Table of Contents

نسل بعدی نظارت بر دیابت: لنزهای تماسی هوشمند برای مدیریت Hyperگلیسمی

مدیریت دیابت مدت ها است که بر اندازه گیری گلوکز خون و نظارت متناوب تکیه می کند، در حالی که مانیتورهای مداوم گلوکز (CGMs) به طور قابل توجهی بهبود یافته اند، تلاش برای نظارت غیر تهاجمی، محرمانه و زمان واقعی ادامه دارد، یکی از امیدوار کننده ترین مرزهای رشد دستگاه های لنز هوشمند است - لنزهای تماس جاسازی شده با سنسور های زیستی که می توانند سطح گلوکز را در این دستگاه های بالقوه تشخیص دهند، با هدف جلوگیری از این که چگونه هشدارهای سریع و سریع در حال، و سیستم های درمانی، و هشدار های هوشمند، و سیستم های سرعت، و هشدار های درمانی، به طور دقیق، ارائه می دهند.

دستگاه های لنز داینامیک هوشمند چه هستند؟

دستگاه های لنز هوشمند دیابتی دارای لنزهای تماسی نرم یا سفت و سخت هستند که سنسورهای الکترونیکی مینیاتور شده را شامل می شوند که قادر به اندازه گیری غلظت گلوکز در مایعات اشک هستند. Tears حاوی گلوکز است که با سطح گلوکز خون مرتبط است، اگرچه با یک زمان کم، سنسور لنز تغییرات غلظت گلوکز را از طریق یک الکتروشیمیایی یا مکانیسم نوری تشخیص می دهد.

نمونه های اولیه توسط گوگل (در حال حاضر) با همکاری Alcon توسعه یافته اند، اما گروه های علمی و تجاری متعدد در حال حاضر در حال پیشرفت تکنولوژی هستند. اخیر ⁇ تمرکز بر بهبود ثبات سنسور، بهره وری نمونه گیری مایع اشک آور و بی تحرکی است. مفهوم برای اولین بار در اوایل دهه ۲۰۰۰ نشان داده شد، اما مواد و محدودیت های برق تا اواسط سال ۲۰۱۰، چندین شرکت در مراحل اولیه پیش فرض و با هدف برخی از آن، به تاخیر افتاد.

چگونه اشک های گلوکیل با خون

درک رابطه بین گلوکز اشک آور و گلوکز خون حیاتی است.تحقیقات نشان می دهد که سطح گلوکز اشک آور با تاخیر حدود 10 تا 20 دقیقه و یک ضریب همبستگی قوی (r >؛ 0.8 در بسیاری از مطالعات) منعکس کننده گلوکز خون است، چشمک زدن و شرایط محیطی می تواند بر دقت آنها تأثیر بگذارد.

اکثر مطالعات از تست های تحمل گلوکز یا خوراکی برای اندازه گیری همبستگی استفاده می کنند. [۳] برای مثال، یک مطالعه ۲۰۱۶ در ] مطالعه گلوکز در موضوعات سالم از 0.1LT به 0.6 میلی لیتر / L، در حالی که در بیماران دیابتی آنها می توانند از 1.0 میلی متر / L پس از تأخیر و تاخیر در یادگیری پیشرفته استفاده از دستگاه پیوند خون موثر است.

حوادث حاد هیپرگلیسمی: چرا تشخیص سریع مهم است

حوادث حاد هیپرگلیسمی ناگهانی در گلوکز خون است، اغلب بیش از 250 میلی گرم / dL (13.9 میلی مترول / L) آنها می توانند از دوزهای انسولین از دست رفته، بیماری، استرس یا کمبود رژیم غذایی (اگر درمان نشده، هیپرگلیسمی می تواند منجر به کتواسوئیدی بیمار (DKA) در نوع 1 دیابت یا هیپرگلیسمی هیپرگلیسمی بیش از حد (بیماری شدید) باشد، زیرا ممکن است به نظر می رسد که این عوارض تشخیص سریع و خفیف است به نظر می رسد.

CGMs به کاربران هشدار می دهد که در آستانه گلوکز عبور می کنند، اما سنسورهای آنها تهاجمی هستند و نیاز به جایگزینی منظم دارند. لنزهای هوشمند می توانند تشخیص زودرس را ارائه دهند زیرا آنها به طور مداوم اشک را نمونه می کنند و بدون ننگ یا ناراحتی دستگاه مبتنی بر سوزن پوشیده می شوند، علاوه بر این، بار روانشناختی نظارت تهاجمی - به ویژه برای بزرگسالان جوان - می توانند منجر به نظارت بر خستگی و هشدار از دست رفته شوند.

