مقدمه: نیاز به نظارت بی درد

پیشرفت دیابت بر بیش از 530 میلیون بزرگسال در سراسر جهان تأثیر می گذارد و تعداد آن همچنان افزایش می یابد. [برای اکثر، نظارت روزانه گلوکز برای مدیریت دوزهای انسولین، مصرف مواد غذایی و فعالیت فیزیکی اخیر ضروری است، در حالی که آزمایش های منظم ناخنک (برای مثال، دردناک است، ناخوشایند است و یک علت مکرر از پایبندی ضعیف)، مطالعات گزارش می دهد که تا 40٪ از افراد مبتلا به تست های دیابت توصیه شده برای نظارت بر روی یک دستگاه تشخیص پایدار (برای مثال، به تجزیه و تحلیل دقیق دقیق تر از طریق تصویر برداری های پوستی، به این دستگاه، به این روش های دقیق، به این روش های پوستی، به حداقل، به عنوان مثال، به عنوان یک دستگاه های دقیق، تشخیص دهنده ی دقیق بودن، به وضوح دقیق تر از طریق تشخیص دقیق بودن، به نظر پزشکی، به عنوان یک داروی ضد صرع، به طور مداوم، به نظر پزشکی، به عنوان یک داروی ضد صرع، به وجود آمده است.

درک هویت بصری تاموگرافی

ترکیب بصری کلاژن، استفاده از تداخل کم ارتفاع برای تولید تصاویر مقطعی از ساختار بافت با وضوح محوری به 1 تا 10 میکرومتر است که منبع نور پهنای باند - به طور معمول یک تصویر فوق العاده روشن کننده و یا لیزر منبع دور در نزدیک به 1300 نانومتر - به دو بازوی تقسیم می شود: یک بازوی مرجع مرجع و یک نمونه بازگشت عمق تصویر اولیه با سرعت تشخیص پوست به طور چشمگیری در حال حرکت است.

انتخاب طول موج حیاتی است.نور مادون قرمز نزدیک به 1300 نانومتر تعادل خوبی را ارائه می دهد: جذب آب به اندازه کافی کم است تا به 2 -3 میلی متر به پوست نفوذ کند، اما ضریب پراکنده به اندازه کافی بالا است تا تغییرات قابل اندازه گیری را ایجاد کند. طول موج های کوتاه تر (به عنوان مثال، 800 نانومتر) به عمق کمتری نفوذ می کنند و بیشتر به ملانین حساس هستند، در حالی که طولانی تر (به عنوان مثال روشن تر از حجم آب) استفاده می کند.

چگونه OCT Detects Glucose: فیزیک پشت سنسور

مکانیسم پیوند سیگنال های OCT به سطح گلوکز خون بستگی به تغییرات در شاخص انکساری مایع بین المللی دارد. مولکول های گلوکز کوچک و بسیار قطبی هستند؛ زیرا غلظت آنها افزایش می یابد، شاخص عمق انکساری مایع اضافی سلول افزایش می یابد، این باعث کاهش ناسازگاری بین شاخص های قابل اندازه گیری غشای سلولی، فیبرها و مایع اطراف می شود، در نتیجه کاهش ضریب کاهش می شود، و در آن، کاهش می یابد.

پارامترهای نوری کلیدی

  • [μs] ضریب اندازه گیری (μs): کاهش تقریبا 0.5 -2% در هر 10 mg / dL افزایش گلوکز، بسته به نوع بافت و هیدراتاسیون.کاهش از تطبیق شاخص های انکساری و مهم ترین در رابط بین اجزای بافت و مایع بین المللی است.
  • عامل آنتروفیلی (g): نظریه پراکنده یک تغییر زاویه ای را پیش بینی می کند که به عنوان غلظت گلوکز افزایش می یابد، و سپس تغییر سیگنال شناسایی شده است.
  • شاخص جذب (μa): در 1300 نانومتر، آب و چربی بر جذب تسلط، اما گلوکز خود را به خودی خود کمک می کند تا تغییرات سیگنال OCT پس از پراکنده شدن، نه جذب.

اکثر سنسورهای گلوکز OCT یک متریک به نام (FLT:0) ضریب بی توجهی را استخراج می کنند یا دامنه پروفایل شدت OCT در مقیاس لگاریthmic محاسبه می شود. شیب بیش از یک پنجره عمق است که از انعکاس سطح قوی (معمولا 50 -100 μm زیر سطح پوست) جلوگیری می کند و گسترش می دهد تا حدود 500 μm پیاده سازی اولیه استفاده شود، اما تغییرات ساده و یا مدل های ضدعفونی کننده ای برای استفاده از آن به عنوان مدل های ضدعفونی کننده خطی ساده است.

