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体积 2020年 |文章的ID 8847114 | https://doi.org/10.1155/2020/8847114

p .珊:Prabavathi: r .夏克尔, 测定血糖指数(GI)通过使用GMR传感器检测胰腺的胰岛素分泌”,杂志上的传感器, 卷。2020年, 文章的ID8847114, 13 页面, 2020年 https://doi.org/10.1155/2020/8847114

测定血糖指数(GI)通过使用GMR传感器检测胰腺的胰岛素分泌

学术编辑器:Gwanggil全
收到了 2020年4月16日
修改后的 2020年7月02
接受 2020年8月28日
发表 2020年9月18日

文摘

糖尿病是一种代谢性疾病,影响身体的能力来处理血糖,否则称为血糖。糖尿病发生在身体影响很小或没有产生胰岛素。糖尿病患者检查后,他们的血糖指数、每餐摄入药物控制血糖指数。传统上,血糖指数估计glucometer获得血液样本。在本文中,我们提出一个非侵入性方法来估计胰腺的血糖指数。胰腺的磁信号与巨磁电阻(GMR)传感器获得血糖指数估计。《全球监测报告》获得胰腺磁信号处理与多同步压缩变换特征提取(MSST)。MSST分析显示显著的变化前后胰腺生物磁效应信号的瞬时频率餐消费。信号的统计参数有助于预测血糖指数通过回归模型。该方法估计血糖指数有88%的准确度。

1。介绍

的自身免疫性疾病是由于引起的效应self-immune系统检测自己的蛋白作为抗原并执行攻击在自己的组织。这些都是由于遗传倾向引起环境疾病开始之前的刺激。血糖是能源的主要来源,来自于食物。胰岛素,胰岛素是一种由胰腺,从食物帮助葡萄糖进入细胞用于能量。碳水化合物的食物都分解成葡萄糖在血液中。胰岛素帮助葡萄糖进入细胞。高血糖症是一个条件,身体不能产生胰岛素或有效地使用它会导致血糖水平。高长期血糖水平会对身体造成伤害和失败的各种器官和组织(1]。糖尿病是一种慢性疾病引起t细胞的肿胀,导致自身免疫性疾病,破坏了β在胰腺的肽。这些都是基本的细胞产生胰岛素来调节血糖水平。

发展维持血液中葡萄糖水平的障碍。胰岛素帮助细胞消耗葡萄糖从血液流。近70的80%β肽存在于胰腺的胰岛,它涵盖了胰腺1 - 2%的总大小。胰岛是由胰高糖素、生长抑素和胰多肽。这些都是负责的α肽,δ肽,ε肽。胰腺充当消化器官产生裂解酶分解代谢的营养素。

1型糖尿病可以开发在任何年龄,但经常发生在儿童和青少年。1型糖尿病患者需要每天注射胰岛素来控制血糖水平。如果1型糖尿病患者没有胰岛素,他们会死。1型糖尿病的风险因素仍在研究中。家庭成员与1型糖尿病稍微增加了患该疾病的风险。目前,不能预防1型糖尿病。环境诱因,生成过程,导致身体的胰岛素生产细胞的破坏仍在调查之中。1型糖尿病的最常见的症状包括异常口渴口干,突然减肥,尿频,缺乏能源、疲劳、饥饿,视力模糊,尿床。

成人2型糖尿病患者更常见,占所有糖尿病病例的90%左右。在2型糖尿病,身体不充分利用所产生的胰岛素。它通常指的是胰岛素。

发生在胰腺的胰岛素分泌活动。因此,糖尿病可以通过分析发现胰腺的功能。它有一个平pear-like形状,周围被胃、小肠、肝、脾和胆囊。胰腺的宽端右侧身体的称为头。中间部分是颈部和身体。薄的胰腺左侧身体的叫做尾巴。钩状的过程发生在胰腺向后弯曲,下面的胰腺。两个重要血管,肠系膜上静脉和肠系膜上动脉,交叉胰腺的脖子后面和前面的钩状的过程。胰腺外分泌腺和内分泌腺和有两个主要functions-digestion和血糖调节。

