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苹果无创测血糖:或是一场智能穿戴技术应用的变革

如今,无创测血糖正成为现实。最近,彭博社知名记者 Mark Gurman报道苹果在无创血糖传感技术上取得新突破,受到了广泛关注。据悉,苹果在无创血糖方面已经有了超过十年的技术投入,目前已经可以实现在iPhone大小的设备中实现无创血糖监控,有望在未来几年成熟后加入Apple Watch产品中。

图源:苹果官网

毫无疑问,这一信息很快成为可穿戴设备领域的重磅消息。数年前,可穿戴设备曾掀起了一波“小风口”,但此前可穿戴设备一直推崇的身体健康监测功能,一直未取得突破性的进展,或者没有解决一些健康方面的刚性需求。这也使得“鸡肋”的可穿戴设备不温不火,成为小众的消费类产品。

但据透露,苹果公司最近在这一领域取得了一些重大进展,并认为其最终可以将血糖监测技术推向市场。如果此次技术突破得到完善,无疑将是糖尿病患者福音。那么,苹果此次无创测血糖会改变可穿戴设备这一尴尬的境地吗?是否能推动未来相关技术应用的新变革?

科技改变生活,不用针扎手指,可以随时随地精准地测血糖了?至少目前还没有实现。

2022年底,中国疫情全面放开,让血氧仪突然爆红,甚至出现了“一机难求”的缺货现象。这也使得普通大众对具有健康监测功能的智能手表、手环等智能可穿戴设备的关注度直线上升。可以说,未来具备健康检测的可穿戴设备将迎来新的发展机遇。但与此同时,可穿戴设备产品创新不仅没有摆脱功能同质化的瓶颈,而且相关功能“名不副实”,更没有形成刚性需求体验的“护城河”。

最近几年,很多厂商陆续推出类似的无创手环、手表,以及手夹式无创血糖仪。其基本原理是,监测皮下液体流动等生理参数,并将其转化为热量数据,通过特殊计算直接估算得出血糖值。不过,这一技术原理和真实的血液血糖相差偏大。

由此可见,这个技术原理是否具有创新应用价值需要作进一步的科学分析,但可以确定的是,通过无创检测血糖的设备得出的血糖数值都是推测出来的,而非直接测量血液中的葡萄糖实际含量。而无创检测方式则使用物理方法,其检测精度欠缺,仅能用于普通人群消费层级的血糖自测,无法满足血糖患者的精准监测需求。因此,预计无创技术短期内无法在血糖监测医疗需求层面取代采血方式。

目前比较常见的消费级智能可穿戴设备主要针对普通健身爱好者,通过对运动量、心率、呼吸睡眠、热量消耗、体脂等健康指征进行监测,进而实现自我健康管理。当然,这些智能可穿戴设备可以监测一些简单可获的数据,有一定的参考依据,但更科学的评估身体健康的手段是去医院就诊检测。

对此,三诺生物也表示,目前市场上智能穿戴设备所采用的无创持续血糖监测主要采用物理方式(远红外光或者其他光谱)开展,其监测准确性短期无法达到有创或者微创的水平,且主要适用于健康人群。无创血糖监测未来一段时间内还处于从技术到产品的阶段,早期的产品将用于健康人群观察和管理血糖,技术和产品达到一定阶段、医疗领域建立起该产品的医学诊疗标准后,才能很好地应用于血糖监测和糖尿病患者。

不过,尽管无创健康监测在准确性上还有一定的差距,但这一市场正被越来越多科技巨头重视。苹果也是其中之一,很早就将与健康相关的功能纳入可穿戴产品功能应用,比如Apple Watch 加入睡眠追踪功能。

实际上,苹果的无创血糖监测在内部研究实际上超过12年,可以追溯到“乔布斯时代”末期和名列前茅款Apple Watch发布之前的数年。

据悉,该项目组属于苹果内部探索性设计小组(XDG)的一部分研究,有数百名工程师参与,项目名称简称为“E5”。在成为该小组的研究项目之前,该项目由一家名为Avolonte Health LLC的秘密(Apple投资)初创公司运营。目前,该小组隶属于苹果硬件技术团队,与苹果传统部门不同的是,XDG被允许以更大的财务自由来探索一切可能性,他们似乎不需要给出最后的产品,而是将验证一个想法是否可行作为工作的目标。

