Commercial and Scientific Solutions for Blood Glucose Monitoring—A Review

Abstract

Diabetes is a chronic and, according to the state of the art, an incurable disease. Therefore, to treat diabetes, regular blood glucose monitoring is crucial since it is mandatory to mitigate the risk and incidence of hyperglycemia and hypoglycemia. Nowadays, it is common to use blood glucose meters or continuous glucose monitoring via stinging the skin, which is classified as invasive monitoring. In recent decades, non-invasive monitoring has been regarded as a dominant research field. In this paper, electrochemical and electromagnetic non-invasive blood glucose monitoring approaches will be discussed. Thereby, scientific sensor systems are compared to commercial devices by validating the sensor principle and investigating their performance utilizing the Clarke error grid. Additionally, the opportunities to enhance the overall accuracy and stability of non-invasive glucose sensing and even predict blood glucose development to avoid hyperglycemia and hypoglycemia using post-processing and sensor fusion are presented. Overall, the scientific approaches show a comparable accuracy in the Clarke error grid to that of the commercial ones. However, they are in different stages of development and, therefore, need improvement regarding parameter optimization, temperature dependency, or testing with blood under real conditions. Moreover, the size of scientific sensing solutions must be further reduced for a wearable monitoring system.

Recent Advancement in Biofluid-Based Glucose Sensors Using Invasive, Minimally Invasive, and Non-Invasive Technologies: A Review

“…As discussed earlier, the major drawbacks of this method are its invasiveness during sample collection and the associated pain, which is a serious issue for diabetic patients, as their wound healing rates are slow. However, it is still considered to provide the most accurate and trustworthy results [ 155 , 156 ].…”

Mi̇li̇metre Dalga Bandinda İnvazi̇f Olmayan Bi̇r Yöntem İle Sivilarda Gli̇koz Sevi̇yesi̇ni̇n Beli̇rlenmesi̇

“…Temel yaklaşım, kandaki glikoz seviyesi ile ölçülen sinyal arasında bir orantı bulmaktır. Ancak data kaybı oldukça sık rastlanılan bir problem olduğu için enterpolasyon ve ekstrapolasyon gibi yöntemlere başvurulabilir, bazı çalışmalarda da makine öğrenmesi, derin öğrenme gibi şu anda oldukça popüler olan yapay zeka yöntemleri kullanılmaktadır (Xue et al, 2022). Çalışmanın bu aşamasında, mm-dalga boyunda farklı glikoz konsantrasyonları için S11-yansıma katsayının ayırt edici olduğu gösterilmiştir.…”

“…Optik teknikler, dalgaların yansıma, soğurma ve saçılma özelliklerini kullanarak sıvılardaki glikozu tespit ve takip etmeyi amaçlar. Öte yandan milimetre ve mikrodalga algılama ve biyoempedans spektroskopisi, glikozun dielektrik özelliklerinden yararlanır (Xue et al, 2022). Orta kızılötesi spektroskopisi teknikleri (Liakat et al, 2014) yakın kızılötesi spektroskopisine göre glikoz konsantrasyonunu belirlemede daha hassastır ancak daha pahalı bir yöntemdir (Gonzales et al, 2019).…”

“…Raman spektroskopisi orta kızılötesi spektroskopiye kıyasla daha yüksek derinlik penetrasyonu imkânı sağlar. Ancak data toplama için gereken sürenin uzun olması, objenin hareketinin, terleme, kalp atışı gibi faktörlerin performansa etkileri çalışılmalıdır (Xue et al, 2022). Bir başka optik bant yöntemi olan optik koherans tomografisinde ise cilt 800 ila 1300 nm dalga boyunda tutarlı (coherent) ışıkla aydınlatılır (Lan et al, 2017).…”

“…Kan ve doku hücrelerinin glikoz seviyesindeki değişiklik elektrik iletkenliği yani dokunun empedansını Z değiştirir. Bu tip bir sensor kullanan Pendra 2003 yılında CE onayı almıştır ancak piyasaya sürüldükten sonraki çalışmalarda altı Tip-1 diyabet hastasıyla yapılan ölçümlerin %4.3'ü Clarke Hata Tablosunun tehlikeli E bölgesinde olduğu için piyasadan toplatılmıştır (Xue et al, 2022). Yapılan yeni çalışmalarda, yöntemin doğruluğunu ve istikrarını artırmak için empedans spektroskopisi sensörlerinin yanında dielektrik, optik, sıcaklık, nem sensörleri ve hatta ivmeölçer barındıran çok sensörlü sistemler önerilmiştir (Zanon et al, 2018).…”