基于通信眼图分析的无创亚太赫兹葡萄糖监测技术：迈向6G集成感知的新突破

《Scientific Reports》：Noninvasive subterahertz glucose monitoring using a communication inspired eye diagram

　　本研究针对糖尿病管理中传统有创血糖监测的痛点，创新性地将通信技术中的眼图分析理念引入无创血糖监测领域。研究人员开发了名为“亚太赫兹葡萄糖眼图(sub-THz GlucoEye)”的系统，通过分析调制亚太赫兹信号在指尖反射后的波形失真，实现了对血糖浓度的高精度监测。临床数据显示，该方法与静脉血糖浓度相关性达R2=0.98，克拉克误差网格分析99%结果落在A区，为糖尿病管理提供了革命性的无创监测方案，并为6G集成感知通信技术奠定基础。

　　

在全球糖尿病患病率持续攀升的背景下，精准、无痛的血糖监测技术成为临床实践的迫切需求。传统指尖采血方式带来的不适感和感染风险，以及现有连续血糖监测系统需要皮下植入并定期校准的局限性，促使科研人员不断探索更优解决方案。非电离辐射谱区的无创监测技术，如近红外光谱和拉曼光谱等，虽避免了侵入性操作，但仍受限于灵敏度低、易受干扰等挑战。亚太赫兹波因其在组织穿透深度和生化灵敏度间的独特平衡而受到关注，然而如何实现医疗级精度的无创连续血糖监测，仍是悬而未决的难题。

韩国电子通信研究院的研究团队独辟蹊径，从通信技术中汲取灵感，在《Scientific Reports》上报道了一种名为“亚太赫兹葡萄糖眼图(sub-THz GlucoEye)”的无创血糖监测新方法。该技术核心在于将血糖浓度变化引起的组织介电特性改变，转化为可量化的通信信号质量指标，通过对调制信号“眼图”的分析，实现了对血糖的高精度、无创检测。

研究团队运用了几项关键技术：首先，采用光学外差技术生成高质量的亚太赫兹载波信号，通过将经通断键控调制的光信号与本地振荡器光信号混合，产生频率为299.48 GHz的亚太赫兹波；其次，利用肖特基势垒二极管进行包络检测，提取从指尖反射的、因血糖影响而产生畸变的调制图案；最后，通过三维眼图分析，提取与血糖浓度相关的特征参数，并采用多变量回归分析建立预测模型。临床评估环节，研究纳出来自首尔峨山医学中心的40名志愿者（包括正常糖耐量、糖尿病前期和2型糖尿病患者），通过混合餐耐量试验，同步采集静脉血和指尖亚太赫兹信号进行比对验证。

概念和工作原理

亚太赫兹葡萄糖眼图系统的创新之处在于将通信性能评估工具应用于生理参数检测。该系统通过分析伪随机比特序列调制的亚太赫兹载波信号在指尖反射后产生的幅度和波形失真来推测血糖浓度。其物理基础是葡萄糖分子周围水合水的弛豫时间变化：血糖浓度升高会增强水分子与葡萄糖之间的氢键作用，导致水合水弛豫时间延长和分布畸变，进而改变组织在亚太赫兹频段的介电特性，最终表现为反射信号的眼图参数变化。

理论与实验验证

理论模拟显示，随着葡萄糖浓度从100 mg/mL增至400 mg/mL，10 Gbps调制信号的眼图振幅从0.97降至0.21，眼高从0.95降至0.48，而抖动从0.18增至4.10。相关性分析确定眼振幅、眼高和交叉水平为关键特征参数，基于此构建的多变量回归模型在模拟数据集中实现了100%的预测准确度。

高相关性定量葡萄糖检测

在葡萄糖溶液实验中，浓度为0-400 mg/dL时，归一化眼振幅从1降至0.28，眼高从1降至0.12，抖动从0.38升至1.00。相关性分析表明抖动与血糖浓度相关性最强(R=0.99)。使用眼振幅、眼高和抖动三参数的多变量回归模型，预测值与实际值间的决定系数R2高达99.5%，显著优于单一参数模型。

指尖无创血糖监测的临床评估

混合餐耐量试验结果显示，亚太赫兹葡萄糖眼图系统预测的血糖值与静脉血糖值高度一致(R2=0.98)。克拉克误差网格分析表明，99%的数据点落在临床准确的A区，1%在可接受的B区。 Bland-Altman分析显示两种测量方法间的偏差仅为0.0626 mg/dL。在糖尿病患者中，餐后2小时血糖预估值超过200 mg/dL，而非糖尿病患者则低于125 mg/dL，与静脉血糖动态变化模式高度一致。

结论与展望

该研究成功将通信领域的眼图分析技术创造性应用于无创血糖监测，解决了传统方法在精度和实用性上的瓶颈。亚太赫兹葡萄糖眼图系统通过量化调制信号的性能参数变化，实现了对血糖浓度的高精度、无创检测，临床验证结果达到了医疗应用要求的准确度。这一技术不仅为糖尿病管理提供了革命性的工具，更重要的是展示了通信技术与生物医学传感跨学科融合的巨大潜力，为未来6G网络中的集成感知通信系统奠定了基础，有望推动健康监测向实时、无感、智能化方向发展。