Як працює датчик CGM на молекулярному рівні

Безперервні монітори глюкози (CGMs) змінили догляд за цукровим діабетом, надаючи користувачам потік даних глюкози, а не ізольованих знімків. Ці невеликі пристрої вимірюють глюкозу в міжстицільної рідини і перевести її в тенденції, які допомагають керувати дозуванням інсуліну, вибором їжі і планування активності. Розуміння технічних деталей за даними читання корисно для всіх, хто спирається на CGM або розглядає прийняття одного.

На самому серці кожного CGM є електрохімічний датчик. Датчик використовує глюкози окисдаза, фермент, який реагує особливо з молекулами глюкози. При глюкозі дифузії від міжстильної рідини в датчик і#8217;s робоча електрода, фермент каталізує його окислення, виробляє перекис водню. Перекис водню потім електрохімічно знижується, що створює електричний струм, який безпосередньо пропорційно концентрації глюкози в рідині, що оточує датчик. Цей струм, виміряний в наномпах, є сирим сигналом, що система CGM, що перетворюється в фізіологічний сигнал глюкози.

Датчик нитки є надзвичайно тонким і гнучким, як правило, вставляється тільки під шкіру за допомогою аплікатора. Він знаходиться в міжстим простором, де рівень глюкози відставають за кров'ю глюкози приблизно п'ять хвилин. Ця лага не є недоліком технології; вона відображає фізіологічну затримку, як глюкоза рухається від капілярів в міжступне відділення. Виробники обліковують для цієї затримки в своїх алгоритмах, і користувачі дізнаються, щоб інтерпретувати зростання або падіння тенденцій, а не очікує миттєвого рівноваги з пальчиком читання.

З сирого сигналу до клекози читання

Електричний струм від датчика переходить до передавача, який є компонентом, що надягається на шкірі над датчиком. Перетворювач посилює, оцифровує і фільтрує сигнал перед надсиланням бездротово на пристрій дисплея. Пристрій сигналу видаляє електричний шум і артефакти, які можуть виникнути від руху, зміни температури або тиску на датчик. Оброблений струм значення потім запускається через алгоритм калібрування, який перетворює його в концентрацію глюкози, виражену в мг / дЛ або ммоль / Л.

У старих моделях CGM це перетворення вимагає регулярних пальцевих показань глюкози, щоб зберегти алгоритм калібрування. Користувачі вводили значення глюкози в крові від лічильника, а система коригувала свої внутрішні параметри, щоб відповідати. Нові завод-кальібрані моделі, такі як Dexcom G6 і Abbott FreeStyle Libre 3, більше не вимагають рутального калібрування пальчика. Ці датчики калібруються при виробництві, використовуючи еталонні вимірювання по всьому спектру концентрацій глюкози, і код датчика, надрукований на кожному аплікаторі, говорить про систему, яка точність калібрування, щоб застосувати для цього конкретного датчика багато. Цей прогрес значно зменшив задоволення від використання гіпо-вимірювального тяглотика, хоча і емічного діапазону, хоча б удосконале, що все ще може поліпшити емічний емічний емічний діапазон використання

Частота передачі і споживання енергії ретельно керовані для збереження автономного життя. Більшість CGM передають дані кожні п'ять хвилин, забезпечуючи 288 читання в день. Деякі моделі дозволяють більш часту передачу під час активного моніторингу сеансів. Сам передавач або багаторазовий через кілька датчиків або інтегрованих в одноразовий датчик збірки, в залежності від виробника.

Калібрування: Чому деякі CGM повинні це і інші Дон’t

Калібрація – це процес копіювання датчика та#8217; сирого електричного сигналу до відома концентрація глюкози. У лабораторному обстановці датчики піддаються розчинам з відомими рівнями глюкози, а отримані поточні значення записані. Ці дані встановлюють лінійні або поліномні зв’язки, які можуть бути використані для прогнозування глюкози з струму в реальному часі. Однак біологічна варіація між фізичними особами, відмінності в глибину вставки, локальне запалення на місці вставки, а зміни міжштичного складу рідини над датчиком та#8217;s зносний період всі впливають на це зв’язки.