胰腺的外分泌细胞产生酶,帮助消化。当食物进入胃,外分泌细胞胰酶释放到一个小管,导致系统主胰管。胰管运行的长度胰腺和胰酶和其他分泌物,统称为胰腺汁。主胰管与胆总管,携带从胆囊胆汁,和在一起,它们与十二指肠点称为肝胰管壶腹。这里,胆汁和胰酶进入十二指肠援助的消化脂肪,碳水化合物和蛋白质2]。血液中的血糖指数(GI)措施后glucometer消费食物了解胰腺的胰岛素反应。在本文中,我们提出一个非侵入性方法来测量血糖指数基于胰腺生物磁效应发射。GMR传感器的生物磁效应排放措施。GMR传感器具有良好的磁线性敏感性98%,产生一个比率计输出。GMR传感器测试了植入式医疗应用程序。

2。文献调查

连续血糖监测(CGM)设备是基于微机电系统,显示电容率。振动的传感器由聚对二甲苯隔膜,这是远程驱动磁场和坐落在microchamber。保利(acrylamide-ran-3-acrylamidophenylboronic酸)的溶液(PAA-ran-PAAPBA),可以使葡萄糖敏感的生物相容性聚合物,充满microchamber,脱离周围的半透膜。葡萄糖通过膜渗透和结合可逆phenylboronic酸聚合物的一部分。这导致粘度变化的传感方案,造成检测的变化聚对二甲苯膜片振动,可以测量电容(1]。

一个新的智能手机可重用的血糖仪包括一个定制的智能手机,房子一个永久的光传感器,一个装满enzyme-carbon笔复合球团和传感器检测电路。专门设计的基于android的软件应用程序的开发,使简单和清晰的显示测量血糖浓度。典型测试涉及到用户加载软件使用手写笔分发一个酶颗粒的光传感器带印章的情况,然后介绍了样本。电子模块然后获得数据无线传输到应用软件将显示在屏幕上。部署的小球然后丢弃恢复新鲜的光传感器表面。这样一个独特的工作原理允许系统克服挑战,之前报道的可复用的传感器,如酶降解法、浸出、磁滞效应。球团中的酶加载稳定长达8个月在环境条件和生成可再生的传感器信号。pellet-based传感系统的意义对可重用、医疗点传感器是它适合紧密围绕智能手机,不面对问题通常常见的可复用的传感器。这个系统的多功能性使其很容易修改其他分析物检测应用范围广泛的医疗保健,环境,和国防领域3]。

新最小侵入皮下传感器的可用性监控血糖水平不断研究新的在线改善糖尿病的治疗,包括超/那些警告发电机和人工胰腺。连续血糖监测(CGM)信号与随机测量噪声影响这些应用程序是一个重要的方面。主要的困难是,对于给定的传感器技术,信噪比(信噪比)可以因学科而异的主题(个人间变异性)也在主体(个体内的可变性)。卡尔曼滤波器是用参数自动调整,实现一次,老化时间间隔与信噪比的个人间的变化。这个方法诉诸一个贝叶斯滤波程序使用一个基于标准的统计数据不断更新,实时确定滤波器参数。CGM信号噪声和改善质量至关重要4]。

糖尿病是一个严重的问题,只能推迟或阻止的定期监测血糖(BG)浓度水平。连续葡萄糖监测系统允许准备的长期并发症糖尿病管理策略和预防疾病。在这里,一个新的BG传感器介绍这是有成本效益的和高度可佩带的小数据采集时间窗口,允许非侵入性,长期连续血糖监测(CGM)系统。生物传感器的努力一个独特的信息连续殴打组件动脉的血流量脉动在血糖(BG)浓度的变化在手腕的组织。近红外(可见光)可见光光谱测量的结合反映光信号(5]。

糖尿病是一种普遍的疾病,大约2.85亿例。微型传感器一直在眼睑下。传感器由一个ASIC组集成稳压器和chrono-amperometric葡萄糖和应答器电路。ISO 18000 - 3是被动应答机用于电力和读出传感器无线能量和数据传输。天线和传感器电极导线连接高集成级别(6]。

