diabetic-technology-and-medication
Phát triển các đắp vá da không xâm nhập để theo dõi kỹ thuật quang phổ liên tục
Table of Contents
Giới thiệu: Lời hứa của Kim miễn phí Glucose
Bệnh tiểu đường ảnh hưởng trên 530 triệu người trên toàn cầu, một con số được dự đoán là vượt quá 780 triệu bởi năm 2045 theo thông tin của Liên bang quốc tế. đối với những cá nhân này, duy trì kiểm soát glycymical là cần thiết để ngăn chặn các biến chứng như thần kinh giao cảm, tái tạo lại bệnh về tim mạch và bệnh tim mạch.
Các hệ thống giám sát kỹ thuật phân tách đường cao cấp (CGM) như hệ thống này từ Dexcom và Abbott, đã cách mạng hóa tiểu đường bằng cách cung cấp dữ liệu và báo động. Tuy nhiên, ngay cả các bộ phận giám sát CGM tiên tiến nhất cần một sợi mỏng được chèn dưới da, có thể gây ra khó chịu, kích thích da và nhiễm trùng ở nơi chèn. Việc này đã thúc đẩy việc nghiên cứu mạnh mẽ thành các thay thế không xâm nhập. Việc phát triển các miếng da không xâm nhập đại diện cho một trong những đường viền trong thiết bị y tế. Những miếng vá này có cùng mục đích để cung cấp dữ liệu không phá vỡ các dữ liệu liên tục, bằng cách sử dụng các nguyên tắc tương tác với các mạch máu hoặc các mạch máu.
Phát hiện ra loài Glucose sau lưng khoa học
Những công nghệ quang phổ để giám sát đường huyết áp dựa trên sự thật là các phân tử đường phân tử đường huyết hấp thụ, phân tán, hoặc xoay ánh sáng theo những cách cụ thể, cụ thể. Bằng cách gửi ánh sáng của bước sóng vào da và phân tích tín hiệu của đường huyết, có thể làm giảm sự tập trung của lượng đường huyết. Ba kỹ thuật quang học chính được kết hợp thành những mảng da có thể được mặc được, là các quang phổ gần như các quang phổ, quang phổ, quang phổ và quang phổ, và quang học để tạo ra các ưu điểm khác biệt.
Bản đồ tần xuất gần
Các quang phổ của NIR hoạt động trong phạm vi 700–2500 nm. Glucose có đặc điểm là các đỉnh hấp thụ trong vùng gần ngoại vi, đặc biệt khoảng 1500–800 nm và 2000–2300 nm. Khi đèn NIR chiếu xuyên qua da, một số năng lượng của nó được hấp thụ bởi chất béo và các thành phần khác. Bằng cách đo cường độ của ánh sáng được truyền đi hoặc phản xạ, các thuật toán có thể ước tính mức độ đường phân giải.
Khả năng hấp dẫn chính của NIR là khả năng đạt tới các lớp mô sâu hơn (lên đến vài mi-li- vào nhiều mi- mi-li) không gây ra sự tổn thương mô. Tuy nhiên, sự hấp dẫn nước trong da là cực kỳ cao trong cùng một vùng quang phổ, tạo ra một dấu hiệu mạnh mẽ. Ngoài ra, những biến thể sắc tố trong da, độ nước, nhiệt độ và nhiệt độ dẫn xuất máu. Hầu hết các mảng phát triển dựa trên các bước sóng âm và các mô hình đa chiều cao để tách các tín hiệu của cơ thể. Các phân tích như [FT:] Chương trình này [Fluise] đã chứng minh nguyên mẫu phát âm thanh có khả năng cảm nhận chính xác, nhưng vẫn còn được cải thiện.
Kính thiên văn Raman
Khi photon tương tác với rung động phân tử, chúng mất năng lượng, tạo ra một sự thay đổi theo bước sóng rất cụ thể đến cấu trúc phân tử.
