近紅外無創(chuàng)血糖測(cè)量——信號(hào)構(gòu)成和拾取的理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、糖尿病及其并發(fā)癥已經(jīng)成為嚴(yán)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(cè)技術(shù)具有無痛苦、無感染等優(yōu)點(diǎn),對(duì)減輕糖尿病患者的痛苦、實(shí)現(xiàn)血糖濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義.基于此,本課題對(duì)近紅外光譜人體血糖濃度無創(chuàng)測(cè)量方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究. 從信號(hào)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(cè)量中光譜信號(hào)的構(gòu)成,并基于自行研制的光譜儀,定量分析了測(cè)量過程中的各種噪聲對(duì)葡萄糖濃度預(yù)測(cè)的影響.結(jié)果表明,測(cè)量條件變化導(dǎo)致

2、的噪聲對(duì)葡萄糖濃度的測(cè)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(guān)及其對(duì)模型的影響,PLS模型產(chǎn)生偶然相關(guān)的概率遠(yuǎn)低于MLR模型,如果以R<,CV><'2>>0.8為模型的判斷標(biāo)準(zhǔn),則PLS模型偶然相關(guān)的概率可忽略.在離體實(shí)驗(yàn)中,隨機(jī)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(guān),而合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以避免成份之間的偶然相關(guān).在活體實(shí)驗(yàn)中,偶然相關(guān)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(hào)的方法,以避免參考濃度誤差和偶然相關(guān)的影響. 研究了近紅外光譜分析中的最佳光程長(zhǎng),從理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果兩方面證明,多波長(zhǎng)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(jì)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(cè)系統(tǒng)的精度可達(dá)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(dǎo)致漫反射光強(qiáng)降低7.3×10<'-3>﹪,而人體溫度降低0.1℃,漫反射光強(qiáng)降低0.255﹪.在嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)條件下,兩名正常志愿者的活體實(shí)驗(yàn)表明,手掌部位采集的近紅外光譜中確實(shí)攜帶了血糖濃度變化的光譜信息,儀器和其它生理過程導(dǎo)致的光譜變異對(duì)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(jì)算得到的OGTT實(shí)驗(yàn)對(duì)象的凈信號(hào),在外形上與離體實(shí)驗(yàn)的葡萄糖凈信號(hào)有區(qū)別,