近红外无创血糖测量——近浮动基准参考测量方法的仿体实验研究

摘要

在近红外血糖测量中，光谱信号极易受到来自人体背景、测量仪器、周围环境变化等因素的影响，限制了血糖检测的精度。本文针对这个问题，以课题组前期研究得出的浮动基准理论为基础，尝试使用一种近浮动基准参考测量方法，利用该方法对测量背景变异进行修正，并通过仿体实验对其修正效果进行了验证。
　　本文先对血糖无创伤检测具有的重大意义与当前国内外的研究进展进行了介绍，分析了研究过程中遇到的技术难题，在这些因素中如何消除被测对象自身背景变化的干扰成为当前的研究重点。概述了光在生物组中的传输，根据组织体对光的吸收作用和散射作用的特点，引出了浮动基准理论，证明了浮动基准点的存在与背景修正的原理。
　　基于蒙特卡洛模拟方法，研究了手掌部位三层皮肤模型与2％和3%浓度的Intralipid仿体溶液的浮动基准位置点，发现他们的浮动基准点基本相近，都在径向距离2 mm附近。本文提出的近浮动基准参考测量方法通过双环光纤探头测量两个不同源探距离处的漫反射信号，其中径向距离0.6mm和2mm分别作为主要测量位置和参考测量位置。然后通过公式推导了该方法修正光源漂移引起的背景变动的原理。
　　对实验系统的性能进行了评价，实验结果显示：测量系统大约在开机1小时以后，光源基本可以达到稳定状态；两个光电检测电路的暗噪声在短期和长期内的漂移程度均比较小，其漂移趋势也基本达到一致，可以忽略其影响；系统的短时和长时信噪比均能达到一个比较理想的范围。之后对测量系统的极限检测精度进行了分析，先模拟计算了系统对于葡萄糖的极限分辨浓度，然后通过对Intralipid溶液的实验测量，验证实验系统的精度达到了实验要求。
　　以2%和3%浓度的Intralipid溶液为研究对象，对不含葡萄糖的纯Intralipid溶液进行实验测量，发现近浮动基准参考测量方法可以消减光源漂移对测量结果的影响，提高数据的重复性和稳定性；通过三天的实验，对含不同葡萄糖浓度的2%和3%Intralipid溶液进行多次的漫反射信号采集并建立预测模型，发现修正后的回归模型的预测均方根误差分别降低了38.51%～79.98%和29.72%～52.22%，说明近浮动基准参考测量方法能够比较有效地消除两个测量位置处共同的背景干扰，提高校正模型的预测精度。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 人体血糖浓度无创伤检测的意义与背景

1.2 近红外无创血糖检测的技术难题

1.3 浮动基准参考测量方法的研究进展

1.4 本文主要研究内容及结构安排

第2章 光在组织中的传输和浮动基准理论

2.1 光在生物组织中的传输

2.2 浮动基准理论的提出

2.3 浮动基准点的存在

2.4 本章小结

第3章 近浮动基准参考测量方法的理论分析

3.1 蒙特卡洛模拟方法

3.2 近浮动基准参考测量方法

3.3 近浮动基准参考测量方法修正光源漂移引起的背景变动原理

3.4 本章小结

第4章 近浮动基准参考测量实验系统的研究

4.1 双环近红外光谱测量系统概述

4.2 实验系统性能评价

4.3 测量系统极限检测精度分析

4.4 本章小结

第5章 近浮动基准参考测量修正方法的仿体实验验证

5.1 实验方法

5.2 纯Intralipid溶液消减光源漂移的实验效果

5.3 光谱修正对提高预测精度的实验效果分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 主要研究内容与结论

6.2 未来工作的展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