研究チーム、ブドウ糖値をより正確に検知するウェアラブル技術を開発
(uwaterloo.ca)- ウォータールー大学のエンジニアは、糖尿病患者が指先を刺さずに血糖値を追跡できる手首装着型の血糖検知技術を開発した
- この装置は、衛星気象観測に使われるレーダー技術を小型化して人体内部の変化を読み取り、レーダーチップ・メタサーフェス・マイクロコントローラーを組み合わせて使用する
- 研究チームのメタサーフェスは、レーダー信号の解像度と感度を高め、小さなブドウ糖値の変化もより正確に検知できるようにする
- 現在の装置はUSBケーブルで電源供給を受けているが、研究チームは携帯性のためにバッテリー使用の最適化を計画しており、血圧のような他の健康データ収集も目指している
- 最小機能製品はすでに臨床試験で使用されており、業界パートナーとともに次世代ウェアラブルへの適用を進めている
針のいらない手首型血糖モニタリング
- ウォータールー大学の研究チームは、糖尿病のような慢性的な健康問題を抱える人がブドウ糖値を追跡できるよう、ウェアラブル血糖検知システムを開発した
- 既存の血糖追跡では、頻繁に指先を刺したり、マイクロニードル付きの侵襲型ウェアラブルパッチを使ったりする方式が多い
- 新しいシステムは皮膚を貫通しないため、痛みと感染リスクを減らし、日常的なモニタリングの負担を下げることを目指している
- Dr. George Shakerは、衛星レーダーが大気の変化、雲、嵐の動きを観測するように、同じレーダー技術をウェアラブル装置に入れて人体の変化を観察する方式だと説明した
レーダーとメタサーフェスで検知精度を向上
- システムは3つの構成要素で動作する
- レーダーチップ: 人体を通過する信号を送受信する
- メタサーフェス: 信号をよりよく集中させて精度を高める
- マイクロコントローラー: 人工知能アルゴリズムでレーダー信号を処理する
- アルゴリズムは時間の経過とともにデータから学習し、測定値の精度と信頼性を改善する
- 研究チームが開発したメタサーフェスは、レーダーの解像度と感度を高め、小さなブドウ糖値の変化も検知できるようにする
- このシステムは血流と直接接触しなくても精密測定を目指しており、既存方式のように皮膚を貫通する必要がない
臨床試験と次の段階
- 現在の装置はUSBケーブルで電源供給を受けているが、研究チームは携帯性を高めるためにバッテリー使用を最適化する計画だ
- 長期的には、ブドウ糖だけでなく血圧のような他の健康関連データの収集にも活用できる可能性がある
- 最小機能製品はすでに臨床試験で使用されており、研究チームは業界パートナーとともに、市場投入可能な装置により近い形へと発展させている
- 関連論文 “Radar near-field sensing using metasurface for biomedical applications” はNatureのCommunications Engineeringに掲載された
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
1型糖尿病患者の立場からすると、CGMは長年やってきた指先採血と比べれば、それほど侵襲的ではありません。
それでもスマートウォッチ方式は格好よさそうだし、実際にCGMの数値をスマートウォッチで見るのはかなり良いです。
Appleも以前この分野を研究していましたが、記憶では糖尿病患者が安全に使うには精度が足りませんでした。
DexcomやFreestyle CGMと比べた精度統計が気になりますし、個人的にはクローズドループのCGM＋インスリンポンプシステムが改善され続けるほうが、生活の質の向上にはより大きいと思います。
そのため、全体的な傾向ではなく正確な瞬間値が必要な場合には、今でも指先採血検査が推奨されているようです。
記事では「血流と直接接触せずにこのレベルの精度を提供できる技術はない」としているので、既存のCGMより臨床的に意味のある改善だと主張しているように聞こえます。
実際にそれがもっともらしいのか、それとも間質液ではなく血糖を直接測っているのかは分かりません。