هشدار های زمان واقعی و مدیریت فعال

لنزهای هوشمند می توانند برای ارتعاش یا تحریک یک زنگ تلفن هوشمند برنامه ریزی شوند، زمانی که سطح گلوکز به سرعت افزایش می یابد، این زمان پوشنده را برای مدیریت انسولین، هیدراته یا تنظیم فعالیت قبل از اینکه هیپرگلیسمی افزایش یابد، به این معنی است که حتی روند ظریف به سمت بالا جذب می شود، و الگوریتم های یادگیری ماشین می توانند الگوهای گلوکز تاریخی را تجزیه و تحلیل کنند تا پیش بینی های قریب الوقوع بر اساس زمان، حساسیت به نفس، یا زمان غذا، افزایش یابد.

برخی از طرح ها شامل میکروLED است که وقتی گلوکز از آستانه ای فراتر می رود، قرمز می درخشد، و یک نشانه بصری مستقیم را ارائه می دهند. دیگران از یک سخنران مینیاتوری برای انتشار یک لحن هشدار دهنده استفاده می کنند.در تنظیمات حلقه بسته، لنز می تواند به طور خودکار یک پمپ انسولین را برای ارائه یک بوزون های بالینی اصلاح سیگنال دهد.

چگونه لنز های هوشمند کار می کنند: تکنولوژی در داخل لنز

مهندسی پشت لنزهای هوشمند دیابتی قابل توجه است.در اینجا یک تجزیه و تحلیل از اجزای کلیدی است:

  • سنسور گلوکوز: اکثر استفاده از یک الکترود آنزیم گلوکز که تولید جریان الکتریکی متناسب با غلظت گلوکز است، روش های فوتونیک با استفاده از مولکول های فلورسنت که شدت در حضور گلوکز تغییر می کند در حال توسعه است. سنسورهای آنزیمی نیاز به اکسیژن به عنوان یک زیرمجموعه، که می تواند محدود کردن در طرح های فیلم اشک آور جدیدتر؛ برای بهبود ثبات مستقیم انتقال.
  • میکروالکترونیک: یک تراشه کوچک پردازش داده های سنسور و کنترل انتقال بی سیم، آن را به طور معمول در محیط اطراف لنز قرار داده شده است برای جلوگیری از چشم انداز یکپارچه سازی خاص (ASICs) کاهش مصرف برق به میکرووات، فعال کردن عملکرد بدون باتری از طریق برداشت انرژی.
  • آنتenna: معمولا یک آنتن حلقه که انرژی را از یک خواننده خارجی (سیستم منفعل) برداشت می کند یا شامل یک باتری نازک فیلم برای انتقال فعال NFC و RFID رایج است؛ بلوتوث کم انرژی برای محدوده و داده های بیشتر از طریقput در حال ظهور است.
  • هیدروگل یا سیلیکون هیدروگل با قابلیت اکسیژن بالا (Dk /t >؛ 100) برای حفظ سلامت ذرت در طول سایش گسترده، سنسور و الکترونیک در parylene یا اپوکسی درجه پزشکی قرار می گیرند تا از خوردگی و لوس کردن جلوگیری کنند.
  • پوشش های محافظ: پلیمرهای سازگار با بیو که از ایجاد پروتئین جلوگیری می کنند و طول عمر سنسور را تضمین می کنند، پوشش های اسید هیالورونیک می توانند مرطوب کننده بودن و کاهش اصطکاک را بهبود بخشد، در حالی که لایه های ضد میکروبی ( نانوذرات خاموش) خطر ابتلا به عفونت را کاهش می دهند.

کل سیستم باید فوق العاده، انعطاف پذیر و روشن باشد.مصرف برق همچنان یک چالش بزرگ است؛ بسیاری از نمونه های اولیه از ارتباطات نزدیک میدان (NFC) برای انتقال داده بدون باتری استفاده می کنند، اما این محدودیت ها طیف و فرکانس های خواندن را با میکروارگانیسم ها اجازه می دهد جریان مداوم اما افزایش ضخامت روش های انرژی-هارت های شیرین شامل سلول های سوخت زیستی است که خود را از ایجاد یک سنسور اشک آور، می کنند.

