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血糖也能無創(chuàng)測試？“糖友”們終于能擺脫每天扎針了嗎？

據(jù)外媒報道，蘋果目前在無創(chuàng)血糖監(jiān)測技術取得突破性進展，未來將在Apple Watch上搭載該功能。據(jù)了解，這個項目被稱為E5，研究的主要目標就是在不刺破皮膚取血的情況下，測量人體血液中葡萄糖含量。

知情人士稱，血糖監(jiān)測系統(tǒng)將依賴蘋果設計的硅光芯片和傳感器，蘋果開發(fā)的這種硅光子芯片，通過收集激光照射到皮膚后傳回的光學吸收光譜，來確定體內(nèi)的葡萄糖濃度。

是不是感覺這種測量方法很熟悉？事實上，這種通過激光照射并收集反射光譜來測量血液中物質(zhì)的方式，已經(jīng)在無創(chuàng)測量血氧含量上廣泛應用了。通過對血氧儀的拆解（順程拆解視頻鏈接），我們可以看到，這種設備的整體技術含量并不高，而且目前市面上在售的運動手環(huán)或手表都已經(jīng)具備血氧檢測功能。為什么無創(chuàng)測血糖的功能始終沒能實現(xiàn)呢？

我們是怎么測血糖的

圖源?|?Diabetes.co.uk

目前市場上已經(jīng)普及的測量血糖的方式有以下幾種：血液采樣、連續(xù)檢測、尿液檢測以及唾液檢測。

血液檢測即最常見的扎針式檢測方式，通過使用針頭或細微的刺激，穿刺皮膚并采集一滴血液樣本進行測量。通常需要使用便攜式血糖儀或在實驗室中使用更高精度的設備進行分析，其中便攜式血糖儀需要搭配特殊試紙使用。目前血液檢測的方法也分兩種，電化學法與光化學法。

電化學法的試紙中含有導電涂層，試紙吸收血液后，血中的葡萄糖就會和固定在試紙表面的葡萄糖氧化酶（或是葡萄糖脫氫酶）和鐵氰化鉀反應，產(chǎn)生葡萄糖酸和亞鐵氰化鉀。這種化學反應會產(chǎn)生電流，血糖儀會檢測氧化反應電流大小，最終轉(zhuǎn)化成葡萄糖濃度讀數(shù)。

光化學法是通過檢測試紙的顏色變化反應來測血糖的，試紙上的特殊酶與葡萄糖反應產(chǎn)生某種顏色中間產(chǎn)物，血糖儀檢測試紙表面的反射光情況來判斷血糖濃度。

連續(xù)檢測法（動態(tài)血糖監(jiān)測儀動態(tài)血糖監(jiān)測系統(tǒng)，CGMS）本質(zhì)上是將血糖傳感器植入到皮下組織中，監(jiān)測周邊組織液中的血糖含量。該項技術可通過在小臂上粘貼一個小型柔性傳感器，粘貼時觸及皮膚那一面上的柔性微型探針會植入皮下層中，通?？蛇B續(xù)檢測血壓14天左右。這種方式可以記錄長時間的血糖變化曲線，幫助患者實時調(diào)控糖分攝入。

唾液檢測與尿液檢測是通過各大醫(yī)院的專業(yè)檢測設備檢測，盡管這種方法非常便捷，但目前還沒有商用的唾液檢測設備。

可以看到，目前只要是可以方便測量血糖的方式，都離不開“扎針”，即有創(chuàng)檢測。據(jù)上海交通大學醫(yī)學院發(fā)表的文章《新冠疫情下糖尿病患者的自我管理》顯示，1型糖尿病患者血糖水平有非常大的波動，一天之中需要接受4-5次的血糖監(jiān)測，其中一星期中至少有一天進行半夜(凌晨3點)的血糖監(jiān)測。2型糖尿病患者的血糖水平較1型相對穩(wěn)定，雖然不需要像1型那樣頻繁監(jiān)測，但仍需每周測一次，其中對低血糖不敏感的病人仍需每天測量4次。