正確な数値よりおおよその範囲が分かれば十分ですし、食べ物との関係がいつも良くなかったので、CGMがないとあまりにも簡単に崩れてしまいます。
ただしLibre 3のように非常に小さく、実際ほとんど感じないCGMがある時代なら、1型糖尿病では精度を犠牲にしてまで手首型CGMを使う価値は低そうです。保険が費用を負担する前提なら特にそうです。
https://www.inredadiabetic.nl/en/home-english/
次の段階としては、血流中にグルコースがあるときだけ活性化する新しいインスリン研究のほうにより期待しています。
名前は思い出せませんが、最近も共有されていたもので、体内に十分な量を維持しておけば、あとは自律的に調整される仕組みのように聞こえました。
それまではFreestyleとOmnipod DashをiAPSでクローズドループ構成にしたものがゲームチェンジャーで、血糖ピークはほとんどなくなり、HBA1cも非糖尿病者レベルまで下がりました。
うまく製品化されることを願っていますし、発売されたら間違いなく試すつもりです。
興味深いですが、試作品が腕時計型である点から、業界パートナーの投資評価額を押し上げるためのメディア向け展示物に近いのではないかと思ってしまいます。
「将来的には血圧も測定できるかもしれない」といった展望的な発言も、その印象を強めます。
レンガほどの大きさだったり、電源装置を画面外に隠していない形だったりしても、針をなくせるなら糖尿病患者にとっては非常に大きな利益です。
まず概念が機能することと確かな数値を示してから、小型化すればよいのではないかと思います。
実際の科学自体は興味深く、論文はこちらです: https://www.nature.com/articles/s44172-024-00194-4
問題は、タイトルや記事内の引用に含まれる結論がまったく正当化されていない点で、典型的なプレスリリース型サイエンスです。
論文を見ると、実際の人間や動物の血糖ではまったく試験していません。
主な内容は、ミリ波レーダーシステムの解像度と感度を高めるメタサーフェス設計であり、そこから「糖尿病患者に針はもう不要」へ飛躍するのは、「あとはフクロウを描いてください」の100倍くらいの飛躍です。
繰り返しますが、研究自体をけなしているのではなく、それを誇張するやり方を批判しているのです。
Aktiiaのような手首型血圧計もすでにあります。
上腕カフほど正確ではありませんが、日常的なモニタリングには十分です。
https://aktiia.com/
DiaMonTechでは10年以上にわたり、非侵襲血糖モニタリングを研究してきました。
難しく複雑な問題なので、臨床データがなければ非常に懐疑的に見ます。
最近の臨床試験では、靴箱サイズの機器でFDA承認を受けた初期の侵襲型機器と同程度の精度に到達しましたが、まだやるべきことは残っています。
論文のプレプリントはこちらです: https://www.researchsquare.com/article/rs-5289491/v1
新しい開発には期待していますが、このケースでは近い将来市場に届くかは確信しにくいです。
サイトには動作する靴箱サイズの機器がありますが、「サイズのため」病院のみを対象にしていると書かれていました。
個人的には、靴箱サイズでも喜んで買うと思います。
指を刺さずに済み、試験紙を買わなくていいなら最高ですし、非侵襲で正確でさえあれば4Uラックマウントでも構いません。
「すでに臨床試験で使われている最小機能製品があり、完全に販売可能な機器まではまだやるべきことがあるが、かなり近づいた」といった表現をよく見ます。
人々はMVPの「viable」、つまり実際に使えるという部分を無視しているように思います。
完全に販売可能な機器にするためにさらに作業が必要なら、現段階ではviableではありません。
それでも幸運を祈ります。
非侵襲のグルコース検出に関心があるなら、この資料を強くおすすめします: https://www.nivglucose.com/The%20Pursuit%20of%20Noninvasive%...
