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如何在分子层面使用 CGM 传感器
连续葡萄糖监测器(CGM)通过给用户提供葡萄糖数据流而不是孤立的快照,改变了糖尿病的治疗。 这些小设备测量间质液中的葡萄糖,并将其转化为趋势,帮助指导胰岛素剂量、食物选择和活动规划。 了解这些读取的技术细节对于依赖CGM或正在考虑采用该技术的人来说是有用的。
每一个CGM的核心都是电化学传感器. 传感器使用葡萄糖氧化酶,一种与葡萄糖分子有特异反应的酶. 当葡萄糖从间质液向传感器------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
感光丝极其细而灵活,通常在皮肤下方使用应用器插入。它位于间歇空间,其中葡萄糖水平落后于血糖约5到15分钟。 延迟并不是技术的缺陷;它反映了葡萄糖从毛细管进入间歇区时的生理延迟。制造商在算法中说明了这种延迟,用户学会解释升降趋势,而不是期望与指尖读数瞬间等同。
从原始信号到葡萄糖读取
传感器的电流传递到发报机,即传感器上皮上所磨损的组件. 发报机在无线发送到显示设备前会放大,数字化并过滤信号. 信号处理会去除运动,温度变化或传感器受压时可能发生的电噪声和文物. 处理后电流值会通过校正算法运行,将信号转化为以mg/dL或mmol/L表示的克糖浓度.
在旧的CGM模型中,这种转换需要常规的指尖血糖读取来保持算法校正. 用户从一个表输入出血糖值,系统调整了内部参数相匹配. 更新型的工厂校正模型,如Dexcom G6和Abbott FreeStyle Libre 3, 不再需要常规的指尖校正。 这些传感器在制造过程中使用一系列的取自糖浓度的参考测量值进行校正,每个应用器上所印的传感器代码告诉系统哪些校正参数适用于该特定传感器。 这一进步大大降低了使用负担,提高了用户的满意度,尽管在假设的取自地范围以及快速的取糖变化期间,准确度仍然会有所不同。
传输频率和功耗被仔细管理,以保持电池寿命. 大部分CGM每5分钟传输数据,每天提供288个读取量,有些模型允许在主动监测会话中更频繁地传输. 发射机本身要么在多个传感器之间被再用,要么被整合到可支配传感器组装中,这取决于制造商.
校正:一些CGM需要它和其他的Don---8217;t
校正是将传感器XQ8217; 原始电能信号映射到已知的葡萄糖浓度。 在实验室环境中,传感器接触已知葡萄糖含量的溶液, 并记录由此产生的电流值。 这些数据点建立了线性或多诺关系, 可用于预测现实世界使用的当前葡萄糖。 然而, 个体之间的生物差异、 插入深度的差异、 插入地点局部炎症、 传感器上方的间歇液组成的变化等都影响到了这种关系。
在工厂校正系统中,制造商预先确定预期的关系并将其编码入发报机或显示设备中。用户只是输入了在传感器应用器上打印的四位数代码,系统装入了适当的校正参数。这些参数来自对不同人群的广泛临床测试。这些参数的好处是方便和减少指棒负担。权衡的条件是,工厂校正可能不会如用户的校正那样精确地说明个人的生物变异。实际上,工厂校正的CGM在显高和高高温范围中大多数用户的精确度都与传统的指棒仪相当。
需要用户校正的系统通常会在最初几天每天要求两次指棒读取,然后在此后每天一次。校正算法使用这些参照点来纠正感应信号随时间推移的任何漂移。当葡萄糖水平稳定时,用户必须校正,以避免在血液和间质液之间产生生理滞后时出错。在快速起落过程中校正可以实际降解精度,因为血糖值和间质糖值并不平衡。
气候观测系统的组成部分
一个完整的CGM系统由三个主要部分组成,它们共同收集,处理并显示葡萄糖信息.
传感器
传感器是插入到皮肤下方的可支配部件,它包含有葡萄糖氧化物、参考电极和反电极的活电极。整个组件被封装在一个生物相容聚合物内,将机体最小化为------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
传送器
发射机是可重复使用或半可处理的部件,它会夹住传感器上架。它包含一个电池、一个微处理器、一个无线电发射机和一个天线。发射机会给传感器提供动力,读取当前信号,进行初始信号调节,并将数据发送到显示设备。有些发射机可以充电,持续数月到一年,而另一些则可以一次性使用,并更换为每个传感器。
显示设备
显示设备可以是专用的接收器,智能手机,也可以是智能手表. 设备运行一个接收数据的软件应用程序,应用校正算法,并随趋势信息一起呈现出葡萄糖读取. 大部分现代CGM应用软件显示实时葡萄糖值,趋势箭头显示方向和变化速度,以及显示最后几小时读取的图表. 应用程序还生成高低葡萄糖水平的提示,并可以通过云端平台与护理者或医疗保健提供者共享数据.