У заводно-кальібраційних системах виробник попередньо визначає очікувані відносини і кодує його в передавач або пристрій відображення. Користувач просто вводить чотири-цифровий код, надрукований на сенсорному аплікаторі, а система завантажує відповідні параметри калібрування. Ці параметри виводяться з широкого клінічного тестування по різних популяціях. Перевага є зручність і зменшена пальцева тягарка. Трейд-офф є те, що заводське калібрування може не враховувати для індивідуальних біологічних варіацій, як саме так само, як і за допомогою індивідуального калібрування. На практиці завод-калібровані GM показали точність, що традиційні пальники для більшості користувачів в евггіглікемічні і гіперглікгемічні діапазони.

Системи, які вимагають калібрування користувачів, зазвичай просять два пальники для читання в день протягом перших кількох днів, а потім один раз на день після цього. Алгоритм калібрування використовує ці точки для виправлення будь-якого дрейфу в сигналі датчика з часом. Користувачі повинні калібрувати при рівні глюкози стабільно, щоб уникнути введення помилок від фізіологічного лагу між кровом і міжстиціальної рідини. Калібруючи під час швидкого підйому або падіння може фактично деградувати точність, оскільки значення глюкози і значення міжстиціального глюкози не врівноваженості.

Комплектуючі системи CGM

Система CGM складається з трьох основних компонентів, які працюють разом з збирати, обробляти та відображати інформацію про глюкози.

сенсор

Датчик - це одноразовий компонент, який вставляється під шкірою. Він містить робочу електрод з глюкози окисдаза, посилання електродом і проти електродою. Вся збірка енкопсульована в межах біосумісного полімеру, що мінімує тіло ’ імунна відповідь і дозволяє глюкози вільно дифузувати до ферментного шару. Датчик занурення, як правило, не більше декількох міліметрів довго і вставляється під кутом до підшкірної тканини. Тривалість засмаги коливається від семи до чотирнадцяти днів залежно від виробника і моделі.

передавач

Перетворювач є багаторазовим або напівразовим компонентом, який затискає на кріпильний пристрій датчика. Він містить акумулятор, мікропроцесор, радіопередавач і антена. Перетворювач працює датчик, читає поточний сигнал, виконує початковий сигнал кондиціонування, і передає дані на пристрій дисплея. Деякі передавачі перезаряджаються і тривають протягом декількох місяців на рік, в той час як інші одноразові і замінені на кожен датчик.

дисплей пристрою

Пристрій відображення може бути виділеним ресивером, смартфоном або смарт-годинникам. Пристрій працює програмне забезпечення, яке отримує дані, застосовує алгоритм калібрування, і представляє читання глюкози разом з інформаційною інформаційною інформацією. Більш сучасні додатки CGM відображають значення в режимі реального часу, значення глюкози, модний стрілок, що вказує напрямок і швидкість зміни, а графік показує останні кілька годин читання. Додаток також генерує сповіщення для високих і низьких рівнів глюкози і може поділитися даними з соціальними працівниками або постачальниками охорони здоров'я через хмарні платформи.

Відстежити тренди: За межами читання в режимі реального часу

Функція визначення технології CGM є її здатністю відстежувати тенденції глюкози в часі. Одиночне читання говорить користувача, що їх глюкоза знаходиться в цьому моменті, але дані тренда розкриває, де він очолює і як швидко. Ця передбачувана можливість є те, що дозволяє вести управління проактивним діабетом, а не реактивні корекції.

Курс змін та трендів

Більшість систем CGM відображають модну стрілку, яка вказує на швидкість і напрямок зміни глюкози. Стрілка виходить з схилу кривої глюкози над останніми п'ятнадцять хвилин даних. Стійка горизонтальна стрілка означає клекоза стабільна. Один вгору або вниз стріла вказує на поступовий підйом або падіння. Двох або потрійних стріл сигналу швидко зміниться. Ці стріли допомагають користувачам приймати безпосередні рішення: внизу стріли з клейкозним читанням 130 мг / дЛ дозволяє, що прийом швидкодіюючого інсуліну може призвести до гіпоглікемії, а передній стрілку на 130 мг / л може вказувати більш гладку дозу.