然而現(xiàn)有的血糖檢測設備還不能同時滿足無痛、頻繁檢測、實時、廉價的要求。動輒每天4次的血糖檢測，甚至要比吃飯的次數(shù)多，檢測血糖已經(jīng)成為糖尿病患者生活中的一項沉重的負擔。即使是CGMS方式，也仍需要刺開皮膚，還存在對植入物過敏或不適、測量延遲滯后、費用高昂等問題。而且目前這類傳感器還不能真正做到讓人“無感”，依舊會對生活產(chǎn)生些許影響。湖南師范大學楊宇祥教授在論文中稱，微創(chuàng)血糖檢測技術只是現(xiàn)階段傳統(tǒng)有創(chuàng)血糖檢測技術的一個有益補充，是無創(chuàng)血糖檢測技術成功之前的一個過渡方案。

所以，無創(chuàng)測血糖的方式才能一出現(xiàn)，就引起人們的熱烈討論。而且傳感器可以集成在智能手表中，時刻測量也不會對日常生活產(chǎn)生影響。能給患者帶來如此方便的無創(chuàng)測血糖方式，為什么還沒有出現(xiàn)？它的技術難點在哪？

無創(chuàng)技術關鍵在傳感器

圖源 |?DiaTribe

這里先拋出結論，目前無創(chuàng)測血糖技術的最大阻礙就是精確度，換句話說，目前我們依舊需要在傳感器方面有所突破。

閱讀分析測試學報2022年4月發(fā)布的《無創(chuàng)血糖檢測技術研究進展》論文，我們可以看到目前無創(chuàng)測量血糖的方式大致能分為光學類無創(chuàng)血糖檢測方法與非光學類無創(chuàng)血糖檢測方法兩大類，以下我們簡稱光學法與非光學法。

光學法通常是將一束光聚焦在人體上，利用傳輸光的強度、相位、偏振角、頻率以及靶區(qū)組織散射系數(shù)等信息與血糖濃度密切相關的特點，通過提取這些信息的改變間接測得血糖濃度。根據(jù)光波波長和作用機理不同，光學法又可以分為近/中紅外光譜法、拉曼光譜法、光聲光譜法、光學相關層析成像法、光學旋光法以及熒光光譜法等。這里介紹比較容易理解的測試方法。

近/中紅外光譜法（NIRS）。這種方法與血氧儀非常相似，傳感器技術較成熟，價格很低。該技術是利用葡萄糖分子在近紅外區(qū)域（波長750-2500nm）或中紅外區(qū)域（波長2500-10000nm）具有的吸收和散射特性，用現(xiàn)代計量手段建立血糖濃度與反射紅外光譜的回歸模型來對血糖進行檢測。不過這種方法有幾個待解決問題。首先是生物體內(nèi)的水、蛋白質(zhì)、脂肪等成分與葡萄糖的吸收峰存在重疊，不容易檢測；其次，人體血糖水平變化引起的信號變化十分微弱，回波信噪比較低；最后，這種測試方式對測試環(huán)境有較高要求，測量部位的溫度、濕度、光線入射角度都會影響結果。

拉曼光譜法（RS）是紅外光的替代技術。根據(jù)激光作用于被測物時形成的拉曼散射與瑞利散射之間的頻率差（拉曼位移）來確定物質(zhì)的分子結構，進而測定不同物質(zhì)的成分。與紅外光譜相比，RS譜峰更清晰尖銳。然而傳統(tǒng)的RS傳感器體積很大，費用很高，不便于攜帶。且RS傳感器在信號采集過程中穩(wěn)定性較差，需要技術的進一步突破。其他光學檢測方法，要么有相同缺點，要么就是測量結果不準。

