漫反射测量条件下葡萄糖基准波长的研究

摘要

利用近红外光谱进行血糖浓度无创伤检测时,光谱容易受到人体生理条件变化及外界干扰等影响,以基准波长处的光信号作为内部参考对光谱进行修正是一种较好的解决方案。本文研究了漫反射条件下葡萄糖基准波长的存在特性,以及利用基准波长进行光谱修正的效果。
　　 论文基于光在生物组织中的漫反射传输理论,对漫反射条件下基准波长的存在特性进行了理论推导。针对混浊介质,以intralipid溶液为研究对象,理论计算了漫反射条件下浓度为10％和20％的intralipid溶液中葡萄糖的基准波长,并采用蒙特卡罗方法进行模拟验证,将二者的结果与漫反射实验系统测量的结果进行对比,结果表明三者基本吻合,葡萄糖的基准波长点为1567nm和1556nm。研究了吸收系数、散射系数、温度以及径向检测距离对基准波长点的影响。结果表明,随着吸收系数的增大基准波长点向长波长方向移动；随着散射系数的增大,基准波长点向短波长方向移动；基准波长点基本不随温度的改变而改变；随着径向检测距离的增大,基准波长向长波长方向移动。
　　 分析了人体无创血糖检测中的干扰因素,采用基于基准波长的光谱修正理论对漫反射条件下葡萄糖浓度的预测效果进行了模拟分析和实验验证。以浓度为20％的intralipid溶液为例,测量其不同糖浓度下的漫反射光谱,分别采用未经修正的原始光谱、扣相邻背景后的光谱以及基准波长法修正后的光谱建立模型进行葡萄糖浓度预测。模拟和实验的结果表明,在漫反射条件下,应用基准波长法进行光谱修正后建模比采用原始数据建模的预测精度分别提高了56.51％和33.84％。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 人体无创血糖浓度检测的意义

1.2 人体无创血糖浓度检测的方法及研究进展

1.3 人体无创血糖浓度检测中存在的问题及解决方案

1.4 本论文的主要研究内容及结构安排

第二章 光在生物组织中的漫反射传输

2.1 光与生物组织的相互作用

2.2 生物组织中的主要光学参数

2.3 生物组织中光传播的蒙特卡罗模拟方法

2.4 光在生物组织中的漫反射传输

2.4.1 葡萄糖浓度变化对近红外光谱的影响分析

2.4.2 漫射方程的稳态解

2.4.3 漫反射条件下葡萄糖的基准波长的存在性

2.5 本章小结

第三章 基准波长点的存在性及其主要影响因素研究

3.1 组织模拟液中基准波长的理论计算

3.2 组织模拟液中基准波长的模拟验证

3.3 组织模拟液中基准波长的实验验证

3.4 基准波长的主要影响因素

3.4.1 吸收系数对基准波长的影响

3.4.2 散射系数对基准波长的影响

3.4.3 温度对基准波长的影响

3.4.4 径向检测距离对基准波长的影响

3.5 本章小结

第四章 基准波长用于光谱修正的研究

4.1 近红外无创血糖检测中的干扰因素

4.2 近红外光谱测量中光谱数据处理方法

4.3 基准波长光谱修正法

4.3.1 基准波长法光谱修正理论

4.3.2 基准波长光谱修正模拟分析

4.3.3 基准波长光谱修正效果实验验证

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本论文的主要研究工作总结

5.2 未来研究的展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