无创血糖仪市场现状

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1、1.背景目前的血糖测量方法主要为生化血糖测量法和微创血糖检测法。生化血糖检测法和微创血糖检测法的技术已较成熟，也是目前血糖测量的主要方法，但此两种测量方法都需要取血检测，由于抽血或手指扎针取血会造成疼痛，而且有感染的危险，这就限制了测定血糖的频率，使糖尿病患者无法获得满意的血糖监测，因此迫切需要采取无创式血糖测量技术来克服有创式采血的缺点。2.主要的无创血糖检测技术2.1.近红外光谱技术当用红外线照射人体时，与血糖无关的人体组织，如皮肤、骨骼、肌肉、水等将吸收大部分红外线、余少量代表血糖特征的反射或吸收红外线，称为血糖特征频谱信号，可用来提取血糖值。最新由格罗夫仪器（Grove Instrum

2、ents）开发的运用此技术的血糖仪可在20s之内对患者的血糖值进行实时检测。首款推出的试验性产品没有额外的附件且可由电池驱动，测量部位则是在指尖或者耳垂。针对此仪器的一项拥有4000组数据的实验研究显示该设备的测量准确性符合ISO15197标准。同时在运用此技术开发无创血糖仪的公司有DIRAmed, C8 MediSensors 和InLight Solutions。2.2.测试人体的射频阻抗，提取血糖值波长较红外线更长的电磁波对人体辐射时，像血糖这种非离子可溶性物质，将吸收一定的电磁波，提取其吸收特征值，理论上可以得到血糖值。但是，体液中还有其他非离子可溶物质，它们也吸收电磁波。因此，如何将

3、血糖的吸收特征值分离及提取，是这种方法的关键。2.3.偏振式其原理是光学活性物质致使偏振光的偏振面发生旋转，产生的角度与偏振光在其中传播的光程、波长、温度以及溶液的浓度有关。当一束线偏振光入射到含有葡萄糖的溶液时，其透射光也是线偏振光，而且偏振方向与原入射光的偏振方向有一个夹角，这就是葡萄糖的旋光特性。利用这个特性可以制成血糖检测仪器。这种方法一般是通过测量眼球房水中的葡萄糖浓度来反推出血糖浓度。1991年美国得克萨斯农业与工程大学的Gerald L Cote、Martin D.Fox等人利用这样的测量方法设计了完整的实验系统，并详细地分析各种影响因素。但是，偏振式也有它的缺点，例如：其测量位

4、置多为敏感的眼球，而且存在血糖浓度与眼球房水之间的时间滞后等问题。因此到目前尚未有商品化仪器的报道。2.4.用皮下间质液中的糖分子，测试血糖值皮下间质液是一种无色透明液体，血液中的营养成分，包括葡萄糖，经由皮下间质液到达细胞。皮下间质液可以有少量渗出皮肤，结合反离子电渗抽取原理，就能无创得到皮下间质液样品，测得血糖值。美国Cygnus公司生产的GlucoWatch G2 Biographer是这类血糖仪的代表。该仪器可每10min读出一个数据, 并可连续记录13h , 即78个血糖值。2002年11月FDA已核准7-17岁的青少年使用该血糖仪，但FDA所批准的处方销售是指该产品不能在市场上销售

5、,也不允许医生销售,在得到医生处方后,还要到生产厂接受培训,并承诺自负风险,方能购买、使用。目前利用皮下组织葡萄糖浓度检测的方法所存在的最大问题之一是延时性问题。如果延时时间确实存在的话，那么传感器所测得的结果并不是当前的血糖水平，这就失去了对于高血糖症或低血糖症的即时报警的作用。2.5.唾液检测法实验研究证明血糖浓度与唾液中所含的淀粉酶成正比，所以可通过测量人体口腔中唾液含淀粉酶的多寡间接地知道血糖的高低。此种方法，可以避免病人因消毒不严而引起的细菌感染；另一方面，由于是无创探测，无痛苦，可以让所有病人都能接受。但是唾液中葡萄糖含量仅为血液中葡萄糖含量的1501100，所以通过人的唾液测量血