یک پروتکل خرید معمولی شامل جمع آوری چندین B-scans در یک منطقه کوچک (به عنوان مثال، 2 میلی متر 1 میلی متر) و به طور متوسط آنها برای کاهش سر و صدا Cakle است. نسبت سیگنال به نویز بیشتر توسط تخمین A-scans در منطقه مورد علاقه بهبود می یابد. با لیزرهای مدرن در 50-200، اندازه گیری کامل کمتر از یک ثانیه است.

مقایسه با دیگر تکنولوژی های غیر تهاجمی

برای قدردانی از مزایای OCT، بهتر است آن را با دیگر رویکردهای غیر تهاجمی که در دو دهه گذشته بررسی شده اند مقایسه کنید.

  • [NIR] طیفوسکوپی (NIR) نزدیک مادون قرمز (NIR) اندازه گیری: جذب با استفاده از طول موج در حدود 900-1700 nm. NIR طیفوسکوپی غیر خاص و به شدت تحت تاثیر آب، رنگدانه پوست و دقت دما در کارآزمایی های بالینی متناقض بوده است، با معنی تفاوت های نسبی مطلق (MARD) اغلب بیش از O، کنتراست عمیق، جدا شدن از برش های سطحی و پراکنده شدن از تنوع از اثرات، و پراکندگی از اثرات سطح و پراکندگی از اثرات، و پراکندگی از اثرات، و پراکندگی از اثرات.
  • رامن Spectroscopy: اطلاعات اثر انگشت مولکولی را ارائه می دهد، اما نیاز به زمان طولانی (ثانیه تا دقیقه) و از نسبت سیگنال ضعیف به نور به دلیل بخش کوچک صلیب رامن در مقیاس های زمانی میلی ثانیه کار می کند، و نظارت زمان واقعی را امکان پذیر می کند.
  • تصویربرداری پرتره: استفاده از نور پالس شده برای تولید امواج سونوگرافی؛ آن می تواند تغییرات ناشی از گلوکز در جذب نوری و کشش بافت را نقشه برداری کند، با این حال، سنسورهای فتوacoustic نیاز به ژل اتصال صوتی دارند و به حرکت حساس هستند. OCT نیاز به تماس را از بین می برد و می تواند به یک پچ پوشیدنی یکپارچه شود.
  • اسپیماتیک Spectroscopy: اندازه گیری خواص الکتریکی بافت؛ دقت ضعیف است (MARD > 25٪ در بسیاری از مطالعات) به دلیل دخالت از عرق، حرکت و آناتومی فردی. OCT کمتر مستعد چنین مصنوعات است زیرا آن را به جای سیگنال های الکتریکی متکی است، و اندازه گیری حجم کوچک و به خوبی تعریف شده است.
  • حسگرهای مبتنی بر متابولیسم: نیاز به تزریق رنگ های بیرونی یا میکروآسرهای کاشت شده برای پیوند گلوکز، این ها به جای واقعا غیر تهاجمی هستند، و فلوروس در طول زمان استفاده می کند. OCT تنها از کنتراست های پایان دهنده استفاده می کند و بنابراین نیازی به مصرف ندارد.

در میان این موارد، OCT به دلیل ترکیب سریع خرید، وضوح عمق میکرون و توانایی جدا کردن لایه پوست از اپیدرم و چربی زیر پوستی است.این ویژگی آناتومی برای دستیابی به دقت مورد نیاز برای مدیریت دیابت حیاتی است، زیرا اجازه می دهد سنسور سیگنال ها را از بافت های حساس غیر گلوکز مانند استستریوم و کاپیتالیتالیتال که به سرعت با گلوکز خون نمی شود رد کند.

پیشرفت های اخیر: از PO گرفته تا نمونه های قابل تحمل

در طول پنج سال گذشته، پیشرفت قابل توجهی در ترجمه سنجش گلوکز OCT از تنظیمات آزمایشگاهی به دستگاه های قابل حمل و پوشیدنی انجام شده است. چندین گروه تحقیقاتی، تحقیقات OCT را نشان داده اند که می تواند بر روی تنظیمات جذب کننده یا انگشت شست قرار گیرد.این پروب ها شامل اسکن های مینیاتوری و منابع نوری فشرده که توسط واحدهای کنترل باتری استفاده می شوند.

یادگیری ماشین دقت را افزایش می دهد

پیشرفت عمده ای از کاربرد یادگیری ماشین است. سنسورهای گلوکز اولیه OCT بر رگرسیون خطی بین دامنه سیگنال OCT و اندازه گیری های مرجع قند خون متکی هستند.این رویکرد در برابر نویز از اشیاء حرکت، تغییرات آب و برق پوست و توالی های حرکتی تکراری (FLT:0) به کار گرفته شده [F:1] شبکه های عصبی (CNN) که به طور خودکار انتقال می دهند (برای برخی از مقادیر پردازش غلظت های پردازش حافظه و انتقال آن استفاده می شود.

