ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Неинвазивные методы определения концентрации глюкозы Выполнил: Коняшин М.В. Москва, 2023 Список сокращений • СД – сахарный диабет; • БИК – ближний инфракрасный диапазон; • АЦП – аналого-цифровой преобразователь; • ВОЗ – всемирная организация здравоохранения. Цель • Провести подробный разбор одно из неинвазивных методов диагностики уровня глюкозы; • Описать современные неинвазивные методы определения глюкозы в крови; • Определить проблемы современных неинвазиных методов. Актуальность Распространенность диабета среди населения в среднем составляет 1-8,6%, а заболеваемость среди детей и подростков составляет около 0,1-0,3%. Учитывая неподтвержденную форму, эта цифра может достигать 6% в некоторых странах. По данным ВОЗ на 2010 год количество больных диабетом составляло более 284,6 млн.человек, это 6% населения в возрасте от 20 до 79 лет. К 2030 году общее количество больных достигнет 438,4 млн. человек. В России в 2010 году было зарегистрировано более 9,6 млн. больных с СД. К 2030 году ожидается что число больных в России составит 10,3 млн.человек. Диагностические критерии Причины • Исключают внесение во внутреннюю среду организма болезнетворных микроорганизмов; • Освобождают от комплекса болезненных ощущений; • Создание дистанционных аларм-систем. Оптические методы Основаны на использовании оптического/лазерного излучения для просвечивания тканей с целью получения по рассеянному или прошедшему ткань насквозь свету информации о биохимических показателей пациента. Основное влияние сахара на кровь проявляется в изменении коэффициента рассеяния света. Увеличение концентрации глюкозы в межклеточной жидкости провоцирует уменьшение разность коэффициентов преломления клеточных структур и межклеточной жидкости. Другие факторы, влияющие на значение коэффициента рассеяния и тем самым конкурирующие с эффектом влияния глюкозы: 1) Температура; 2) pH; 3) Наличие осмотически активных веществ. Структурная схема спектрофотометрического 1 – измерительное ложе для пальца; 2 – глюкометра передняя фаланга пальца; 3 – продолжения световодов; 4 – модулятор источников света; 5 – фотоприемники и усилители сигналов; 6 – демодулятор и АЦП; 7 – дисплей; 8 – клавиатура; 9 – интерфейсный канал связи с компьютером; 10 – блок питания; 11 – надувное кольцо-манжета; 12 – воздуховод; 13 – управляемый пневмовентиль; 14 – ресивер; 15 –насос; 16 – манометр; 17 – 19 – световоды; 20 – костная ткань; 21, 22 – венозные и артериальные сосуды; 23 – мягкие ткани Корреляции между эталонными и предсказанными значениями уровней глюкозы в крови, полученными в результате измерений: Из всех результатов измерений 71,5% попали в зону А, а 28,5% - в зону В. При проведении испытаний неинвазивного глюкометра NB- 100, созданного фирмой OrSense Ltd., была достигнута относительная погрешность измерений ~17,1% и в дальнейших исследованиях даже порядка 10% . Проблемы технологии Однако выпущены только экспериментальные образцы спектрофотометрических глюкометров, результаты испытаний которых показали их способность определять малые концентрации глюкозы только in vitro – в растворах. Но in vivo они функционируют с неприемлемо большой погрешностью из-за сверхмалого соотношения «сигнал / фон». Причины высокого уровня фона следующие: – в крови большие массовые доли приходятся на воду (основной поглотитель) и гемоглобин – приблизительно 75 – 85% и 13 – 16% соответственно, на содержание глюкозы приходится порядка 0,1%; – относительное количество крови в организме – 6 – 8%; – свет частично отражается от неровностей кожи, рассеивается, поглощается окружающими сосуды тканями. Другие технологии • Спектроскопия комбинационного рассеяния; • Фотоакустическая спектроскопия; • Спектроскопия резонансного рамановского рассеяния; • Поляизационные изменения. Омелон Связь уровня глюкозы с параметрами АД Параметры АД в наибольшей степени характеризуют функциональное системное состояние организма. Комплексный подход к колебательным процессам гемодинамики, включая параметры АД, позволяет определить критерии взаимосвязей для осуществления неинвазивного контроля биохимических показателей крови. Погрешность измерения концентрации глюкозы в сравнении с биохимическим анализом — ±15-20%. Длительность проведения анализа совместно с измерением АД составляет 50-60 с. BrainBeat Неинвазивный глюкометр от российской компании BrainBeat в своей основе использует метод оптической спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне. Новизна заключается в расчете глюкозы в крови на основе измерения излучения в оптической области спектра поглощения глюкозы на 3-х диапазонах. ● Фильтрация на спектрах поглощения воды и др. ● Получения данных с фотосенсоров до нескольких десятков замеров в секунду. ● Использование кастомных светодиодов Glucotrack DF-4 Глюкометр оснащен сверхчувствительными датчиками, что минимизирует риск получения искаженных данных. Аппарат имеет собственный дисплей, на который выводится информация об уровне сахара в крови пациента. Glucotrack DF-F состоит из USB- разъема, соединяющегося с клипсой. Эта часть глюкометра одевается на мочку уха, устанавливает концентрацию глюкозы и передает уже обработанные данные. Во время работы электронное устройство использует следующие способы диагностики избыточной глюкозы: • электромагнитное сканирование; • оптический контроль; • ультразвуковое исследование; Scando Scanbo представила прототип, который использует комбинацию датчика фотоплетизмографии и 3канального ЭКГ для измерения скорости кровотока. После того, как пользователь расположит на сенсорах свои пальцы, устройство, на основании встроенных алгоритмов, сможет вычислить значение уровня глюкозы в крови. Вывод 1. Был проведен обзор методов измерения уровня глюкозы. 2. Описаны современные неинвазивные приборы проходящие тестирование. 3. Описаны проблемы методик неинвазивного диагностирования. Библиография • Зеленский М.М., Грицкевич Е.Ю. Мониторинг уровня глюкозы крови: возможности современных глюкометров. Российский журнал телемедицины и электронного здравоохранения 2022;8(3)28-44; https://doi.org/10.29188/2712-9217-2022-8-3-28-44 • Фролов С. С. МЕТОД ПОНИЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ НЕИНВАЗИВНЫМ СПЕКТРОФОТОМЕТРОМ. УДК 621.317.18. DOI: 10.17277/vestnik.2019.02.pp.225-235 • Мезенцева М.А., Юрченко Е.В. ЕИНВАЗИВНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ГЛЮКОЗЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ. Томский политехнический университет, г. Томск • Экспериментальная проверка математической модели неинвазивного метода определения концентрации глюкозы в крови / В.В. Шаповалов, Б.С. Гуревич, С.Ю. Дудников, И.Г. Загорский, А.В. Беляев // Вопросы радиоэлектроники. 2019. No 11. С. 60–64. DOI 10.21778/2218-5453-2019-11-60-64 УДК 616–073.5 • Курданов Х. А.1, Эльбаев А. Д.2, Эльбаева А. Д.3, Эльбаева Р. И.3. Новые подходы к неинвазивному определению уровня глюкозы в крови. 2016. Центр медико-экологических исследований ФГБУН Государственного научного центра РФ — Института медико-биологических проблем РАН. Нальчик; Спасибо за внимание!
