- 非侵入式血糖測量和控制的全面回顧,包括了各種測量技術、消費者產品、智慧醫療框架和面臨的挑戰。血糖測量和控制對於糖尿病患者來說非常重要,因為血糖過高或過低都可能導致嚴重的健康問題甚至死亡。
- 血糖測量的方法有三種:侵入式、微創式和非侵入式。侵入式方法需要抽血,微創式方法需要在皮膚上做小手術,而非侵入式方法則不需要接觸血液或皮膚。
- 非侵入式血糖測量主要是利用光學技術,例如近紅外光譜、拉曼光譜和偏振光譜等,這些技術是透過分析光與血液成分的互動來計算血糖濃度。
- 非侵入式血糖測量的好處是無痛、方便、可以連續測量,且成本較低。但是,這種方法也有一些挑戰,例如準確性、靈敏度、穩定性、校準、干擾和個體差異等。
- 非侵入式血糖控制主要是利用人工胰腺系統,這個系統使用感測器、控制器和注射器來自動調整胰島素的劑量。
- 非侵入式血糖測量和控制也可以與智慧醫療框架結合,利用物聯網、雲端運算、大數據分析和機器學習等技術,實現遠程監測、預測和個性化治療。
非侵入式血糖測量方法


- 各種非侵入式血糖測量的方法,這些方法可以分為光學和非光學兩大類。
- 光學方法包括近紅外光譜、中紅外光譜、遠紅外光譜、拉曼光譜、光聲光譜、偏振光譜、螢光、表面電漿共振、光學相干斷層掃描等。這些方法主要是利用不同波長的光與血液成分的吸收、散射和反射來測量血糖濃度。
- 非光學方法則包括阻抗光譜、熱輻射光譜、離子滲透法、生物電容法、毫米波和微波感測、電磁感測、超聲技術、聲泡法等。這些方法主要是利用電流、電壓、溫度、壓力等物理參數來測量血糖濃度。
- 每種方法都有其優點和缺點,例如靈敏度、準確性、穩定性、侵入性、成本等。因此,選擇哪種方法最適合,需要根據不同的應用場景和需求來決定。
技術 | 優點 | 缺點 |
---|---|---|
近紅外光譜(NIR) | 信號強度與葡萄糖分子成正比,可以通過塑料或玻璃等介質檢測葡萄糖 | 葡萄糖信號相對較弱,需要複雜的機器學習模型進行解釋,散射水平高 |
中紅外光譜(MIR) | 葡萄糖分子吸收較強,散射較低 | 光穿透能力有限,信號中存在噪聲,因此可能會檢測到水和其他非葡萄糖代謝產物 |
遠紅外光譜(FIR)/熱輻射光譜 | 不需要頻繁校準,對散射不敏感 | 輻射強度取決於溫度和物質厚度,與水的強吸收使得精確測量葡萄糖變得困難 |
拉曼光譜 | 對溫度和水不敏感,高特異性 | 需要激光輻射源,因此可能會危害細胞,容易受到噪聲干擾,信噪比低 |
光聲光譜 | 傳感器設計簡單、緊湊,光輻射對組織無害 | 信號容易受到聲音噪聲、溫度、運動等干擾,還會受到一些非葡萄糖血液成分的干擾 |
偏振光譜 | 激光強度變化不會太大地改變葡萄糖預測結果 | 需要外部激光源且需要與眼睛正確對齊,對PH值和溫度變化敏感 |
反向離子滲透法 | 基於簡單的酶基電極系統,由於測量間質液中的葡萄糖而具有很高的準確性 | 很難進行適當的校準,用戶體驗不佳,因為需要通過皮膚傳遞電流 |
螢光 | 對葡萄糖分子檢測具有很高的靈敏度,由於具有獨特的光學性質而具有良好的靈敏度 | 對局部pH值和/或氧氣非常敏感,受到異物反應的影響 |
生物阻抗光譜 | 比較不廣泛,易於連續血糖監測 | 容易受到出汗、運動和溫度的影響,需要長時間校準 |
毫米波和微波感測 | 深穿透深度可實現精確的血糖測量,無離子化風險 | 選擇性差,非常敏感於生理參數的變化,如出汗、呼吸和心臟活動 |
光學相干斷層掃描 | 分辨率高,信噪比好,不易受血壓和心臟活動的影響 | 葡萄糖值可能會隨著皮膚和運動而改變,受組織不均勻性的影響 |
表面電漿共振 | 可以檢測小葡萄糖分子,具有很高的靈敏度 | 校準過程漫長,體積龐大 |
飛行時間和太赫茲時域光譜 | 對葡萄糖分子具有強吸收和色散 | 深度分辨率有限,測量時間較長 |
代謝熱應變 | 利用眾所周知的各種生理參數來預測葡萄糖 | 對溫度和出汗的變化敏感 |
電磁感測 | 成本低,易於微型化,無離子化風險 | 缺乏選擇性,因為介電常數主要受到其他血液成分的影響,對溫度的微小變化非常敏感 |
超聲技術 | 技術成熟,對組織細胞無害,深穿透皮膚或組織以下 | 僅使用超聲波精確性有限,因此通常與近紅外光作為多模型使用,測量成本較高,不適用於連續血糖監測 |
聲泡法 | 由於對皮膚無副作用而受到青睞,基於眾所周知的酶促反應方法 | 容易受到環境參數的影響 |
非侵入式血糖監測方法

