基于浮动基准点的无创血糖检测系统长期稳定性实验研究

摘要

近红外光谱无创血糖测量方法是目前较有前景的一种人体无创血糖的检测方法。论文应用浮动基准理论搭建了近红外血糖测量系统,通过分析各因素对浮动基准点存在位置的影响,确定各个波长处浮动基准点的检测位置,并对所搭建的系统光路系统进行标定,对光源,电路模块和数据采集模块进行性能评价和系统整体评价,设计相关实验,初步验证和探索出一套基于浮动基准点的血糖预测系统的评价方案。论文的主要研究内容包括以下几个方面:
　　论文首先通过蒙特卡罗模拟研究浮动基准点的存在特性,在波长范围为1200nm-1700nm,葡萄糖浓度分别为50mg/dL,100mg/dL,150mg/dL时,浓度为5％的intralipid皮肤模拟溶液中进行模拟,确定5%的intralipid溶液中浮动基准点的存在位置变化情况,根据模拟结果进行环形光纤探头的设计。
　　根据AOTF分光原理和几何光学原理对系统进行整体设计,应用正交偏振法,消除掺杂0级光的影响。在电路系统的设计中,根据近红外光谱特性,选择光电检测器和运算放大器,并通过LABVIEW数据采集模块完成数据采集工作。
　　在系统评价阶段首先验证AOTF晶体对于输入频率有很好的敏感性和稳定性,用傅立叶光谱仪对晶体衍射波长与驱动频率的关系进行标定,并用海洋光学光谱仪验证标定结果,验证结果与标定结果的平均偏差为6.1nm,属于晶体衍射波长的波动范围。在暗背景的条件下,采集4000个数据点评价数据采集卡的稳定性,变异系数为7.0847E-06,满足实验要求。采集暗背景,评价光电转换器输出电压的稳定性,在开机两小时之后的120分钟内测量路和参考路漂移分别为2.3%和1.1%,并分析检测器的输出电压随驱动器的电源电压变化的影响。在系统整体信噪比评价过程中,采集标准反射物漫反射信息,分析系统短期信噪比和长期信噪比。6分钟内参考路和测量路的短期变异系数均别为0.0004左右。8小时内参考路和测量路的长期变异系数均为0.012左右。
　　设计离体实验,将糖量为100 mg/dL到2000mg/dL5%的intralipid溶液作为人体组织血液的模拟溶液,应用浮动基准点光谱修正方法对光谱进行修正。用偏最小二乘法进行数据建模,模型中RMSEP和RMSEC分别为95.4225 mg/dL和85.5487 mg/dL,相关系数R为0.9889,并用所建模型预测糖浓度,评价系统的可用性。
　　通过对系统的评价数据可知,系统在开机两小时以后稳定性达到最佳状态,超过八小时以后系统漂移较大,选择性的分析特定时间段产生的数据对于今后无创血糖的研究有较为重要的意义。

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第一章 绪论

1.1无创血糖检测的意义

1.2无创血糖测量方法在国内外的发展现状

1.3当前存在的主要问题

1.4课题研究计划

第二章 浮动基准方法测量理论

2.1近红外光谱测量原理

2.2浮动基准位置理论基础

2.3浮动基准点存在的模型分析

2.4光纤探头设计

2.5本章小结

第三章 基于浮动基准点的近红外血糖检测系统设计

3.1光路系统的设计

3.2电路系统的设计

3.3本章小结

第四章 系统稳定性评价与离体实验研究

4.1光路标定

4.2电路系统稳定性评价

4.3离体实验研究

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