近红外光谱法无创测量人体血红蛋白浓度的研究

摘要

血红蛋白含量是评价人群贫血患病率和铁营养状况的重要指标。一种方便有效的血红蛋白检测方法对于评价人体健康状况非常重要。现有的检测方法需要对患者采血，不仅麻烦，使用耗材的成本高，取血的疼痛更使大多数人不可能随时监测自身的血红蛋白水平。近红外光谱技术以其快速、低成本、无创、及绿色环保等显著优点，广泛应用于各个领域。用近红外光谱法无创测量人体血红蛋白浓度，是近红外光谱技术在临床分析领域的一个崭新应用。 本文针对不同年龄、不同职业、不同地域的情况，对我国人民的贫血状况进行了调研，并总结了当前国内外近红外无创测量血红蛋白浓度的研究现状。从医学的角度选食指屈侧第二关节处为测量部位。主要工作如下： 评价了HR2000光纤光谱仪检测系统的信噪比和稳定性。仪器充分预热后，透射测量水的CV值在2‰-6‰内，稳定性在1％内，反射测量的CV值达6‰-8‰；测量人体手指光谱的信噪比可达5‰-1％，同一人同天内测量稳定性在4％以内，不同天测量稳定性在5％内。 对不同浓度的17份血红蛋白单质水溶液进行建模，模型预测能力很好，RMSEP值为40.06mg/dL，相关系数R为0.998。 在无创测量人体之前，研究修正的Lambert-Beer定律，实现了HbO2、Hb的绝对量估算，提供比相对量检测更为有效的参数。研究了强散射介质中光的传输规律，经组织散射后所有光子的程长分布规律，以及所有光子穿透深度分布规律。并用MonteCarlo模拟出了PDPF因子与组织厚度之间的关系。 测量人体手指的漫反射光谱。在选定的两波长处(760nm，850nm)求得血红蛋白浓度的结果，比用光谱建立模型预测所得到的结果更接近真值。讨论血红蛋白浓度时需按性别分别对待。全部男性受试者(除去奇异点)的相对误差在7.39％以下，相关系数为0.954；全部女性受试者的相对误差在7.26％以下，相关系数为：0.969。

目录

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第一章绪论

1.1课题的背景及意义

1.2血红蛋白浓度的常用测量方法

1.2.1氰化高铁血红蛋白法

1.2.2Hemocue法

1.3近红外光谱技术的产生、发展与特点

1.4近红外无创测量血红蛋白含量的国内外研究现状

1.4.1近红外测量血红蛋白浓度的基础研究

1.4.2近红外测量血红蛋白浓度的现有产品

1.4.3无创测量血红蛋白当前面临的问题

1.5本论文的研究内容与成果

第二章血红蛋白概况与我国贫血状况

2.1血红蛋白的分子结构与功能

2.2血红蛋白浓度异常的临床意义

2.3我国人民的贫血状况

2.4小结

第三章光谱法测量原理及血红蛋白溶液的实验研究

3.1近红外光谱测量原理

3.1.1分子振动知识

3.1.2经典Lambert-Beer定律

3.2偏最小二乘法(PLS)与模型评价指标

3.3光谱仪测量系统

3.3.1光谱仪

3.3.2光谱仪操作软件

3.3.3测量系统

3.4血红蛋白溶液的实验研究

3.4.1仪器性能评价

3.4.2实验过程与结果

3.5小结

第四章无创测量的基本理论研究

4.1组织光学理论基础

4.1.1描述组织光学特性的主要参数

4.1.2人体部分组织的光学特性

4.1.3光在生物组织中迁移规律的Monte Carlo仿真

4.2皮肤的生理结构与测量部位的选择

4.3测量波长的选择

4.4小结

第五章近红外无创测量人体血红蛋白浓度的实验研究

5.1修正的Lambert-Beer定律

5.2用稳态空间分辨方法定量测量血红蛋白浓度绝对值

5.3仪器性能评价

5.4测量人体手指漫反射光谱

5.4.1测量系统设计

5.4.2测量对象

5.4.3测量真值的标准方法

5.5结果与分析

第六章工作总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