跟踪趋势:超越时点阅读
高棉科技的决定性特征在于它能够跟踪葡萄糖趋势。 单读一次就能告诉一个用户其葡萄糖在那个时候是什么,但趋势数据揭示了它的方向和速度。 这种预测能力是主动的糖尿病管理而不是反应性矫正的动力。
变化率和趋势箭头
多数CGM系统显示的箭头显示出葡萄糖变化的速度和方向。箭头来自葡萄糖曲线最近15至20分钟的数据的斜面。稳定的水平箭头表示葡萄糖稳定。单向上或向下箭头表示逐渐起起起或起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起
时间在范围
距离时间(TIR)是指用户在目标葡萄糖范围内花费的时间百分比,通常定义为70至180毫克/升. 临床研究将TIR确定为糖尿病管理的有效结果衡量标准,它与HbA1c有很强的关联. 许多CGM应用自动计算了TIR在7,14,30和90天的周期,用户还可以定义特定情况下的定制目标范围,如怀孕或密集的田径训练. TIR提供了比HbA1c更细微的甘油控制图象,因为它能捕捉到目标区外的日常可变性和出游次数.
葡萄糖可变性
除了平均葡萄糖和TIR, CGM 数据还允许计算出标准偏差和变异系数等葡萄糖可变性指标,高葡萄糖可变性与增高的缺血风险有关,并且可能与平均葡萄糖水平无关,导致糖尿病并发症。 在日葡萄糖图上可视化可变性的能力有助于用户识别出他们可以通过调整胰岛素的授时、膳食成分或体育活动而解决的模式。
模式检测和回顾分析
存储的CGM数据可以追溯审查,以识别反复出现的模式。例如,用户可能会注意到,在醒来前的清晨,其葡萄糖会持续地上升,这种现象被称为黎明现象。另一个用户可能看到,在活动结束后的2至3小时里,该下午的锻炼会持续地造成葡萄糖的延迟下降。只有当数据在数天或数周内汇总时,这些模式才会显现出来。高级CGM软件平台会覆盖多天的数据,以突出一致的日常模式,并在进行治疗调整时显示统计意义的变化。
流动葡萄糖简介和标准报告
糖尿病社区对CGM数据采用了标准化报告格式,以便于用户和医疗保健提供者之间的沟通。 Ambulary Glucose Profile(AGP)是一份单页报告,概述了两周或更长时间CGM数据中最重要的衡量标准。AGP包括一个中间葡萄糖曲线,其中10分之和90分之一的波段、TIR统计、低血糖和高血糖分率以及糖分率指数。 AGP允许临床医生快速评估患者是否XQQ8217;目前的治疗方法正在实现甘化目标并找出需要关注的具体时间段。
临床医生可以审查来自任何临床医生的临床医生,并立即了解患者的XQ8217;在不为每种设备学习不同软件界面的情况下,进行遗传学状态分析。临床医生还充当保险偿还和评估新疗法或胰岛素提供技术有效性的文件工具。
准确度和MARD计量
CMM技术中的精确度最常使用"平均绝对相对差"(MARD)进行报告. MAD是CGM读取值与参考血糖值之间的平均百分比差,通常使用实验室级糖分析器或精准血糖测量仪来测量. 下MARD表示精度较高. 现代CGM实现的MARD值在8%到12%之间,这与在糖分和高分泌范围中的传统指尖计的精度相上可相媲美.
精度在低血糖范围中往往会降解,其中绝对信号较小,血液和间质液之间的生理滞后具有更强的比例效应. 插入后前十二至二十四小时内,感应精度也下降,这段时期称为感应热. 热化期间,体态QQQ8217;插入地的炎症反应会使感应信号不稳定. 大部分系统在此期间抑制读取,在信号稳定之前不显示数据.
用户应该明白,CGM读取是估计,而不是精确的测量。 趋势几乎总是比绝对数更具有临床价值。 10 mg/dL的相差对于决策来说很少有意义,但未来15分钟预计会下降30 mg/dL的下降趋势需要注意,而不管目前的绝对值如何。
临床福利和结果
多种大规模临床试验和现实世界研究都证明了CGM在糖尿病人群中的使用好处。 对于1型糖尿病患者来说,CGM的使用与HbA1c的降低0.5至1.0个百分点、低血糖时间减少以及生活质量的提高有关。 里程碑式的DIAMOND研究表明,使用CGM的一型糖尿病成年人的甘油控制比使用传统的自监测方法的成年人要好得多,不管其胰岛素的分娩方法如何。
对患有2型糖尿病的人,特别是使用胰岛素的人来说,CGM在降低HbA1c和低血糖率方面也表现出了类似的优势。 其好处超越了临床衡量标准:用户报告对低血糖的恐惧度降低,对胰岛素剂量决定的信心增强,睡眠改善,因为该设备可以提醒他们过夜葡萄糖出行,而不需要指尖棒。 糖尿病儿童的护理者也受益于远程监测能力,从而使他们能够从另一个房间或孩子在校期间检查葡萄糖水平。
CGM数据与胰岛素泵的融合使得混合闭眼系统得以被开发,有时被称为人工胰岛素系统. 这些系统使用CGM读取来自动调整胰岛素的提供,减少了用户QQ8217;决策负担. CGM与胰岛素泵的结合与控制算法,已经证明TIR单比感应增高了10到15个百分点,同时也减少了低血糖暴露.
