近紅外無創(chuàng)傷血糖濃度測量方法的組織光學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用研究.pdf

1、血糖濃度的近紅外無創(chuàng)傷測量是全世界關(guān)注且具有重要現(xiàn)實意義的課題,但真正無創(chuàng)傷血糖濃度測量尚未實現(xiàn)臨床應(yīng)用.其原因在于人體組織復(fù)雜、血糖信號微弱而背景噪聲強以及測量對象個體差異大和隨時間變化顯著等方面.本論文旨在通過研究血糖濃度測量的組織光學(xué)的基礎(chǔ)問題,建立起光在皮膚模型中的傳輸模型,并分析個體差異對于測量位置選擇的影響,最后推導(dǎo)并證明一種既能實現(xiàn)血糖濃度靈敏度最大化又能有效克服內(nèi)部噪聲影響的浮動基準(zhǔn)方法. 首先,從組織光學(xué)和化學(xué)

2、計量學(xué)的角度闡述了血糖濃度測量的原理和過程,強調(diào)在復(fù)雜的介質(zhì)情況下研究光傳輸規(guī)律的必要性和重要性.系統(tǒng)地分析了葡萄糖濃度變化、皮膚組織光學(xué)特性以及光在組織內(nèi)傳輸規(guī)律這三者之間的內(nèi)在聯(lián)系,建立了微觀的光子散射模型和宏觀的皮膚三層結(jié)構(gòu)模型,提出的光子檢測概率密度函數(shù)綜合了傳輸方程的解析特性和隨機行走的概率統(tǒng)計特性.通過比較研究,確定了皮膚組織在1100～1700nm的光學(xué)參數(shù). 綜合分析了漫反射光的統(tǒng)計特性以及血糖測量的位置選擇.根

3、據(jù)葡萄糖濃度測量的需要,分別研究了漫反射光的程長、穿透深度性質(zhì),并在此基礎(chǔ)上研究了與血糖濃度測量密切相關(guān)的測量靈敏度和有效光子比例.綜合考慮測量靈敏度、有效信噪比和極限測量的條件,推導(dǎo)了葡萄糖檢測的極限濃度.詳細分析光學(xué)參數(shù)和皮膚厚度差異對葡萄糖極限分辨濃度的影響,為血糖測量的測頭設(shè)計奠定了堅實的理論依據(jù).研究表明,要達到10mg/dl的葡萄糖極限分辨濃度,表皮層厚度必須在0.3～0.8mm范圍以內(nèi)且真皮層厚度大于0.8mm.皮膚光學(xué)參

4、數(shù)10﹪的差異在3.0mm位置對測量極限濃度的影響在3﹪的范圍以內(nèi). 系統(tǒng)研究了浮動基準(zhǔn)方法及其在血糖濃度測量中應(yīng)用.浮動基準(zhǔn)方法的提出是基于解決葡萄糖信號微弱、強背景噪聲這兩個問題的,為此首先分析了近紅外血糖濃度無創(chuàng)傷測量中存在的三種噪聲因素,即儀器系統(tǒng)的噪聲、生理狀態(tài)的變化和人機接口因素,分析了它們產(chǎn)生的根源和定量影響.然后,從理論上對浮動基準(zhǔn)方法的原理及其存在條件加以推導(dǎo),通過蒙特卡羅模擬證明了波長變化以及葡萄糖含量的變化