6、糖值，其精度要达到0.01mmolL，对元器件的精度要求甚高。2.6.能量代谢守恒法（代谢热整合法）通过集成无创血糖传感器检测人体手指表面的温度、湿度、辐射以及人体血氧饱和度、脉率等参数，采用DSP处理器分析计算出血糖浓度。中南大学信息物理工程学院生物医学工程研究所开发的一款基于DSP技术的便携式无创血糖检测仪针对29名志愿者的临床实验结果显示：得到的血糖值与用大型生化分析仪测得的血糖值的相关系数达到0.862，绝对误差范围是-0.75mmol/L0.5mmol/L，但大部分结果的误差不超过0.3mmol/L。来自以色列的公司Integrity Applications改良了此种方法开发出的无

7、创血糖仪GlucoTrack于2013年6月4日获得欧盟批准。GlucoTrack运用了超声波、电导率和热容量三种不同的技术来确保检测结果的准确性，包含一个主机和一个私人耳夹（信号接收传感器和校准器件）。无创血糖仪开发的必要性和可行性尽管多年以来在无创血糖检测领域的竞争十分激烈,但迄今为止，没有任何机构推出的无创血糖测量仪或方法能够真正满足5mg/dL（0.28mmol/L）的临床精度要求。目前应用研究较多的主要为近红外光谱法与能量代谢守恒法。 3.1.近红外光谱近红外光谱法主要基于葡萄糖分子在近红外区域具有的特征吸收并利用现代化学计量学的手段建立血糖浓度与近红外光谱之间的回归模型,从而实现对

8、血糖浓度的无创检测。相对于中红外光,在近红外区域,体液和软组织相对透明,光的穿透力强,是理想的无创检测光谱段。随着激光光源的使用以及化学计量学的快速进步,目前近红外光谱法被认为是最有前途也是研究最广泛的血糖无创检测技术。涉及学科：光电子学，生物医学工程，分析化学，微电子学。开发所需资源：相关学科专家，电子元器件采购，实验室资源，临床试验，资金。存在的挑战：葡萄糖对光的吸收系数远远小于水的吸收系数，导致有效信号微弱；人体不同部位的组织结构差异对光信号的影响；人体生理背景变化问题，人体组织是一个复杂并且动态变化的内环境，体内的其他生理成分对光信号的吸收与葡萄糖分子的吸收严重重叠，而生理成分受到人体

9、自身新陈代谢的调节，很难通过直接测量的方式单独获得某一因素的变化规律，因此，人体生理背景的变化严重阻碍了对糖信息的提取。天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室的研究者提出基于浮动基准的检测技术是解决人体生理背景变化干扰问题的最佳方案之一。3.2.能量代谢守恒法（代谢热整合法）葡萄糖是人体内的主要能源物质，在氧供给充足的情况下，发生如下生化反应：C6H1206+O2H20+C02+ATP 在人体手指指尖的毛细血管中，葡萄糖的物质代谢过程就是能量代谢过程，代谢过程中产生的能量有如下几种转换形式：1)积蓄在人体内部，即人体热负荷；2)对外界做功；3)与外界发生热交换，即散热；4)其他转换途径，如供

10、给其他生化反应所需的能量。能量代谢守恒法的核心思想认为上述4部分能量的总和即为葡萄糖代谢产生的能量。而作为主要能源物质的葡萄糖在血液中浓度的变化，相应地会引起人体代谢的变化。因此，只要检测出上述4种转换途径中消耗的能量和血液中氧的供给水平就能计算出手指中的血糖浓度。涉及学科：光电子学，生物医学工程，微电子学。开发所需资源：相关学科专家，电子元器件采购，实验室资源，临床试验，资金。存在的挑战：由于需要多种传感器协同工作，测量环境的湿度，温度等因素对测量结果有很大影响；个体差异。市场现状和国外主要厂商产品到目前为止，美国FDA仅批准过一款无创血糖仪上市2002年批准Cygnus公司的Glucowa