مینیاتورسازی OCT Hardware

سیستم های OCT سنتی کل نیمکت نوری را پر می کنند.امروز، مدارهای یکپارچه فوتون (PICs) قادر به تراشه های OCT هستند اندازه یک انگشت سنج.با ادغام یک لیزر اسکن منبع گسترده، تداخل سنج و تشخیص عکس در یک تراشه واحد از تراشه های فتوسنتز، محققان دستگاه های اثبات شده را ایجاد کرده اند که می توانند به عنوان یک نمونه کوچک برای پردازش کاربر استفاده کنند.

Adaptive کالیبراسیون و Sensor Fusion

یکی دیگر از حوزه های فعال تحقیق ترکیب OCT با سنسورهای کمکی برای بهبود استحکامات است. A 2024 مطالعه منتشر شده در اپتیک اکسپرس یکپارچه سنسور دمایی، سنسور فشار تماس، و سنسور آب و برق با یک پروب OCT. با تغذیه این اندازه گیری های اضافی به مدل یادگیری ماشین، سیستم کاهش کالیبراسیون و دقت در سراسر شرایط مختلف بهبود می یابد.

شاخص بالینی و معیارهای دقیق

برای مفید بودن بالینی، یک سنسور گلوکز غیر تهاجمی باید با دقت قابل مقایسه با CGM های موجود، استاندارد ISO 15197:2013 برای سیستم های نظارت بر گلوکز خون نیاز به این دارد که 95 درصد از خواندن ها در ± 15 mg / dL مرجع غلظت گلوکز زیر 100 mg / dL قرار دارند و در ± 15٪ برای مقادیر بالاتر، سنسورهای OCT هنوز این آزمایشات استاندارد را برآورده نکرده اند، اما تشویق نتایج بزرگ اخیر است.

مطالعه 2023 که در ] ژورنال Biophotonics ] منتشر شده است، 40 موضوع را با دیابت نوع 1 ثبت نام کرد و اندازه گیری OCT را در طول آزمون تحمل گلوکز خوراکی و هیپوگلیسمی ناشی از انسولین جمع آوری کرد، سنسور ممکن است به سرعت یک روش MARD از 12.8% و تجزیه و تحلیل خطای کلارک گزارش شده 96٪ خواندن جفت در مناطق A (به طور دقیق) را بهبود بخشد.

تحقیقات دیگر بر بهبود قابلیت تکثیر در سراسر تن های مختلف پوست، سایت های بدن و سنین تمرکز کرده است، زیرا سیگنال های OCT تحت تاثیر ضخامت پوست و محتوای ملانین قرار می گیرند، مدل های کالیبراسیون باید شخصی یا آموزش دیده باشند، کار اخیر با استفاده از چند چشم انداز OCT - ترکیب داده ها از دو یا چند طول موج - نشان می دهد وعده در تجزیه گلوکز ناشی از تغییر پراکندگی از تنوع ساختاری، به عنوان مثال تخمین زده شده و کاهش مصرف هر دو، و اجازه می دهد.

چالش های هنوز به Overcome

علی رغم وعده آن، سنجش گلوکز OCT با چندین مانع فنی مواجه است تا بتواند جایگزین های انگشت یا حتی CGM های موجود شود.

حرکت Artifacts

از آنجا که تصویربرداری OCT نیاز به هماهنگی دقیق پرتو با سطح بافت، حتی حرکات جزئی (مانند لرزش دست یا تنفس) می تواند مشخصات عمق را فاسد کند. نمونه های قابل تحمل این را با شتاب سنج و ردیابی نوری سازگار، اما آزمایش دنیای واقعی تحت شرایط آمبولانس محدود است راه حل های تحت تحقیقات شامل الگوریتم های سریع تصویر تثبیت زمان واقعی است که رد فریم ها با تکنیک های پردازش پایدار و استخراج سیگنال بدون در نظر گرفتن ویژگی های انتقال سیگنال های پایدار است.

تنوع فردی

هیدراتاسیون پوست، بافت اسکار، تماس ها و حتی فعالیت فیزیکی اخیر، خواص نوری دره را تغییر می دهد.یک مدل کالیبراسیون آموزش دیده در یک فرد ممکن است به دیگری تعمیم ندهد. برخی از محققان در حال بررسی استفاده از سنسورهای کمکی هستند - مانند اندازه گیری ساده الکتریکی - برای عادی سازی سیگنال OCT برای عوامل گیج کننده.

