近紅外無創(chuàng)血糖檢測中背景減小方法的理論和實(shí)驗(yàn)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(shí)意義的課題，但其研究成果尚不能實(shí)現(xiàn)真正的臨床應(yīng)用。目前面臨的主要難題是人體生理背景復(fù)雜多變，導(dǎo)致微弱的血糖信號難以有效提取。本論文進(jìn)行了背景扣除方法的研究，以消除人體生理背景變化的干擾，提高無創(chuàng)血糖檢測技術(shù)的有效性。 理論分析并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證皮膚漫反射光譜測量血糖濃度的可行性。采用蒙特卡羅模擬的方法證明，基于本文采用的無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)，極限檢測精度可高達(dá)5.2mg/dl；在動物實(shí)驗(yàn)中

2、，首創(chuàng)地實(shí)現(xiàn)皮膚光譜和血管光譜的同時(shí)采集，結(jié)果表明，皮膚漫反射光譜和血管漫反射光譜之間具有很好的相關(guān)性，為近紅外漫反射光譜無創(chuàng)血糖檢測技術(shù)的可行性提供了實(shí)驗(yàn)佐證。 進(jìn)行背景扣除方法的基礎(chǔ)研究。本文首先從系統(tǒng)硬件和樣品測量兩方面研究與糖濃度信息無關(guān)的主要背景噪聲信號分布情況。針對系統(tǒng)漂移的干擾，采用“Sandwich”背景扣除法，葡萄糖水溶液實(shí)驗(yàn)的葡萄糖濃度預(yù)測精度提高了44.7％。針對樣品特性變化的影響，采用相近背景扣除法，有效

3、提高了離體實(shí)驗(yàn)中的葡萄糖濃度測量精度，葡萄糖水溶液和Intralipid-2％溶液的葡萄糖濃度預(yù)測精度分別提高了25.9％和40.1％。 提出基準(zhǔn)波長背景扣除法。根據(jù)基準(zhǔn)波長點(diǎn)的漫反射光強(qiáng)對葡萄糖濃度變化不敏感的特性，以此波長下的檢測信號作為人體血糖測量的內(nèi)部基準(zhǔn)，從而消除人體生理背景變化的干擾。在純吸收介質(zhì)和渾濁介質(zhì)中理論研究并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基準(zhǔn)波長點(diǎn)的存在，在此基礎(chǔ)上，理論推導(dǎo)基于基準(zhǔn)波長的背景扣除公式，并應(yīng)用于離體實(shí)驗(yàn)中，白蛋白

4、三成分和intralipid-2％溶液的葡萄糖濃度預(yù)測精度分別提高了50.3％和40.3％。 提出背景空間投影的背景扣除法。將待分析光譜投影于由對背景信號變換敏感的波長張成的空間-背景空間，達(dá)到抑制背景信號對葡萄糖特異性信號提取的目的。以二維相關(guān)理論為基礎(chǔ)，從系統(tǒng)硬件和測量條件的角度系統(tǒng)分析了近紅外漫反射光譜法無創(chuàng)人體血糖測量中背景信號的波長特性，并借鑒凈信號中張成空間的理念，完成對背景空間和相應(yīng)算法的定義。該方法的應(yīng)用使得二成