قابلیت های Sensor کالیبراسیون و جبران خسارت

سنسورهای آنزیمی مستعد حرکت به دلیل ضعف پروتئین، تخریب آنزیم و تغییرات در pH اشک آور هستند: یک گلوکز و یک سنسور که با استفاده از اندازه گیری های مرجع (به عنوان مثال، یک انگشت یک بار در روز) یا با استفاده از یک طراحی دو سنسور است: یک گلوکز و یک مرجع که یک دارایی غیر گلوکز (به عنوان مثال غلظت طولانی) را برای حذف جریان اشک آور جایگزین می کند، نیاز به مسدود کردن برخی از تغییرات روزانه دارند.

مزایای بیش از روش های نظارت سنتی

لنزهای هوشمند مزایای مختلفی برای مدیریت رویدادهای هیپوگلیسمی حاد دارند:

  • غیر تهاجمی: هیچ سوزن، پچ، یا قرار دادن پوست زیر پوستی، این کاهش درد، خطر عفونت و ضایعات پزشکی است.
  • محکم و محرمانه: بر خلاف انگشت، لنز داده های ساعت گرد را بدون هیچ گونه اقدام از کاربر فراهم می کند. لنز برای دیگران نامرئی است، اجتناب از ننگ اجتماعی مرتبط با دستگاه های پزشکی پوشیدنی.
  • تشخیص ناگهانی: زمان بین گلوکز اشک آور و گلوکز خون کوتاه تر از تاخیر بین گلوکز مایع بین المللی و گلوکز خون (معمولا 5 تا 15 دقیقه برای CGMs) است که می تواند هشدار سریع تر را فعال کند - به طور بالقوه گرفتن حوادث هیپرگلیسمی که CGMs گزارش یا گزارش بعدی را از دست می دهد.
  • Integration با اصلاح بینایی: بسیاری از بیماران دیابتی نیز نیاز به اصلاح بینایی دارند. لنزهای هوشمند می توانند با قدرت نسخه ساخته شوند، ترکیب کمک های بینایی و نظارت بر گلوکز در یک دستگاه.
  • Potential for سیستم های حلقه بسته: با برقراری ارتباط مستقیم با پمپ های انسولین، لنزهای هوشمند می توانند بخشی از یک پانکراس مصنوعی را تشکیل دهند، به طور خودکار انتقال انسولین برای جلوگیری از هیپرگلیسمی.
  • زباله های قرمز شده: هیچ گونه بی تفاوتی، نوار تست و یا دستگاه های سنسور نیست.

توسعه های آینده: از Prototype تا Precision Therapy

دهه آینده شاهد پیشرفت های قابل توجهی در تکنولوژی لنز هوشمند خواهد بود. چندین حوزه کلیدی در حال توسعه هستند:

افزایش دقت سنسور و ثبات

نمونه های فعلی با چالش های حرکت سنسور و حرکت کالیبراسیون مواجه می شوند. لنز های آینده شامل آرایه های خود-شتاب دوگانه سنسور، یکی برای گلوکز و یکی برای پراکسید مرجع (به عنوان مثال، pH یا اکسیژن) برای لغو صدا، نانو مواد شیمیایی مانند گرافن و نانولوله های کربنی برای الکترودهای حساس تر و پایدار تر مورد بررسی قرار می گیرند.

هوش مصنوعی و پیش بینی Analytics

مدل های یادگیری ماشین آموزش دیده در مجموعه داده های بزرگ الگوهای گلوکز اشک آور، مصرف غذا، فعالیت و دوزهای انسولین می توانند پیش بینی کنند که رویدادهای هیپرگلیسمی 30 تا 60 دقیقه پیش رو، این قدرت پیش بینی اجازه می دهد تا عمل پیشگیرانه مانند افزایش سرعت موقت یا یادآوری برای مصرف دوز تصحیح. Edge در لنز یا بر روی گوشی هوشمند جفت شده می تواند این مدل ها را در شبکه های عصبی فعلی (FID) اجرا کند و پیش بینی شده است.

ادغام با سیستم های تحویل انسولین

یکی از هیجان انگیزترین چشم انداز ها یک سیستم حلقه بسته است که لنز هوشمند مستقیما با پمپ انسولین یا خودکار انسولین هوشمند ارتباط برقرار می کند، هنگامی که لنز گلوکز به سرعت در حال افزایش است، می تواند یک میکروبول خودکار انسولین را ایجاد کند، این باعث کاهش بار در بیمار و به طور بالقوه جلوگیری از کار اولیه در لنزهای ارتباطی دو جهتی در حال انجام است، اگرچه موانع تنظیم کننده ای است که می تواند به کنترل استخوان های باز کمک کند و کنترل مستقیم از آن جلوگیری کند.

