無創(chuàng)測量通常指非侵入式測量，與有創(chuàng)測量相反，通常通過將測量儀器與被測對象皮膚接觸等方式，間接引導(dǎo)或傳感有關(guān)生命體的生理和生化參數(shù)，故也稱間接測量。有些微創(chuàng)測量的方法，也被稱為無創(chuàng)測量。無創(chuàng)醫(yī)用傳感器就是采用無創(chuàng)測量的方法應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的傳感器。

無創(chuàng)醫(yī)用傳感器的發(fā)展

隨著人們健康意識的不斷提高和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)手段的多樣化，無創(chuàng)檢測成為近年來傳感器發(fā)展的另一個熱門方向，通過改變敏感元件或檢測原理來實現(xiàn)無創(chuàng)檢測也成為現(xiàn)代臨床診斷研究的重點領(lǐng)域。由康普生公司生產(chǎn)的指夾式無創(chuàng)血流參數(shù)檢測儀采用指夾式光電容積血流脈搏波傳感器固定在人體指端進(jìn)行檢測，可定量檢測出人體心搏出量、外周阻力、血管彈性、血液粘性和微循環(huán)狀況等方面的十幾項血流指標(biāo)參數(shù)，顯示每項參數(shù)的實際測量值、變化趨勢，供與正常值范圍比較。

此外，無創(chuàng)血糖檢測已引起了人們極大的關(guān)注，利用葡萄糖對特定波長的紅外光敏感的特點，可實現(xiàn)無創(chuàng)傷的血糖檢測，因而能夠克服采血法檢測的缺點。目前，世界上有許多科研機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行無創(chuàng)血糖測量的前期基礎(chǔ)研發(fā)工作，如：美國OHIO大學(xué)、LOWA大學(xué)、MARYLAND大學(xué)、FUTREX公司、BIO

此外，無創(chuàng)血糖檢測已引起了人們極大的關(guān)注，利用葡萄糖對特定波長的紅外光敏感的特點，可實現(xiàn)無創(chuàng)傷的血糖檢測，因而能夠克服采血法檢測的缺點。目前，世界上有許多科研機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行無創(chuàng)血糖測量的前期基礎(chǔ)研發(fā)工作，如：美國OHIO大學(xué)、LOWA大學(xué)、MARYLAND大學(xué)、FUTREX公司、BIO

無創(chuàng)醫(yī)用傳感器的測量原理

無創(chuàng)測量通常對有機(jī)體不會造成創(chuàng)傷，但測量結(jié)果常常不如有創(chuàng)測量精準(zhǔn)。有創(chuàng)測量由于原理明確、方法可靠、測量精度高，因此也可作為精度較低的無創(chuàng)測量（通常采用間接測量）方法的對照評估標(biāo)準(zhǔn)。

無創(chuàng)測量常用與血壓測量，體脂含量等的測量，目前也有一些無創(chuàng)血糖檢測的方法被開發(fā)和利用：

1、測量皮下滲出組織液的中血糖濃度的方法

這種方法是通過皮下滲出的組織液進(jìn)行葡萄糖水平的檢測。例如，葡萄糖手表。它是一種無創(chuàng)血糖值測量的工具，在實際使用中葡萄糖手表測定的并不是血液中的葡萄糖含量，而是組織液中的葡萄糖水平，其理論依據(jù)為血糖值和組織液中的糖糖量基本上是對等的。此表中國科技論文在線在外形上比一般手表略大，在表的背部有滲透液傳感器模塊用來接觸皮膚，此模塊包含一個微弱的電流并且通過微透析技術(shù)，利用透出皮膚的皮下組織液，測定其組織液的含糖量。

2、微波無創(chuàng)血糖檢測法

這種測量方法的基本原理是，首先發(fā)射一定頻率的微波，根據(jù)微波的特性在含有葡萄糖的溶液中，如果遇到了溶液中的離子特別是鈉離子會影響微波的傳播路徑。這些離子會對微波產(chǎn)生一定的干擾，例如削弱其振幅并使微波的頻譜發(fā)生相移。這種影響因為每種葡萄糖溶液的濃度不同產(chǎn)生不同的變化。因此，選用數(shù)個適當(dāng)頻率的微波使其從不同方位通過人體組織，然后根據(jù)檢測到的微波的頻率和相位以及振幅的變化即可分析人體的血液中葡萄糖濃度從而達(dá)到測量血糖值的目的。微波檢測法出了對血糖進(jìn)行檢測還可以無創(chuàng)測量其它物質(zhì)的含量，如膽固醇、糖基蛋白質(zhì)等。雖然微波檢測法速度很快，但是當(dāng)微波通過人體組織時，其損耗也比較大，這種情況也給微波檢測法的應(yīng)用帶來了一定的困難。

