論文の概要: An insertable glucose sensor using a compact and cost-effective phosphorescence lifetime imager and machine learning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.09442v1
• Date: Wed, 12 Jun 2024 00:18:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-17 17:54:01.937405
• Title: An insertable glucose sensor using a compact and cost-effective phosphorescence lifetime imager and machine learning
• Title（参考訳）: コンパクトで費用対効果の高い蛍光寿命画像センサと機械学習を用いた挿入型グルコースセンサ
• Authors: Artem Goncharov, Zoltan Gorocs, Ridhi Pradhan, Brian Ko, Ajmal Ajmal, Andres Rodriguez, David Baum, Marcell Veszpremi, Xilin Yang, Maxime Pindrys, Tianle Zheng, Oliver Wang, Jessica C. Ramella-Roman, Michael J. McShane, Aydogan Ozcan,
• Abstract要約: 生体適合性蛍光をベースとした挿入型バイオセンサと、カスタム設計の蛍光寿命イメージング装置(PLI)を統合した連続グルコースモニタリング(CGM)システムについて報告する。 PLIは、皮膚を通して挿入可能なセンサーの蛍光寿命を捉え、発光された蛍光信号の寿命を局所的なグルコース濃度によって調節するように設計されている。 ライフタイム画像は、グルコースレベルの不整合耐性推論のためのニューラルネットワークベースのモデルによって処理される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.47339309134629
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Optical continuous glucose monitoring (CGM) systems are emerging for personalized glucose management owing to their lower cost and prolonged durability compared to conventional electrochemical CGMs. Here, we report a computational CGM system, which integrates a biocompatible phosphorescence-based insertable biosensor and a custom-designed phosphorescence lifetime imager (PLI). This compact and cost-effective PLI is designed to capture phosphorescence lifetime images of an insertable sensor through the skin, where the lifetime of the emitted phosphorescence signal is modulated by the local concentration of glucose. Because this phosphorescence signal has a very long lifetime compared to tissue autofluorescence or excitation leakage processes, it completely bypasses these noise sources by measuring the sensor emission over several tens of microseconds after the excitation light is turned off. The lifetime images acquired through the skin are processed by neural network-based models for misalignment-tolerant inference of glucose levels, accurately revealing normal, low (hypoglycemia) and high (hyperglycemia) concentration ranges. Using a 1-mm thick skin phantom mimicking the optical properties of human skin, we performed in vitro testing of the PLI using glucose-spiked samples, yielding 88.8% inference accuracy, also showing resilience to random and unknown misalignments within a lateral distance of ~4.7 mm with respect to the position of the insertable sensor underneath the skin phantom. Furthermore, the PLI accurately identified larger lateral misalignments beyond 5 mm, prompting user intervention for re-alignment. The misalignment-resilient glucose concentration inference capability of this compact and cost-effective phosphorescence lifetime imager makes it an appealing wearable diagnostics tool for real-time tracking of glucose and other biomarkers.
• Abstract（参考訳）: 従来の電気化学CGMと比較して、低コストで耐久性が長いため、パーソナライズされたグルコース管理のために、光連続グルコースモニタリング(CGM)システムが登場している。 本稿では, 生体適合性蛍光吸収性バイオセンサと, カスタム設計の蛍光寿命イメージング装置(PLI)を統合した計算用CGMシステムについて報告する。 このコンパクトで費用対効果の高いPLIは、挿入可能なセンサーの蛍光寿命画像を皮膚を通して捉え、発光された蛍光信号の寿命をグルコースの局所濃度によって調節するように設計されている。 この蛍光信号は、組織自己蛍光や励起漏れの過程と比べて非常に長い寿命を持つため、励起光をオフにした後に数十マイクロ秒間にわたってセンサーの放射を測定することで、これらのノイズ源を完全にバイパスする。 皮膚から取得した寿命画像は、正常、低(高血糖)、高(高血糖)濃度の範囲を正確に示し、グルコースレベルの不整合耐性推論のためのニューラルネットワークベースのモデルによって処理される。 ヒト皮膚の光学特性を模倣した厚さ1mmの皮膚ファントムを用いて,グルコースを吸入した試料を用いてPLIのin vitro試験を行った。 さらに, PLIは, 5mm以上の側方不整形を正確に同定し, 再整形に対するユーザの介入を促した。 この小型で費用効率のよい蛍光寿命イメージング装置は、グルコースやその他のバイオマーカーをリアルタイムで追跡するウェアラブル診断ツールとして優れている。

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