近紅外無創(chuàng)血糖測量——信號構(gòu)成和拾取的理論及實驗研究.pdf

1、糖尿病及其并發(fā)癥已經(jīng)成為嚴重威脅人類健康甚至生命安全的全球性病癥.血糖濃度無創(chuàng)傷檢測技術具有無痛苦、無感染等優(yōu)點,對減輕糖尿病患者的痛苦、實現(xiàn)血糖濃度的實時監(jiān)測具有非常重要的現(xiàn)實意義.基于此,本課題對近紅外光譜人體血糖濃度無創(chuàng)測量方法進行了系統(tǒng)研究. 從信號來源的角度,首次系統(tǒng)分析了近紅外光譜人體血糖濃度測量中光譜信號的構(gòu)成,并基于自行研制的光譜儀,定量分析了測量過程中的各種噪聲對葡萄糖濃度預測的影響.結(jié)果表明,測量條件變化導致

2、的噪聲對葡萄糖濃度的測量誤差起決定作用,基線漂移和熱噪聲的影響幾乎可以忽略. 研究了近紅外光譜分析中的偶然相關及其對模型的影響,PLS模型產(chǎn)生偶然相關的概率遠低于MLR模型,如果以R<,CV><'2>>0.8為模型的判斷標準,則PLS模型偶然相關的概率可忽略.在離體實驗中,隨機采樣和扣除背景的方法可以避免或降低由于儀器漂移或儀器狀態(tài)變化引起的偶然相關,而合理的實驗設計可以避免成份之間的偶然相關.在活體實驗中,偶然相關難以判斷,提

3、出了利用背景光譜張成的子空間提取葡萄糖凈信號的方法,以避免參考濃度誤差和偶然相關的影響. 研究了近紅外光譜分析中的最佳光程長,從理論推導和實驗結(jié)果兩方面證明,多波長組合最佳光程的方法能極大地提高近紅外光譜模型的精度.并通過蒙特卡羅方法計算了光子在皮膚各層中傳播的平均光程.結(jié)果表明,光子在真皮層傳輸?shù)钠骄獬探咏谄咸烟撬芤旱淖罴压獬?基于真皮層光子信息的檢測系統(tǒng)的精度可達4.21mg/dl,能滿足人體血糖濃度5mg/dl的精度

4、要求. 基于蒙特卡羅方法的模擬結(jié)果,葡萄糖濃度增加1mM導致漫反射光強降低7.3×10<'-3>﹪,而人體溫度降低0.1℃,漫反射光強降低0.255﹪.在嚴格控制的實驗條件下,兩名正常志愿者的活體實驗表明,手掌部位采集的近紅外光譜中確實攜帶了血糖濃度變化的光譜信息,儀器和其它生理過程導致的光譜變異對葡萄糖濃度模型的影響并不顯著.以生理狀態(tài)不變的光譜為背景計算得到的OGTT實驗對象的凈信號,在外形上與離體實驗的葡萄糖凈信號有區(qū)別,