據(jù)麥姆斯咨詢報道，貝魯特美國大學(xué)（American University of Beirut）的研究人員開發(fā)出一款利用電磁波與定制基于機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）信號處理模塊相結(jié)合的個性化傳感器。這款傳感器引入了新型身體匹配且受人體脈管系統(tǒng)啟發(fā)的準(zhǔn)天線陣列——它作為電磁傳感器,，以即時、連續(xù)和無線方式感知血流中的葡萄糖變化,。這款柔性傳感器可嵌入在襪子等可穿戴服裝中,，其順應(yīng)性和運(yùn)動彈性可保證與皮膚表面很好的貼合度。

　　研究表明,，傳統(tǒng)的血糖監(jiān)測技術(shù)會引起患者的手指刺痛等不適感,，這導(dǎo)致糖尿病患者不遵守常規(guī)血糖監(jiān)測，致使他們無法及時掌握自身低血糖或高血糖情況,，這將造成嚴(yán)重的后果,。早期，研究人員經(jīng)過努力開發(fā)了微創(chuàng)傳感器,，但它依賴于插入皮膚內(nèi)的短期微針,。這引起了患者的抵觸情緒，尤其是老年人和兒童,。更重要的是,，這種微創(chuàng)傳感器仍然使社會承擔(dān)著沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

　　為此,，貝魯特美國大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種完全非侵入性的連續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng),，該系統(tǒng)在傳感器中利用了電磁（EM）和射頻（RF）技術(shù),，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模仿了人類腿部的脈管系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)。研究人員建議將這款電磁傳感器集成在糖尿病患者日常穿的襪子中,。

　　研究人員將新型可穿戴柔性電磁傳感器與襪子集成,，并加入了多個環(huán)境傳感器，以校準(zhǔn)溫度,、移動性和濕度等干擾因素（下圖A）,，這可以增強(qiáng)電磁傳感器響應(yīng)的準(zhǔn)確性。此外,，該襪子集成傳感系統(tǒng)與引入的集成在手套中的傳感器一起進(jìn)行了測試,，形成了一個強(qiáng)大的非侵入式葡萄糖傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)擴(kuò)展了其功能,，超越了現(xiàn)有的所有非侵入式葡萄糖傳感技術(shù),。該傳感系統(tǒng)在不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)置中均表現(xiàn)出皮摩爾級的靈敏度。整個系統(tǒng)在血清,、糖尿病動物模型以及臨床對照組和糖尿病患者中進(jìn)行了測試,，顯示出99.01%的準(zhǔn)確度，能夠跟蹤從低血糖到高血糖范圍內(nèi)的血糖變化,。

　　“多傳感,、多位置”非侵入式葡萄糖傳感技術(shù)原理

　　這款電磁傳感器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模擬了與不同身體部位相對應(yīng)的血管。例如,，集成在襪子中的電磁傳感器采用模仿腿部血管的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計,，同時采用準(zhǔn)天線陣列形狀因子（下圖）。該傳感器在0.5GHz到4GHz之間的多個頻率下工作,。由于優(yōu)化的傳感器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，該頻率范圍的電磁波可以有效地穿透人體組織，從而增強(qiáng)血流對電磁信號的暴露,。反射波的特性，以散射參數(shù)（S參數(shù)）表示被測材料介電特性的變化,，因此這些參數(shù)用于監(jiān)測血液中的葡萄糖水平,。這款電磁傳感器是和人體匹配的，其是在加載人體模型時設(shè)計的,。換句話說,，人體是傳感器設(shè)計的一部分，傳感器與其對應(yīng)的身體位置阻抗匹配,。這一特性減少了電磁波在皮膚-空氣邊界處的反射,，并提高了電磁波的穿透力，從而更容易到達(dá)目標(biāo)動脈和靜脈,。

　　這款電磁傳感器的生物學(xué)靈感來自于目標(biāo)血管的脈管系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)