限制和实际考虑
尽管这些成本具有许多优势,但CGM并非没有限制。 成本仍然是许多潜在用户的障碍,保险覆盖范围在计划和地理区域之间差别很大。 外购成本每年可达数百到几千美元,这取决于设备以及用户的XQ8217;以及保险状况。
对CGM传感器所使用粘附剂的皮肤反应相对来说是常见的. 粘附剂必须足够坚固,通过淋浴,锻炼和日常运动使传感器保持了7到14天的状态,但这种耐久性会导致敏感个体的刺激,红度,痒或发泡. 用户可以尝试皮肤屏障喷出或补丁来减少粘附剂和皮肤之间的接触,尽管这些都为传感器插入过程增加了额外的一步. 制造商已经重新修改了连续几代产品中的粘附剂来降低反应的发生,但不存在通用的解决方案.
感应器精度可以通过压缩文物来被损害,当用户在睡眠时会被置于传感器上时发生. 压力会限制血液流向传感器周围的区域,导致葡萄糖读取错误下降. 有的CGM系统包括检测压缩文物并抑制受影响读取的算法或为用户标出标记等功能. 经常受压缩低度影响的用户可以尝试将传感器移动到不同的解剖位置,或使用能更均匀地分配压力的专门过量.
间质液葡萄糖和血葡萄糖之间的滞后虽然生理正常,但在快速葡萄糖变化期间会导致差异. 锻炼,取食,胰岛素的服用等都会产生超过感应跟踪能力的改变率. 剧烈运动或有胃病的用户可能会发现他们的CGM读取量与其症状一致地脱节. 训练和经验帮助用户学习解释这些情况下的趋势数据,但这一滞后仍然是技术的固有限制.
新兴技术和全球气候小组的未来
持续的葡萄糖监测的未来正在向更长时间的传感器磨损时间、更精确和减少用户负担的方向发展。 几个制造商正在开发可以磨损14到21天而不校正的传感器。 延长传感器寿命需要改善酶稳定性、生物兼容性和信号漂移补偿。 聚合物化学和微构件的改进使得传感器能够在更长的时间内保持一致的性能。
非侵入性葡萄糖监测仍然是积极研究领域,尽管没有商业上可获取的非侵入性CGM实现了与目前皮下传感器相类似的精度. 红外光谱学和拉曼光谱学等光学方法在实验室环境中显示出了希望,但将这些技术转化为一种在不同皮肤类型、环境温度和出汗水平上准确的可穿戴设备证明具有挑战性. 糖尿病技术专家目前达成的共识是,改进后皮下传感器很可能在非侵入性替代品实现监管审查之前就已经进入市场.
人工智能和机器学习正在被整合到CGM数据分析平台中。这些系统可以识别出葡萄糖数据中可能逃避人类检测的微妙规律,比如即将发生的缺血症的早期指标或对后葡萄糖出行的个性化预测。 一些平台已经提供了预测性警报,警告用户在出现后30至60分钟内可能出现缺血症,让他们有时间采取预防行动。 随着培训数据集的增多和算法的改进,这些预测性能力将变得更加准确和广泛。
与其他可穿戴的健康传感器的结合是另一个前沿。 将CGM数据与心率、活性、睡眠和压力度量表结合起来,可以更完整地了解生活方式因素如何影响葡萄糖。 一些用户已经手动将CGM数据与运动日志和食物日记相参照,但自动化的结合将减少所需的努力,并可能揭示出仅从葡萄糖数据中无法看出的关联性。 制造商正在开发平台,将来自多个来源的数据汇总成一个单一的仪表板,几个模型已经支持与大众健身应用直接共享数据。
结论
连续的葡萄糖监测器是自胰岛素模拟技术发展以来糖尿病技术最显著的进步。 通过提供葡萄糖趋势的实时和历史数据,这些设备赋予用户以更精确、更自信和安全的状态管理能力。 CGM技术的技术基础 — — 8212; 以葡萄糖氧化物进行电化学感知、无线数据传输和精密的信号处理算法 — — 8212; 20多年来的开发经过了完善,以生产足够准确的用于胰岛素施药的装置,并且足够可靠地用于胰岛素自动输送系统。
由指棒式监测转向持续趋势意识,标志着糖尿病管理方式的根本改变。 用户不再在一天的特定时间寻找一个正确的数字;而是管理一种动态的生理过程,不断对食物、活性、激素和压力做出反应。 CGM技术使这一过程变得清晰、可学习和可控。 随着感官技术的不断改进、成本的降低和与其他健康技术的融合,CGM有可能成为需要强化胰岛素疗法的患者的护理标准。 对于还没有尝试过CGM的糖尿病患者来说,技术证据和临床结果有力地支持了开关。