3、皮下植入傳感器方法的無創(chuàng)血糖測量

這種方法進(jìn)行無創(chuàng)血糖檢測的原理是用一個外表涂有一種可以對酸度變化及時做出正確反應(yīng)的聚合物傳感器來檢測葡萄糖氧化酶的含量。具體的情況是當(dāng)葡萄糖氧化酶遇到血糖后會發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，此種化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生一種酸性物質(zhì)，這種物質(zhì)會使葡萄糖聚合物大幅度的膨脹因此就改變了傳感器的頻率。隨之對應(yīng)于傳感器的讀數(shù)器把這些頻率變化對應(yīng)的用數(shù)字來顯示，以此來表示病人血糖水平的變化。據(jù)相關(guān)研究表明，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)已經(jīng)研制出一種無線微型傳感器，糖尿病患者只需將這種傳感器植于表皮組織之下，然后根據(jù)傳感器的電子讀數(shù)就可以隨時監(jiān)控自身的血糖水平，同時可以向自己的主治醫(yī)師傳送實時的監(jiān)測報告。

4、人體的射頻阻抗無創(chuàng)測量血糖值

根據(jù)射頻阻抗的理論，當(dāng)施加波長比紅外線更長的電磁波對人體進(jìn)行輻射時，因為葡萄糖是一種非離子可溶性的物質(zhì)，它將吸收一定頻率的電磁波，提取被吸收的頻率的電磁波的特征值，進(jìn)行定量的分析在理論上是可以由此得出血液的葡萄糖含量的。雖然在理論上這種測量方法是成熟可行的，但是在實際操作中，因為體液中還含有其他多種非離子可溶性物質(zhì)，它們也會吸收電磁波，因此如何對應(yīng)頻率的葡萄糖吸收特征值分離及提取，得到確定的譜線分析是這種方法能否實際操作的關(guān)鍵。但目前該項目僅處于試驗室研究階段，相關(guān)資料未表明何時能進(jìn)展到臨床試驗階段。

5、利用能量守恒原理

進(jìn)行無創(chuàng)血糖的測量人體內(nèi)物質(zhì)代謝過程就是能量代謝的過程，葡萄糖作為人身體主要的能源供給物質(zhì)，在氧氣供應(yīng)充足的情況下，肌體內(nèi)會產(chǎn)生葡萄糖氧化反應(yīng)，在這個化學(xué)方程式中，作為主要能源物質(zhì)的葡萄糖的濃度變化會相應(yīng)地引起人體代謝的變化，從而影響到人體體溫等生理參數(shù)發(fā)生變化。因此OkKyungCho等人做出以下假設(shè)：

①人體產(chǎn)熱=人體散熱；

②人體處于靜息狀態(tài)，對外做功等于0；

③人體所產(chǎn)生的熱量可以通過血糖濃度和氧容量等生理參數(shù)來進(jìn)行描述；

④氧容量取決于血紅蛋白濃度、血氧飽和度和毛細(xì)血管的血流量；

⑤散熱主要方式是熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。

根據(jù)以上的五種假設(shè)，又依據(jù)能量守恒原則可得出以下結(jié)論：代謝產(chǎn)生的熱量是血糖水平和氧容量的函數(shù)，氧容量是動脈血氧飽和度及血液流速的函數(shù)，脈搏跳動率作為一個參數(shù)來修正，因此只要測量出代謝產(chǎn)生的熱量、血液流速、血氧飽和度和脈率就可以推算出人體血糖的水平。用這種方法測量人體血糖值，首先是采用相關(guān)理論建立人體表面對流換熱的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)人體熱平衡數(shù)學(xué)模型，計算出人體局部（例如手指）代謝率，然后根據(jù)改進(jìn)的熱清除法計算出人體局部的血流速度，最后根據(jù)能量守恒建立其整體的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

6、利用唾液進(jìn)行無創(chuàng)血糖檢測

此種方法利用唾液進(jìn)行葡萄糖含量的檢測。一些臨床醫(yī)學(xué)研究數(shù)據(jù)表明血糖濃度與唾液中所含的淀粉酶成正比，所以通過測量人體口腔中唾液含淀粉酶的多少能夠間接地知道被測體血糖濃度的高低。這種血糖的檢測方法最主要的技術(shù)難關(guān)是對高靈敏度、高特異性的試紙進(jìn)行開發(fā)，并且對檢測裝置的靈敏性也有較高的要求。