系统包括一个控制算法和水泵自动化交付胰高糖素的荷尔蒙和现成的皮下传感器和胰岛素对连续葡萄糖传感器测量。比例微分控制算法决定激素交付率是基于感知血糖测量和病人餐公告的自动化的系统组件。提供系统设计和控制算法的衰退记忆比例微分控制器(FMPD)和自适应系统基于glucoregulatory模型胰岛素的行动决定胰岛素敏感性的变化(7]。

糖尿病是丙酮的速率的变化人类呼吸。不同的气体产生人体的器官。呼吸时通过肺泡传播到肺部和进入血液气体在血液的清洁。人类呼吸丙酮浓度很低(0.1 -10 ppm)。人类的发现血糖和糖化血红蛋白水平与呼出的气息是基于石英晶体微量天平(药物)传感器的帮助下一个电子鼻系统。丙酮蒸汽的数量,这是血糖的标志,是人类过期0.1 -10 ppm。径向基函数神经网络(时滞)大小比较对血糖和糖化血红蛋白参数用于电子鼻数据的药物传感器(8]。

在糖尿病管理中,葡萄糖浓度是一项重要的任务海波/ hyperglycaemic事件的预防。连续葡萄糖监测(CGM)设备预测人体的葡萄糖通过监测每3分钟,使用一阶多项式或一阶自回归(AR)模型,具有时变参数由加权最小二乘法都是描述过去的血糖数据。葡萄糖通过使用这种方法,可以预测在时间,例如,预测的30分钟穿越那些潜在的阈值可以预测未来20 - 25分钟,由糖摄入足够的保证金事件(9]。

有些狗还形成了儿童糖尿病很相似。它主要由高并发血糖(BG)和尿液浓度。呼吸丙酮分析浓度升高和观察到的相关性呼吸丙酮和BG必须决定在人类的1型糖尿病。呼吸丙酮在糖尿病的狗可能允许使用呼吸丙酮作为糖尿病的生物标志物在人类和动物10]。

Ni-SnOx,聚苯胺,措纳米粒子用于新建一个弹性高性能非酶的葡萄糖传感器,在棉织物通过化学方法合成。导电模板由镍和铜氧化物和氢氧化物electrocatalytic活动氧化葡萄糖的高电化学性能优异地导致棉花制造的可穿戴的和灵活的电极(11]。

Microfabricated和微型图象柔性聚酰亚胺衬底使用减少了氧化石墨烯- (rGO)建立纳米复合电极高质量的工作。开发人类sweat-based耐磨葡萄糖传感器应用,金和铂合金纳米粒子是电化学沉积到microfabricated rGO表面和chitosan-glucose氧化酶复合材料被合并到修改后的工作电极的表面。捏造的测量电流的响应葡萄糖生物传感器的探测范围0 - 2.4毫米(包括葡萄糖的汗水),只能用很短的响应时间(20秒),灵敏度的48μ/毫米厘米2和高线性度(0.99)。葡萄糖的检测极限是5μm。测试可接受的检测性能和稳定性低葡萄糖浓度最初发生在人类汗液混合/葡萄糖样品发生。结果纳米复合弹性工作电极和制造过程为应用人工sweat-based电化学葡萄糖传感器(表现良好12]。

通过紫外介导的化学镀技术,基于薄膜的宠物黄金电极(铂族元素)葡萄糖传感器是捏造的。PGE-glucose传感器简单和低成本,最低需要仪器相比,现有的可穿戴的金薄膜电极传感器。在前面,葡萄糖传感器披露敏感性/ 22.05毫米1厘米2在一个线性范围从0.02到1.11毫米低检出限为2.7μ米( )。PGE-glucose传感器具有良好的选择性,而不是步骤由乳酸、尿素、acetaminophene,尿酸,多巴胺和抗坏血酸。除此之外,它表现出良好的再现性和长期稳定在4周(13]。

