Overview of some non-invasive spectroscopic methods of glucose level monitoring

• Autorzy: Osiecka I. , Pałko T.

Warianty tytułu

PL

Przegląd wybranych nieinwazyjnych spektroskopowych metod monitorowania poziomu glukozy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Nowadays over 400 million adults suffer from diabetes worldwide. By 2040 this number will rise to 642 million. In addition, more than 300 million adults have impaired glucose tolerance, which means a high risk of developing the disease in the future. Also, many patients are undiagnosed, which results in severe complications. It is an important social problem, because from the moment of recognition the treatment lasts a lifetime. Currently, mainly devices based on invasive, electrochemical or photosensitive methods to measure glucose concentration in small blood samples, are offered on the market. Hence, the development of a new non-invasive glucose sensor is a desirable goal. Such measurement system should be cost-effective, comfortable and allowing continuous monitoring of glucose levels in blood. There are many reports on new, fast and highly sensitive methods and the most common research direction relates to spectroscopic techniques. Some of them are presented in this paper.

PL

Obecnie ponad 400 milionów osób dorosłych na całym świecie cierpi na cukrzycę. Do 2040 roku liczba ta ma wzrosnąć do 642 milionów. Ponadto, u więcej niż 300 milionów dorosłych zdiagnozowano upośledzenie tolerancji glukozy, a to stwarza ryzyko rozwoju choroby w przyszłości. Bardzo wiele osób jest niezdiagnozowanych. Cukrzyca stanowi istotny problem społeczny, ponieważ od momentu rozpoznania leczenie trwa przez całe życie. Obecne na rynku urządzenia, to przede wszystkim oferujące inwazyjne techniki pomiarowe: elektrochemiczne lub światłoczułe. Dlatego też prowadzone są intensywne badania mające na celu opracowanie czujników nieinwazyjnych, pozwalających na poprawę komfortu życia, oszczędność i wygodę w pomiarze poziomu glukozy we krwi. W literaturze opisano wiele nowych rozwiązań w tym zakresie, opierających się głównie na technikach spektroskopowych. Niektóre z nich są omówione w niniejszej publikacji.

Słowa kluczowe

EN

diabetes; glucose sensor; spectroscopic techniques

PL

cukrzyca; czujniki glukozy; techniki spektroskopowe

• Wydawca: Jacek Doskocz
• Czasopismo: Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 22, nr 1
• Strony: 1--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz.

Twórcy

autor

Osiecka I.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Mechatronics, Institute of Metrology and Biomedical Engineering, 02-525 Warsaw, St. Boboli 8

autor

Pałko T.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Mechatronics, Institute of Metrology and Biomedical Engineering, 02-525 Warsaw, St. Boboli 8