7、超聲波血糖檢測儀

超聲波血糖檢測儀的原理是使用超聲波發(fā)射儀器向皮膚發(fā)出一個低頻超聲光束，因為超聲光束對人體內(nèi)不同物質(zhì)的穿透性，利用超聲回波的反射結(jié)果就可以知道血液中葡萄糖分子的含量。美國研究人員新近研制成一種無痛測量糖尿病患者血糖值的超聲波檢測儀器，這種超聲測試儀的準(zhǔn)確率幾乎與傳統(tǒng)的采血檢測法相似。由于是無痛測試，該儀器受到了糖尿病患者的普遍接受。此儀器利用糖尿病患者的超聲波反射值的不同來定量檢測人體的血糖含量，并可在4小時內(nèi)每15分鐘測量一次。雖然儀器準(zhǔn)確高效，但是其結(jié)果的穩(wěn)定性并未得到相關(guān)醫(yī)療部門的認(rèn)可。

8、聚光斷層攝影（OpTIcalcoherenceTomography）

OCT技術(shù)在1991年由Fujimoto等人提出后，廣泛用于醫(yī)學(xué)影像及診斷。這種技術(shù)的原理是利用光線的聚集來對皮膚作斷層掃描攝影，攝影后的結(jié)果會顯示出不同組織的不同葡萄糖含量，因為每種組織中所含的葡萄糖有著不同的聚光折射指數(shù)從而能算出被測體的血糖值。研究表明，高解析度的聚光斷層攝影技術(shù)可探測毫米級深度的組織，以此來減少表皮層對訊號的干擾。一項對健康受試者的研究表明，血液游離葡萄糖值的變化與OCT訊號有很大的相關(guān)性，并且對血液葡萄糖含量的變動非常敏感，但是其對測量值的穩(wěn)定性還需在糖尿病患者身上作進(jìn)一步的研究。

9、旋光法無創(chuàng)血糖測量

旋光法無創(chuàng)測量血液葡萄糖值是根據(jù)光的偏光特性，通過測量透射光（或反射光）的偏轉(zhuǎn)角，來得出人體的血糖濃度。

10、光聲光譜法與激光拉曼光譜法

測量血糖光聲光譜測量方法的原理是利用近紅外激光脈沖與人體組織間的相互熱作用而測量溫度變化從而反映人體組織成分的一種方法。

首先將近紅外激光脈沖射入人體，人體組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會由于不同種成分的分子對光的吸收作用不同而導(dǎo)致細(xì)微的局部變熱，當(dāng)溫度持續(xù)升高引起快速的熱膨脹后，放置于組織表面的溫度和壓力傳感器就能檢測到超聲壓力波，即光聲信號。利用不同組織成分散發(fā)出的光聲信號的幅度與頻率的不同關(guān)系就可以檢測出組織內(nèi)部某種特定成分的含量。該方法具有靈敏性較高的特點，但其對組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化比較敏感，因而需要一個高靈敏度的體外傳感器對檢測器。

目前，光聲光譜方法在離體研究方面非常活躍，但研究成果僅有少量發(fā)表。當(dāng)激光拉曼光譜作用于葡萄糖時會發(fā)生拉曼散射效應(yīng)，即產(chǎn)生微弱的斯托克斯線（stokesline）和反斯托克斯線（anTIstokesline）。按照光量子理論，當(dāng)入射光子和一個處于初態(tài)能級的分子作彈性碰撞后，光子與分子之間根據(jù)動量定理將發(fā)生能量交換，光子不僅會改變運動方向，還把一部分能量傳遞給被碰撞的分子，或從分子取得一部分能量用于本身的運動方向改變。由于拉曼散射光與瑞利散射光的頻率之差（拉曼位移）和被撞分子的振動頻率與所處能級有關(guān)，因此拉曼位移是表征物質(zhì)分子振動與轉(zhuǎn)動能級的一個物理量。激光拉曼光譜法就是利用該原理測得拉曼光譜的數(shù)據(jù)從而分析得到人體血液中葡萄糖的濃度。

但是該方法有很多限制因素，由于生物組織的吸收和散射效應(yīng)，普通的測量方法對檢測拉曼信號極其困難，另外激光效應(yīng)下產(chǎn)生的蛋白質(zhì)類分子的背景熒光信號強(qiáng)度常常與拉曼信號相當(dāng)。所以拉曼方法一般選用眼前房作為最佳測量部位，因為對眼睛的安全輻射劑量限制很大，導(dǎo)致入射光能較小，使能檢測到的拉曼信號更加微弱。因此目前的研究狀況顯示，應(yīng)用拉曼光譜方法對人體內(nèi)成分檢測領(lǐng)域的研究還處于起步階段。

11、紅外光譜法

無創(chuàng)血糖測量紅外光按波長不同可劃分為若干個區(qū)域，波長780nm～2500nm的區(qū)域稱為近紅外區(qū)，波長2500nm～25000nm的區(qū)域稱為中紅外區(qū)。在目前的無創(chuàng)血糖測量方法中紅外光譜法是目前使用最廣泛的無創(chuàng)血糖測量方法，主要通過人體對近紅外線、中紅外線或遠(yuǎn)紅外線的分析，從頻譜中提取血液的葡萄糖含量。