一种使用近红外照明来进行人体血糖测定的设备设计

使用光学传感技术评估血糖水平是监测糖尿病患者的一种有前途的技术路径，可能会成为侵入性血液采样技术的替代方案。最近的非侵入性光学传感案例包括在终端设备中集成共焦拉曼光谱仪，当糖尿病患者用拇指触摸设备时测量血糖，然后利用人工智能（AI）计算出结果。

滨松光子（Hamamatsu Photonics）的一个研究项目现已设计出一种使用近红外照明来进行人体血糖测定的设备。滨松还开发了一种新的方法，可以通过光电体积描记法（PPG）和血红蛋白分析来推断血液中的葡萄糖含量，而不是解决仅通过光吸收来测量血液中的葡萄糖所涉及的困难。

据麦姆斯咨询报道，近期，这项研究论文以“Non-invasive blood glucose estimation method based on the phase delay between oxy- and deoxyhemoglobin using visible and near-infrared spectroscopy”为题，发表在《生物医学光学杂志（Journal of Biomedical Optics）》上。滨松团队在其发表的论文中评论道：“目前还没有可供日常使用的实用无创血糖监测设备。为了解决这个问题，使用可见光和近红外光对PPG数据进行数据挖掘，发现脱氧血红蛋白相对于氧合血红蛋白的相位延迟与血糖水平之间存在高度相关性。该研究成果可以为将人体血糖测量功能集成到商用智能手机和智能手表提供更简单的方案。”

这种光学现象，即“氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白信号的低频和振荡分量之间的异步性”，可以用作无创血糖测量的新指标，利用实用且低成本的可见光/近红外光谱，而不是更昂贵的中红外光谱。此外，它还应该从根本上降低对环境因素干扰的敏感性。

为了验证其理论，滨松团队首先使用商用智能手表中的近红外传感器来测量受试者饮用不同饮料后的血糖情况。然后使用带有高亮度LED的定制智能手机支架进行了类似的实验。

（a）智能手表实验单元的后视图；（b）使用智能手表进行指尖血糖测量的示意图。

（a）基于智能手机摄像头的血糖监测装置原型；（b）血糖监测装置原型内部结构图。

基于智能手机摄像头的血糖监测装置原型的测试设置

对光学数据的分析表明，相位延迟的变化与商用连续血糖监测仪（CGM）测量的血糖水平的变化密切相关，证实了涉及氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的代谢指标确实与人体血糖水平密切相关。

下一步将包括对糖尿病患者进行临床测试，以确认代谢指标在现实世界中的适用性，但滨松团队相信，与其它无创技术相比，例如使用中红外光谱或拉曼光谱的血糖监测方法，其技术已经表明血糖监测变得更便宜、更节能、更简单。

滨松Tomoya Nakazawa评论道：“我们的血糖监测方法可能成为未来便携式、易于使用的终端设备的强大工具。”

审核编辑：刘清