非光學法包括代謝熱整合法、微波檢測法、電磁檢測法、血液替代物測定法、生物電阻抗譜測量法、人體成分分析法等。其中生物電阻抗譜（Bioimpedance spectroscopy，BIS）通過監(jiān)測細胞上的電阻抗譜或人體整體導電性來推導血糖含量，該技術與目前的體脂測量方法近似，技術成熟度較高?？偨Y來說，非光學法就是通過測量人體內(nèi)熱量、葡萄糖相位或電特性來推導出血液中的葡萄糖濃度，或是測量人體內(nèi)血糖相關物質(zhì)或物理特性來間接推導血糖含量。然而無論是哪種方法，也都不同程度的面臨著測量困難、信號模糊、相關性不足的問題。

記者認為，當前最有可能實現(xiàn)的方式是拉曼光譜法（RS）與生物電阻抗譜（BIS）法。這兩種測量方法精度較高，有較為成熟的技術積累，在傳感器技術有所突破后就能快速商用。當然，Apple Watch也極有可能使用紅外光譜技術，這種技術方案成本最低，在血氧檢測方案上稍加改動即可應用。

無創(chuàng)血糖檢測沒那么容易應用

圖源 |?網(wǎng)絡

總結一下，目前無創(chuàng)血糖儀仍面臨以下技術難點：

(1)光學測量的誤差：若使用光學傳感器來測量皮膚下組織的血糖變化，皮膚組織的厚度、顏色、水分含量和脂肪等因素都可能影響光學測量的準確性。

(2)信號處理的復雜性：設備需要從多種噪聲信號中提取出有效的葡萄糖信號，這需要使用復雜的信號處理技術。

(3)個體差異：人們的身體構造和生理狀況各不相同，因此在研發(fā)無創(chuàng)血糖儀時需要考慮到個體差異的影響。

(4)數(shù)據(jù)分析的準確性：對于無創(chuàng)血糖監(jiān)測設備來說，收集到的數(shù)據(jù)需要進行準確的分析和解釋。這需要充分考慮到人體生理變化、運動和飲食等因素對血糖水平的影響。

雖然無創(chuàng)血糖監(jiān)測技術已經(jīng)在研究和開發(fā)中，但是目前還沒有一種可靠和準確的商用無創(chuàng)血糖監(jiān)測設備。目前記者能在網(wǎng)上搜到部分聲稱可以無創(chuàng)測量血糖的檢測儀，但使用風評不高。有知乎用戶評論說：“此類設備使用前需要輸入基準值，此后的血糖波動完全依靠算法計算，在基準值上上下波動?！薄斑@種產(chǎn)品精準度非常差，測試好幾天發(fā)現(xiàn)沒有任何敏銳性可言?！鄙踔劣腥苏J為這類產(chǎn)品應該作為玩具銷售，而不是保健設備。

更重要的一點是，血糖檢測關乎性命。對于血氧儀來說，測量結果僅可作為參考，可以大致分辨被測試人是否處于健康狀態(tài)。而血糖的濃度與當天被測人的狀態(tài)直接相關，患者需要準確的血糖值來判斷服藥劑量。因此，國家對此類技術的批準將更加嚴格。我國最新公布的GBT 19634-2021國家標準指出，當測量值<100 mg/dL(5.55 mmol/L)時，允許偏差不超過±15 mg/dL(0.83 mmol/L)；當測量值≥100 mg/dL，允許誤差范圍不超過±15%；該國標預計將于今年實施。國標的要求如此嚴格，它的實施不僅將使血糖檢測領域面臨全面"洗牌"，也直接提高了這條賽道的準入門檻。

隨著人們對健康意識的提高，無創(chuàng)血糖檢測設備作為一種新型檢測技術，具有著廣闊的應用前景。當前的無創(chuàng)血糖檢測技術已經(jīng)有了一些進展，例如基于聲音、光學、電化學等方法進行的研究，但這些技術目前仍然存在著一些技術難點和實際應用問題。本次Apple Watch將搭載無創(chuàng)血糖檢測的消息對于患者來說算是相當大的好消息，然而具體使用情況，還需要交由市場評判。