NIR Spectroscopy Mechanism of Serum Glucose Measurement
- 非侵入式血糖測量是一種不需要抽血就能測量血糖的方法。這種方法是通過測量我們身體的間質液中的葡萄糖分子來得知血糖濃度。
- 這種方法有很多種,其中一些是通過測量我們的汗液、唾液、淚液或者皮膚表面的體液來得知葡萄糖的含量。
- 但是,這種方法也有一些挑戰。例如,我們需要提高這種方法的準確性、靈敏度和可靠性。此外,我們還需要克服一些可能影響測量結果的因素,如溫度、水分、血流和運動等。
- 儘管有這些挑戰,但非侵入式血糖測量方法還是非常適合用於連續血糖監測和自我監測。因為這種方法可以提供無痛和即時的血糖資訊,這對於改善血糖控制和預防併發症是非常有幫助的。
侵入式與非侵入式血糖測量:取捨之間
- 侵入式和非侵入式血糖測量方法各有優缺點,主要涉及到準確性、便利性、成本和安全性等因素。
- 侵入式血糖測量方法通常使用電化學傳感器或生化分析儀來測量血液樣本中的葡萄糖濃度。這種方法的準確性和可靠性都很高,但也有一些缺點。例如,它需要頻繁地刺穿皮膚取血,這可能會造成痛苦和感染的風險。此外,它不能提供連續的血糖資訊。
- 非侵入式血糖測量方法則是利用物理或光學的原理來測量間質液或其他體液中的葡萄糖分子。這種方法的優點是無痛和即時,但也面臨一些挑戰。例如,測量信號的弱度和噪聲,以及受到各種干擾因素的影響,都可能影響測量結果的準確性和靈敏度。因此,非侵入式血糖測量方法需要更複雜的信號處理和校準技術。

微血管血糖與血清血糖在非侵入式測量中的比較
- 毛細血管血糖和血清血糖是兩種不同的血糖測量方式。毛細血管血糖是從手指或耳垂等部位刺穿皮膚取得的血液樣本來測量的,而血清血糖則是從靜脈取得的血液樣本經過離心分離後得到的液體部分來測量的。
- 通常來說,血清血糖的值會比毛細血管血糖的值更準確,因為它更能反映出實際的血糖濃度。而毛細血管血糖的值可能會受到局部血流、皮膚溫度、壓力等因素的影響。
- 非侵入式血糖測量方法通常是利用光學光譜技術來測量間質液或其他體液中的葡萄糖分子。因此,這種方法需要將測量結果轉換成相應的毛細血管血糖或血清血糖的值,這就需要一個合適的校準模型和算法。
- 需要注意的是,血清血糖和毛細血管血糖之間的關係並不是固定不變的,而是會隨著時間、飲食、運動、藥物等因素而變化。因此,非侵入式血糖測量方法需要定期與侵入式方法進行比對和校準,以保持測量的準確性和一致性。

