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糖尿病已成為全球嚴(yán)峻的公共衛(wèi)生問題，患者人數(shù)已超過5億，而我國成人糖尿病患病率更是高達(dá)12%。傳統(tǒng)的血糖檢測方法，如扎手指或抽血測血糖，不僅給患者帶來疼痛和不便，還可能增加感染風(fēng)險，降低了患者長期血糖監(jiān)測的依從性。因此，無創(chuàng)血糖檢測技術(shù)的研發(fā)具有重要意義，它有望解決傳統(tǒng)檢測方法帶來的痛點(diǎn)，提高糖尿病患者的生活質(zhì)量和依從性。

就連國際巨頭如蘋果(Apple)，都一直在投入大量研究資源開發(fā)無創(chuàng)血糖檢測技術(shù)，以應(yīng)用于其可穿戴設(shè)備上，但多年來一直無果。然而，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院的一項(xiàng)重大研究成果，為糖尿病患者帶來了福音。

2025 年 2 月 5 日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院國家內(nèi)分泌代謝病臨床研究中心王衛(wèi)慶教授團(tuán)隊(duì)與瑞金醫(yī)院醫(yī)學(xué)芯片研究所及上海近觀科技的陳昌研究員團(tuán)隊(duì)合作，在《自然代謝》(Nature Metabolism)在線發(fā)表了題為“Subcutaneous depth-selective spectral imaging with mμSORS enables non-invasive glucose monitoring”的研究論文，開創(chuàng)性地提出了一種無創(chuàng)血糖檢測技術(shù) —— 多重微空間偏移拉曼散射(mμSORS)光譜技術(shù)。

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院國家內(nèi)分泌代謝病臨床研究中心主任王衛(wèi)慶教授為論文最后通訊作者，瑞金醫(yī)院醫(yī)學(xué)芯片研究所所長陳昌研究員及近觀科技的周琳博士為共同通訊作者，瑞金醫(yī)院的張翼飛主任醫(yī)師、汪龍主治醫(yī)師和近觀科技的張莉麗博士、邵帥博士為論文共同第一作者。本項(xiàng)目得到了國家重大專項(xiàng)、上海市科委、瑞金醫(yī)院廣慈高能計(jì)劃等資助。

無創(chuàng)血糖檢測技術(shù)原理

無創(chuàng)血糖檢測的難點(diǎn)在于無創(chuàng)葡萄糖傳感器的研發(fā)，通過無創(chuàng)葡萄糖傳感器來進(jìn)行非侵入式的人體血糖檢測。目前來說，按檢測方式劃分，無創(chuàng)葡萄糖傳感器主要有光學(xué)傳感器和電化學(xué)傳感器兩種，電化學(xué)無創(chuàng)葡萄糖傳感器通過測量尿液、淚液、組織液、汗液等人體分泌液體的葡萄糖含量，檢測出人體血糖水平。2014年，谷歌宣布計(jì)劃制造可以通過淚滴測量血糖的智能隱形眼鏡，就是電化學(xué)傳感器，但最終在 2018 年擱置了這個項(xiàng)目。

而這次研究中的mμSORS無創(chuàng)血糖檢測技術(shù)即使用光學(xué)傳感器技術(shù)，主要通過光線從血液反射的光譜，測量人體血糖濃度。相較于其他檢測方法，光學(xué)無創(chuàng)血糖檢測方法以其高靈敏度、高分辨率以及高檢測速率等優(yōu)勢有望在未來實(shí)現(xiàn)臨床運(yùn)用。

a，mµSORS系統(tǒng)原理圖;b，mµors檢測示意圖;c，由OCT識別的232個人類thenar樣本的DEJ深度直方圖

mµSORS系統(tǒng)具有深度選擇性，可檢測從表皮到真皮層的拉曼信號

這項(xiàng)技術(shù)的核心在于利用了拉曼光譜成像技術(shù)。mμSORS光譜技術(shù)是一種基于多重拉曼光譜成像的新技術(shù)，它利用人體皮膚表面的微小振動信號，捕捉葡萄糖分子的光學(xué)特征，從而實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的血糖監(jiān)測。該技術(shù)的核心在于其高精度的皮下不同深度同步探測能力，以及有效降低表皮背景信號干擾的能力。

研究團(tuán)隊(duì)首先通過光學(xué)相干斷層掃描(OCT)技術(shù)確定人體大魚際表皮厚度的分布范圍，然后針對性地研發(fā)出 mμSORS 無創(chuàng)血糖檢測技術(shù)。這種基于多重拉曼光譜成像的新技術(shù)具有諸多優(yōu)勢：

它能夠?qū)崿F(xiàn)具有高空間分辨率的皮下不同深度的同步探測。

可有效降低表皮的背景信號干擾，極大提高了血糖檢測的信噪比。

具體來說，第一階段的系統(tǒng)性探索研究確定了無創(chuàng)血糖檢測的最佳探測深度來自富含攜帶血糖信息的組織液和毛細(xì)血管的真皮 - 表皮交界處(DEJ)或其下方。并且證實(shí)了 mμSORS 能以完全無創(chuàng)的方式有效采集到人體血糖相關(guān)的拉曼光譜信號，在解析算法中發(fā)現(xiàn)提取出的主要因子的光譜與葡萄糖的拉曼光譜具有高度的一致性。

準(zhǔn)確性和通用性驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該無創(chuàng)血糖檢測技術(shù)的準(zhǔn)確性和通用性，研究團(tuán)隊(duì)在第二階段針對 200 例糖尿病和 30 位正常健康人群開展了臨床研究，共收集了 30 多萬套由金標(biāo)準(zhǔn)靜脈血血糖值所標(biāo)定的 mμSORS 光譜數(shù)據(jù)集，并進(jìn)行血糖預(yù)測模型建模及分析。