無線周波数ベースのアプローチには、グルコースに特異的ではないという問題があります
グルコース分子は大きさと結合の種類のため特定波長の赤外線を吸収しますが、無線周波数では特定の吸収を示しません
この論文では、生理的濃度の100倍レベルで、純水中のグルコースを測定しています
全血や組織模擬体で機能するのか、あるいは他の溶質と独立にグルコースだけを測定できるのかを見てみたいです
論文に欠けているのは、グルコース検出の精度の数値です
針の代替をうたうなら、測定値がどう比較されるのかが最初の問いであるべきです
アプローチが新しくても、正確な測定において針を置き換えることはできないと見てよさそうです
もちろん、性能比較を私が見落としている可能性もあります
https://chaos.social/@jaseg/113777015012964743
訂正: いや、言及されていないようです
気象衛星との比較は誤解を招き、この技術を誇張しています
気象レーダーは既知の大気高度にある水滴を検出する仕組みであり、組織層を貫いて血液中のグルコース濃度を測定するのとは根本的に異なる問題です
ここでの本当のブレークスルーは、何年も前からあるレーダー技術ではなく、極めてノイズの多いレーダー反射から意味のある血糖データを取り出す機械学習パイプラインです
論文はまだ読んでいませんが、このスレッドの反応を見る限り、提案されたシステムはグルコース検出、あるいは複数の代替副産物や複合体の検出に最適化された誘電分光装置に近いものだと予想します
例はこのWikipediaページを見るとよいです: https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_spectroscopy
右側の図を見ると、通常、低周波から高周波へ進むにつれて、イオンの運動応答、双極子モーメントを持つ分子の再配向応答、分子振動モードの励起、電子軌道遷移に伴う電子励起などが現れます
訂正: まだ記事を読んでいないので、真偽は保証しません
水を差して申し訳ありませんが、非侵襲血糖測定について査読付き論文をかなり出している数少ない知人が、この技術に非常に懐疑的です
レーダー近接場検出を使おうというアイデアはまったく新しくなく、これまで何の成果も出ていません
この分野の「ブレークスルー」は掃いて捨てるほどあります: https://finance.yahoo.com/news/liom-cracks-holy-grail-non-22...
その知人は、実際に機能するかもしれない堅実な技術を持つ数少ない人物の一人ですが、未来が答えを出すでしょう
リンクは出しませんが、会社が資金を確保したのは確かです
それでも一つは同意します
もうすぐ可能になると言う側ではなく、実際にそうした機器を販売する側を待つ段階に来ています
動作原理の説明が、出来の悪いSFスリラーに出てくるもっともらしい技術的なでたらめのように聞こえます
マイクロレーダー・メタサーフェスなんて、実在する概念だというのが驚きです
メタサーフェスは、ほとんどの場合、もっともらしく呼んだパッチアンテナに近いものです
いくつかのパラメータを減らして見れば、共振回路とも見なせます
どんなPCB設計ソフトウェアでも数分でメタサーフェスを設計でき、低い技術レベルのPCB製造設備で作れます
ここでは相補型スプリットリング共振器という特定のパッチアンテナ配列を使っており、それがメタサーフェスです
ある意味では、すべてのスプリットリング共振器が「マイクロレーダー」表面です。スプリットリング共振器は波長に比べて電気的に小さく設計されるためです
研究者たちは、血流中のグルコース変化が血液の誘電特性を変え、周囲の誘電体に応じて相補型スプリットリング共振器の共振特性が変化する点を利用したように見えます
誘電体とは物質の電気的特性を説明する言葉で、たとえば誘電率が高いと電磁波の位相速度が遅くなり、無線周波数システムでさまざまな測定可能な効果が生じます
優れた工学的な仕事に見えますが、アンテナを初めて学んだ頃から「メタサーフェス」という言葉は、虚勢の混じった専門用語のように感じていました
「マイクロコントローラが人工知能アルゴリズムでレーダー信号を処理する」とは、原始的な機械学習と基本的な制御メカニズムを人工知能としてリブランディングできて本当に何よりです
人工知能はCよりも古く、実際にはLispよりも先にありました
「IPLは、同じ著者たちが作った初期の人工知能プログラム、すなわちLogic Theorist（1956年）、General Problem Solver（1957年）、コンピュータチェスプログラムNSS（1958年）を実装するために使われた」
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Information_Processing_Langu...
そのうち高速フーリエ変換も人工知能としてリブランディングされそうです
今では、コンピュータがすることはすべて人工知能だと見る考えの上で育った世代がいるので、コンピュータがすることはすべて人工知能と呼ばれても驚きません