长时间无创血糖监测中活体组织光谱的测量方法及干扰因素初步分析

摘要

在基于近红外光谱法的人体无创血糖测量中，获取稳定的生物活体组织光谱是实现长期血糖监测目标的首要任务之一，本文拟研究活体生物组织光谱的测量方法以及组织光谱随葡萄糖和多种干扰因素变化的特征，为实现稳定、有效、连续的血糖测量打下基础。本文发展了基于位置差分漫反射光谱的有效衰减系数测量方法，它在消除长期测量中仪器漂移的影响同时，还可以得到生物组织光谱表征参数—有效衰减系数。利用这一参数可以有效地研究多种因素以及个体差异对人体测量光谱的影响规律以及校正方法。本文的主要内容和研究成果如下： 首先，依据漫射方程推导了基于位置差分漫反射光谱的有效衰减系数测量理论，提出了采用有效衰减系数表征活体组织光谱的方法。通过实验结果和理论结果的对比，证明了该方法的可行性。进一步获得了葡萄糖的有效衰减系数光谱，分析了利用其测量葡萄糖浓度的极限测量精度。 其次，利用有效衰减系数这一光学参数分析了人体测量的多种干扰因素的光谱特征，具体的干扰包括人体散射系数差异、人体血红蛋白浓度差异、体温差异和人机接口间接触压力差异。利用蒙特卡罗方法模拟分析、仿体实验和人体实验，分别获得了这些干扰因素的有效衰减系数的光谱特征。 最后，依据上述光谱分析结果，初步研究了多种干扰因素的校正方法。利用多变量校正方法校正了多种干扰因素的影响，在一定程度上降低人体散射系数差异、人体血红蛋白浓度差异和人体体温差异对人体测量光谱的影响。且进一步利用外部参数正交化方法校正了体温差异的影响， 综上所述，本文提出了基于位置差分的漫反射光谱的有效衰减系数测量方法，并据此对活体测量中的诸多影响因素进行了分析和校正。该方法特别适用于监测活体组织光谱在长期测量中的变化，对实现长期血糖监测有重要意义。此方法还可以用于人体其他物质成分的监测中，在组织光学检测领域具有较好的应用前景。

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