探索“小宇宙”为何这样难？(6)

                   ----从无创伤检测血糖浓度看“小宇宙”探索 

                                都世民

对“小宇宙”的探索，科技界主要集中在脑神经系统，並由此获得的成果用来研究机器人系统，又由此开发感知、智能、专家等系统的应用。並由此结果，有的专家声称电脑接近人脑。甚至有人声称电脑超过人脑。有人还认为未来战争是无人战争。好像这个世界的未来是属于拥有电脑的机器人。真的会这样吗？笔者不认同这种说法。

笔者现在换一个角度来探索“小宇宙”，这就是从人的血液系统来研究。众所周知，机器人是“吃电”，它的构成没有人的血液循环系统。

现代西医对人体的诸多检查，过去都是通过抽血来检查，例如，血糖、血脂、尿酸、红血球等。如今基因检测也是通过抽血检查。诚然这属于有创伤检测。为什么不用无创伤检测呢？你看儿童医院那些孩子，一听说要扎针就哭个不停。如果能用无创伤检测,那是非常好的事情。我们不能不想到抽血检查不是实时，另外它已离开人体，已经丢失了一些信息。小宇宙探索不能离开血液循环系统。一个人最终判定死亡是以心脏停止跳动，不是大脑功能丧失。从这个角度看，探索小宇宙也应重视血液循环系统的检测。但是血液是液体，应该在闭合的系统内检测才安全。

血液指标的无创伤检测

其实对血液指标的无创伤检测(non-invasive measurement)，在一些国家都进行过一些研究。20世纪70年代，德国的Kaier就尝试用光学方法进行人体组织成分的测量。如今无创伤检测人体血氧饱和度已经实现。

三十多年来，多个国家科研人员，对无创伤检测血糖浓度作了很多努力，已经尝试了多种方法：

阻抗测量法；

微波测量法；

代谢热测量法；

光学测量法等。

光学测量法有的是用吸收光谱的概念，也就是通过间接测量光谱的强度的变化来获得人体血糖浓度。具体地说，是用比较入射光强度和穿越过人体组织以后的光强度，利用物质吸收光的物理关系，这是一个函数关系，它包含多个物理量，这就是Lambert-Beer法则，由这一关系式推算出血糖浓度值。因为这一测量是基于比较有人体组织和无人体组织两种状态下，测试出的光强度的不同，而间接得到的结果，故称作间接测量。

经过几十年的努力，未见这种方法有明显进展，其原因是什么呢？

1.始终未找到能够较为精确描述人体组织内部血糖浓度与透光后光强度的之间的稳定关系，应当能够用数学关系式描述。

2.光投射到人的皮肤表面会产生反射，这一反射却因人而异，不是恆定的。

3.光透过人体组织时，因各组织的成分复杂，因此对光的吸收也就不同，它们吸收光的总强度不能用线性关系将其相加，使问题很复杂。

4.光透过人体组织行进的路程也是因人而异，千差万别，复杂多变。

5.人体的糖分对光的吸收比其它组织成分吸收的量要小得多。

6.人体的状态差异大，如血流、脉搏、心率、体温等差别大，而血糖浓度变化又小。

7.光透射到人体组织后，因不同介质的分界面及其边缘会使光产生反射、折射、散射，使光程计算十分困难。不同人差异相当大。

8.由此可见，用光谱法不是测不出数据，是因为测得的血糖浓度变化没有上述因素变化大，被掩盖了，使测量误差大。

9.测试环境对测量结果也有影响，会导致测量误差。

夲文阐述的这些测量问题比起大脑开关的研究大不相同。脑神经回路是什么性质都没有搞清楚，就用交流信号或脉冲信号去刺激，这与从事无线电学、计量学的研究人员的研究方法差别太大了。

近些年来，各国研究者也在改进测量方法和减小测量误差。

2006年，Maruo K等研究者用波长为1100-1800ｎｍ的近红外(near-infrared)光，投射到人体前臂的漫反射光或漫透射光的信息，来推算出血糖浓度。考虑到光波的幅度、相位、偏振角和光的波长等多参量，以此提高测量精度。

2004年，Rawer R等研究者将光投射到人的眼睛前房后，在投射前与投射后，光的偏振角发生变化，间接求出血糖浓度。

2005年，Wang  J等研究者利用血糖对特定频率的电波具有吸收特性，通过测量其特征阻抗的变化，间接测量血糖浓度。

从理论上讲，这些测量方法是可行的，但是由于种种原因，要想达到5ｍｇ/dL的测量精度却很困难，至今未能如愿。体内的水成分对测量结果形成强干扰，因水是吸收电磁波的。如何进一步提高测量血糖浓度的精度，是今后需要探讨的问题。

除血糖浓度测量外，其它血液指标的无创伤检测，也应该受到广泛关注。这是小宇宙探索很重要的方面，当然这对于机器人开发关系很少。但是对治疗心血管疾病影响甚大。