Час в діапазоні

Час у діапазоні (TIR) є відсоткам часу, користувач витрачає в межах цільового діапазону глюкози, як правило, визначено як 70 до 180 мг/dL. Клінічні дослідження встановили TIR як дійсний результат вимірювання для управління діабетом, і він сильно корелює з HbA1c. Багато додатків CGM автоматично розраховують TIR більше 7, 14, 30, 90-денних періодів. Користувачі можуть також визначити спеціальні цільові діапазони для конкретних ситуацій, таких як вагітність або інтенсивна спортивна підготовка. TIR забезпечує більш наготовлену картину глікологічного контролю, ніж HbA1c, тому що він захоплює щоденну мінливість і частоту екскурсію за межами цільової зони.

Сортування глюкози

За середній глюкози та TIR дані CGM дозволяють розрахунок показників варіабельності глюкози, таких як стандартне відхилення та коефіцієнт варіації. Висока варіабельність глюкози пов'язана з підвищеним ризиком гіпоглікемії та може сприяти діабетичних ускладнень незалежно від рівня глюкози. Уміння візуалізувати мінливість на щоденному графі глюкози допомагає користувачам визначити закономірності, які вони можуть звернутися з регулюваннями до затримки інсуліну, складу їжі або фізичної активності.

Детекція шаблонів та ретроспективний аналіз

Збережені дані з CGM можуть бути рецензовані ретроспективно, щоб визначити повторювані візерунки. Наприклад, користувач може помітити, що їх глюкоза послідовно піднімається на ранній ранок до прокидання, явище, відомий як явище світіння. Ще один користувач може бачити, що вдень вправи послідовно викликає затримку падіння глюкози в два-три години після закінчення активності. Ці візерунки стають очевидними тільки тоді, коли дані агрегатуються протягом декількох днів або тижнів. Розширені програмні платформи CGM накладаються кілька днів даних, щоб виділити послідовні щоденні візерунки і прапор статистично значущі зміни при регулюванні терапії.

Амбулаторний профіль глюкози та стандартизовані звіти

У рамках проекту «Сучасні методи діагностики» було прийнято стандартизовані формати звітності для даних ЦГМ для спрощення комунікації між користувачами та постачальниками охорони здоров’я. Амбулаторний профіль глюкози (АГП) є односторінковим звітом, що підбиває найважливіші метрики з двох тижнів або більше даних ЦГМ. У складі АГП є крива медіана глікоза з 10-го та 90-відсоткових смуг, статистика ТРІ, гіпоглікемія та індекси гіперглікемії, а також індекси варіабельності глюкози. АГП дозволяє клінікам швидко оцінити, чи пацієнтом та#8217; поточна терапія досягне глікоцитемічні цілі та визначити певні періоди, які потребують.

AGP був розроблений через консенсусу міжнародних організацій цукрового діабету і тепер інтегрований в більшість платформ звітності CGM. Стандартизація була критичною для телемедицини та дистанційного моніторингу, оскільки клініка може переглянути AGP від будь-якої системи CGM і негайно зрозуміти стан пацієнта та #8217; глікомічний статус без вивчення різних інтерфейсів програмного забезпечення для кожного пристрою. AGP також служить інструментом для страхування відшкодування та для оцінки ефективності нових методів лікування або інсуліну.

Точність та метрика МАРД

Точність в технології CGM є найбільш поширеною за допомогою аналізу Абсолютного Рельативного дифункції Mean Absolute (MARD). MARD є середньою різницею відсотка між значеннями CGM та посиланням значенням глюкози крові, зазвичай вимірюється за допомогою лабораторно-градуючого аналізатора глюкози або добре каліброваного лічильника глюкози крові. Нижня MARD вказує на більш високу точність. Сучасні CGMs досягають значення MARD між 8 і 12 відсотків, що є порівняти з точністю традиційних метрів пальника в евглікемічні та гіперглікемічні діапазони.

Точність, як правило, має деградацію в гіпоглікемічному діапазоні, де абсолютний сигнал менший і фізіологічний відстав між кров'ю і міжстиціальної рідиною, має більший пропорційний ефект. Точність датчика також знижується протягом перших дванадцять-ти годин після вставки, період відомий як датчик прогріву. Під час тепло-ап, тіло ’ запальна реакція на місці вставки може викликати сигнал датчика, який буде нестабільним. Більшість систем пригнічують читання протягом цього періоду і не відображають дані, поки сигнал стабілізується.