Bibliografia

• [1] http://www.diabetesatlas.org/, IDF Diabetes Atlas Seventh Edition, 2015.
• [2] K.I. Rother: Diabetes Treatment – Bridging the Divide, New England Journal of Medicine, vol. 356(15), 2007, s. 1499–1501.
• [3] L. Laffel: Ketone bodies: a review of physiology, pathophysiology and application of monitoring to diabetes, Diabetes/Metabolism Research and Reviews, vol. 15(6), 1999, s. 412–426.
• [4] J. Largay: Case Study: New-Onset Diabetes: How to Tell the Difference Between type 1 and type 2 diabetes, Clinical Diabetes, vol. 30(1), 2012, s. 25–26.
• [5] W. Torbicz, L. Filipczyński, R. Maniewski, M. Nałęcz, E. Stolarski: Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000, [w:] M. Nałęcz (Red.): Biopomiary, tom 2, Akademicka Oficyna Wydawnicza Exit, 2001, s. 587–685.
• [6] R. Badugu, J.R. Lakowicz, C.D. Geddes: A glucose-sensing contact lens: from bench top to patient, Current Opinion In Biotechnology, vol. 16(1), 2005, s. 100–107.
• [7] I.M.E. Wentholt, J.B.L. Hoekstra, A. Zwart, J.H. DeVries: Pendra goes Dutch: lessons for the CE mark in Europe, Diabetologia, vol. 48(6), 2005, s. 1055–1058.
• [8] G. Pawlicki, T. Pałko, N. Golnik, B. Gwiazdowska, L. Królicki: Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000, [w:] M. Nałęcz (Red.): Fizyka Medyczna, tom 9, Akademicka Oficyna Wydawnicza Exit, 2002, s. 363–400.
• [9] I.A. Nazareth, S.R. Vernekar, R. S. Gad, G.M. Naik: Analysis of Blood Glucose using Impedance Technique, International Journal of Innovative Research in Electrical, Electronics Instrumentation and Control Engineering, vol. 1(8), 2013, s. 413–417.
• [10] F. Bordi, C. Cametti, T. Gili: Reduction of the contribution of electrode polarization effects in the radiowave dielectric measurements of highly conductive biological cell suspensions, Bioelectrochemistry, vol. 54(1), 2001, s. 53–61.
• [11] T. Pałko, B. Galwas: Electrical and dielectric properties of biological tissue, Invited paper, Proceedings Of 11th International Microwave Conf. MIKON’96, Workshop Biomedical Applications of microwaves, Warsaw, 1996.
• [12] A. Pfutzner, A. Caduff, M. Larbig, T. Schrepfer, T. Forst: Impact of posture and fixation technique on impedance spectroscopy used for continuous and noninvasive glucose monitoring, Diabetes Technology & Therapeutics, vol. 6(4), 2004, s. 435–441.
• [13] A. Caduff, E .Hirt, Y. Feldman, Z. Ali, L. Heinemann: First human experiments with a novel non-invasive, non-optical continuous glucose monitoring system, Biosensors and Bioelectronics, vol. 19(3), 2003, s. 209–217.
• [14] M. Scheffler, E. Hirt, A. Caduff: Wrist-wearable medical devices: technologies and applications, Medical Device Technologies, vol. 14(7), 2003, s. 26–30.
• [15] D.J. Gardiner: Practical Raman spectroscopy, [w:] P. R. Graves (Red.), Springer-Verlag, 1989, s. 1–12.
• [16] American National Standards for Safe Use of Lasers, American National Standards Institute, 2007.
• [17] A. Ergin, G.A. Thomas: Non-invasive detection of glucose in porcine eyes, Proceedings of the IEEE 31st Annual Northeast Bioengineering Conference, vol. 31, 2005, s. 246–247.
• [18] A.M.K. Enejder, T.G. Scecina, J. Oh, M.H. Wei-Chuan, S. Sasic, G.L. Horowitz, M.S. Feld: Raman spectroscopy for noninvasive glucose measurements, Journal for Biomedical Optics, vol. 10(3), 2005, s. 1–10.
• [19] M.J. Scholtes-Timmerman, S. Bijlsma, M.J. Fokkert, R. Slingerland, S.J.F. van Veen: Raman Spectroscopy as a Promising Tool for Noninvasive Point-of-Care Glucose Monitoring, Journal of Diabetes Science and Technology, vol. 8(5), 2014, s. 1–6.
• [20] C.R. Kong, I. Barman, N.C. Dingari, J.W. Kang, L. Galindo, R.R. Dasari, M.S. Feld: A novel non-imaging optics based Raman spectroscopy device for transdermal blood analyte measurement, American Institute of Physics Advances, vol 1(3), 2001, 032175.
• [21] A. Ergin, J. Vilaboy, A. Tchouassi, R. Greene, G.A. Thomas: Detection and analysis of glucose at metabolic concentration using Raman spectroscopy, Proceedings of the IEEE 29th Annual Bioengineering Conference, vol. 29, 2003, s. 337–338.
• [22] W. Zieliński, A. Rajca: Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 2000.
• [23] M. Ahmad, A. Kamboh, A. Khan: Non-invasive blood glucose monitoring using near-infrared spectroscopy, Embedded Systems Conference, Medical Design Center, 2013.
• [24] H. Ishizawa, A. Muro, T. Takano, K. Honda, H. Kanai: Non-invasive blood glucose measurement based on ATR infrared spectroscopy, SICE Annual Conference, 2008, s. 321–324.
• [25] Y. Yamakoshi, M. Ogawa, T. Yamakoshi, M. Satoh, M. Nogawa, S. Tanaka, T. Tamura, P. Rolfe, K. Yamakoshi: A new non-invasive method for measuring blood glucose using instantaneous differential near infrared spectrophotometry, 29th Annual International Conference of the IEEE, 2007, s. 2964–2967.
• [26] M. Ogawa, T. Yamakoshi, K. Matsumura, K. Motoi, K. Yamakoshi: A new, non-invasive in vivo optical blood glucose measurement technique using near-infrared radiation (“Pulse glucometry”) and a proposal for “Pulse hemophotometry” blood constituent measurements, Technological Advancements in Biomedicine for Healthcare Applications, vol. 3, 2013, s. 18–27.
• [27] http://polskiewynalazki.pl/blog/2016/01/29/isulin-mobilny-system-sensoryczny-i-bezinwazyjna-metodamonitorowania- zdrowia-diabetykow-wykorzystujaca-wielowidmowa-fotopletyzmografie/
• [28] J. Kottmann, J.M. Rey, J. Luginbühl, E. Reichmann, M.W. Sigrist: Glucose sensing in human epidermis using midinfrared photoacoustic detection, Biomedical Optics Express, vol. 3(4), 2012, s. 667–680.
• [29] M. Pleitez, T. Lieblein, A. Bauer, O. Hertzberg, H. von Lilienfeld-Toal, W. Mäntele: In Vivo Noninvasive Monitoring of Glucose Concentration in Human Epidermis by Mid-Infrared Pulsed Photoacoustic Spectroscopy, Analytical Chemistry, vol. 85(2), 2013, s. 1013–1020.
• [30] S. Liakat, K.A. Bors, L. Xu, C. M. Woods, J. Doyle, C.F. Gmachl: Noninvasive in vivo glucose sensing on human subjects using mid-infrared light, Biomedical Optics Express, vol. 5(7), 2014, s. 2397–2404.
• [31] J.M. Buchert: Thermal emission spectroscopy as a tool for non-invasive blood glucose measurements, Proceedings of the SPIE, vol. 5566(1), 2004, s. 100–111.
• [32] M. Planck: The Theory of Heat Radiation, Dover Publications, 1991.
• [33] C.D. Malchoff, K. Shoukri, J.I. Landau, J.M. Buchert: A novel noninvasive blood glucose monitor, Diabetes Care, vol. 25(12), 2002, s. 2268–2275.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.