麻省理工学院的工程师正在开发一款可以识别和量化食物含量的应用程序，这可以帮助糖尿病患者计算碳水化合物。图片来源：麻省理工学院新闻，库存图片
麻省理工学院的工程师正在开发一种新型设备，可以简化血糖测量和胰岛素注射过程。
许多糖尿病患者在用餐前需要给自己注射胰岛素。这是一个耗时的过程，通常需要估计膳食中的碳水化合物含量，抽血测量血糖水平，然后计算并提供正确的胰岛素剂量。
这些步骤通常必须每餐重复一次，这使得许多糖尿病患者难以坚持他们的治疗方案。麻省理工学院的一个研究小组现在提出了一种新方法来简化流程并帮助患者保持健康的血糖水平。
“任何让患者更容易接受治疗的干预措施都会产生巨大的影响，因为存在与时间、不便、灵巧或学习和培训有关的多重障碍，”Karl van Tassel 职业发展中心的 Giovanni Traverso 说麻省理工学院机械工程助理教授和布莱根妇女医院胃肠病学家。 “如果我们能够通过实施新的工程解决方案来克服这些障碍，这将使患者更容易接受这种治疗。”
Traverso 和他的同事设计了两种不同的设备，可以简化计算和注射正确剂量胰岛素的过程。其中一个将许多现有步骤组合到一个设备中，可以在不久的将来用于患者。他们的第二个原型在针的表面上集成了柔性电子设备，这样血液测量和胰岛素输送就可以通过同一根针进行。这最终可能会使糖尿病的管理过程更加简化。
麻省理工学院博士后 Hen-Wei Huang 和 Sean You 以及访问学生 Luca Di Tizio 和 Canchen Li 是该论文的主要作者，该论文发表在 Journal of Controlled Release .
一体机
糖尿病影响着美国 3400 万人和全球超过 4 亿人。糖尿病患者经常使用两种类型的胰岛素来控制他们的血糖水平：一种是长效胰岛素，它有助于控制 24 小时内的血糖水平，另一种是短效胰岛素，它在进餐时注射。患者首先用血糖仪测量他们的血糖水平，这需要刺破手指来抽血并将一滴血滴在试纸上。他们还必须估计他们的膳食中有多少碳水化合物，并将这些信息与他们的血糖水平相结合，以计算和注射适当的胰岛素剂量。
现有技术，如连续血糖监测仪和胰岛素泵，可以帮助完成这一过程的某些部分。然而，这些设备并不能广泛使用，因此大多数患者必须依靠手指刺和注射器。
“每天，许多患者需要至少进行 3 次这种复杂的手术，”黄说。 “该项目的主要目标是尝试简化所有这些复杂的程序，并消除对多个设备的需求。我们还使用智能手机摄像头和深度学习创建了一个可以识别和量化食物含量的应用程序，这有助于计算碳水化合物。”
研究小组设计了两种不同类型的“一体式”设备，两者都集成了新的智能手机应用程序。患者首先给食物拍照，然后应用程序可以根据美国农业部数据库中的营养信息估计食物的量和碳水化合物的量。
研究人员设计的第一个一体化设备整合了患者现在使用的许多现有工具，包括用于抽取血液和葡萄糖试纸的柳叶刀。进行血糖测量后，设备会通过蓝牙将信息传送到智能手机应用程序，应用程序会计算出正确的胰岛素剂量。该装置还包括一个注射正确量胰岛素的针头。
“我们的设备正在做的是自动化刺破皮肤、采集血液、计算葡萄糖水平、计算和注射胰岛素的程序，”黄说。 “患者不再需要单独的采血装置、血糖仪和胰岛素笔。”
该设备中包含的许多组件已经获得 FDA 批准，但该设备尚未在人类患者身上进行测试。在猪身上进行的试验表明，该系统可以准确地测量葡萄糖水平并分配胰岛素。
单刺
对于他们的第二个设备，研究人员想提出一个只需要一个针刺的系统。为此，他们设计了一种新型葡萄糖传感器，可以将其整合到用于注射胰岛素的同一针头中。
“我们的想法是，如果我们可以将葡萄糖传感器直接集成到胰岛素输送针的表面上，我们只需要一根针给病人，这样可以最大限度地减少疼痛，也使整个过程更容易管理，”尤说。
研究人员设计了一种灵活的电子传感器，可以连接到针头上并测量皮肤表面下方的间质液中的葡萄糖水平。一旦针刺入皮肤，测量葡萄糖水平需要 5 到 10 秒。该信息被传输到智能手机应用程序，该应用程序计算胰岛素剂量并通过插入的针头输送。
在对猪进行的测试中，研究人员表明，他们可以使用该系统准确测量血糖水平，并且在注射胰岛素后血糖水平会下降。
由于该设备使用了一种新型的葡萄糖传感器，研究人员预计它需要进一步的开发才能达到可以在患者身上进行测试的程度。他们已经为新研究中描述的两个系统申请了专利，并希望与公司合作进一步开发它们。
该研究由麻省理工学院机械工程系和布莱根妇女医院资助。