玻碳电极(GCE)与氧化石墨烯(去),氧化镍纳米纤维(NiONFs)和全氟磺酸(NA)修改葡萄糖传感器。电纺的技术之后,煅烧完成生产NIONFs悍马的合成方法。修改后的电极进行了电化学还原。传感器特性进行了扫描电子显微镜(SEM),能量色散x射线能谱(EDX)、x射线光电子能谱(XPS)和电化学阻抗谱(EIS)。传感器灵敏度高(1100μ/毫米1厘米2)、快速响应时间(少于5 s),检出限低0.77μm (S / n),长期稳定,对葡萄糖和优良的防污能力的决心。这里,是降低电化学方法,很简单,高效、低成本、环境友好(14]。

主要分泌胰β当糖尿病诊断肽被摧毁。的β细胞被破坏,难以及时发现和临床干预。有巨大的兴趣bioimage开发工具β细胞质量是非侵入性的功能促进糖尿病的早期诊断,以帮助开发新的抗糖尿病的治疗。人类的需要β肽是bioimage早在各种类型的糖尿病为bioimaging当前和新兴的工具β肽(15]。

1型糖尿病是一种自身免疫性疾病,免疫细胞选择性地杀死β的肽或胰岛细胞。啮齿动物和人类T淋巴细胞释放液含有小分子核糖核酸(microrna) mir - 142 - 3 - p, mir - 142 - 5 - p,和mir - 155和活动形式β细胞凋亡有助益。小岛从保护点头老鼠显示更高的胰岛素水平,降低胰岛素的分数,减少炎症。机制在某些行动发现T淋巴细胞液引发细胞凋亡和趋化因子信号传导相关基因的表达,包括Cc / 2、Cc / 7和10只在科学家β肽。免疫细胞的招募和加剧β细胞死亡有感应这些基因在自身免疫攻击的16]。

青光眼疾病早期诊断与生物磁效应房水流畅的信号出现在前房的眼睛。水溶液发出磁性由于其成分如钠、氯、钾和蛋白质。《全球监测报告》检测生物磁效应眼房水的信号。生物磁效应信号变化与理性扩张小波变换分析了静态和动态的本质房水液(17]。

3所示。方法

这个数字1该方法显示了工作流来确定胰腺的磁信号发射。GMR传感器被放置在胰腺区域如图2。GMR传感器检测磁辐射胰腺产生成比例的电压信号。《全球监测报告》输出信号获取和保存数据采集工具。的信号获得两种情况。案例1的GMR信号获得(餐前消费)和案例2(饭后消费)。信号分析与MSST区分磁信号的变化由于餐消费。血糖指数的统计参数提取从生物磁效应信号预测。预计值与传统glucometer相比值。

3.1。GMR传感器

巨磁电阻发生变化,电阻响应应用磁场的变化。巨磁电阻传感器的工作原理基于量子力学效应。造成的影响是由于spin-dependent散射过程在磁性多层膜巨磁电阻传感器。电阻变化的多层连续当外部磁场将铁磁层的磁矩。不存在磁场时,磁层的磁矩与互相尊重和阻力增加。阻力减少只有当铁磁层的磁矩是一致的应用磁场。

3.2。多同步压缩变换(MSST)

获得的磁信号过程与多同步压缩变换(MSST)。时间频率分析(组织)是一个重要的工具来分析时变振荡信号。经典的技术,如短时傅里叶变换和小波变换的一维时间序列信号扩展到二维的时间频率平面上。特遣部队的飞机,可以观察到几个时变特性和信号分解可以很容易进行。由于海森堡测不准原理,传统技术的TF表达不清楚,不可能准确地描述了TF表示时变信号。由于这个问题,高分辨率技术参与组织技术的发展。因此,这些高分辨率技术保留重建原始时间序列信号的能力。因此,时变特性可以很容易地确定和多组分模式可以有效地分解。组织技术的发展目标是理想的组织(ITFA)和方程表示为(1)。 在哪里 代表了狄拉克δ函数和退化克罗内克δ函数在处理离散信号。表达式(1)取决于多组分非平稳的信号模型和方程表示为(2)。 在哪里 代表了瞬时振幅(IA), 代表瞬时相位(IP),它的一阶导数 代表了瞬时频率(如果有)。从表达式(1),ITFA表示高集中能量,如果轨迹中。不幸的是,有一些缺点在传统组织技术限制了他们的应用程序在实际数据处理。克服缺点,新的技术,如分配方法(RM)和同步压缩变换(SST)。RM技术增强了可读性的特遣部队的真实表现。RM计算新重新分配位置为每个TF点基于TF相位信息。海面温度提高时频信号的分辨率和采样时频信号。然而,对海温特遣部队表示,因为不能提供一个确切的频率再赋值操作符出现在原始的海温不能产生一个无偏估计时变。