Користувачі повинні розуміти, що КГМ читання є оцінками, не точні вимірювання. Тенденція практично завжди більш клінічно цінна, ніж абсолютна кількість. Відмінність 10 мг/дЛ рідко смисливе для прийняття рішень, але тенденція падіння з прогнозом 30 мг/дЛ зменшується в наступні хвилини вимагає уваги незалежно від поточної абсолютної цінності.

Клінічні переваги та недоліки

Кілька масштабних клінічних досліджень та реальних досліджень показали переваги використання ЦГМ у популяціях цукрового діабету. Для людей з цукровим діабетом 1 типу, використання ЦГМ асоціюється з зменшенням в HbA1c 0,5 до 1,0 процентних пунктів, зниження часу, проведених в гіпоглікемії, та підвищення якості життя. У фокусі ДЯМОНД дослідження показали, що дорослі з діабетом 1 типу за допомогою ЦГМР значно краще гліко-контроль, ніж ті, що використовують традиційне самомоніторування, незалежно від їх методу доставки інсуліну.

Для людей з цукровим діабетом 2 типу, зокрема, ті, які використовують інсулін, CGM показали аналогічні переваги при зниженні HbA1c і гіпоглікемії. Користь поширюється за межі клінічних метрій: користувачі повідомляють про зниження страху гіпоглікемії, більшої впевненості в прийнятті рішень, і поліпшення сну, оскільки пристрій може оповідати їх на нічні екскурсії глюкози без необхідності пальника. Уважники дітей з діабетом також можуть скористатися від дистанційних функцій моніторингу, які дозволяють їм перевірити рівень глюкози з іншого приміщення або в той час як дитина знаходиться в школі.

Інтеграція даних CGM з інсуліновими насосами дозволило розробити гібридні замкнені системи, іноді називаються штучними панкреасом. Ці системи використовують зчитування CGM для автоматичного регулювання доставки інсуліну, зменшення навантаження користувача та#8217; прийняття рішень. Поєднання CGM та інсулінового насоса з алгоритмом управління було показано для покращення TIR на 10 до 15 процентних пунктів порівняно з датчиком-абгментованої насосної терапії, а також зменшення впливу гіпоглікемії.

Обмеження та практичні рекомендації

Незважаючи на їхні багато переваг, CGM не є обмеженнями. Вартість залишається бар’єром для багатьох потенційних користувачів, а страхове покриття варіюється в залежності від тарифів і географічних регіонів. Витрати на видачу можуть становити від декількох сотень до декількох тисяч доларів в рік залежно від пристрою і користувача’s страхування статусу.

Скінові реакції на клей, що використовується в датчиках CGM, відносно поширені. Клей повинен бути міцним, щоб тримати датчик на місці протягом семи-чотирнадцять днів через душові кабіни, вправи і щоденного руху, але це довговічність може викликати роздратування, почервоніння, свербіж або відбілювання в чутливих осіб. Користувачі можуть спробувати шкури або патчі, щоб зменшити контакт між клею і шкірою, хоча ці додають додатковий крок до процесу введення датчика. Виробники мають реформовані клею над послідовними продуктами, щоб зменшити частоту реакцій, але не існує універсального розчину.

Точність датчика може бути порушена за допомогою компресійних артефактів, які відбуваються, коли користувач лежить на датчикі під час сну. Тиск обмежує кровоплину на область навколо датчика, що викликає помилкову падіння в глюкози читання. Деякі системи CGM включають алгоритми, які виявляються компресійні артефакти і пригнічують уражені читання або закріплюють їх для користувача. Користувачі, які відчувають часті стиснення, низькі можуть спробувати переміщення датчика на різне анатомічне розташування або використовуючи спеціалізований перекриття, що розподіляє тиск більш рівномірно.

Відстати між міжмізійною рідиною глюкози і глюкози крові, при цьому фізіологічно нормально, може викликати невідповідності при швидкому зміні глюкози. Вправа, харчування, введення інсуліну може всі виробляються ставки зміни, які перевищують здатність відстеження датчика. Користувачі, які інтенсивно або у кого гастропарез може знайти, що їхні читання CGM, послідовно виходять з фази з їх симптомами. Навчання та досвід допомагають користувачам вивчати трендові дані в цих ситуаціях, але лаг залишається властивим обмеженням технології.

