Prototype利用任何智能手机的传感功能来筛查前驱糖尿病

根据美国疾病控制中心的数据，在美国，每三个成年人中就有一个患有前驱糖尿病，其特征是血糖水平升高，可能导致2型糖尿病的发展。好消息是，如果早期发现，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。坏消息呢?10个患有前驱糖尿病的美国人中就有8个不知道自己患有前驱糖尿病，这使他们患糖尿病以及心脏病、肾衰竭和视力丧失等并发症的风险增加。

目前的筛查方法通常涉及到医疗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提高前驱糖尿病早期检测的最佳时机。该团队开发了GlucoScreen，这是一种利用任何智能手机的电容式触摸传感功能进行测量的新系统血糖水平不需要单独的阅读器。

研究人员在3月28日发表在《美国医学杂志》上的一篇新论文中描述了GlucoScreen交互式、移动、可穿戴和无处不在技术的ACM会议论文集．

研究人员的结果表明，GlucoScreen的准确性与标准血糖仪测试相当。研究小组发现，该系统在正常血糖水平(低于或等于99 mg/dL)和糖尿病前期(血糖水平在100至125 mg/dL)之间的关键阈值处是准确的。这种方法可以使葡萄糖检测成本更低，更容易获得——特别是对大量人群进行一次性筛查。

“在传统的筛查中，一个人用一滴血到一个测试条在那里，血液会与试纸上的酶发生化学反应。血糖仪用于分析反应并提供血糖读数，”该研究的主要作者、华盛顿大学保罗·g·艾伦计算机科学与工程学院的博士生Anandghan waghare说。

“我们使用了相同的测试条，并添加了廉价的电路，通过模拟敲击屏幕将反应产生的数据传递给任何智能手机。然后，GlucoScreen处理数据，并在手机上显示结果，如果患者有危险，就会提醒他们，让他们知道如何跟进医生的情况。”

具体来说，GlucoScreen测试条对血液样本每秒与酶混合5次时发生的电化学反应的振幅进行采样。

然后，通过一种称为“脉宽调制”的技术，通过一系列不同速度的触摸，该条带将振幅数据传输到手机。术语“脉冲宽度”指的是信号中峰值之间的距离——在这种情况下，是轻拍之间的长度。每个脉冲宽度表示曲线上的一个值。某一特定值的点之间的距离越大，与带材上的电化学反应相关的振幅就越高。

瓦格玛尔说:“你可以用手指轻敲屏幕来与手机交流。“这就是这款游戏所做的，只是它不是一次点击产生一个动作，而是以不同的速度进行多次点击。这与摩尔斯电码通过敲击模式传输信息的方式相当。”

这种技术的优点是不需要复杂的电子元件。与蓝牙和WiFi等更传统的通信方式相比，这最大限度地降低了制造成本和运行所需的功率。所有数据处理计算发生在手机上，这简化了条带，进一步降低了成本。

测试条也不需要电池。它使用光电二极管从手机闪光灯中获取所需的少量电力。

闪光灯由GlucoScreen应用程序自动启动，引导用户完成测试过程的每一步。首先，用户按照指示将测试条的两端分别贴在手机的正面和背面。接下来，他们像在常规测试中一样，用柳叶刀刺破手指，将一滴血滴到附着在测试条上的生物传感器上。当数据从试纸传输到手机后，该应用程序应用机器学习来分析数据并计算出血糖读数。

该过程的这一阶段与商用血糖仪的过程类似。GlucoScreen的独特之处在于，除了它新颖的触摸技术，它的通用性。

“因为我们使用了每部智能手机都有的内置电容触摸屏，所以我们的解决方案可以很容易地得到广泛应用。此外，我们的方法不需要低级别的访问电容式触摸数据，所以你不需要访问操作系统就可以使GlucoScreen工作，”合著者Jason Hoffman说，他是华盛顿大学艾伦学院的博士生。

“我们将其设计为‘即插即用’。你不需要翻查手机——事实上，除了安装应用程序，你不需要在手机上做任何事情。无论你有什么型号的手机，它都可以使用。”

研究人员结合体外和临床测试评估了他们的方法。由于COVID-19大流行，他们不得不将后者推迟到2021年，当时在返回印度的途中，waghare联系了Dew Medicare和三一医院的Shailesh Pitale医生。在了解到华盛顿大学的项目后，Pitale博士同意促进一个临床研究涉及75名自愿的患者，他们已经计划抽血进行实验室血糖测试。利用实验室测试作为基本事实，waghare和团队将GlucoScreen的性能与传统的试纸和血糖仪进行了比较。

考虑到前驱糖尿病和糖尿病在全球范围内的普遍程度，这种类型的技术有可能改变临床护理研究人员说。

"我在我的临床实践因为血糖仪和试纸太贵，很多患者无法负担自己检测的费用。而且，通常最需要葡萄糖检测的人面临最大的障碍，”共同作者马修·汤普森博士说，他是华盛顿大学医学院家庭医学和全球健康教授。“考虑到现在我的很多病人都使用智能手机，像GlucoScreen这样的系统可以真正改变我们筛查和监测前驱糖尿病患者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，在该系统广泛推广之前，还需要进行更多以用户为中心的临床研究，以及改变试纸的制造和包装方式。

但是，研究人员补充说，该项目表明，我们才刚刚开始挖掘智能手机作为健康筛查工具的潜力。

华盛顿大学计算机科学与工程、电气与计算机工程华盛顿研究基金会创业捐赠教授、资深作者Shwetak Patel说:“现在我们已经证明，我们可以建立可以在智能手机而不是专用阅读器上工作的电化学分析，你可以想象将这种方法扩展到其他情况的筛查。”

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、艾伦学院前访问教授王云涛。