基于光电容积脉搏波的血糖近红外光谱无创检测方法研究

摘要

随着人类生活条件的提升，糖尿病发病率也在逐年提高，严重威胁着人类的健康。因此，实时监测人体血糖浓度对于糖尿病患者及预防者至关重要。常规的血糖检测方法需要采血，会给人带来不便、疼痛、甚至存在安全隐患、易感染。
　　本文将光电容积脉搏波(PPG:PhotoPlethysmoGraphy)方法应用于血糖的近红外光谱(NIR:NearInfrared)无创检测，此方法具有无创伤、速度快、无痛苦等优点。
　　本文主要工作内容包含以下几个方面:首先，介绍了近红外光谱无创血糖检测技术和光电容积脉搏波原理的发展及现状。其次，完成了光电容积脉搏波检测系统整体方案的设计，完成了去除直流分量、放大、反向升压、去除噪声等信号调理电路的设计，采用MSP430F149芯片内部AD完成了调理后脉搏波信号的采集，完成了下位机数据采集及发送的软件编写，采集所得信号通过RS232串口发送至上位机处理，完成了基于LabVIEW的上位机界面编写，基于Matlab的去除噪声及基线漂移算法的编写。进而得出所需脉搏波峰-峰值的平均值。
　　最终，通过人体指端实时血糖浓度检测和人体指端脉搏波峰-峰值检测的对比实验，得出人体指端实时血糖浓度和人体指端脉搏波峰-峰值两者的曲线趋势一致，验证了基于光电容积脉搏波的血糖近红外光谱无创检测方法的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究发展及现状

1．2．1 近红外光谱无创血糖检测

1．2．2 光电容积脉搏波

1．3 论文主要研究内容

2 无创血糖检测方法

2．1 光电容积脉搏波检测原理

2．2 基于脉搏波峰-峰值方法的无创血糖检测

2．3 皮肤的光学特性

2．4 光电容积脉搏波峰-峰值检测系统方案

2．5 本章小结

3 脉搏波信号提取硬件设计

3．1 主控制器msp430简介

3．2 信号调理电路设计

3．2．1 去除直流电路

3．2．2 放大电路

3．2．3 反向升压电路

3．2．4 滤波电路

3．3 单片机外围电路设计

3．3．1 单片机最小系统电路

3．3．2 单片机电源电路

3．3．3 模拟运放电源滤波电路

3．3．4 串口通信电路

3．3．5 液晶显示电路

3．4 本章小结

4 脉搏波信号采集软件设计

4．1 MSP430集成开发环境简介

4．1．1 IAR集成开发环境

4．1．2 FET硬件仿真器

4．2 下位机软件设计

4．2．1 初始化子程序

4．2．2 A／D采集转换子程序

4．2．3 串口发送子程序

4．2．4 液晶显示子程序

4．3 系统上位机软件设计

4．4 本章小结

5 脉搏波峰-峰值提取方法设计

5．1 去除噪声

5．2 去除基线漂移

5．2．1 截取脉搏波周期计算波谷值

5．2．2 三次样条插值拟合基线并去除基线漂移

5．3 求取脉搏波峰-峰值

5．4 本章小结

6 实验及分析

6．1 人体指端实时血糖浓度检测实验

6．2 人体指端脉搏波峰-峰值检测实验

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献