为了提高风场的能量浓度,提出了迭代技术,描述了强时变信号,同时允许重建信号。执行这种技术,短时傅里叶变换(STFT)操作必须执行一次。STFT操作不需要额外的参数对FM解调模式。

STFT的一个函数 (R)对应于真实甚至窗口 (R)的定义是用方程(3)。 在窗口 存在于 mono-component信号模型被认为是第一个在方程表示为(4)。

对海温使用频率再赋值操作符获取TF系数和方程表示为(5)。

使用对海温操作,STFT的结果尚不清楚能量集中在一个紧凑的周边地区每个模式的轨迹。每个模式重构系数的TF在如果轨迹方程表达(6)。

因此,对海温提高能源集中的TF和保留的重构信号的能力。

此外,交叉项对海温的表示是在描述多组分信号。信号有两种模式最初建模为表达方程(7)。

产生一个精确的特遣部队表示,对海温需要假设应该弱时变信号进行了分析。虽然海温不是有效的在处理时变信号与一个单一的SST操作可以产生一个精确比STFT特遣部队表示,另一个SST的SST特遣部队表示收购已经可以产生最好的结果。因此,多个风场操作执行迭代,因此称为多同步压缩变换(MSST)和方程(8)。

最后,处理生物磁效应的信号从MSST胰腺,glucometer相关执行验证。

4所示。结果与讨论

胰腺的胰岛素分泌检测通过生物磁效应信号获得胰腺的糖尿病人。GMR传感器是胶着地放置在胰腺的表面区域。生物磁效应信号从胰腺之前获得的膳食摄入量和饭后的摄入。胰腺生物磁效应信号MSST分析显示胰腺胰岛素的影响在生物磁效应的信号。

4.1。案例1:胰腺生物磁效应信号前餐Intake-MSST分析

胰腺生物磁效应的MSST分析信号的对数进食前图所示3。生物磁效应信号分析三种模式的M1, M2, M3 MSST。三种模式及其特遣部队生物磁效应的特性具有代表特征信号发出胰腺前餐消费。

4如果饭前模式M1的代表。模式以来M1强振幅的如果MSST片时间频率(TF)的不同的模式与窄频带,TF能源、频率和较大的组件在40 Hz, 99 Hz, 101 Hz,分别。信号切片增加胰腺癌生物磁效应信号的时间分辨率,使非线性信号变化。

5表示如果饭前M2的模式。如果模式平方米弱振幅和较大的组件频率为50 Hz, 70 Hz, 80 Hz,分别。然而,胰腺生物磁效应信号的时间分辨率降低是由于更高的STFT瞬时频率的估计。

6表示如果饭前M3的模式。如果模式M3的弱振幅和更大的组件频率为50 Hz, 70 Hz, 80 Hz,分别。

7RM代表对数分析风场的结果,因此,饭前海温结果,二阶和四阶SST的结果。TF的结果尚不清楚,因为传统SST-based技术无法产生足够的距离,重新分配不清楚TF系数原始区域。

