无创血糖仪的临床应用是否遥不可及?——立足当下,革新前行

学术   2024-10-27 20:06   北京  

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编者按:

在糖尿病管理领域,随着新技术、新材料的研发,无创血糖监测技术正逐渐成为当前研究和临床实践的热点。有多家科技公司在智能穿戴设备领域宣传可以进行无创血糖监测,吸引糖尿病患者的关注。但在今年2月,FDA发布安全性通报(Safely Communications),提醒患者及医疗从业者不建议使用智能手表或智能手环测量血糖水平,可能增加相应的健康风险。在第四届内分泌与代谢性疾病防治研究学习班上,北京大学人民医院内分泌科张思敏医生就以上问题对无创血糖仪的发展历程、工作原理及其在临床应用中的表现进行了深入探讨。



血糖监测:糖尿病管理的核心



首先,从糖尿病管理的重要环节之一——血糖监测开始。糖尿病是一种慢性疾病,需要患者长期监测血糖水平以调整治疗方案。传统的血糖监测方法依赖于指尖采血,这不仅给患者带来不便,还可能因频繁采血导致患者依从性降低。

血糖仪的发展历程



血糖仪的发展经历了古代医学的“消渴者……每发即小便至甜”,到100多年前的班氏尿糖检测和尿糖试纸,再从光化学法到电化学法的演变。随着科技的进步,我们迎来了便携式血糖仪、连续葡萄糖监测(CGM)系统,极大地方便了患者的自我监测。然而,这些设备仍然需要刺破皮肤,给患者带来疼痛和感染的风险。所以医学界和患者都十分渴望突破无创血糖检测技术。

无创血糖仪的原理



无创血糖仪的原理主要有:

1、光学方法(近/中红外光谱法、拉曼光谱法、光声光谱法、光声相干层析成像法、荧光光谱法等);

2、非光学方法(代谢热整合法、微波检测法、电磁检测法、生物电抗阻等)。

另外有很多无创血糖仪的探索方向是寻找血液中葡萄糖的替代物,或者是建立其他体液检测靶标和血液葡萄糖之间的相关性,间接推断出血液葡萄糖的变化,比如泪液、唾液、汗液等其他体液中的葡萄糖,或者间接通过呼吸气体、脑电活动、心电活动、脉搏搏动间接反应实现葡萄糖检测。

大多数无创血糖仪会结合多种检测原理,使用数学模型,建立算法,实现对葡萄糖的非侵入性间接测量。

血糖仪评价标准



2021年10月中国卫生健康委员会发布卫生行业标准《便携式血糖仪临床操作和质量管理指南》(WS/T 781—2021),对血糖仪准确度和精密度的要求沿用了ISO15197标准,同时也有自测用血糖及监测系统通用技术条件(GB/T 19634—2005)的国家标准。2023年药监局也发布关于《持续葡萄糖监测系统注册审查指导原则》,但无创血糖检测设备目前尚无统一的评价标准,仍参考以上有创血糖仪的相关标准。

评价血糖仪性能的标准包括克拉克误差网络分析(CEG,Clarke Error Grid Analysis)、平均绝对相对差异(MARD,Mean Absolute Relative Difference)、20%/20一致性(20%/20 consistency)等。这些指标帮助我们评估血糖仪的准确性和可靠性。其中MARD是目前比较公认的评估血糖仪准确性的指标,目前市面上大多数常见的连续血糖监测设备MARD可以控制在10%以下,而无创血糖仪的临床研究报告的MARD在9%~27%不等。

无创血糖仪的临床应用



GlucoWatch作为第一个FDA批准的无创血糖仪,虽然在上市后因多种原因最终撤市,但它的尝试为后续研究提供了宝贵的经验。GLucoWatch的主要原理是通过在皮肤表面放置电极并施加电压,由于皮肤带负电荷,带正电荷的Na+会向皮肤表面阴极电极移动,其电迁移形成了由正极到负极的离子流,这个离子流可以将皮下组织液中的中性葡萄糖分子携带到皮肤表面。渗透出的葡萄糖分子随后与电极上的葡萄糖酶反应产生可测量的电流,通过电流计算出渗透出的葡萄糖浓度。


其他相关临床研究报道的无创葡萄糖检测设备还包括以下产品:

Wizmi:通过近红外光谱方法检测葡萄糖。近红外光谱技术,这是一种非电离无害辐射,能够穿透手腕皮肤和血管达到5毫米深度。研究纳入32名健康孕妇,完成3小时口服葡萄糖耐量试验(OGTT),取得224对葡萄糖检测数据,MARD值为7.23%。


TensorTip Combo Glucometer:通过多种光学信号数学模型,建立个人校准测序。研究纳入来自医院、术后康复室及家庭环境中的受试者共172人,显示MARD值在11.2%~12.7%之间。


GlucoTrack:检测探头夹在耳垂皮肤上,通过超声、电磁、热能技术检测葡萄糖。研究纳入114名2型糖尿病患者,MARD为22.7%。

NIGA01:通过MHC代谢热原理检测葡萄糖。研究纳入200名2型糖尿病患者,进行空腹和标准餐后2小时及4小时血糖检测,MARD值为27.02%。


其他还有通过检测唾液葡萄糖(研究纳入175名志愿者,MARD 14.1%)、前额叶皮层活动(15名健康志愿者,MARD 8.96%)、心电图ECG联合光电容积脉搏波PPG(21名受试者,MARD 13.42%)、泪液葡萄糖(6名糖尿病患者,MARD 12%)等方式间接检测血糖的方法。

总结



在未来的医疗领域,无创血糖仪的研发会越来越多。作为医疗工作者,我们应积极拥抱新技术,为患者提供更优质的医疗服务。同时,我们也要关注技术的局限性(如数据准确性、评价标准、临床运用风险等),不断探索和完善,以确保患者安全和健康。

专家简介




张思敏 主治医师



北京大学人民医院内分泌科主治医师


2010年于华中科技大学七年制取得硕士学位


2013年于北京大学取得博士学位


擅长糖尿病及降糖药物的遗传学研究方向


作为研究骨干参与多项国家重点研发计划及北京市科技计划


参与编译《哈里森内科学内分泌及代谢疾病分册》


发表多篇SCI论文



参考文献

(上下滑动可查看)

中国血糖监测临床应用指南

便携式血糖仪临床操作和质量管理指南

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分析测试学报,2022,41(4):578-586

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Front Neurosci. 2024 May 8;18:1342744.

IEEE Trans Neural Netw Learn Syst. Published online June 8, 2023.

Biomacromolecules 2018, 19, 11, 4504–4511


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(来源:《国际糖尿病》编辑部)




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