根據美國疾病控制中心的數據，美國每三個成年人中就有一個患有前驅糖尿病，這是一種以血糖水平升高為特征的疾病，可能導致2型糖尿病的發展。好消息是，如果及早發現，可以通過改善飲食和鍛煉等生活方式的改變來逆轉前驅糖尿病。壞消息是80%的患有糖尿病前期的美國人并不知道自己患有糖尿病，這使他們患糖尿病以及心臟病、腎衰竭和視力喪失等疾病并發癥的風險增加。


UW開發的原型系統使用手機的閃光燈為感應條供電

目前的篩查方法通常要到醫療機構進行實驗室檢測或使用便攜式血糖儀進行檢測，這意味著獲取途徑和成本可能是篩查的障礙。但華盛頓大學保羅·G·艾倫計算機科學與工程學院和威斯康星大學醫學院的研究人員可能已經找到了增加糖尿病前期檢測的最佳點。他們開發了GlucoScreen，這是一種新系統，它利用任何智能手機的電容式觸摸感應功能來測量血糖水平，而無需單獨的檢測設備。他們的方法是使葡萄糖檢測成本更低、更容易獲得——特別是對于大量人群的一次性篩查。

該團隊在最新一期計算機協會交互、移動、可穿戴和無處不在技術(IMWUT)會議記錄中發表的一篇新論文中描述了GlucoScreen。


GlucoScreen正在檢測血糖

主要作者Anandghan Waghmare博士解釋說：在傳統篩查中，一個人將一滴血滴到試紙上，血液會與試紙上的酶發生化學反應。血糖儀用于分析該反應并提供血糖讀數。我們采用了相同的測試條并添加了廉價的電路，通過模擬點擊屏幕將這種反應產生的數據傳送到任何智能手機。GlucoScreen然后處理數據并直接在手機上顯示結果，提醒人們是否有風險。

GlucoScreen試紙以每秒5次的速率沿曲線對由血液和酶的混合引起的電化學反應進行采樣，作為振幅。條帶使用稱為脈沖寬度調制的技術將此曲線數據傳輸到手機，以一系列可變速度的觸摸編碼。“脈沖寬度”是指信號中峰值之間的距離——在這種情況下，指的是抽頭之間的長度。每個脈沖寬度代表曲線上的一個值，對于特定值，抽頭之間的距離越大，與帶材上的電化學反應相關的振幅就越大。

Waghmare說：您可以通過用手指輕敲屏幕來與手機通信。這基本上就是條帶正在做的事情，只是不是通過單擊來產生單個動作，而是以不同的速度進行多次敲擊。這類似于摩爾斯電碼通過敲擊模式傳輸信息的方式。

這種技術的優點是它不需要復雜的電子元件，與藍牙和WiFi等更傳統的通信方法相比，它可以最大限度地降低條帶的制造成本和運行所需的功率。所有的數據處理和計算都在手機上進行，簡化了條帶，進一步降低了成本。

合著者、前博士Farshid Salemi Parizi指出：試紙不需要電池或USB連接，相反，我們在設計中加入了光電二極管，這樣條帶就可以從手機的閃光燈中汲取運行所需的少量電力。

GlucoScreen應用程序會自動啟動閃光燈，引導用戶完成測試過程的每一步。首先，用戶按照指示將試紙的兩端分別貼在手機的正面和背面。接下來，他們用采血針刺破手指，就像他們在傳統測試中所做的那樣，然后將一滴血滴到連接在試紙上的生物傳感器上。數據從條帶傳輸到手機后，應用程序應用機器學習來分析數據并計算血糖讀數。

該過程的該階段類似于在商用血糖儀上執行的階段。除了新穎的觸摸技術外，GlucoScreen的與眾不同之處在于它的通用性。

合著者Jason Hoffman解釋說：因為我們使用的是每部智能手機都配備的內置電容式觸摸屏，所以我們的解決方案可以輕松適應廣泛使用。此外，我們的方法不需要對電容式觸摸數據進行低級訪問，因此您無需訪問操作系統即可使GlucoScreen工作。我們將其設計為‘即插即用’您不需要對手機進行root。事實上，除了安裝應用程序之外，您不需要對手機做任何事情。無論你有什么型號，它都可以現成使用。

霍夫曼和他的同事結合使用體外和臨床測試評估了他們的方法。由于新冠病毒大流行，他們不得不將后者推遲到2021年，當時在回印度的路上，Waghmare與Dew Medicare和Trinity醫院的Shailesh Pitale博士取得了聯系。在了解UW項目后，Pitale博士同意促進一項涉及75名同意患者的臨床研究，這些患者已經計劃抽血進行實驗室血糖測試。Waghmare和團隊以該實驗室測試為基礎，評估了GlucoScreen與傳統試紙條和血糖儀的性能。

雖然研究人員強調需要額外的測試，但他們的早期結果表明GlucoScreen的準確性與血糖儀測試相當。重要的是，該系統被證明在正常血糖水平等于或低于99mg/dL與糖尿病前期（定義為血糖水平在100至125mg/dL之間）之間的關鍵閾值是準確的。鑒于臨床測試模型必須使用的訓練數據稀缺，研究人員認為GlucoScreen的性能會隨著輸入的增加而提高。

根據共同作者Matthew Thompson博士的說法，鑒于糖尿病前期和糖尿病在全球范圍內的普遍性，這種技術有可能改變臨床護理。

威斯康星大學家庭醫學系和全球衛生系的家庭醫生兼教授湯普森說：在臨床實踐中看到的障礙之一是許多患者無力自行檢測，因為血糖儀及其試紙比較貴。而且，通常最需要進行葡萄糖檢測的人面臨著最大的障礙。考慮到我現在有很多患者使用智能手機，像GlucoScreen這樣的系統可以真正改變我們篩查和監測糖尿病前期甚至糖尿病患者的能力。

GlucoScreen目前是一個研究原型，在廣泛使用該系統之前，還需要進行更多以用戶為中心的臨床研究，并改變試紙的制造和包裝方式。根據資深作者Shwetak Patel的說法，華盛頓研究基金會創業捐贈教授計算機科學與工程和電氣與計算機工程在華盛頓大學，該項目展示了我們如何才剛剛開始挖掘智能手機作為健康檢查工具的潛力。

帕特爾說：既然我們已經證明我們可以構建可以與智能手機而不是專用檢測儀一起工作的電化學分析，你可以想象擴展這種方法以擴大對其他條件的篩選。