非侵入式血糖水平測量的方法
- 各種非侵入式血糖測量方法的原理、優點和缺點,並對它們進行了比較和分析。
- 非侵入式血糖測量方法主要分為光學和非光學兩種。光學方法包括近紅外光譜、中紅外光譜、遠紅外光譜、拉曼光譜、光聲光譜、偏振光譜、螢光光譜等。這些方法的基本原理是利用不同波長的光與葡萄糖分子的吸收、散射或反射等作用,從而測量間質液或其他體液中的葡萄糖濃度。然後,通過信號處理和校準技術將其轉換成相應的毛細血管血糖或血清血糖的值。
- 非光學方法則是利用電磁波、超聲波、生物阻抗、代謝熱等物理特性與葡萄糖分子的相互作用,從而測量皮膚表面或其他部位的葡萄糖濃度。然後,同樣通過信號處理和校準技術將其轉換成相應的毛細血管血糖或血清血糖的值。
- 非侵入式血糖測量方法有許多優點,如無痛、即時、連續、便捷等。但是,這種方法也面臨一些挑戰,例如測量信號的弱度和噪聲,以及受到各種干擾因素的影響。因此,這種方法需要更複雜的信號處理和校準技術來提高測量的準確性和靈敏度。
不同波長的紅外光在人體皮膚中的穿透深度,包括近紅外光、中紅外光和遠紅外光。

- 近紅外光的波長範圍是700nm到2500nm,其中又分為短波(700nm到1300nm)和長波(1300nm到2500nm)。近紅外光可以穿透皮膚表層和真皮層,達到皮下組織,因此可以測量間質液或其他體液中的葡萄糖濃度。短波近紅外光比長波近紅外光有更深的穿透深度,因此可以更準確地測量葡萄糖分子。
- 中紅外光的波長範圍是2.5μm到25μm,其中葡萄糖分子的吸收和散射較強,因此可以提高測量的靈敏度。但是中紅外光的穿透深度較淺,只能達到皮膚表層,因此需要使用雷射或其他強光源來增強信號。
- 遠紅外光的波長範圍是25μm到1mm,其中葡萄糖分子的吸收和散射較弱,因此需要使用更複雜的信號處理技術來提取信號。遠紅外光的穿透深度也較淺,只能達到皮膚表層,因此需要使用高溫或其他方法來改變組織的特性。
光學脈搏波(PPG)和近紅外光譜(NIR)兩種非侵入式血糖測量方法的原理、優缺點和應用。

- PPG(脈搏光譜圖)是一種利用可見光或近紅外光照射皮膚,並測量血液在心跳周期中的流動變化所產生的光強度變化,從而推算出血液中的葡萄糖濃度的方法。PPG的優點是設備簡單、成本低廉、易於佩戴和連續監測。然而,PPG的信號可能會受到血液濃度、血管直徑、皮膚顏色、動作干擾等因素的影響,因此需要更複雜的信號處理和校準技術來提高準確性。
- NIR(近紅外光譜)則是利用不同波長的近紅外光照射皮膚,並測量光與葡萄糖分子發生吸收、散射或反射等作用後的光強度變化,從而測量間質液或其他體液中的葡萄糖濃度。NIR的優點是信號強度與葡萄糖分子呈正比,且可以穿透皮膚表層和真皮層,達到皮下組織。然而,NIR的信號可能會受到水分和其他非葡萄糖代謝物的干擾,因此也需要更複雜的信號處理和校準技術來提高準確性。