11、tch上市，但是只作为附属医疗器械，在常规血糖测试方法外辅助使用，并且需要医生的处方。该产品已于2007年退出市场不再销售，目前美国市场上暂无其他的无创血糖仪产品。欧洲市场上也仅有一两款通过CE认证的无创血糖仪，但市场反应冷淡。其他大部分厂商都处在研发阶段。EchoTherapeutics公司的Symphony动态血糖监测仪4.1.EchoTherapeutics公司的Symphony动态血糖监测仪ECHO Therapeutics公司的Symphony血糖仪应用了皮肤透析方式采集皮下组织液的连续监测葡萄糖的方法。基本原理是使用一个电动研磨头处理皮肤表面，将角质层磨去，到达接近真皮的程度，形成

12、一个大约一角硬币大小的圆形。再利用一个电化学传感器装置，将皮下组织液持续吸出来，测量其中的葡萄糖浓度。得到的数据以无线方式传输到电脑、显示屏或者智能手机。该产品可连续采集动态血糖数据，每个传感器探头使用寿命约24小时，主要针对住院患者使用。ECHO公司最近一次临床试验在Thomas Jefferson大学医院进行，共有15名患者参加试验。试验中，除了ECHO公司的Symphony血糖仪，还使用YSI2300STAT血糖仪每隔30分钟采集动脉血样以测试血糖结果，共采集到1500个数据，与ECHO Symphony血糖仪得出的数值相对照。克拉克错误网格分析(CEG)表明，98.9%的数据为临床准确

13、(A)，0.3%为良性误差(B)，综合A+B为99.2%。平均相对误差绝对值（Mard）为9%。ECHO目前正在申请欧洲CE认证，计划成功后再申请FDA批准。4.2.C8 MediSensors公司的光学血糖动态检测仪美国C8MediSensors公司的血糖仪采用光学方法（拉曼光谱法）连续测量血糖。该设备用一根腰带紧贴皮肤束在腰间，工作时仪器将一束单色光照射皮肤，并检返回的频谱。血糖仪获取的测量结果会通过蓝牙方式发送至病患的智能手机。病人以访问历史长达4个月的测量记录，并将数据下载至计算机，与照护人共享读数。C8MediSensors光学血糖仪也可用于设置低、超高血糖阈值，同时设置声音和振动警

14、报。C8公司2009年的一篇论文中提到其血糖仪的准确性的克拉克错误网格分析（CEG）结果为92%的临床准确和良性误差。C8MediSensors最近宣布其光学血糖监测仪已获得欧盟CE认证（也是附属医疗器械类），还将继续申请美国FDA批准。4.3.以色列Integrity ApplicationsIntegrity Applications公司成立于2001年，位于以色列的Ashkelon。该公司研制出一款无创血糖检测仪。该检测仪由主体和耳夹两部分组成，同时整合了超声传导和热容三种检测技术，从而提高检测精度。该产品可用于1型或2型糖尿病、妊娠糖尿病、糖尿病前状态、糖耐量减退患者的血糖检测。Int

15、egrity Applications公司的GlucoTrack血糖仪如上图所示，主要由主体和耳夹两部分组成，前者包括显示屏、操纵面板以及信号输出、接收和处理器，外形类似mp3播放器；后者由传感器和校正电路组成,使用者血糖信息由耳夹获取并传至主体部分进行处理后,使用者可方便地读取。相比其他无创血糖仪产品，GlucoTrack同时采用了三种检测原理，以提高测量准确性，包括：超声：使用超声技术检测声波穿过耳垂的速度，而音速受到耳垂毛细血管中的血糖浓度的影响。电学：测量组织的电导率变化；热量：检测组织的热量传输特征（类似清华的代谢热技术）。Integrity Applications公司从2009年

