这项可穿戴技术苹果研究了13年,仍未落地

来源: 芯闻路1号 作者:henry 2023-03-09 13:47:42

  苹果一直致力于研究将无创连续血糖监测引入其智能手表中,现在距离这个目标迈进了一大步。

  2023年2月,芯查查资讯显示,苹果无创连续血糖监测的研究已经进入概念验证(Proof of concept)阶段,概念验证是指“对某些想法的不完整实现,以证明其可行性,示范其原理”。换言之,苹果无创连续血糖监测技术距离产品落地还有一段时间,最终目标是让患有糖尿病的Apple Watch佩戴用户全天候监测血糖水平,无需任何皮肤刺破情况下进行校准或分析。

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  图注:Apple Watch Series 6。来源:apple.com

 

研究始于乔布斯时期

  苹果无创连续血糖监测项目可以追溯到2010年,执行官史蒂夫乔布斯领导了对RareLight的收购,后者专注于研发无创血糖监测方法。苹果还成为生物传感器制造商Rockley Photonics的主要客户,目前双方合作已经结束,Rockley Photonics也已经申请破产。苹果无创连续血糖监测项目现已转移到苹果探索设计小组(XDG,Exploratory design team),该小组是苹果少数大胆创新计划的孵化器。据悉,该项目研究小组由数百名工程师组成,已经花费了数亿美元。

被喻為 Apple 最神秘的機密小組是怎樣運作的?
  图注:苹果的探索设计小组(XDG)的主要任务是开发下一代技术

 

  苹果无创连续血糖监测技术结合硅光子学、光学吸收光谱等技术,将特定波长光射入皮肤下方的间质液中,所有未被葡萄糖吸收的光都会反弹回传感器,软件算法根据信号计算血液葡萄糖浓度。目前这种方法已经通过初步试验,性能比肩需要血液样本的血糖仪,但硬件太大,无法嵌入到Apple Watch中,缩小原型尺寸需要时间。

  其他类型连续血糖监测技术也采用相似测量原理,但目前FDA许可的设备在传感器上使用小针刺穿皮肤,其侵入式使用方法会引起不适,无创伤使用方法相比更受欢迎。如果苹果的研究最终被运用于其手表产品,并被FDA(美国食品药品监督管理局)批准,那将是继内置ECG和AFib(心电图和房颤监测)之后的苹果第三项FDA许可技术,预计该产品可用于监测诊断糖尿病病例、帮助检测疾病的早期迹象。

  也有其他厂商研究无创血糖监测,例如Know Labs正在开发一种手持设备和腕带,通过皮肤发射无线电波来测量血糖,以测量与血液中葡萄糖相关的特定分子特征,Hagar的GWave技术通过类似的机制运行;GraphWear的方法依赖于纳米技术进行测量。

  图注:早于2018年发布的名为“用于物质非接触式传感的参考开关架构”专利成为苹果研发无创CGM血糖监测的线索。来源:appleinsider.com

 

无创CGM+可穿戴设备,高精度和低功耗是挑战

  无创和侵入式血糖监测根据采样方法划分种类,而根据采样的持续性划分为传统指血检测(Blood Glucose Monitoring,BGM)和连续血糖监测(Continuous Glucose Monitoring,CGM)。BGM较为成熟,但存在较多痛点,CGM可以实时检测患者血糖水平,发现BGM不易探测到的隐匿性高血糖和低血糖,因而成为血糖监测的新趋势CGM主要由传感器、发射器和接收器(或手机应用程序)这三个部分组成,传感器是核心部件,直接决定CGM测量结果的准确性和稳定性。

  侵入式CGM基于电化学检测技术,无创CGM基于光学检测技术。无创CGM是理想的测量方式,因测量便捷、蕴含信息丰富、能真正实现无创无痛等特点,成为国内外研究热点。

  无创CGM有需要克服的难点,首先,对于血糖水平的检测通过间接方式计算,获知结果具有一定滞后性,准确度不高。此外,经过几十年研究,人体组织和血液中其他物质干扰、个体差异等问题依旧没有得到完全解决,因此无创CGM检测仍存在较大测量误差。

  其次,功耗是另一个由可穿戴设备引发的挑战。智能手表通常使用许多传感器,藉由智能软件管理功耗才能维持24小时工作续航。电源管理设计要在正确时间激活传感器或者使其进入睡眠状态,并在工作时每10分钟采样一次,而不是每分钟采样数次,仅在高峰活动时间使用锻炼模式连续采样。连续采样将容易耗尽设备电池电量,增加手表每天的充电次数,降低使用体验。

https://www.limborevolution.com/hs-fs/hubfs/Blog%20images/Apple%20Watch%20-%20sensor%20list.png?width=2028&height=396&name=Apple%20Watch%20-%20sensor%20list.png
  图注:智能手表的常见传感器

 

小众需求还是大众市场?

  糖尿病患者血糖水平增高,其并发症带来的危害,是致盲、截肢、心脏病、肾脏衰竭和过早死亡的主要原因之一。糖尿病形成的原因是胰腺无法产生足够胰岛素和人体无法有效利用胰岛素而造成血糖(血浆中的葡萄糖)水平升高的一种慢性病,是全球健康的严重威胁、也是21世纪发展最快的健康问题之一。

  传统连续血糖监测设备主要是由糖尿病患者使用的半侵入性血糖监测仪,连续监测追踪用户状态的特性,组成健康和能量系统全貌,包括饮食、运动、睡眠等。

  血糖监测仅适用于糖尿病患者吗?

  世界肥胖联合会发布的一份最新报告显示,按照目前的趋势,预计到2035年,全球将可能有51%的人口——超过40亿人肥胖或超重。世界肥胖联合会同时指出,肥胖会带来健康等问题,社会将因此付出巨大代价,预计到2035年,全球每年因肥胖问题支出的费用将达到约4.32万亿美元(约合人民币近30万亿元)。连续血糖监测对了解身体运作、管理饮食、睡眠和运动,进而采取减肥、避开代谢紊乱等自我调节有着积极作用。血糖与肥胖的关系较大,血糖监测对于愈加普遍的肥胖有预防作用。

  来源:央视财经

 

技术壁垒高、市场潜力大

  CGM主要由传感器、发射器和接收器组成。传感器是核心部件,直接决定CGM测量的准确性和稳定性。由于基于光学检测技术的无创CGM目前仍存在较大测量误差,电化学检测技术的侵入式CGM是目前主流。

  我国CGM市场处于发展初期,行业特征表现为技术壁垒高、标准趋严、市场集中度高。仅从技术优势看,CGM能够为患者提供全天候的血糖监测变化,保证血糖数据连续性,其他优点包括:提供更全面血糖信息、血糖波动特点;舒适感更佳,无创的体感使其依从性较佳,24小时不间断监测。可监测盲区,CGM记录血糖水平波动,可设定阈值发出警报。传统血糖仪容易丢失数据并导致误诊。

小结

  可穿戴设备可以提供的便携性、数据传输和交互能力,对糖尿病临床应用至关重要,如果在可穿戴设备上实现无创CGM无疑对市场应用有激励作用。在传统CGM产品领域,我国参与者较少,与进口产品存在较大技术差距,在更加注重产品尺寸的可穿戴设备上添加无创CGM功能仍然有待攻坚。

 

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