قابلیت های گسترده و امن

نمونه های فعلی لنز هوشمند اغلب برای استفاده تک نفره یا کوتاه مدت (چند روز) طراحی شده اند، مواد آینده اجازه می دهد تا سایش مداوم تا 30 روز، هیدروژل سیلیکون با Dk /t بالا (خشک الکتریکی) و پوشش های ضد میکروبی خطر ابتلا به عفونت را به حداقل برسانند: باتری های لیتیوم انعطاف پذیر فوق العاده انعطاف پذیر یا سلول های سوختی که تولید برق از یک لنز در یک هفته کمتر از حد انعطاف پذیر است.

امنیت داده ها و حریم خصوصی

همانند هر دستگاه پزشکی قابل ایمپلنت یا پوشیدنی، امنیت داده ها بسیار مهم است.تولید کنندگان پروتکل های بی سیم رمزگذاری شده و پردازش محلی را برای به حداقل رساندن انتقال داده ها، بدن های تنظیم کننده مانند FDA و CE استانداردهایی را برای نرم افزار پزشکی و مدیریت داده ها ایجاد می کنند، باید اطمینان حاصل کنند که داده های گلوکز آنها خصوصی باقی مانده و نمی توانند مورد بهره برداری قرار گیرند.

چند-Analyte Sensing

لنزهای هوشمند آینده ممکن است فراتر از گلوکز باشند. محققان سنسورهایی برای شیردهی، کتون ها (beta-hydroxybutyrate) و کورتیزول را اضافه می کنند. همزمان گلوکز و نظارت کتن می تواند بین هیپرگلیسمی ناشی از انسولین از دست رفته ( کتون بالا) و هیپرگلیسمی از پرخوری (کم کتون ها) تفاوت ایجاد کند.این روش دوگانه می تواند تصمیم های درمانی را هدایت کند - به عنوان مثال، مشاوره در مورد اینکه آیا بوزون افزایش می یابد.

چالش ها و موانع در مسیر به سوی اتخاذ گسترده

علی رغم وعده، چندین مانع باید قبل از اینکه لنز های دیابتی هوشمند به یک ابزار استاندارد برای مدیریت هیپرگلیسمی تبدیل شوند، برطرف شوند.

دقت سنسور و قابلیت تغییر اشک

سطح گلوکز اشک می تواند تحت تأثیر عوامل غیر مرتبط با گلوکز خون، مانند سوزش چشم، آلرژی، گریه یا سندرم خشکی چشم قرار گیرد.حساس باید قوی باشد به علاوه، زمان تاخیر بین خون و گلوکز اشک آور ثابت نیست و می تواند بر اساس سرعت جریان اشک آور متفاوت باشد. آزمایشات بالینی نشان داده اند برخی از لنزهای هوشمند به معنای تفاوت مطلق (اما به اندازه کافی برای بهبود اندازه گیری C.20٪ نیاز به بهبود دقیق است.

تصویب مقررات و استاندارد

هیچ لنز دیابتی هوشمند هنوز FDA یا CE برای نظارت بر گلوکز دریافت نکرده است، مسیر تنظیمی پیچیده است زیرا این دستگاه یک سنسور پزشکی را با یک لنز اصلاحی نوری ترکیب می کند. تست ایمنی باید سلامت بینایی، تداخل الکترومغناطیسی و سازگاری طولانی مدت با پیش بینی های خاص برای تشخیص قند محدود کند.

Userion و Cost

لباس های لنز تماس در حال حاضر با هزینه مواجه هستند و اضافه کردن الکترونیک به احتمال زیاد افزایش قیمت به طور قابل توجهی.Reimbursement از بیمه و Medicare برای پذیرش گسترده حیاتی خواهد بود، علاوه بر این، بیمارانی که هرگز لنزهای تماسی را استفاده نکرده اند ممکن است تمایل به یادگیری وارد شدن و مراقبت از کمپین های آموزشی و طرح های ساده تک نفره باقی مانده است به پذیرش زودهنگام کمک می کنند.

رقابت از CGMs

شرکت هایی مانند Dexcom، ابوت و Medtronic مانیتورهای مداوم گلوکز کوچکتر، ارزان تر و دقیق تر ساخته اند. لنزهای هوشمند باید با ارائه مزایای منحصر به فرد مانند اندازه گیری غیر تهاجمی، اصلاح بینایی و توانایی تشخیص هیپرگلیسمی زودتر از آن متمایز شوند.اگر CGM های سنتی به دقت و قابلیت پوشیدن مشابه دست می یابند، بازار لنزهای هوشمند ممکن است محدود به برنامه های طاقچه باشد، اما توانایی غیر قابل استفاده از دید بیمار برای کاهش آن ها و یا ارائه مزایای بینایی برای اصلاح مشتری های ایده آل برای کاربر برای کاربران دشوار است.

