糖尿病是一种非常常见的疾病，根据世界卫生组织的数据，全世界有 4.22 亿人患有糖尿病。类似刺破手指进行每天测量的方式，繁重而痛苦。
尽管近年来已经有一些用于测量血糖的非侵入式的可穿戴设备上市，但一来它们通常价格昂贵，二来它们依赖于直接采样。
今天向大家介绍一种新型的非侵入性和低成本的解决方案——电子鼻，它可以根据人的呼吸测量血糖水平。这项研究发表在 6 月 7 日的 IEEE Sensors Journal 上。
文章介绍，电子鼻可以实时检测和分析空气中的化学物质，这种设备可以广泛用于威士忌检测、农作物检测、肺癌检测等。而采用类似的技术测量人的呼吸中的葡萄糖水平，则是一个令人兴奋的研究方向。虽然葡萄糖不会在呼气中呼出，但呼出气中丙酮和其他酮的浓度与人体代谢状况有关。
△ Nos.e 在 CEBIT 2019 对不同的威士忌样品进行了分析和鉴定 | 悉尼科技大学
这个项目的研究团队由来自乔治梅森大学电气与计算机工程系的教授李启良领队，南京医科大学呼吸系教授周向东博士也参与其中。他们创造的电子鼻可以识别呼出气体的气味，其中含有一定水平的丙酮和其他酮，而气味是血液中葡萄糖水平的指标。这种设备未来可以用于无创、无痛、低成本和频繁的糖尿病检测。
设备包含 12 个不同的化学传感器阵列和一个微处理器，当电子鼻嗅到呼出的气息时，化学传感器会向微处理器发送电响应，微处理器将信号处理成数字信息。然后，基于数据库分析数字信息，输出血糖水平的数据。
△ 左：金属氧化物（MOX）气体传感器阵列，右：实验中使用的系统设计图
研究人员收集了 41 名研究参与者的呼吸样本，通过一系列机器学习算法训练电子鼻，直到他们找到可以检测葡萄糖水平的模型组合。一个人的呼吸准确度为 90.4% ，血糖浓度的平均误差为 0.69 毫摩尔/升(mmol/L)。
李启良指出，尽管电子鼻系统不直接通过血液测量血糖水平，但它有几个优点：它可以无创、无痛、低成本地测量血糖水平，它可以密切监测糖尿病患者的血糖水平，特别是对于高血糖患者和经常需要胰岛素药物治疗的 1 型患者而言。
研究团队还有意为化学传感器阵列设计一种新芯片，以创建更精确的电子鼻。此外，样本库也有望增加，通过招募更多具有不同体重指数 (BMI)、生活方式和饮食习惯的患者进行测试，建立一个全面的呼气和葡萄糖水平数据库，这对于检测的精确性会有所帮助。
用于测量血糖的连续非侵入式（CGM）可穿戴设备一直是业界关注的一个重要方向，无论是有医疗背景的小团队，还是已经在布局数字健康事业的大公司，都在积极的参与。
医疗保健巨头雅培第一次登上科技盛会 CES 2022 的主题演讲舞台，向人们兜售其构建医疗健康与数字技术融合的伟大理想。其连续血糖监测（CGM）系统——FreeStyle Libre 和 Libre Sense 仅 2021 年第三季度就为雅培贡献了接近 10 亿美元的销售额。
联系客服
