基于代谢能量守恒法的无创血糖检测机理研究

In recent years,non-invasive blood glucose measurement technology is gradually carried out in many countries. And some scholars have studied for many years in the near-infrared non-invasive detection technology,which is still suffered from low sensitivity,low accuracy,poor selectivity for glucose and many other problems. Although studied for many years, little progress was achieved. Therefore, studying new non-invasive measurement technique and instruments has an important clinical and theoretical value in the non-invasive blood glucose measurement field. The main research contents are as follows..Firstly,the non-invasive blood glucose measurement model will be built using a metabolic energy conservation law,through researching on human metabolic energy..Secondly,the non-invasive physiological parameters detection algorithms should be studied,such as thermal convection, radiation and their basic theory and experimental research,the impact of evaporative cooling for the non-invasive blood glucose measurement and its detective method, the method of local tissue blood flow rate measurement, the method of calculating local body metabolic rate, and etc. .Thirdly, multi-sensor integrated detection technology including the infrared radiation, thermal conductivity, humidity, and blood flow will be reseached based on MEMS technology..Fourthly, multi-sensor data processing algorithm will also be studied for the non-invasive blood glucose measurement, including the researches on blood glucose data acquisition and preprocessing, the nonlinear adaptive multiple regression model.

近年来，国内外对血糖的无创检测技术正在逐步展开，有的学者针对近红外的无创检测技术已研究了多年，仍然受着低灵敏度、低精确度和对葡萄糖选择性不佳等诸多问题的困扰，尽管研究了多年，但进展不大。因此，研究一种新的无创检测技术，对于血糖的无创检测具有重要的临床意义和理论价值。主要研究内容包括：通过对人体代谢能量的研究，构建出代谢能量守恒法的无创血糖检测模型；代谢能量守恒法的生理参数无创检测算法研究，包括对流、辐射等散热形式的基础理论和实验研究、蒸发散热对无创血糖检测的影响以及蒸发散热的测量方法研究、局部组织的血液流速测量方法研究、人体局部代谢率的计算方法研究等；基于MEMS技术，研究红外辐射、热传导、湿度、血流等多传感器集成检测技术；无创血糖检测多传感器数据处理算法研究，包括血糖数据采集及预处理研究、非线性自适应多元回归分析模型研究等。

糖尿病是一种由于胰岛素分泌或作用不足而引起，以高血糖为主要特征的代谢性疾病。医学上迄今为止还没有彻底根治糖尿病的方法，主要通过频繁地监测血糖浓度，调整降糖药物或胰岛素的用量，以预防或减轻并发症的发生。控糖过程是一个长期而艰苦的过程，迫切需要无损伤、便携、自动化程度高的无创血糖检测设备，以减轻病人身心痛苦和负担。.本项目通过构建人体代谢能量守恒模型，提出了一种新型无创血糖检测技术。在项目研究过程中，完成了人体手指局部能量代谢过程模型，设计出了专有生理参数无创检测探头与仪器，建立并优化完善了无创血糖检测算法模型。同时本项目基于MEMS技术，研究了同时测量多个能量相关参数的多传感器集成技术，研究了基于容积脉搏波的无创血流速度测量技术，实现了多通道高维度数据的快速处理与实时预测模型。本项目完成的大量无创血糖检测理论与实验研究，为无创血糖检测机理成熟与产业化发展提供了重要知识支撑，具有重要的社会与经济价值。本项目同时还设计制作了数套无创血糖检测仪样机，样机传感器重80g，主机重260g，整机共重340g，其轻巧的外形非常适宜用于家庭，基层及大中型医院等场所，满足无创、便携检测血糖的需求。.近几年来，项目组与多家医院合作开展了系列临床数据采集与测试实验，分不同批次获得2500例样本数据，样本血糖值界于3.6-21.5mmol/L,样本类型涵盖健康、糖耐量受损、糖尿病等人群，年龄分布于20-86岁，这些数据有效满足了血糖模型的构建与训练学习的需求。项目组于本年度集中开展了检测仪样机评价测试实验。实验对象包括在校大学生（20-30岁），心内科病房病人（30-65岁），在静息状态下进行测试，测试过程为同时检测微创血糖（罗氏逸动型微创血糖仪）及本样机无创血糖，共获得145人次数据。通过clark误差栅格分析图得出，位于A区135个（占比93.1%），B区10个（占比6.9%），整体相关系数达0.8849。结果表明，在一定测试条件下，能量代谢守恒法无创血糖检测技术是可行的并能有效应用于糖尿病早期筛查，具有极广市场前景。