基于小波变换的噪声及背景同时去除方法在血糖近红外无创检测中的应用

对于血糖近红外无创检测.光谱信号中的各种噪声以及水分等物质的强吸收产生的背景信号,影响了光谱定量校正模型的预测精度.利用小波变换,可将光谱信号分解为多尺度的近似成分与细节成分,根据无用信息变量消除判据可判定代表背景信息的高尺度近似成分及代表噪声的低尺度细节系数,去除相应的成分即可同时去除光谱信号中的背景与噪声.本文将这种小波变换与无用信息变量消除判据相结合的预处理方法应用干人体血糖无创检测研究中,并分析了该方法对不确定因素较多的复杂光谱模型的适用性问题.实验结果表明应用小波变换结合无用信息变量消除判据的方法可以有效地同时去除血糖无创检测近红外光谱信号中的背景信息和噪声,提高光谱定量校正模型的预测精度,对于人体血糖无创检测具有重要应用价值.     

近红外光谱无创血糖检测中的生理背景问题

分析了目前直接利用携带复杂组织背景信息的人体近红外光谱进行无创血糖检测方法存在的技术障碍：作为主要信息载体的人体生理背景成分复杂、易变,导致测得的人体近红外光谱无法反映血液中血糖浓度的变化信息,因此,其检测精度很难达到临床应用的要求。提出一种新方法,即利用血流容积一直在变而人体组织背景和血液成分含量短时间不变的事实,消除人体组织背景干扰,获得只反映血液信息的＂纯净＂光谱,将近红外无创血糖检测技术的重点问题转移到如何得到具有较高信噪比的光谱数据,为该技术的临床应用提供了可能性。     

动态光谱和PLS在人体血液红细胞无创测量中的应用

首次利用动态光谱指端透射法进行了人体红细胞无创测量的研究.对28名健康志愿者进行了在体测量,选用偏最小二乘法(PLS)对获取的动态光谱数据和红细胞实测值进行建模分析,得到定标集和验证集的相关系数分别为0.9193和0.9058,验证集的相对误差最大为7.96%,平均相对误差为6.21%.结果表明,动态光谱法可以有效地克服个体差异等对光谱测量的影响,较准确地进行人体红细胞含量的测量,是一种比较好的血液成分无创测量方法.     

以血管壁动态信息为参数的血液脉动流模型的研究

在传统脉动流数学模型的基础上,应用计算机多道无创检测技术和血液流体动力学理论,采用多种传感方式,以血管壁的多种动态信息为参数,建立新型血液脉动流模型。可实时、动态、多参数的检测血管壁动态信息,为临床心血管疾病提供又一种新的辅助诊断手段。     

膝骨性关节炎的在体近红外光谱检测

根据关节软骨中水含量的变化,用近红外(NIR)光谱法在体无创检测膝骨性关节炎(KOA)。阐述了基于朗伯比尔定律的NIR光谱法检测KOA的原理。以6 month的成年家兔为实验对象,用Videman法获得KOA模型,多次采集正常兔膝和KOA兔膝的光谱,提取不同时间段所获得的光谱信息,计算得出了不同波长光强与828nm光强的比值,最后用线性拟合方法分析KOA兔膝的光谱信息。和正常膝关节相比,KOA膝关节的NIR吸收光谱增加,在983nm和995nm波长处变化明显。NIR光谱法在体无创检测KOA是可行的。本文的研究结果为NIR光谱法用于人KOA的临床检测提供了理论依据。     

三波长低血氧测量系统的研究与实现

利用近红外光谱技术的无创血氧测量得到了广泛应用。分析了传统的双波长光源测量低血氧的误差原因,采用三波长测量算法提高了测量精度。定标实验证明了文中选取的三波长光源的准确性。通过对系统性能的测试比较,得出该系统具有较高的准确度和较好的实时性。此系统在低血氧饱和度监护方面具有广泛的应用前景。     

血糖近红外定量分析方法研究

为解决传统有创检测血糖的问题,文中对近红外光谱无创血糖检测技术进行了研究。使用ABB公司的TALYS ASP531近红外光谱仪测得葡萄糖溶液的光谱,建模波段选取5 500~6 500 cm ^-1,使用偏最小二乘法建立光谱数据与对应浓度之间的校正模型。实验结果表明,校正模型的决定系数达到了0.983 99,校正均方根偏差为1.023 26 mmol·L ^-1,误差分布为-1.3~1.7 mmol·L ^-1,证明了近红外无创检测人体血糖浓度的可行性,为近红外血糖检测的研究提供了可靠的依据。     