قابلیت های

شدت سیگنال OCT مطلق می تواند به دلیل تغییرات در قدرت منبع، خم شدن فیبر یا دما، سرعت مستمر با ارزش گلوکز مرجع در حال حاضر هر 30 تا 60 دقیقه به حرکت در می آید، زیرا یک دستگاه کاملا غیر تهاجمی و بدون کالیبراسیون، سنسور باید عملکرد پایدار را حداقل برای چند روز حفظ کند. پیشرفت در درجه مرجع، منابع نور درجه حرارت که به عنوان یک نمونه استفاده از سیگنال خود، هنوز هم به عنوان یک الگوریتم سیگنال خود استفاده از آن است.

مسیر تنظیم

اداره غذا و داروی آمریکا (FDA) هنوز هیچ سنسور گلوکز غیر تهاجمی را که از OCT استفاده می کند، تایید نکرده است.این آژانس نیاز به شواهد بالینی دقیق نشان می دهد که ایمنی و اثربخشی قابل مقایسه با دستگاه های پیش بینی است، با توجه به تازگی تکنولوژی، طبقه بندی de novo یا 510 (k) ارسال با محدودیت های گسترده ممکن است لازم باشد.

چشم انداز آینده: ادغام با Pancreas مصنوعی

هدف نهایی برای بسیاری از محققان OCT این است که یک سنسور گلوکز غیر تهاجمی را به یک سیستم تحویل انسولین حلقه بسته متصل کنید – که معمولا به عنوان پانکراس مصنوعی شناخته می شود.سیستم های حلقه بسته هیبریدی فعلی مانند Medtronic MiniMed 780G و Tandem t: 7802 با ControlIQ، به حداقل تهاجمی CGM که نیاز به جایگزینی هر 714-CT سنسور به طور مداوم می تواند به کار کند.

علاوه بر این، OCT می تواند به طور بالقوه اطلاعات فیزیولوژیکی اضافی را فراتر از غلظت گلوکز ارائه دهد.برای مثال، همان تصاویر دارای عمق بالا نشان دهنده تغییرات جریان خون پوست، هیدراتاسیون بافت و چگالی کاپیتالیک است که می تواند برای تشخیص علائم اولیه نوروپاتی دیابتی یا بیماری های هنری محیطی استفاده شود. دستگاه های پوشیدنی آینده ممکن است یک داشبورد سلامت چند متر برای افراد مبتلا به دیابت ارائه دهند و به طور قابل توجهی در حال گسترش فن آوری بالینی.

در سمت مصرف کننده، چندین شرکت بزرگ فناوری ثبت اختراع در توصیف سنسورهای OCT یکپارچه در ساعت های هوشمند را ثبت کرده اند.گزارش ها نشان می دهد که اپل در حال بررسی یک مانیتور گلوکز غیر تهاجمی برای بیش از یک دهه است، و اختراعات اخیر آن به طور خاص OCT را شامل می شود، در حالی که هیچ محصول اعلام شده است، همگرایی از مینیاتور تراشه، تکنولوژی یادگیری اولیه، و ماشین آلات آموزش و پنج سال قبل از آن نشان می دهد که می تواند آزمایش های الکترونیکی را با استفاده از آن را با استفاده از آن را به طور عمومی نشان دهد.

در نهایت، ادغام با پمپ های انسولین و سیستم های تزریق مداوم انسولین به احتمال زیاد نیاز به پروتکل های بی سیم (Bluetooth، NFC) و تجزیه و تحلیل داده های مبتنی بر ابر دارند که می توانند هر دقیقه خواندن گلوکز زمان واقعی را به طور کامل خودکار کنند بدون نیاز به کالیبراسیون دوره ای یا تغییرات سنسور، به طور چشمگیری بهبود کیفیت زندگی برای افراد مبتلا به دیابت نوع 1.

نتیجه گیری

Coherence Tomography به عنوان یک کاندید پیشرو برای سنجش گلوکز غیر تهاجمی ظهور کرده است، استفاده از دهه های توسعه در تصویربرداری بالینی و فوتونیک، پیشرفت های اخیر در سخت افزار مینیاتوریزه، پردازش داده های زمان واقعی و کالیبراسیون ماشین، تکنولوژی را به لبه استفاده عملی آورده است، در حالی که چالش های اطراف اشیاء حرکت، تنوع فردی، و پاکسازی، هیچ گونه روش استاندارد دیابت در سطح آینده نیست: هیچ یک از طریق تجزیه و تحلیل کیفیت زندگی افراد به سادگی نمی تواند بررسی شود.