近紅外無創(chuàng)血糖測(cè)量——信號(hào)拾取的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、糖尿病及其并發(fā)癥已成為嚴(yán)重威脅人類健康甚至生命安全的全球性疑難病癥。血糖濃度無創(chuàng)傷檢測(cè)技術(shù)具有無痛苦、無感染危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于減輕糖尿病患者的測(cè)量痛苦、實(shí)現(xiàn)血糖濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和指導(dǎo)臨床合理用藥，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于此，本課題進(jìn)行了人體血糖濃度的近紅外無創(chuàng)測(cè)量方法的系統(tǒng)研究。 文中基于皮膚組織各層中的血糖分布特性，提出了利用真皮漫反射光譜測(cè)量血糖濃度的方法。通過近似求解半無限介質(zhì)中的定態(tài)漫射方程，分析了血糖濃度分別通過吸收效

2、應(yīng)和散射效應(yīng)作用于漫反射光能的機(jī)理，推導(dǎo)得出漫反射光能隨血糖濃度變化的近似關(guān)系式。依據(jù)上述測(cè)量原理，研制了適用于手掌部位的近紅外無創(chuàng)血糖濃度檢測(cè)系統(tǒng)。 提出了拾取手掌真皮漫反射信號(hào)的有效方案。使用蒙特卡羅模型分析了手掌漫反射光子的徑向分布、在組織內(nèi)的穿透深度及傳輸程長的分布規(guī)律。并綜合考慮真皮漫反射光子的數(shù)量及其在真皮層內(nèi)的有效光程長對(duì)于有效真皮信息量的影響因子，求解得到真皮信息載荷量隨徑向檢測(cè)距離的分布曲線。根據(jù)該曲線的峰值分

3、布特性，確定了光學(xué)測(cè)頭的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)。 研究了接觸壓力影響漫反射光譜的機(jī)理。文中從粒子的散射截面和吸收截面的定義出發(fā)，正向求解組織的散射和吸收特性，得到散射系數(shù)和吸收系數(shù)的基于組織厚度的表達(dá)式。并使用有限元模型計(jì)算得出不同接觸壓力下的組織厚度，進(jìn)而求得散射系數(shù)和吸收系數(shù)與接觸壓力之間的關(guān)系式。在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了真皮漫反射光能隨接觸壓力變化的理論公式。 提出了活體漫反射光譜測(cè)量受接觸壓力影響的解決方案。通過實(shí)驗(yàn)，本文系統(tǒng)

4、地研究了接觸壓力變化對(duì)漫反射光譜的影響，以及同一接觸壓力下，漫反射光譜隨接觸時(shí)間波動(dòng)的特性。根據(jù)研究結(jié)果，文中首次提出了最佳接觸狀態(tài)和最佳測(cè)量時(shí)間的論點(diǎn)。在該最佳測(cè)量條件下進(jìn)行光譜采集，有效的提高了光譜測(cè)量的穩(wěn)定性。 最后，本文進(jìn)行了人體血糖濃度無創(chuàng)測(cè)量的臨床實(shí)驗(yàn)研究。使用文中改進(jìn)的OGTT(口服葡萄糖耐量試驗(yàn))方法采集校正集樣本，并對(duì)單次OGTT實(shí)驗(yàn)樣本建立PLS(偏最小二乘)校正模型?；谕耆换ヲ?yàn)證方法對(duì)文中50人次OGT