监测血糖水平的呼吸测试？

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This article is part of our exclusive IEEE Journal Watch series in partnership with IEEE Xplore.

糖尿病是一种非常常见的疾病，影响着大约10%的美国人口。根据世界卫生组织的数据，全世界有4.22亿人患有糖尿病。为了控制这种疾病，人们必须每天数次检测他们的血糖水平，这通常需要扎破手指来检测，可能会带来负担和痛苦。

近年来，一些用于测量血糖的无创、可穿戴设备已投放市场，但这些设备通常很昂贵，仍然依赖于直接采样和与血液的相互作用。然而，一种新设计的电子鼻（e-nose）可以根据人的呼吸来测量血糖水平，可以为糖尿病患者提供一种不同的无创、低成本的解决方案。关于电子鼻的研究在6月7日发表在《IEEE传感器》杂志上的一项文章中进行了描述。

电子鼻是一种实时检测和分析空气中化学物质的设备，用于确定手头物质的性质。它们被设计用于广泛的任务，包括嗅出优质威士忌、监测作物和检测肺癌等。

Qiliang Li是乔治梅森大学电气与计算机工程系的教授，他对开发类似的技术来测量人呼吸中的血糖水平很感兴趣。虽然葡萄糖不是在呼气中呼出的，但呼出的气息中丙酮和其他酮的浓度与人体代谢状况有关，包括糖尿病。

Li说：“为了减轻患者的痛苦和危险，我们开发了一款电子鼻设备，用于无创、无痛、低成本和频繁的糖尿病检测。”电子鼻的设计目的是识别呼出的含有一定水平丙酮和其他酮的呼吸的“气味”。因此，气味是血液中葡萄糖水平的指示器。

Li团队设计的电子鼻包含12个不同的化学传感器阵列和一个微处理器。当电子鼻嗅到呼出的气息时，化学传感器将向微处理器发送电子响应，微处理器将信号处理为数字信息。中国南京医科大学呼吸科教授Xiangdong Zhou也参与了这项研究，他解释说：“电子鼻将利用我们的数据库分析数字信息，并给出正确的血糖水平数字。”

在他们的研究中，研究人员收集了41名具有不同血糖水平的研究参与者的呼吸样本，并使用这些数据用一系列机器学习算法训练电子鼻，直到他们发现了一种模型组合，该模型可以检测人呼吸中的血糖水平，准确率为90.4%，血糖浓度的平均误差为0.69毫摩尔/升（mmol/L）。

Li指出，虽然该系统不直接测量血糖水平 —— 这是目前的黄金标准形式的测量，但它也有几个优势。他说：“新的电子鼻能够实现无创、无痛、低成本的血糖水平测量。它旨在密切监测糖尿病患者的血糖水平，尤其是高血糖患者和经常需要胰岛素药物治疗的1型糖尿病患者。”

接下来，Li表示，该团队有兴趣为化学传感器阵列设计一种新的芯片，以制造更精确的电子鼻。此外，他说，“我们计划招募更多具有不同体重指数（BMI）、生活方式和饮食习惯的患者进行测试，并建立呼气和血糖水平的综合数据库。”