[論文レビュー] Non-Invasive Glucose Monitoring Techniques: A review and current trends

Raju Poddar, J. T. Andrews+2 more|ArXiv.org|Oct 31, 2008

Spectroscopy Techniques in Biomedical and Chemical Research参考文献 43被引用数 28

ひとこと要約

このレビューでは、痛みを伴う指先からの採血検査の代替手段を目的とした、光学的、電磁的、イontophoretic手法に注目した非侵襲的グルコースモニタリング技術を評価している。ラマン分光法や逆イontophoresis（例：GlucoWatch）を含む技術の進歩にもかかわらず、正確性、キャリブレーション、干渉要因の問題が臨床的受容を制限しており、依然として侵襲的検査がゴールドスタンダードとされている。

ABSTRACT

Diabetes mellitus is a complex group of syndromes that have in common a disturbance in the body's use of glucose, resulting in an elevated blood sugar. Once detected, sugar diabetes can be controlled by an appropriate regimen that should include diet therapy, a weight reduction program for those persons who are overweight, a program of exercise and insulin injections or oral drugs to lower blood glucose. Blood glucose monitoring by the patient and the physician is an important aspect in the control of the devastating complications (heart disease, blindness, kidney failure or amputations) due to the disease. Intensive therapy and frequent glucose testing has numerous benefits. With ever improving advances in diagnostic technology, the race for the next generation of bloodless, painless, accurate glucose instruments has begun. In this paper, we reviewed various methods, techniques and approaches successfully demonstrated for measuring or monitoring blood glucose. Invasive, minimally invasive and noninvasive techniques available in literature are summarised.

研究の動機と目的

• 侵襲的指先採血検査の代替手段として実現可能な非侵襲的グルコースモニタリング技術の現状を分析すること。
• 連続的グルコースモニタリングに用いられる光学的、電磁的、イontophoretic手法の臨床的妥当性と限界を評価すること。
• 現実の患者使用において正確性と信頼性に影響を及ぼす主な技術的および生理的課題を強調すること。
• 新興技術が痛みを伴わず正確かつ連続的なグルコースモニタリングを実現する可能性を評価すること。

提案手法

• 侵襲的、最小侵襲的、非侵襲的グルコースモニタリング技術に関する文献を系統的にレビューすること。
• 間質液に含まれるグルコースを検出することを目的とした、ラマン分光法、近赤外（NIR）分光法、およびフォトオーディオ分光法を含む光学的手法の分析。
• 誘電率を用いてグルコースを検出するマイクロ波およびテラヘルツセンシングを含む電磁的技術の評価。
• 電流を用いて間質液を抽出し、グルコースオキシダーゼを用いたバイオセンサでグルコース分析を行う逆イontophoresisの検討。
• キャリブレーション要件と信号処理技術（多変量回帰を含む）のレビュー。これらはセンサ信号をグルコース値に変換するために用いられる。
• 発汗による干渉や患者の個体差を含む、さまざまな生理的および環境的条件下でのデバイス性能の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在開発が進んでいる非侵襲的グルコースモニタリング技術の中で、最も有望なものは何か？
• RQ2 感度、特異度、臨床的正確性という観点から、光学的手法と電磁的手法を比較するとどうなるか？
• RQ3 発汗、皮膚の厚さ、血流といった生理的要因が、非侵襲的測定の信頼性にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 GlucoWatchなど商業化されたにもかかわらず、なぜ逆イontophoresisは広く臨床的受容を獲得できていないのか？
• RQ5 多様な患者集団において非侵襲的グルコースモニタの検証とキャリブレーションを実現するための主な障壁は何か？

主な発見

• 非侵襲的グルコースモニタリングは活発な研究分野ではあるが、依然として完全に非侵襲的で商業的に実用可能なデバイスは登場せず、指先採血検査が代替されていない。
• ラマン分光法やNIR分光法を含む光学的手法は有望であるが、水や組織の不均一性による信号干渉の問題に直面している。
• GlucoWatchのような逆イontophoresisベースのデバイスは実現可能性を示したが、20分の遅れがあり、毎日の血液によるキャリブレーションが必要である。
• GlucoWatchデバイスはゲルディスクにグルコースオキシダーゼを用いて過酸化水素を検出しているが、発汗や低グルコースフラックスの影響で正確性が損なわれている。
• 多変量回帰モデルは複雑な光学信号をグルコース値に変換するために不可欠であるが、患者個別に広範なキャリブレーションが必要となる。
• 技術的進歩にもかかわらず、非侵襲的システムにおける特異性と検証の欠如のため、侵襲的指先採血検査がグルコース管理において依然として最も信頼性の高い方法とされている。