Apple Watch想要实现无创血糖监测？苹果还要解决这4大难题

　　

　　编译 | 周炎

　　编辑 | 云鹏

　　智东西3月21日消息，据The Verge报道，近期，Apple Watch实现无创测量血糖的新闻引起了医学界的关注与讨论。苹果公司指出，该公司在无创血糖监测方面取得了里程碑式的进展，这将为糖尿病治疗带来革命性的变化。

　　研究人员称，目前这项健康技术可能不会取代手指穿刺进行监测的方法，技术本身还有待进一步成熟。具体来说，当使用红外线光谱法时，目前苹果的传感器很难检测到由人体血糖变化产生的微弱信号；当采用多波长法时，传感器的体积和电池功耗又很难二者兼顾；除此之外，对于皮肤较黑的人的来说，光学传感器的准确度尚且不足。同时这项技术在监管方面的障碍仍需清除。

　　一、无创血糖监测研究近半个世纪，尚未有可靠方法实现

　　无创血糖监测指的是，在测量人体血糖水平时无需进行抽血，也不会造成破皮或其他疼痛或创伤。当人的身体没有产生足够的1型糖尿病胰岛素（insulin ），或者随着时间推移变成2型糖尿病胰岛素抵抗（insulin resistant）时，那么这个人便不能有效地调节血糖，这个时候这个人就会患有糖尿病。

　　为了治疗病情，不管是1型还是2型患者都需要通过典型的侵入型措施（invasive measures），例如手指穿刺试验（finger prick test）或者连续血糖监测仪（continuous glucose monitor）来监测血糖水平。手指穿刺试验需要个人用针刺伤手指，然后在测试条上滴一滴血。连续血糖监测仪需要在皮肤上面嵌入一个传感器，这样患者能够实时监测自身的血糖水平。

　　无创监测血糖对于患者来说具有巨大吸引力，这样患者无需抽血或在身体上安装传感器来获取服用胰岛素的适宜时间。医生也可以远程监控患者的情况，这样广大农村地区的患者便可以得到医生的远程监控与治疗。除了糖尿病的医治，这项技术还可以帮助耐力运动员在长跑中监控碳水化合物的摄入量。事实上，无创血糖监测的研究始于1975年，48年来，还没有可靠的方法来实现这一目标。

　　二、无创技术突破关键在于传感器

　　目前，无创测量血糖水平的方法主要有两种，第一种是从尿液或眼泪等体液中测量葡萄糖水平，谷歌曾经尝试开发智能隐形眼镜（smart contact lenses）来读取血糖水平。第二种方法涉及光谱学，它的本质是使用光学传感器将光照射到身体，并测量光如何反射回来，以测量特定的指标。

　　第二种技术目前已经出现在智能手表、健身追踪器和智能戒指中，可以用来测量心率、血氧水平和一系列其他指标。不同的是，无创血糖监测使用的是红外线（infrared）或近红外光（near-infrared light），而不是绿光LED或者红光LED。这种光将瞄准组织间液（interstitial fluid），即一种在细胞之间的空间中携带营养物质和废物的物质。理论上，这种手表会使用一种专有算法，同时根据反射光线来确认血糖水平。但是，虽然方法相似，将这项技术应用于血糖监测时会更加复杂。

　　

　　加州圣马特奥米尔斯半岛医学中心（Mills-Peninsula Medical Center）糖尿病研究所医学主任David Klonoff，曾经担任糖尿病技术学会会长、糖尿病科学与技术杂志主编，并在过去25年中一直致力于研究无创血糖监测技术。

　　这名医学主任称，人体血糖水平变化引起的信号变化十分微弱，回拨波信噪比较低，除此之外，身体的内的蛋白质、脂肪等成分与葡萄糖的吸收波峰存在重叠，这都影响着血糖检测的准确度。

　　Movano首席执行官John Mastrototaro称，人体里充满水，但是水又会干扰光学方法的测量，人体在水量上细微的变化就会极大影响测量的信号。Movano将要推出专门为女性设计的Evie智能戒指，该产品将正式于2023年美国消费电子展览会（ CES）上正式公布。该公司还开发了一款芯片来测量血压和血糖。

　　Klonoff和 Mastrototaro指出，除了身体内的水分，外部或者环境因素，如杂散光（stray light）、人体运动以及皮肤与传感器的接触不良，都会影响无创血糖监测。

　　

　　红外光本质是一种热辐射，肉眼并不可见。包括人类在内的所有物体都会发出某种红外线热辐射，这就使得传感器并不能总是分辨出热量来自智能手表还是炎热的夏天。

　　假设有一天智能手表可以无创监测血糖水平。但是那时全球频繁出现极端热浪（heatwave），人类的空调故障，房间就会变得极端炎热，当用户出汗时，智能手表的传感器就容易把额外的热量误认为血糖升高。

　　解决这种问题的方法之一是使用多波长（wavelengths）的光来收集更多的数据。例如，增加更多的传感器来发射不同类型的红外光。当拥有更多的数据，便更加容易弄清楚什么是葡萄糖，什么是干扰。但是增加传感器数量也会产生一系列问题，因为这需要更加强大的算法来处理额外的数据。同时，由于波长增加后，人类就需要为设备增加更多的体积。