Một lợi thế chính là Raman không bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp của nước hơn NIR, khiến chúng hứa hẹn với các phép đo trong chất lỏng liên tục. Sự tương tác chính là độ phân tán của Raman vốn đã yếu; chỉ có khoảng 1 trong 10 triệu photon bị ảnh hưởng bởi sự phân tán của Raman, yêu cầu các máy dò nhạy cảm và thời gian tích hợp lâu dài. Để vượt qua điều này, các nhà nghiên cứu đang phát triển quang phổ trên mặt đất (SSS) sử dụng bề mặt cấu trúc nano để phóng đại tín hiệu theo nhiều thứ tự. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu dựa trên các phân tử lượng nano, là khó khăn để duy trì sự khởi tạo. [TT- 7] [Fman] phỏng vấn đáp ứng trước khi nghiên cứu: 1 số liệu trước khi nghiên cứu: 0TTT] và các giá trị tương quan trong các đối tượng: 0- 7] được xuất bản trước khi nghiên cứu về cơ bản trước khi nghiên cứu: [FW2].
Bộ tổng hợp quang học (OCT)
CT là một kỹ thuật chụp ảnh sử dụng các phân tử nhỏ để thu các hình ảnh vi mô, độ phân giải 3 chiều của mô. Trong bối cảnh của việc giám sát đường phân tán đường huyết, OCT đo lường sự biến đổi trong hệ số phân tán của mô da. Glucose thay đổi chỉ số phản xạ không tương ứng với các tế bào và chất lỏng liên tiếp, thay đổi độ phân tán ánh sáng. theo dõi các thay đổi này trong tín hiệu OCT qua thời gian, nồng độ phân hủy có thể suy giảm.
OCT cung cấp độ phân giải không gian rất cao (1–10 GT) và có thể hình dung tới 1–2 mm sâu, làm cho nó thích hợp để đo trong các demis và mô bề ngoài phụ. Các nghiên cứu từ phòng nghiên cứu điện tử của MIT cho thấy rằng OCT có thể theo dõi các thay đổi graclic với một sự khác biệt tương đối rõ rệt (KTKT) của 12–15 trong tình nguyện viên lành mạnh. Tuy nhiên, kỹ thuật nhạy cảm với các đồ tạo tác và áp lực, và các mô-đun quang học đòi hỏi tương đối phức tạp và tốn kém để thu nhỏ sự tiến bộ hình gần đây trong hệ thống điện tử hoạt động gần đây giúp các hệ thống mạch điện tử gọn đủ nhỏ để tạo ra các dạng da.
Những thử thách quan trọng về sự phát triển và giải pháp kỹ thuật
Tạo ra một miếng da không xâm nhập vào cơ thể để đáp ứng tiêu chuẩn chính xác lâm sàng (như là yêu cầu của cơ chế điều trị cho hệ thống CGM của MARD < 10% cho việc sử dụng không phân phối) là một thách thức lớn về kỹ thuật.
Tín hiệu chính xác giữa khả năng sinh học đa dạng
Các thuật toán cân đối phải được cá nhân hoá và thích nghi. Các mô hình máy học -- đặc biệt là mạng thần kinh hình thành (CNN) được đào tạo trên các tập hợp dữ liệu lớn của các tín hiệu quang học có liên quan đến các giá trị hấp dẫn đường huyết tương ứng với nhau - được dùng để chiết xuất các tính năng và bù đắp cho tính năng liên tiếp và không thay đổi. Lấy thí dụ, các nhà nghiên cứu ở Đại học California, San Diego đã phát triển một hệ thống sâu mà kết hợp với dữ liệu kỹ thuật quang học với các thông tin có thể định hướng đến các biến đổi trong một âm thanh của mô phỏng, với kích cỡ 3 chiều, để đạt được một âm thanh chuyển động trong thử nghiệm.
