应用于近红外无创血糖测量的浮动基准位置的基础研究

摘要

利用近红外光谱法进行人体血糖无创检测具有测量快速、无创伤、无痛等优点，对于治疗糖尿病以及提高糖尿病患者的生活质量具有重要的意义。但由于受到生理背景等因素变化的干扰，其测量精度尚无法达到临床应用的要求。浮动基准检测技术是解决背景干扰问题的有效方案之一。本文针对浮动基准检测技术中的关键因素--基准位置的特性进行了研究。 论文首先基于漫射传输方程，理论推导了对葡萄糖浓度变化不敏感的漫反射光的径向检测基准位置的存在条件，并计算得到不同波长下的基准位置曲线。进一步采用蒙特卡罗模拟算法，分别基于intralipid溶液和皮肤模型，模拟计算了样品在不同葡萄糖浓度和波长下的漫反射光径向空间分布规律，结果表明：存在葡萄糖测量的径向检测基准位置，且该基准距离的大小与波长相关。 基于Intralipid样品，模拟研究了光学参数变化对于基准位置的影响规律。背景样品的吸收系数、散射系数和各向异性因子分别改变时的模拟结果表明：基准位置与光源之间的径向距离随着散射系数的增大而减小，随着各向异性因子的增大而增大，但不随吸收系数的变化而改变。当固定μt的取值时，基准位置不随散射系数的变化而改变。当改变Intralipid母液浓度时，葡萄糖的基准位置随着Intralipid溶液的浓度增加而偏向光源方向。 构建漫反射光径向空间检测实验装置，利用2％intralipid溶液实验分析了漫反射光随葡萄糖浓度的变化规律。实验结果表明，在径向检测空间存在漫反射光对葡萄糖浓度变化不敏感的基准位置，且其特性与模拟结果一致。在上述研究的基础上，设计了可应用于浮动基准检测实验的光学测头，为下一步的研究提供了实验条件。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1人体血糖浓度无创伤检测的意义

1.2血糖浓度无创伤测量的方法概述及研究进展

1.3当前无创血糖检测存在的主要问题

1.4本论文的主要研究任务及结构安排

第二章浮动基准方法的测量理论

2.1近红外光谱测量原理

2.1.1近红外光谱的产生及光谱特征

2.1.2近红外光谱血糖检测的理论基础

2.1.3无创血糖检测的漫反射测量方法

2.2近红外光谱多元数据分析方法

2.2.1近红外光谱定量分析的基础模型

2.2.2数据分析方法

2.3浮动基准法的测量理论

2.4本章小结

第三章浮动基准点存在特性及模拟分析

3.1光在组织体中传播的数学模型

3.2浮动基准点存在条件的理论分析

3.3浮动基准点存在的模拟分析

3.3.1蒙特卡罗方法的基本思想

3.3.2模拟中光学参数的计算

3.3.3径向检测基准位置的存在特性

3.4本章小结

第四章光学参数对基准位置影响的研究

4.1光学参数对浮动基准点影响的理论分析

4.2光学参数对浮动基准点影响的模拟分析

4.2.1吸收系数对浮动基准位置的影响

4.2.2散射系数对浮动基准位置的影响

4.2.3各向异性因子对基准位置的影响

4.2.4△μa,△μs对基准位置的影响

4.2.5相互作用系数对基准位置的影响

4.3 intralipid母液浓度对基准位置的影响

4.4本章小结

第五章浮动基准方法的实验研究

5.1双光纤实验系统的实验研究

5.1.1实验系统的搭建及装置说明

5.1.2系统稳定性评价

5.1.3样品测量结果及分析

5.2多光纤实验系统的实验研究

5.2.1多光纤实验系统的搭建及装置说明

5.2.2多光纤系统稳定性评价

5.3应用基准位置特性的光学测头的设计

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1本论文的主要研究内容和结论

6.2今后的工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