خطرات سلامت چشم

استفاده گسترده از هر لنز تماس خطر ابتلا به عفونت ذرت، نئوپاتی و خشکی چشم را افزایش می دهد. اضافه کردن وسایل الکترونیکی و میکرو اجزاء می تواند این مشکلات را تشدید کند اگر به دقت طراحی نشده باشد. سنسورها ممکن است کمی در طول شارژ بی سیم گرم شوند و مواد نباید مواد سمی را به حداقل برسانند.

مطالعات بالینی و داده های واقعی جهانی

چندین گروه علمی کارآزمایی های انسانی کوچک را انجام داده اند، به عنوان مثال، محققان دانشگاه یوتا یک لنز نرم ایجاد کردند که گلوکز و فشار داخل عروقی را به طور همزمان اندازه گیری می کند. نتایج نشان داد که ارتباط خوبی با گلوکز خون در طول آزمایش تحمل گلوکز خوراکی، مطالعه دیگری توسط KAIST (کرای کره جنوبی) نشان داد یک لنز با یک LED داخلی که در هنگام استفاده از 250 میلی گرم / dL - یک هشدار مستقیم ایتالیایی در یک دانشگاه حاوی پروتئین 4، در پیزای که در یک دوره هشدار دیده می شود.

با این حال، اکثر مطالعات بیماران مبتلا به خشکی چشم، آلرژی یا ناهنجاری های ذرت را از بین برده اند. عملکرد واقعی در جمعیت های مختلف همچنان معتبر است. کارآزمایی های طولی بزرگ با ثبت داده های خودکار ضروری است تا ثابت کنند که لنزهای هوشمند می توانند میزان بروز حوادث شدید هیپرگلیسمی را کاهش دهند و HbA1c را بهبود بخشند. اولین کارآزمایی اصلی انتظار می رود که حداقل 200 بیمار مبتلا به دیابت نوع 1 و مقایسه آنها با 6 ماه و در مقایسه با سرعت داده های تاریخی / کم سن 6 ماه ثبت نام کنند.

نقاط پایانی کلیدی بالینی برای محاکمه های آینده

  • کاهش زمان صرف شده در بالای 250 میلی گرم / dL (TAR) با حداقل 10٪ در مقایسه با پایه
  • کاهش در بازدید های بخش اورژانس برای DKA یا HHS با 30٪ یا بیشتر
  • بهبود رضایت بیمار و کیفیت امتیازات زندگی (به عنوان مثال، DDS، پرسشنامه PAID)
  • دقت در مقایسه با گلوکز خون در طول مطالعات کم خونی هیپرگلیسمی - هدف قرار دادن MARD کمتر از 15٪
  • نقاط انتهایی ایمنی: بروز لکه های لکه دار ذرت، قرمزی، عفونت و رتبه بندی آرامش ذهنی

نتیجه گیری: یک ابزار تحول آمیز با کار هنوز نیاز است

دستگاه های لنز هوشمند نشان دهنده یک چشم انداز جسورانه برای مدیریت حوادث حاد هیپرگلیسمی است.با ارائه غیر تهاجمی، مداوم و تشخیص زود هنگام افزایش قند خون، آنها می توانند بیماران را قادر به انجام اقدامات پیشگیرانه و جلوگیری از عوارض خطرناک است، این تکنولوژی گام های چشمگیر از نمونه اولیه آزمایشگاهی به آزمایش بالینی، اما چالش های قابل توجهی در دقت سنسور، سایش، مقررات، تایید و نظارت بر مواد مخدر باقی می ماند، به زودی نیاز به این لنزهای چشم انداز هوشیار برای ادامه می یابد.

آینده مراقبت از دیابت به سمت سیستم های یکپارچه، یکپارچه و فعال حرکت می کند. لنزهای هوشمند قرار است نقش کلیدی ایفا کنند، به ویژه در تشخیص اولیه و معکوس از جهش های هیپرگلیسمی، در نهایت کاهش بار فیزیکی و عاطفی زندگی با لنز های بالینی معتبر است.

لینک خارجی: ] اطلاعات FDA در مورد مسیرهای تایید CGM ، همچنین Diabetes UK مروری بر گزینه های نظارت بر گلوکز .