Sự can thiệp từ các phân tích khác
Tín hiệu quang học không đặc trưng. Nước, emoglobin, melanin, và ngay cả protein như agengen cũng tương tác với ánh sáng trong phạm vi quang phổ thích hợp. thay đổi dòng chảy máu, bão hòa oxy, và nhiệt độ da có thể bắt chước các dao động. Để giải quyết vấn đề này, nhiều sóng thần khác nhau tiếp cận là thiết yếu. Nhiều thiết kế hiện đại sử dụng một loạt đèn LED và ảnh ban nhạc cho 10–15 dải sóng âm riêng biệt, kết hợp với kỹ thuật hóa học như một phần nhỏ các hình vuông (PSSS) để giảm thiểu sự đóng góp của các máy hấp thụ khác nhau.
Sự thành thục và năng lượng tối thiểu
Một hệ thống quang phổ đã từng lắp vào băng ghế dự bị phòng thí nghiệm phải vừa khít với một miếng dán 5 cm 2 và chạy trong một bộ ắc quy tế bào bằng đồng xu. Điều này đòi hỏi sự tích hợp của tia laser bán dẫn hay vi mô, bộ phát hiện quang, bộ lọc quang học, và trên bảng điều khiển. Sự tiến bộ trong quang hợp silicon và điện tử linh hoạt là mấu chốt. Ví dụ, việc này cần thiết sự tích hợp của trung tâm vi điện tử vi điện tử (không gian) đã chứng minh một sự kết hợp hoàn toàn NIRmeter trên một chip đo lường 2 mm, giảm thiểu 10m, quản lý nhiệt độ cao hơn 10Wm cũng cần thiết để không thể tạo ra môi trường nhiệt độ nóng cục bộ.
Giao diện người dùng và truyền dữ liệu đáng tin cậy
Bảng điều khiển phải gửi tín hiệu không dây cho máy tính xách tay hay bộ nhận điện thoại thông minh, thường qua điện thoại thông minh hay bộ nhận năng lượng thấp (có thể). Cần thiết mô- đun RF năng lượng thấp và thiết kế ăng-ten cẩn thận để không bị chặn bởi cơ thể. Tần số dữ liệu dữ liệu dữ liệu và tần số điện thoại phải khớp với nhu cầu lâm sàng - tiêu chuẩn đọc mỗi 1–5 phút. Một số thiết kế thiết kế cục bộ trên chip bộ để tải lên sau này khi gỡ bỏ bảng. Giao diện người dùng phải hiển thị các xu hướng rõ ràng, độ cao/ chậm, và chia sẻ dữ liệu với nhà cung cấp y tế qua nền đám mây.
Sự gắn bó và an ủi da
Các đắp không xâm nhập phải được gắn vào ít nhất 7–14 ngày để cạnh tranh với các thiết bị cảm biến CGM truyền thống. Các chất dính cấp y học có khả năng thở, gây dị ứng, và có khả năng chịu được việc tắm và tập thể dục. Các miếng vá phải mỏng và linh hoạt để phù hợp với cơ thể mà không bị ức chế. Một số công ty đang sử dụng các chất phụ có khả năng kéo giãn (như polyurathane or silicon) và được in điện tử để đạt được tính bền cần thiết. Một câu hỏi mở cửa sổ quang học có phải được vào vùng nào để làm cho vùng da đi vào không bị ép hoặc bị tách ra bởi khoảng cách không khí nhỏ, nhưng có thể làm tăng độ mạnh của tín hiệu nhiễu theo thời gian.
Tình trạng phát triển hiện nay: Thử thách lâm sàng và đường dẫn điều chỉnh
Đầu năm 2025, một số đắp tách đường kính không xâm nhập vào các thử nghiệm lâm sàng, nhưng không có sản phẩm nào nhận được quyền quản lý tiểu đường đầy đủ không cần que xác nhận. Con đường điều chỉnh là phức tạp vì những thiết bị này phải chứng minh rằng chúng an toàn và hiệu quả để có khả năng sử dụng khả năng kiểm tra nồng độ của máu phân hủy. Bộ điều khiển này đã cung cấp tài liệu hướng dẫn cho hệ thống CGM cần thiết cho sự chính xác, đáng tin cậy và nhãn. Đối với thiết bị không nội trú, cần thêm bằng chứng cần thiết cho thấy yếu tố môi trường (v. d., nhiệt độ, điều kiện da, không làm giảm hiệu suất).
