Diabetes: Neuartiger Screening-Ansatz zur Messung des Blutzuckerspiegels entwickelt

Wissenschaftler aus Japan haben zur Messung des Blutzuckerspiegels (BGL) einen neuen Screening-Ansatz vorgeschlagen und getestet.

Viele Forscher haben nichtinvasive Methoden zur Überwachung des Blutzuckerspiegels mit weit verbreiteten tragbaren Geräten wie Smartwatches vorgeschlagen. Wenn man beispielsweise die in bestimmten Smartwatches vorhandenen LEDs und Fotodetektoren auf die Haut legt, können Oxyhämoglobin- und Hämoglobinpulssignale gemessen und ein Stoffwechselindex berechnet werden, aus dem der Blutzuckerspiegel geschätzt werden kann.

Angesichts der geringen Größe und begrenzten Leistung von Smartwatches und ähnlichen tragbaren Geräten sei die Datenqualität der gemessenen Signale jedoch tendenziell recht niedrig, schreiben die Forscher der aktuellen Studie. Und da diese Geräte zudem an den Extremitäten getragen werden, führten tägliche Bewegungen zu Messfehlern. Diese Probleme begrenzten die Genauigkeit und klinische Anwendbarkeit solcher tragbaren Geräte zur Diabetesbehandlung, heißt es weiter. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Journal of Biomedical Optics“ (JBO) veröffentlicht.

Verlauf der Studie

In der aktuellen Studie unter der Leitung des Forschungs- und Entwicklungsingenieurs Tomoya Nakazawa, die im veröffentlicht wurde, führten die Wissenschaftler eine theoretische Analyse der Fehlerquellen der auf dem Stoffwechselindex basierenden Methode durch. Basierend auf dieser Analyse implementierten sie einen neuartigen Signalqualitätsindex, um in einem Vorverarbeitungsschritt Daten von geringer Qualität herauszufiltern und so die Genauigkeit der geschätzten BGLs zu verbessern.

Zunächst zeigten die Forscher mathematisch, dass die Diskrepanz zwischen den beiden Arten von Phasenverzögerungen im Oxyhämoglobin- und Hämoglobinpulssignal, die mit unterschiedlichen Methoden berechnet wurden, ein gutes Maß für den Einfluss von Rauschen darstellt. Anschließend betrachteten sie zwei Hauptquellen von Phasenfehlern, nämlich einen Hintergrundrauschpegel und die Schätzfehler, die durch die Abtastung in diskreten Intervallen entstehen. Nachdem sie diese Fehlerquellen formalisiert hatten, berechneten sie die Auswirkung auf den geschätzten metabolischen Index.

Der vorgeschlagene Screening-Ansatz beinhaltet die Implementierung von Schwellenwerten für die Phasenschätzung und die metabolischen Indexfehler. Datenblöcke, die die festgelegten Schwellenwerte überschreiten, werden verworfen. Und die fehlenden Werte werden mit anderen Mitteln auf der Grundlage der restlichen Daten angenähert. Um diese Strategie zu testen, führten die Forscher ein Langzeitexperiment durch, bei dem die Sensoren einer handelsüblichen Smartwatch verwendet wurden, um die BGLs einer gesunden Person während „oraler Herausforderungen“ zu überwachen. In jedem der 30 Tests, die über vier Monate durchgeführt wurden, fastete die Versuchsperson zwei Stunden lang, bevor sie Lebensmittel mit hohem Glukosegehalt zu sich nahm. Ihre BGLs wurden mithilfe der Smartwatch und eines handelsüblichen Sensors zur kontinuierlichen Glukoseüberwachung gemessen, wobei letzterer zur Erfassung der Referenzwerte verwendet wurde.

Ergebnis der Methode

Insbesondere die Vorverarbeitung der Daten mit der vorgeschlagenen Screening-Methode führte zu einer deutlichen Steigerung der Genauigkeit. Durch die Verwendung der Parkes-Fehlerrastertechnik zur Kategorisierung von Messfehlern landete bei Anwendung des Screenings ein wesentlich höherer Prozentsatz der Datenpunkte in Zone A. Dies bezieht sich auf klinisch genaue Werte, die zu richtigen Behandlungsentscheidungen führen würden. „Die Einführung des Screening-Prozesses verbesserte die Genauigkeit der BGL-Schätzung in unserem Smartwatch-basierten Prototyp“, sagt Nakazawa.

Obwohl die vorgeschlagene Methode laut den Forschern dazu beitragen könnte, die Leistung der Smartwatches zu verbessern, könnten Hardwareverbesserungen in den Fotodetektor- und Verstärkerschaltungen dazu beitragen, tragbare Elektronik zu einer attraktiveren und klinisch akzeptableren Option zur Überwachung des Blutzuckerspiegels zu machen, heißt es abschließend.