16、开始在以色列Soroka大学医学中心对116位患者进行临床试验，共取得2364个数据，与传统大型血糖分析仪对比，克拉克错误网格分析（CEG）表明，96%的数据为临床准确和良性误差。其中，59%A区（准确）,37%B区（良性误差）,2%C区,2%D区，0%E区。平均相对误差（MARD）为23%。2010和2011年，对24位患者进行了居家临床试验，共取得1306个数据。结果为97%的临床准确和良性误差。其中，54%A区，43%B区,2%C区,1%D区，0%E区。平均相对误差（MARD）25%.Integrity Applications公司希望在2013年获得欧洲CE认证，2014年申请美国FD

17、A批准。4.4.其他无创血糖仪产品Biocontrol Technology公司的Diasensor 1000，利用近红外光对皮肤的反射，从反射光强度变化，读出血糖值。美国FDA尚未批准，但欧洲已批准上市。Samsung Fine Chemicals公司的Glucontrol GC 300，为近红外式便携式机，以电池为能源。测试时，患者只需将手指放在红外传感器上数分钟，即可得到结果。CME Telemetrix公司的GlucoNIR，亦为近红外式便携机，液晶显示，电池能源，带通信口，能将测试数据下载至主机。NIMOS的NIMOS(noninvasive monitoring system)，为

18、皮下间质液型血糖仪，测试样品通过一个微型吸盘，从皮肤上吸取。吸盘内装有血糖传感器，并有电缆，与主机连接。Inverness Medical Technology 的LifeGuide System，亦为一种皮下间质液型血糖仪，测试样品采集不用通常的手指法，而是通过手臂采集。LifeTrac Systems的SugarTrac，为无创红外频谱分析型，此装置插在耳道上，并向鼓膜发射不同波长的红外光，然后，将不同波长的反射信号进行分析、计算，从而求出血糖值。设计者认为鼓膜微循环系统具有更多的血糖特征，故此，希望从鼓膜采集到的信号，能更精确地反映血糖值。Megnetic Diagnotics 的Mul

19、ti-analyte Meter，设计者试图用一种类似磁共振成像原理的装置，对手指、手臂或其他部位采集到的体液，用射频及磁场对体液中的分子进行分析。但目前仅处于试验室研究阶段，公司未宣布何时能进展到临床试验阶段。OptiScan Biomedical公司另辟蹊径，设想利用糖分子在外界温度改变时的特征，来测试血糖。他们采用一个小型快速降温装置放在皮肤上，试图测出血糖值。目前也处于试验阶段，未见有新进展。5.国内主要产品：清华精仪系开发的无创血糖仪国内从事无创血糖仪研究较突出的有清华大学精仪系的唐飞、王晓浩、王东生团队。该团队的血糖监测技术是基于代谢热整合法采用温度传感器、红外传感器、湿度传感器和

20、光学测量装置，通过测量人体代谢产生的热量、血液流速、血氧饱和度，利用人体代谢产生的热量是血糖浓度、供氧量的函数，推算出血糖浓度。清华的无创血糖仪目前正在解放军301医院进行临床试验，从已有的实验数据来看，测试结果与医院用大型生化分析仪测得的血糖值的相关系数达到了0.856。然而需要注意的是，该技术对测量时人体状态要求较高。该设备第一次进行临床试验时，相关系数只有0.4。研究人员认为主要原因是实验时间在冬季，室内外温差较大，病人测量时没有处在热中立带状态；另外，病人进入医院后一直在走动，没有休息，因而状态不稳定。6.小结6.1.无创血糖仪可以使糖尿病患者摆脱频繁刺破手指测血糖的烦恼，如果有一款精度可以接受的无创血糖仪出现，将具有广阔的市场前景。然而由于测量精度不理想等原因，目前大多数相关厂商都处于研发阶段，市场上还没有成熟的产品出现。FDA曾批准过1款，欧洲也批准过少数产品上市，但都是作为附属医疗器械，作为传统血糖仪的辅助，而不是替代产品。6.2.虽然从精度上来看,无创血糖仪还无法取代传统的血糖仪，但是可以作为传统血糖仪的辅助，检测血糖水平的动态发展趋势，减少有创血糖检测的次数。