原型利用任何智能手机的传感功能来筛查糖尿病前期

根据疾病控制中心的数据，每三个成年人中就有一个患有前驱糖尿病，这是一种以血糖水平升高为特征的疾病，可能导致 2 型糖尿病的发展。好消息是，如果及早发现，可以通过改善饮食和锻炼等生活方式的改变来逆转前驱糖尿病。坏消息?十分之八的患有糖尿病前期的人并不知道自己患有糖尿病，这使他们患糖尿病以及心脏病、肾衰竭和视力丧失等疾病并发症的风险增加。

目前的筛查方法通常涉及到医疗保健机构进行实验室检测和/或使用便携式血糖仪进行家庭检测，这意味着获取途径和成本可能是更广泛筛查的障碍。但华盛顿大学的研究人员可能已经找到了增加糖尿病前期检测的最佳点。该团队开发了 GlucoScreen，这是一种新系统，它利用任何智能手机的电容式触摸感应功能来测量血糖水平，而无需单独的阅读器。

研究人员在一篇新论文中描述了 GlucoScreen，该论文于3 月 28 日发表在计算机协会关于交互、移动、可穿戴和无处不在技术的会议论文集中。

研究人员的结果表明 GlucoScreen 的准确性与标准血糖仪测试相当。该团队发现该系统在正常血糖水平(等于或低于 99 mg/dL)和前驱糖尿病(定义为血糖水平在 100 至 125 mg/dL 之间)之间的关键阈值上是准确的。这种方法可以降低葡萄糖检测的成本并使其更容易获得——特别是对于大量人群的一次性筛查。

“在传统筛查中，一个人将一滴血滴到试纸上，血液与试纸上的酶发生化学反应。血糖仪用于分析该反应并提供血糖读数，”主要作者 Anandghan Waghmare说， Paul G. Allen 计算机科学与工程学院的 UW 博士生。“我们采用了相同的测试条并添加了廉价的电路，通过模拟点击屏幕将反应产生的数据传送到任何智能手机。GlucoScreen 然后处理数据并直接在手机上显示结果，提醒人们是否有风险所以他们知道要跟进他们的医生。”

具体来说，GlucoScreen 测试条对血液样本每秒与酶混合五次时发生的电化学反应的幅度进行采样。

然后，通过使用一种称为“脉冲宽度调制”的技术，以可变速度进行一系列触摸，条带将振幅数据传输到手机。术语“脉冲宽度”是指信号中峰值之间的距离——在这种情况下，指的是抽头之间的长度。每个脉冲宽度代表曲线上的一个值。对于特定值，抽头之间的距离越大，与条带上的电化学反应相关的振幅就越高。

“你可以通过用手指轻敲屏幕来与手机交流，”Waghmare 说。“这基本上就是条带所做的，只是不是通过单击来产生单个动作，而是以不同的速度进行多次敲击。这类似于摩尔斯电码通过敲击模式传输信息的方式。”

这种技术的优点是不需要复杂的电子元件。与更传统的通信方法(如蓝牙和 WiFi)相比，这最大限度地降低了条带的制造成本及其运行所需的功率。所有的数据处理和计算都在手机上进行，简化了条带，进一步降低了成本。

试纸也不需要电池。它使用光电二极管来从手机的闪光灯中获取所需的少量电量。

GlucoScreen 应用程序会自动启动闪光灯，引导用户完成测试过程的每一步。首先，用户按照指示将试纸的两端分别贴在手机的正面和背面。接下来，他们用柳叶刀刺破手指，就像他们在传统测试中所做的那样，然后将一滴血滴到连接在试纸上的生物传感器上。数据从条带传输到手机后，应用程序应用机器学习来分析数据并计算血糖读数。

该过程的该阶段类似于在商用血糖仪上执行的阶段。除了新颖的触摸技术外，GlucoScreen 的与众不同之处在于它的通用性。

“因为我们使用每部智能手机中都有的内置电容式触摸屏，所以我们的解决方案可以轻松适应广泛使用。此外，我们的方法不需要对电容式触摸数据进行低级访问，因此您无需访问操作系统以使 GlucoScreen 工作，”合著者Jason Hoffman说，他是艾伦学院的威斯康星大学博士生。“我们将其设计为‘即插即用’。” 你不需要 root 手机——事实上，你不需要对手机做任何事情，除了安装应用程序。无论你有什么型号，它都可以直接使用。”

研究人员结合使用体外和临床测试评估了他们的方法。当时在回的路上，Waghmare 与 Dew Medicare 和 Trinity 医院的 Shailesh Pitale 博士取得了联系。在了解 UW 项目后，Pitale 博士同意促进一项涉及 75 名同意患者的临床研究，这些患者已经计划抽血进行实验室血糖测试。Waghmare 和团队以该实验室测试为基础，评估了 GlucoScreen 与传统试纸条和血糖仪的性能。

研究人员说，鉴于全球范围内糖尿病前期和糖尿病的普遍性，这种技术有可能改变临床护理。

“我在临床实践中看到的障碍之一是许多患者负担不起自己测试的费用，因为血糖仪及其试纸太贵了。而且，通常最需要测试血糖的人面临着最大的障碍”，合著者Matthew Thompson 博士说，他是威斯康星大学医学院家庭医学和全球健康教授。“考虑到我现在有多少患者使用智能手机，像 GlucoScreen 这样的系统可以真正改变我们筛查和监测糖尿病前期甚至糖尿病患者的能力。”

GlucoScreen 目前是一个研究原型。该团队表示，在该系统广泛可用之前，还需要进行额外的以用户为中心的临床研究，以及试纸制造和包装方式的改变。

但是，研究人员补充说，该项目展示了我们如何才刚刚开始挖掘智能手机作为健康检查工具的潜力。

“既然我们已经证明我们可以构建可以与智能手机而不是专用读取器一起使用的电化学分析，你可以想象扩展这种方法以扩大对其他条件的筛选，”资深作者Shwetak Patel说，华盛顿研究基金会创业基金会华盛顿大学计算机科学与工程和电气与计算机工程教授。

其他合著者包括Farshid Salemi Parizi，前华盛顿大学电气与计算机工程博士生，现在是 OctoML 的高级机器学习工程师，以及清华大学研究教授、艾伦学院前客座教授Yuntao Wang 。这项研究部分由比尔和梅琳达盖茨基金会资助。