Quan điểm tương lai: Kỹ thuật viên Nano và máy học cách tổ chức
Thế hệ tiếp theo của các miếng vá đường huyết không xâm nhập sẽ có khả năng kết hợp ít nhất hai kỹ thuật quang học bổ sung với máy móc thời gian thực học để đạt được sự chính xác thiêng liêng của cấp bậc trong một phòng thí nghiệm có thể mặc được. cụ thể, công nghệ nano sẽ tạo ra ba bước đột phá:
- Nguồn ánh sáng chấm:) Các chấm lượng tử co dãn có thể phát ra ánh sáng băng tần số rộng xuyên qua nhiều bước sóng bằng cách thay đổi kích cỡ của chúng. Nó cho phép các nguồn đa sóng kết hợp với nhau mà không cần nhiều tia laser rời rạc.
- Các hiệu ứng phản ứng của bộ cảm biến điện từ: Vàng và các phần nano bạc có thể được nhúng trong các miếng vá để tạo ra sự cộng hưởng bề mặt địa phương (LSPR) để khuếch đại phản ứng quang học với chất béo, tăng độ nhạy cảm của 100–100×.
- Những tinh thể quang hợp có thể sử dụng: cấu trúc tinh thể bằng quang học có thể điều chỉnh tính chất của chúng để đáp ứng với sự kết nối của chất graci, cho phép phát hiện nhãn miễn phí. Các nhà nghiên cứu đã cho thấy những tinh thể quang học có thể thay đổi màu sắc với sự tập trung của chất béo (một khái niệm có thể đọc được bởi một máy ảnh đơn giản trên điện thoại thông minh.
Về phần mềm, mô hình học được hạn chế mà đào tạo dựa trên dữ liệu từ hàng ngàn người dùng mà không cần chia sẻ dữ liệu thô có thể cho phép tính toán cá nhân cao hơn. Hơn nữa, sự kết hợp với hệ thống tuyến tụy nhân tạo là một bước tự nhiên: một miếng vá không xâm nhập không dây sẽ loại bỏ rào cản quan trọng cuối cùng để quản lý tiểu đường đóng gói đều đặn- nhu cầu cho một cảm biến CGM bị thay thế thường xuyên.
Kết luận: Hướng đến một tương lai không đau đớn cho việc quản lý tiểu đường
Sự phát triển của các mảng da không xâm nhập để liên tục kiểm tra đường truyền, sử dụng công nghệ quang học đại diện cho sự hội tụ đáng kể của các bức ảnh, vật liệu khoa học và trí tuệ nhân tạo. trong khi chưa sản phẩm nào đạt được sự chính xác và đáng tin cậy cần thiết để thay đổi CGM truyền thống ở Mỹ, tốc độ của sự đổi mới đang tăng tốc. một vài mẫu thử nghiệm đã chứng minh giá trị MARD gần ngưỡng 10%, và các thử nghiệm lâm sàng đang tiếp diễn là những thuật toán để xử lý sự bấp bênh thực tế.
Lợi ích cuối cùng cho bệnh nhân là rất sâu sắc: không bị đau đớn, không phiền phức theo dõi các chất đường huyết mà tích hợp liên tục vào cuộc sống hàng ngày, giảm thiểu gánh nặng tâm lý của tiểu đường và cho phép nhiều người hơn để đạt được kiểm soát chặt chẽ glycycemic. với việc tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và hợp tác giữa học viện, công nghiệp, và cơ thể điều chỉnh, những mảng đường quang học có thể phát triển đầu tiên có thể phát triển trong vòng 3 đến 5 năm tới. trong hàng trăm triệu người sống với tiểu đường, ngày đó không thể đến đủ.
Bảo đảm: Tác giả không quan tâm đến tài chính của bất cứ công ty nào được đề cập trong bài này.