解释更详细的信息特性的生物磁效应饭前胰腺释放的信号,重点在TF 2500 Hz - 4000 Hz的特点。、TF表示由STFT,海温海温,二阶、四阶海温和饭前MSST如图8和当地的特性如右边所示。图8(一个)代表了STFT,描述每个信号的频带和持续时间大约组件。由于海森堡测不准原理,STFT TF的能源大量模糊的结果。数据8 (b)- - - - - -8 (d)代表对海温不能产生集中的结果。图8 (e)代表MSST技术收益率更集中的结果。MSST结果代表必须有两种mono-component模式在频带2500 Hz - 4000赫兹。

基于MSST的结果,两个如果模式识别。此外,这两个模式的详细特性可以理解两种模式以及它们的波形图,如果饭前轨迹如图9

4.2。案例2:胰腺生物磁效应食品Intake-MSST后信号分析

的对数MSST信号的分析结果三种模式M1, M2, M3饭后如图10。三种模式及其特遣部队特性特征显示胰腺磁信号的最小变化。胰腺的TF特性磁信号增强通过查看了胰腺的对数信号。胰腺的对数分析获得的信号显示磁性由于胰岛素分泌的变化。

岭检测算法是用来确定三种模式的如果。图11表示如果饭后M1的模式。如果模式M1的强振幅和频率较大的组件在60 Hz, 100 Hz, 130 Hz, 160 Hz, 170 Hz,分别。

12代表模式的如果饭后M2。如果模式平方米弱振幅和频率较大的组件在30 Hz, 50赫兹,和70赫兹。

13代表模式的如果饭后M3。如果模式M3的弱振幅和更大的组件频率为50 Hz, 70 Hz, 80 Hz,分别。

14RM代表对数分析风场的结果,因此,海温结果,二阶和四阶SST结果饭后。图代表了TF结果TF表达有细微的变化。

了解更详细的信息在饭后生物磁效应信号的特点,重点在TF 2500 Hz - 4000 Hz的特点。、TF表示由STFT,海温海温,二阶、四阶海温和饭后MSST如图15和当地的特性如右边所示。图(15日)代表了STFT,描述每个信号的频带和持续时间准确的组件。生物磁效应的海温不产生集中结果胰腺释放的信号数据15 (b)- - - - - -15 (d)。图15 (e)代表了MSST技术收益率更集中的结果。MSST结果显示三个轨迹显示mono-component模式在频带2.5 kHz - 3.5 kHz。

基于MSST的结果,两个如果模式识别。此外,这两个模式的详细特性的波形图可以理解两种模式以及它们如果胰腺生物磁效应信号发射轨迹饭后消费。胰腺的电磁发射由于餐消费经历振幅调制和频率振荡。生物磁效应信号瞬态调幅信号和调频法组件,如图16。数据(16日)16 (b)显示胰腺生物磁效应信号的瞬时频率估计模式M1和M2,分别。

胰腺生物磁效应信号的统计参数如表所示1。血糖指数预测从胰腺生物磁效应信号的峰度值通过回归模型。


胰腺生物磁效应信号(糖尿病人) 意思是(信号) 标准偏差(信号) 峰度(信号) Glucometer值(实验室仪器) 预测价值

前餐消费 0.21589 1.259 0.95482 85年 89年
饭后食用 0.38518 1.3584 0.9127 122年 122.00

4.3。回归模型

回归模型的一般形式是由

,“ “代表了响应变量和“ ”代表了预测变量。

血糖指数是由预测方程

预测方程得到基于峰度值信号获得五十糖尿病患者。

5。结论

研究得出结论的变化磁信号发射从胰腺由于餐消费。GMR传感器放置在胰腺区域来检测磁场发射。《全球监测报告》获得的磁信号处理MSST估计瞬时频率变化和可视化振幅调制和频率振荡。振幅调制和频率振荡提供一种无创的方式来检测胰腺胰岛素分泌活动。实验结果表明该方法分析电磁发射前后胰腺有效的餐饮消费情况。磁辐射胰腺与食物摄入量的类型而异。此外,磁信号发射的胰腺可以用来估计糖尿病人胰岛素摄入。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

伦理批准

所有的程序都按照1964年赫尔辛基宣言(及其修正案)。没有伦理委员会或机构审查委员会的批准是必需的。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

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