Разработка метода спектроскопического неинвазивного мониторинга концентрации глюкозы в крови человека

Сахарный диабет считается неизлечимым и сопровождает человека всю жизнь. Во избежание тяжелых осложнений заболевшие диабетом люди вынуждены периодически брать пробы своей крови на сахар. В связи с этим очевидна необходимость разработки метода неинвазивного определения содержания глюкозы в крови.

Предлагаемый метод относится к спектроскопическим и основан на измерении интенсивности поглощенного света при его прохождении через кровесодержащий орган человека. Такие методы известны давно, однако до сих пор не удавалось разрешить задачу выделения доли света, поглощенного глюкозой. Мы рассматриваем возможность определения доли поглощенного глюкозой света путем многократных измерений интенсивности поглощенного света на большом количестве длин волн в ближней области ИК-спектра, а также обработки полученных данных с помощью разработанного для этой цели математического аппарата, включающего формирование и решение системы линейных уравнений с количеством неизвестных, не меньшим, чем число поглощающих свет компонентов в кровесодержащем органе, через который пропускается свет.

Дана оценка метода путем определения сходимости решения системы уравнений, сформулированы требования к уточнению спектральных характеристик поглощения некоторых из поглощающих компонентов.

1. Khokhoev E.M., Khokhoev T.E., Tzallaev D.B. Method and device for non-invasive checking of the glucose level in the blood. Patent WIPO WO2013141734A1. 2013.
2. Атутов С.Н., Плеханов А.И., Суровцев Н.В. Способ мониторинга малых примесей ацетона в выдыхаемом воздухе пациента и устройство для его реализации. Патент РФ 2591943. 2016.
3. Yadav J., Rani A., Singh V., Mohan Murari B. Investigations on multisensor-based noninvasive blood glucose measurement system. J Med Device 2017; 11(3): 031006, https://doi.org/10.1115/1.4036580.
4. Базаев Н.А., Маслобоев Ю.П., Селищев С.В. Оп­ти­ческие методы неинвазивного определения уровня глю­козы в крови. Медицинская техника 2011; 6: 29–33.
5. Khalil O.S. Non-invasive glucose measurement technologies: an update from 1999 to the dawn of the new millennium. Diabetes Technol Ther 2004; 6(5): 660–697, https://doi.org/10.1089/dia.2004.6.660.
6. Koschinsky T., Heinemann L. Sensors for glucose monitoring: technical and clinical aspects. Diabetes Metab Res Rev 2001; 17(2): 113–123, https://doi.org/10.1002/dmrr.188.
7. Burmeister J.J., Arnold M.A. Evaluation of measurement sites for noninvasive blood glucose sensing with near-infrared transmission spectroscopy. Clin Chem 1999; 45(9): 162–1627.
8. Liu R., Chen W., Gu X., Wang R.K., Xu K. Chance correlation in non-invasive glucose measurement using near-infrared spectroscopy. J Phys D Appl Phys 2005; 38(15): 2675–2681, https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/15/020.
9. Kim Y.-J., Yoon G. Prediction of glucose in whole blood by near-infrared spectroscopy: influence of wavelength region, preprocessing, and hemoglobin concentration. J Biomed Opt 2006; 11(4): 041128, https://doi.org/10.1117/1.2342076.
10. Гуревич Б.С., Дудников С.Ю., Шаповалов В.В., Боб­рова Ю.О. Расчет спектроскопического устройства для неинвазивного определения содержания глюкозы в крови. В кн.: IEEE Northwest Russia Conference on mathematical methods in engineering and technology: ММEТ NW 2018. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ»; 2018; c. 482–484.
11. Ahmad M., Kamboh A., Khan A. Non-invasive blood glucose monitoring using near-infrared spectroscopy. EDN Network; 2013. URL: https://www.edn.com/design/medical/4422840/Non-invasive-blood-glucose-monitoring-using-near-infrared-spectroscopy.
12. Андреев С.В., Беляев А.В., Гуревич Б.С., Коле­сов И.А., Челак В.Н., Шаповалов В.В. Источник полихромного излучения с управляемым спектром. Патент РФ 2478871. 2013.

Shapovalov V.V., Dudnikov S.Y., Zagorsky I.G., Gurevich B.S. A Non-Invasive Method for Spectroscopic Blood Glucose Monitoring. Sovremennye tehnologii v medicine 2019; 11(2): 110, https://doi.org/10.17691/stm2019.11.2.16