　　虽然传感器体积小，功耗低，可以安装在智能手表中，但是频繁连续测量仍会消耗电池寿命。许多支持夜间血氧饱和度（spO2）跟踪的可穿戴设备将会警告用户，一旦启用该功能，智能手表的的电池寿命便会大大缩短。

　　目前连续血糖监测仪大约保持每5分钟测量1次的频率，这就需要智能手表可以保持一整天的电量。同时，智能手表仍需为永远在线的屏幕供电、测量其他大量健康指标、获取文本和通知、以及通过蜂窝网络或Wi-Fi发送数据，这都需要更大的电池。

　　三、肤色限制、监管措施等都将影响无创血糖监测技术的商用

　　对于皮肤较黑、有纹身情况的人来说，光学传感器的准确度不足。这是因为颜色深的物体比颜色浅的物体反射光的能力强一些。

　　美国食品药品监督管理局（FDA）专家组最近呼吁加强对这类光学传感器的监管。这是因为这些器材对肤色较深的人来说不太准确。无创血糖监测仪在这方面问题或许问题并不大。因为红外线比可见光更适合处理黑色素和墨水。但即使有这样大的优势。Mastrototaro称，目前无创血糖监测仍面面临挑战。

　　在这位记者看来，许多技术问题都是可以解决的。当AI更加强大的时候，就可以构建出能够处理无创血糖监测的算法。同时，芯片和其他组件也在不断变小了，功能也变得更加强大。像Movano一样的公司目前都在积极探索光学传感器的替代品。

　　目前美国食品药品监督管理局正在对血糖监测仪器进行监管。虽然血氧饱和度和心率并不需要食品药品管理局来衡量其安全性和有效性，但是在血糖水平上，由于不正确的读数或错误的警报会导致1型糖尿病患者在胰岛素剂量上使用错误，进而会危及生命，这就需要任何兜售血糖监测功能的智能手表都必须通过FDA认证。

　　

　　获得FDA的认证可能需要数月或更长时间。同时，设备商必须对血糖监测仪器的准确性、安全性和有效性进行严格的测试和临床试验。这种严格的检查可以保护消费者。

　　所以目前来看，许多公司不太可能试图取代手指穿刺测试或血糖检测仪等方法。智能手表上的血糖监测或将将用于健康追踪，或者为糖尿病前期的筛查工具。

　　苹果在Apple Watch 系列4上引入FDA认证的心电图（EKG），旨在标记患者心率不齐的情况、并建议患者去咨询医生，并评估其患上房颤（AFib）的风险。Fitbit、三星、Garmin等其他公司也在心电图和心房颤动监测功能上采用相同方法。

　　这些筛选功能或许听上去可能不太具有革命性，但是它们为研究人员、公司和消费者创造了一个双赢的局面。疾控中心称，大约有9600万美国成年人患有糖尿病前期。糖尿病前期是血糖异常高的状态，但还不足以诊断2型糖尿病。这个患者数意味着一个巨大的客户群体。

　　“我想我们将要看到的是，这些可穿戴设备会以微妙的方式提醒人们，他们正在处于正常水平与糖尿病之间。”Klonoff称，未来将会有预测某些类型的前期糖尿病的模式。

　　“重要的不仅仅是了解个人的血糖情况，还在于了解个人健康的一切信息。Mastrototaro称，如果电磁频率（Radio Frequency）技术成功，Movano希望将葡萄糖与其他健康指标，如心率、血氧等一起纳入平台。他认为，这些数据信息可以更加完整地体现一个人的健康情况。

　　“血糖监测仪在某种程度上是为了获取个体整体的情况，而没有实现实时监测。Mastrototaro解释称，可穿戴设备可以实现动态血糖监测，即1型糖尿病患者可以更加便利地确定摄入多少胰岛素。

　　四、苹果重视健康领域，但是实现无创血糖监测仍需技术支持

　　科技公司喜欢开创性技术，医药公司则不喜欢。动态血糖监测花了20年时间才被认为是足够准确，并作为主要的血糖监测仪使用。

　　Klonoff和Mastrototaro都没有足够的信息给出任何预测，用户什么使用可以在实际购买的智能手表上看到无创血糖监测。

　　

　　彭博社猜测，目前在血糖监测方面具有里程碑意义的产品是苹果正在开发的一款iPhone大小的原型。若要实现无创血糖监测，苹果公司首先需要缩小这款原型机，以适应Apple Watch。在理想的情况下，苹果需要从较小的原型中收集到更多的数据，同时需要经过食品和药品监督管理局的审查。

　　苹果公司的健康副总裁Sumbul Detail当被问到无创血糖监测仪是否会用在未来Apple Watch上时指出，血糖监测是苹果在非常重视的健康领域，但是目前实现无创血糖监测仍需科学技术的支持。

　　结语：无创血糖监测潜力广阔，“智能穿戴+医疗”大有可为

　　根据国际糖尿病联盟发布的数据显示，截止2021年，全球约有5.37亿的患者。而中国糖尿病患者约占全球的1/4，达到1.41亿，发病率高达12.8%，相当于每10个人中就有1个糖尿病者。

　　这样看来无创血糖监测具有巨大的市场空间，一旦无创血糖监测应用到可穿戴设备中，将进一步推动智能穿戴行业的洗牌。但就目前的医疗可以水平来看，无创血糖监测还在信号传输、电池功耗、肤色限制、监管障碍等方面存在难题，尚未实现长期监测血糖含量。这或许是推动“智能穿戴+医疗”进一步发展的方向。