來測量血液中的葡萄糖所涉及的困難。

據麥姆斯咨詢報道，近期，這項研究論文以“Non-invasive blood glucose estimation method based on the phase delay between oxy- and deoxyhemoglobin using visible and near-infrared spectroscopy”為題，發表在《生物醫學光學雜志（Journal of Biomedical Optics）》上。濱松團隊在其發表的論文中評論道：“目前還沒有可供日常使用的實用無創血糖監測設備。為了解決這個問題，使用可見光和近紅外光對PPG數據進行數據挖掘，發現脫氧血紅蛋白相對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性。該研究成果可以為將人體血糖測量功能集成到商用智能手機和智能手表提供更簡單的方案?！?/p>

這種光學現象，即“氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白信號的低頻和振蕩分量之間的異步性”，可以用作無創血糖測量的新指標，利用實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，它還應該從根本上降低對環境因素干擾的敏感性。

為了驗證其理論，濱松團隊首先使用商用智能手表中的近紅外傳感器來測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的定制智能手機支架進行了類似的實驗。

（a）智能手表實驗單元的后視圖；（b）使用智能手表進行指尖血糖測量的示意圖。

（a）基于智能手機攝像頭的血糖監測裝置原型；（b）血糖監測裝置原型內部結構圖。

基于智能手機攝像頭的血糖監測裝置原型的測試設置

對光學數據的分析表明，相位延遲的變化與商用連續血糖監測儀（CGM）測量的血糖水平的變化密切相關，證實了涉及氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的代謝指標確實與人體血糖水平密切相關。

下一步將包括對糖尿病患者進行臨床測試，以確認代謝指標在現實世界中的適用性，但濱松團隊相信，與其它無創技術相比，例如使用中紅外光譜或拉曼光譜的血糖監測方法，其技術已經表明血糖監測變得更便宜、更節能、更簡單。

濱松Tomoya Nakazawa評論道：“我們的血糖監測方法可能成為未來便攜式、易于使用的終端設備的強大工具?！?/p>

審核編輯：劉清