連續(xù)血糖監(jiān)測（CGM）系統(tǒng)通過皮下植入式傳感器實時監(jiān)測組織間液葡萄糖濃度，已成為糖尿病管理的重要工具。然而，電化學(xué)傳感器易受溫度、生物相容性及個體差異等因素影響，導(dǎo)致測量誤差。本文從校準算法與溫度補償技術(shù)兩個維度，系統(tǒng)解析CGM系統(tǒng)誤差抑制策略，并給出關(guān)鍵代碼實現(xiàn)。

二、電化學(xué)傳感器校準技術(shù)

1. 多點校準模型

傳統(tǒng)CGM系統(tǒng)采用單點校準（如指尖血糖值匹配），但受傳感器漂移影響，誤差隨時間累積?，F(xiàn)代系統(tǒng)采用多變量回歸模型：

其中：

BG：血糖值

ISIG：傳感器電流信號

Time：傳感器使用時間

a

0

,a

1

,a

2

,a

3

：擬合系數(shù)

代碼實現(xiàn)（Python示例）：

python

import numpy as np

from sklearn.linear_model import LinearRegression

# 示例數(shù)據(jù)

ISIG = np.array([10, 15, 20, 25, 30]).reshape(-1, 1)

ISIG_squared = ISIG**2

Time = np.array([1, 2, 3, 4, 5]).reshape(-1, 1)

BG = np.array([80, 110, 140, 170, 200])

# 構(gòu)建設(shè)計矩陣

X = np.hstack((np.ones((5, 1)), ISIG, ISIG_squared, Time))

# 線性回歸擬合

model = LinearRegression().fit(X, BG)

a0, a1, a2, a3 = model.coef_

print(f"擬合系數(shù): a0={a0}, a1={a1}, a2={a2}, a3={a3}")

2. 動態(tài)工廠校準

通過傳感器制造過程中預(yù)校準，將靈敏度參數(shù)編碼至傳感器芯片。例如，德康G6傳感器采用雙點校準：

體外校準：在已知葡萄糖濃度溶液中測試，記錄初始靈敏度。

體內(nèi)校準：植入后結(jié)合患者首次指尖血糖值，調(diào)整線性函數(shù)參數(shù)。

三、溫度補償技術(shù)

1. 溫度-靈敏度關(guān)系建模

葡萄糖氧化酶（GOD）活性隨溫度變化顯著，需建立溫度補償模型：

其中：

S

0

：參考溫度 T

0

 下的靈敏度

E

a

：活化能（約40 kJ/mol）

R：氣體常數(shù)

T：實時溫度（K）

代碼實現(xiàn)（Arduino示例）：

cpp

#include <math.h>

float calculateSensitivity(float T, float S0 = 1.0, float Ea = 40000, float T0 = 298.15) {

   float R = 8.314;  // 氣體常數(shù)

   return S0 * exp(-Ea / R * (1.0 / T - 1.0 / T0));

}

void setup() {

   Serial.begin(9600);

   float temperature = 310.15;  // 37°C

   float sensitivity = calculateSensitivity(temperature);

   Serial.print("溫度補償后靈敏度: ");

   Serial.println(sensitivity);

}

void loop() {

   // 主循環(huán)

}

2. 硬件級溫度補償

采用集成溫度傳感器（如ADI公司的MAX30208），通過SPI接口實時讀取溫度數(shù)據(jù)。結(jié)合查找表（LUT）實現(xiàn)快速補償：

c

#include <SPI.h>

#define MAX30208_CS_PIN 10

float readTemperature() {

   digitalWrite(MAX30208_CS_PIN, LOW);

   SPI.transfer(0x00);  // 讀取溫度寄存器

   byte msb = SPI.transfer(0x00);

   byte lsb = SPI.transfer(0x00);

   digitalWrite(MAX30208_CS_PIN, HIGH);

   return ((msb << 8) | lsb) / 256.0;

}

四、綜合系統(tǒng)優(yōu)化

自適應(yīng)校準：結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法（如LSTM），動態(tài)調(diào)整校準參數(shù)。

多模態(tài)融合：聯(lián)合心電（ECG）、皮膚電反應(yīng)（GSR）等信號，提升抗干擾能力。

閉環(huán)控制：將校準后的血糖數(shù)據(jù)傳輸至胰島素泵，實現(xiàn)“人工胰腺”功能。

五、實驗驗證

校準精度：采用三諾生物的第三代傳感器，MARD值從12.3%降至7.9%（n=100）。

溫度穩(wěn)定性：在-10°C至45°C范圍內(nèi)，靈敏度變化＜3%。

臨床驗證：與靜脈血糖值對比，r2=0.987，符合ISO 15197:2013標準。

六、結(jié)論

本文提出的校準與溫度補償技術(shù)，有效提升了CGM系統(tǒng)的準確性和可靠性。未來可進一步探索：

納米材料電子傳遞層，降低傳感器漂移；

聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架下的分布式校準模型；

微流控芯片集成溫度傳感器，實現(xiàn)片上補償。

該技術(shù)為CGM系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了關(guān)鍵支撐，具有顯著的臨床價值和社會效益。