　　除了常規(guī)的葡萄糖變化外,，該實(shí)驗(yàn)還強(qiáng)調(diào)了腿部電磁傳感器檢測從低血糖到高血糖范圍內(nèi)的血糖水平的能力,。研究人員能夠識別出該傳感器的物理參數(shù)對葡萄糖變化表現(xiàn)出更高靈敏度的多個頻率。這對患者具有重要意義,，因?yàn)椴煌颊咛焐鄻踊?，有不同的?nèi)在組織，對電磁波應(yīng)用的反應(yīng)不同,。因此,，提供個性化監(jiān)測并找到適合不同患者的葡萄糖敏感頻率非常重要。通過這種方法,，患者將作為傳感器設(shè)計的中心,。

　　此外，研究人員開發(fā)了一個自定義信號處理模塊,，根據(jù)不同傳感器收集的數(shù)據(jù)處理和預(yù)測葡萄糖水平,。下圖C顯示了腿部電磁傳感器的預(yù)測結(jié)果。

　　腿部電磁傳感器在體外實(shí)驗(yàn)中對葡萄糖變化的響應(yīng)

　　這款傳感器的整個可穿戴系統(tǒng)都根據(jù)溫度,、濕度和運(yùn)動進(jìn)行了校準(zhǔn),，從而實(shí)現(xiàn)高精度的葡萄糖變化跟蹤。對糖尿病大鼠和豬進(jìn)行的體內(nèi)實(shí)驗(yàn),，在廣泛的葡萄糖變化范圍內(nèi)顯示出100%的診斷準(zhǔn)確性,。對糖尿病患者和健康個體進(jìn)行人體試驗(yàn)時，有28名受試者接受口服葡萄糖耐量的測試,，試驗(yàn)結(jié)果表明,，連續(xù)血糖監(jiān)測的臨床準(zhǔn)確率為99.01%。因此,，該方案確保了以極高的保真度連續(xù)跟蹤從低血糖水平到高血糖水平的葡萄糖變化,。

　　綜上所述，在這項(xiàng)研究中,，研究人員開發(fā)了一種非侵入性連續(xù)多模態(tài)系統(tǒng),，該系統(tǒng)結(jié)合了機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）輔助信號處理接口，可以在臨床試驗(yàn)期間監(jiān)測血糖濃度在低血糖至高血糖范圍內(nèi)的變化,。環(huán)境和生理傳感器的加入提高了超柔性電磁傳感器的精度,。此外，電磁傳感器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模擬血管網(wǎng)絡(luò),，準(zhǔn)天線陣列形狀因子,、操作頻率和人體匹配特性，使研究人員能夠在臨床試驗(yàn)中高保真地跟蹤葡萄糖變化,，這是傳統(tǒng)的非侵入性技術(shù)無法檢測到的,。結(jié)合平均絕對相對誤差（MARD）和克拉克誤差網(wǎng)格（CEG），這項(xiàng)工作開發(fā)的系統(tǒng)具有較低的誤差和良好的預(yù)測精度,。雖然最近使用電磁技術(shù)在無創(chuàng)血糖監(jiān)測方面取得了進(jìn)展,，但是這些以前的方法都沒有經(jīng)過臨床試驗(yàn),。

　　這項(xiàng)工作開發(fā)的系統(tǒng)首次提供了一種環(huán)境和生理感知設(shè)備，針對靜脈和動脈定制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示出強(qiáng)大的功能,，可以在血液中以皮摩爾級的靈敏度,，直接和無線地高分辨率連續(xù)監(jiān)測葡萄糖。正如臨床試驗(yàn)所證明的,，研究人員獨(dú)特的設(shè)計方案將患者的輕松感和舒適度視為重中之重,。體外實(shí)驗(yàn)不僅評估和證明了電磁傳感器對葡萄糖變化的敏感性和選擇性，而且還測試了它們在長達(dá)8小時的延長實(shí)驗(yàn)持續(xù)時間的連續(xù)耐久性,。

更多信息可以來這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<