核磁共振波谱法无创血糖测量的信号处理与算法优化

摘要

糖尿病是由于遗传因素、免疫功能紊乱、微生物感染、自由基毒素、精神因素等各种致病因子作用于机体导致胰岛素分泌缺陷或胰岛素抵抗而产生的一种激素分泌障碍性疾病。糖尿病患者的一个主要治疗手段就是实时的对病患自身血糖水平进行监测。目前大多数糖尿病人都是利用有创的血糖检测手段来检测自身的血糖，这种方法有很多不利之处，如容易使病患因为痛感产生抵触情绪，容易造成伤口的感染等。因此，许多科研机构提出自己的无创血糖检测方法，就目前的研究状况来看，利用红外光谱进行无创血糖检测是一个使用比较成熟的技术。
　　本文提出了一种无创血糖检测的新方法即基于质子系统核磁共振的无创血糖检测，文章首先概括介绍了磁共振的原理及利用磁共振技术对物质定量测量的方法。之后对核磁共振的磁场、射频收发线圈、控制电路等做了详细的介绍并给出了实际设计的磁共振仪器装置的图片。最后对核磁共振信号的实时采集及信号的处理和频谱分析做了详细的说明和重要的推导并得出了频谱分析的结果。
　　文章中的实时采集系统是基于MATLAB将示波器与计算机连接通讯而实现的，在此系统中利用示波器的高采样率将其作为信号的采集与模数转换模块并直接与计算机连接。因为本研究项目尚处在可行性研究阶段，所以本文利用MATLAB对磁共振自由衰减信号进行了仿真分析，并添加了实际试验中出现的噪声，设计了相应的滤波程序对其进行处理。信号频谱分析的显示结果表明核磁共振方法能够比较清晰地显示出不同比例葡萄糖与水溶液的谱线区别，也就证明了利用核磁共振方法对人体血糖进行无创检测的方法是可行的。在文章的最后，本文详细说明了目前研究成果的不足之处和未来研究的方向，并提出了对于该项目继续深入发展的建议。

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第一章 绪论

1.1 课题的背景及主要意义

1.2 无创血糖测量技术的发展与现状

1.3 核磁共振方法无创血糖测量的研究

1.4 总结与本论文的章节安排

第二章 核磁共振技术的理论基础

2.1 核磁共振的基础知识

2.2 自由衰减信号

2.3 磁共振信号谱线与化学位移

2.4 核磁共振共振方法的定量分析简介

第三章 NMR无创血糖测量的硬件电路与磁场设计概述

3.1 磁共振法无创血糖测量仪的整体思路

3.2 钕铁硼永磁型磁体系统的设计与实现

3.3 射频收发线圈的设计

第四章 信号数据实时处理平台设计

4.1 MATLAB处理平台的概述

4.2 MATLAB信号处理平台的原理

4.3 MATLAB信号实时处理平台的程序及处理结果

第五章 自由感应衰减信号的仿真与噪声处理

5.1 MATLAB数据分析的概述

5.2 自由衰减信号的理论模型计算与建立

5.3 人体血糖检测模型的建立

5.4 自由感应衰减信号基于MATLAB的仿真实现

5.5 FID仿真信号的噪声处理

5.6 FID信号的频率谱分析

5.7 实验结果的分析与讨论

第六章 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果