不过,经过苹果多年的研发,无创血糖技术基本上已具有用于健康检测的可能性。

苹果的方法使用了一种被称为硅光子学的芯片技术和光吸收光谱的测量过程。该系统使用激光将特定波长的光发射到皮肤下方的区域,那里有间质液一一从毛细血管中渗漏出来的物质一可以被葡萄糖吸收。然后,光以指示葡萄糖浓度的方式反射回传感器,再通过算法确定一个人的血糖水平。该系统将依赖于一系列苹果设计的硅光子芯片和传感器。

苹果在过去十年中已经在数百人身上测试了该系统,包括那些没有糖尿病、精糖尿病前和糖尿病患者,并将其结果与传统的抽血方法进行了比较。

最近,该项目已经进入了“概念验证”阶段。但是,有一个比较大的问题:该无创检测血糖设备体积比较大。据悉,无创血糖生物传感器需要一个微型激光光源。该激光光源的体积要足够小到能集成到可穿戴设备中,功耗也要足够低,但是同时其激光发射功率又不能太小,否则可能无法提供足够高的信号强度供准确血糖读出。而体积、能效比、发射功率三者之间的互相制约成为该技术应用最关键的挑战之一。

除了光源之外,另一个核心挑战是如何设计无创血糖生物传感器中的读出芯片。为了能准确读出微弱的荧光信号,读出芯片必须能有高信噪比,同时又能够过滤激光光源带来的干扰,而这一切都需要在很小的尺寸内实现,这也为芯片设计带来了很大的挑战。

因此,该技术短期内还无法用于苹果Apple Watch中。传闻苹果的工程师正在研究一个更小的版本,大约是iPhone的大小,可以绑在人的二头肌上。不过,从商用化的角度,只有将该技术集成到Apple Watch中,即可穿戴设备上,才具有实际意义。

糖尿病是一种常见病、多发病,也是现代病病种中的第二大杀手,已成为当今世界广泛关注的严重公共卫生问题之一。根据2021年12月6日国际糖尿病联盟(IDF)发布的《全球糖尿病地图(第10版)》数据显示,2021年全球成年糖尿病患者人数达到5.37亿,折合全球每10个成年人中就有一个患有糖尿病。预计未来几十年,这一数字还会继续增加。

根据《中国血糖监测临床应用指南(2021版)》资料显示,近年来无创葡萄糖监测设备纷纷问世,包括采用近红外、红外、拉曼等光谱技术,经皮透析技术,基于代谢热及多参数算法技术,以夹手指、夹耳垂等监测方式获取葡萄糖结果。但只有少数仪器获得上市许可。无创葡萄糖监测系统的准确度及与血糖数值变化的延迟性是无创检测应用面临的最大挑战。

事实上,血糖监测领域对准确度要求极高,但无创血糖仪在其原理上已注定其精确度很难跨越。据悉,传统血糖仪和真实血糖的偏离度可达到5%,CGM的偏离度要求在10%之内。目前,许多企业和学术机构一直在研究无需刺穿皮肤即可可靠地测量血糖水平的方法。

同时,随着人们对自身健康管理的日益重视,智能穿戴也将与健康检测深度结合起来,催生出一个智慧健康应用新市场。

图源:ROCHE公司

当前,除了苹果,包括华为、微软、谷歌等在内的科技巨头,以及众多国内外众多初创企业,均在可穿戴设备领域进行了大量的研发投入。比如,Google Health AI通过眼部照片筛查疾病,能检测糖尿病视网膜病变等;微软通过HoloLens提供心率检测功能。

据悉,华为专门成立了运动健康科学实验室,并将继续加大在运动健康领域的投资。自2021年6月开始,荣耀则与阜外医院专家团队合作,开展心脏健康研究项目。此外,荣耀还曾与开设运动健康工程学科的上海交通大学携手在人体专业运动生理指标,如运动能力评估、运动能量消耗等方面,共同打造科学运动联合实验室。

华为消费者业务CEO余承东就曾表示,“智能穿戴产品是一些‘小’产品,但背后却是关乎消费者如何科学运动和健康生活的‘大’科学。” 而荣耀CEO赵明也表示:“运动健康领域是未来荣耀智慧全场景产品发展的一个重要方向,也是荣耀未来始终会坚持的一个产业。”

整体来看,目前智能可穿戴设备健康监测的标准与精度,与医疗专业用途的设备仪器还存在一定距离,不能替代临床诊断,但随着人工智能芯片、大数据等技术的进步,其与用户需求将深度契合与匹配,还将催生出更多的应用场景。但值得关注的是,未来苹果将无创血糖检测技术纳入可穿戴设备应用功能之中,将为生物传感器市场注入动力,再次打造出一个全新的产品应用市场。

文章来自:https://www.eet-china.com/

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