葡萄糖無創(chuàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的微波傳感系統(tǒng)構(gòu)建研究.pdf

1、快速實(shí)時(shí)地?zé)o創(chuàng)監(jiān)測葡萄糖濃度在生物分析、臨床監(jiān)測、食品加工業(yè)等方面都具有非常重要的意義，尤其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，葡萄糖無創(chuàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)μ悄虿〉脑\療以及控制起到重要作用。無創(chuàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由具有信號(hào)的發(fā)射和接收功能的傳感器、用于檢測頻譜信息的頻譜特性分析儀、電腦這三部分構(gòu)成，具有無創(chuàng)、快速實(shí)時(shí)、穩(wěn)定性好、簡便等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文自主研究設(shè)計(jì)，成功的構(gòu)建了一套用于葡萄糖無創(chuàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的微波傳感系統(tǒng)。微波傳感系統(tǒng)的構(gòu)建過程，首先是通

2、過對(duì)各種葡萄糖無創(chuàng)檢測方法的對(duì)比，確定了基于微波傳感的檢測方法，再依據(jù)葡萄糖無創(chuàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的原理、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和方法，對(duì)構(gòu)成微波傳感系統(tǒng)的核心部件天線進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，并且為滿足葡萄糖無創(chuàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的要求，選擇了微帶貼片天線，再根據(jù)對(duì)微波波譜信息分析的需要，先后選擇N型頻譜特性分析儀與T型（USB Mini頻譜分析儀）作為頻譜特性分析儀器，最后完成系統(tǒng)的初步構(gòu)建。通過對(duì)葡萄糖水溶液、模擬血液、手指等進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證該系統(tǒng)的用于葡萄糖無創(chuàng)監(jiān)測

3、的可行性，得到如下結(jié)果:
　　(1)在0-2 GHz頻段下對(duì)葡萄糖水溶液、模擬血液、手指等進(jìn)行連續(xù)掃頻實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)，葡萄糖水溶液、模擬血液、手指在該頻段下的掃頻實(shí)驗(yàn)，均存在，五個(gè)特征點(diǎn)集。由此可得，葡萄糖的無創(chuàng)檢測在800 MHz-2 GHz范圍內(nèi)存在多特征峰值。
　　(2)提取葡萄糖水溶液實(shí)驗(yàn)、模擬血液實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果中存在的多特征峰值，進(jìn)行多元線性擬合，得到微波波譜與葡萄糖之間存在相關(guān)性。并建立了葡萄糖濃度與功率衰減值之間的關(guān)

4、系式。
　　(3)采用構(gòu)建的微波傳感系統(tǒng)對(duì)低濃度、低濃度梯度的葡萄糖溶液在0.8-3.8 GHz進(jìn)行連續(xù)掃頻實(shí)驗(yàn)。結(jié)果可得，微波傳感系統(tǒng)對(duì)低濃度的葡萄糖溶液具有很好的檢測作用，最低可以檢測到濃度為1mg/dL(0.056 mmol/L)的葡萄糖水溶液，證明該測試系統(tǒng)具有較高的檢測精度。
　　(4)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立，成功的將葡萄糖濃度與檢測信號(hào)衰減值、頻率之間的關(guān)系，轉(zhuǎn)換為葡萄糖濃度與時(shí)間的關(guān)系?；诘玫降钠咸烟菨舛扰c功率衰

5、減值之間的關(guān)系式，對(duì)其進(jìn)行算法研究和模型建立，由此初步建立了基于微波傳感的葡萄糖無創(chuàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。不同的關(guān)系式建立的模型不相同，但是方法是一樣的，因此可以針對(duì)檢測的樣品的類別不同而建立不同的動(dòng)態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
　　(5)擴(kuò)大頻率范圍，分別在0.8-3.8 GHz、3.8-4.8 GHz、5.1-6.15GHz范圍內(nèi)進(jìn)行葡萄糖水溶液的無創(chuàng)檢測。發(fā)現(xiàn)在0.8-3.8 GHz的頻率范圍內(nèi)存在的特征頻譜點(diǎn)集個(gè)數(shù)最多，這為后續(xù)的深入研究