結(jié)果顯示，mμSORS 無創(chuàng)血糖檢測值與靜脈血血糖值之間絕對誤差的平均值 MARD 為 14.6%，無創(chuàng)血糖檢測值落在共識誤差網(wǎng)格臨床可接受區(qū) CEG(A+B)的占比高達(dá) 99.4%，達(dá)到了血糖儀的國際標(biāo)準(zhǔn)。

更令人振奮的是，這項(xiàng)技術(shù)無需個體校準(zhǔn)，即來即檢，適用于不同年齡、膚色和肥胖的人群，為未來大規(guī)模應(yīng)用奠定了很好的通用性基礎(chǔ)。

35名受試者的初步BESH中，mµSORS無創(chuàng)采集到的信號與葡萄糖的拉曼光譜具有高度的一致性

用了哪些電子相關(guān)的技術(shù)?

該無創(chuàng)血糖檢測技術(shù)基于光學(xué)傳感和人工智能算法，結(jié)合了近紅外光譜分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。雖然具體涉及的電子技術(shù)細(xì)節(jié)并未在現(xiàn)有資料中詳細(xì)闡述，但可以推測，其中可能包括以下方面：

檢測設(shè)備中可能包含了激光光源與控制系統(tǒng)。激光光源是mμSORS光譜技術(shù)的核心部件之一。它需要提供穩(wěn)定、高功率的激光束，以確保足夠的信號強(qiáng)度。同時，控制系統(tǒng)需要精確控制激光的照射位置和照射時間，以實(shí)現(xiàn)高精度的血糖檢測。

檢測設(shè)備中可能包含了先進(jìn)的光學(xué)傳感器(光譜儀)，用于采集拉曼光譜信號。該設(shè)備通過發(fā)射特定波長的近紅外光照射皮膚，光線穿透皮膚表層后，與組織中的葡萄糖分子發(fā)生相互作用。不同濃度的葡萄糖會對光的吸收和散射產(chǎn)生不同的影響，設(shè)備通過捕捉這些光學(xué)信號的變化來間接推算血糖濃度。這一過程依賴于高靈敏度的光電探測器和精密的光學(xué)系統(tǒng)。

檢測設(shè)備中可能包含了信號處理電路，負(fù)責(zé)對采集到的信號進(jìn)行放大、濾波、轉(zhuǎn)換等處理，以便后續(xù)的分析和計(jì)算。光學(xué)傳感器捕捉到的信號非常微弱，且容易受到環(huán)境噪聲的干擾。為了確保測量的準(zhǔn)確性，科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)了先進(jìn)的信號處理算法，利用數(shù)字濾波和降噪技術(shù)對原始信號進(jìn)行預(yù)處理。隨后，通過機(jī)器學(xué)習(xí)模型對處理后的信號進(jìn)行分析，模型經(jīng)過大量臨床數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，能夠準(zhǔn)確地將光學(xué)信號轉(zhuǎn)化為血糖濃度值。這一過程依賴于高性能的嵌入式處理器和優(yōu)化的算法架構(gòu)。

此外，設(shè)備可能還涉及到數(shù)據(jù)存儲和傳輸功能，以便將檢測結(jié)果進(jìn)行存儲和與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行交互。為了提高檢測的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性，科研團(tuán)隊(duì)引入了深度學(xué)習(xí)算法。通過對海量患者數(shù)據(jù)的分析，模型能夠識別不同個體之間的差異，并自動調(diào)整參數(shù)以適應(yīng)不同皮膚類型、年齡和生理狀態(tài)。這種自適應(yīng)性使得該技術(shù)在不同人群中具有廣泛的適用性。

電子技術(shù)的應(yīng)用使得檢測設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、智能化的操作，提高了檢測的效率和便捷性。

無創(chuàng)測糖技術(shù)意義重大

“mμSORS 技術(shù)的成功研發(fā)，是醫(yī)工交叉合作的經(jīng)典案例，也是無創(chuàng)血糖檢測領(lǐng)域的重大突破。” 王衛(wèi)慶教授表示，這項(xiàng)技術(shù)將極大地提高糖尿病患者的依從性和生活質(zhì)量，為糖尿病管理帶來革命性的變化。

目前，雖然該技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的成果，但仍面臨一些挑戰(zhàn)，例如檢測設(shè)備的尺寸較大，每次測量需要的時間較長等。研究團(tuán)隊(duì)正在積極努力改進(jìn)這些問題，開發(fā)可穿戴式設(shè)備，以進(jìn)一步提高其便捷性和實(shí)用性。

檢測設(shè)備。圖片由瑞金醫(yī)院提供

目前許多公司投入光學(xué)葡萄糖傳感器的研究當(dāng)中，最近曝光的蘋果智能手表(Apple Watch) 的無刺血糖監(jiān)測項(xiàng)目取得突破性進(jìn)展的消息，就是基于采用光學(xué)葡萄糖傳感器。該技術(shù)目前處于可行的“概念驗(yàn)證”階段，蘋果的工程師們正在努力開發(fā)一種與iPhone大小差不多的原型設(shè)備，可以綁在人的二頭肌上，而最終還需要改進(jìn)大小以適配可穿戴設(shè)備Apple Watch的應(yīng)用要求。

未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，無創(chuàng)血糖檢測有望更加普及，不僅為糖尿病患者提供更加舒適和便捷的血糖監(jiān)測方式，還可能改變整個糖尿病管理的模式，甚至為普通人的健康管理帶來新的選擇。