Технології та майбутнє ЦГМ

Майбутнє безперервного моніторингу глюкози рухається до більш тривалого часу зносу датчика, більшої точності та зменшеного навантаження користувачів. Кілька виробників є розробка датчиків, які можуть носити протягом чотирьох днів, починаючи від калібрування. Подовження термінів датчика вимагає поліпшення стійкості ферменту, біокомпаності та компенсації задріжних сигналів. Потенці в полімерній хімії та мікрофабрикації дозволяють датчикам, які підтримують стабільну продуктивність протягом більш тривалого періоду.

Неінвазивний контроль глюкози залишається активним місцем дослідження, хоча не комерційно доступні неінвазивні CGM досягається точності, що порівняно з поточними підшкірними датчиками. Оптичні методи, такі як інфрачервона спектроскопія та спектроскопія Raman, показали обіцянку в лабораторних налаштуваннях, але перезавантаження цих методів в зносний пристрій, який є точним у різних типах шкіри, температурах навколишнього середовища і рівні поту, доведено складні. Поточний консенсус серед експертів технології діабету є, що поліпшення підшкірних датчиків, ймовірно, досягти ринку, перш ніж будь-який неінвазивний альтернатива досягає нормативного очищення.

Штучний інтелект і машинне навчання інтегровані в платформи аналізу даних CGM. Ці системи можуть виявити тонкі візерунки в даних глюкози, які можуть уникнути виявлення людини, такі як ранні показники збіднення гіпоглікемії або персоналізовані прогнози післяпрадиційних глукозаних екскурсій. Деякі платформи вже пропонують прогнозні сповіщення, які попереджають користувачів ймовірної гіпоглікемії тридцять хвилин до його виникнення, дають їм час взяти профілактичну дію. Як підвищення рівня даних тренувань зростає і алгоритми, ці прогнозні можливості стануть більш точними і більш широко доступні.

Інтеграція з іншими зносними датчиками здоров'я є іншим передником. Комбінація даних CGM з частотою серця, активністю, соном та напруженими метриками забезпечує більш повну картину, як фактори способу життя впливають на глюкозу. Деякі користувачі вже вручну перехресні їх дані CGM з журналами вправ і харчовими щоденниками, але автоматизована інтеграція зменшить зусилля, необхідні і потенційно розкривають кореляції, які не є очевидними від глюкози даних окремо. Виробники розвиваються платформи, які сукупні дані з декількох джерел в одну панель, і кілька моделей вже підтримують прямий обмін даними з популярними додатками для фітнесу.

Висновок

Безперервні монітори глюкози є найбільш вагомим прогресом в технології діабету, оскільки розробка інсулінових аналогів. Забезпечивши в реальному часі та історичні дані про тенденції глюкози, ці пристрої використовують користувачів для управління їх станом більшою точністю, впевненістю та безпекою. Технічний фундамент технології CGM—електрохімічне дослідження з окисленням глюкози, бездротової передачі даних та складних алгоритмів обробки сигналів та#8212;has було перероблено протягом двох десятиліть розробки для виробництва пристроїв, які досить точно для інсуліну, що приймають рішення та надійно достатньо для автоматизованих систем доставки інсуліну.

Переміщення від пальника на основі моніторингу безперервної тенденції полягає в фундаментальних змінах, як цукровий діабет. Користувачі більше не мають мети для одного коректного числа в конкретних разів дня; замість того, вони керують динамічним фізіологічним процесом, який відповідає безперервно на харчування, активність, гормони і стрес. Технологія CGM робить цей процес видимим, впізнаваним і керованим. Як технологія датчика продовжує поліпшити, зниження витрат і інтеграцію з іншими технологіями здоров'я розширюється, CGM швидше за все стане стандартом догляду за тим, хто вимагає інтенсивної інсулінотерапії. Для всіх, хто живе з діабетом, який ще не намагався CGM, технічні докази і клінічні результати сильно підтримують перемикач.