基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测技术

皮肤胆固醇含量可以作为评价动脉粥样硬化的重要指标之一,现有的皮肤胆固醇含量检测主要基于实验室活检进行,缺少快速无创的检测技术和装备。针对以皮肤胆固醇含量为评价指标的动脉粥样硬化的早期快速筛查需求,本文提出了基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测方法,研发了一种皮肤胆固醇无创检测系统。为了提高测量的准确性和稳定性,该系统对温度引起的检测试剂荧光效率的波动进行了修正。本文结合气相色谱法对测量结果的准确性进行了验证,并通过检测正常人群和动脉粥样硬化高风险人群的皮肤胆固醇含量,明确了该系统的临床应用价值。本文的研究结果表明,462~520 nm波段内的平均荧光强度与温度的相关系数为-0.995(p<0.0001),可据此建立温度校准曲线对由温度差异引起的荧光波动进行修正。校正后,系统测量的皮肤胆固醇含量与气相色谱测量值的相关性显著,相关系数为0.905(p<0.0001)。在动脉粥样硬化高风险人群的筛查实验中,动脉粥样硬化高风险人群和正常人群的皮肤胆固醇检测结果具有显著差异(P=0.0004)。与现有技术相比,基于荧光光谱法的皮肤胆固醇检测技术具有测量快速无创等优势,为大规模开展动脉粥样硬化的早期风险筛查提供了先进技术手段。     

基于近红外光谱的舌诊疾病识别的研究

为了对中医舌诊的客观化研究,提出了应用近红外光谱分析技术快速无创的对健康人、冠心病、糖尿病和肝炎患者的不同人群的舌诊近红外光谱进行识别的新方法.首先对98个样本光谱数据进行归一化处理,用主成分分析(PCA)方法得出的累计贡献率达99.88%的前8个主成分作为广义回归神经网络(GRNN)的输入变量,建立了舌诊近红外光谱的识别模型.利用该模型分别选取了18个不同人群的近红外光谱数据共72个样本用于神经网络的训练,余下的26个用于预测,当光滑因子为5/8时预测的最大误差为0.17342,最小误差为0,获得了较理想的预测精度.实验结果表明用PCA和GRNN相结合的方法对舌诊近红外光谱与疾病之间建立了较好的关联,对加强中医舌诊的客观化起到了很好的促进作用,为疾病的诊断提供了一种新的方法.     

近红外光谱透射法测量废水化学需氧量(COD)的光程选择

在用近红外光谱法测量废水化学需氧量(COD)时,水是一个强干扰因素,如何选择合适的光程长以提高测量灵敏度,减少测量误差很重要.本文通过在傅里叶变换近红外光谱仪上用透射光谱法测量废水COD实验来讨论废水测量的光程选择.采集了60个养猪废水水样,分别用1mm、2mm、5mm和10mm的样品池作对比研究,用PLS回归建模,比较不同光程长对废水COD预测的效果,结果显示在800~1350nm谱区选用10mm的光程,在1350~2500nm谱区选用1mm或2mm的光程测量,使用双光程组合方法建模可以提高模型在800~2500nm谱区的预测性能.该光程组合方法对其它复杂组分的水溶液的近红外定量测量也具有一定的参考意义.     

正弦调制偏振光无创血糖检测的研究

常规的有创血糖检测方法有较多的局限性,光学无创血糖检测是糖尿病患者自我血糖评估的最佳方法,提出了一种偏振光无创血糖检测方法,将正弦调制偏振光通过血糖引起的微小偏振角的变化转化为电光调制器基频和倍频两个分量的变化,由相关原理高灵敏锁相放大器检测基频信号,控制法拉第线圈电流补偿血糖引起的偏转角变化,利用血糖浓度与法拉第线圈电流的线性关系,计算获得血糖浓度。以LX-20全自动生化分析仪测得的数据作为标准进行对比实验,葡萄糖溶液实验的相关系数为0.9952。研究表明偏振光无创血糖检测方法具有较高的检测灵敏度和准确度,为研制实用的新型无创血糖检测仪打下了基础。     

扩跳频测控系统中非相干测速技术的实现

扩跳频测控系统具备较强的链路抗干扰能力、信息抗截获能力,已成为下一代航天测控系统的主要技术体制。针对上下行链路载波频率不断跳变使得载波相位不再连续,从而影响测速精度等问题,提出了一种航天扩跳频测控系统中非相干测速的方法,并在此基础上研究了系统中各误差源引入的随机误差,以跟踪环路引入的测量误差作为重点,进行了深入的分析及定量计算。结果表明,扩跳频测控系统的测速误差主要来源于环路热噪声引入的测速误差,测速精度与相干测控体制的测速精度相当。     

血糖浓度荧光光谱检测研究

传统血糖检测需从患者静脉取血,给糖尿病人带来了极大的痛苦和经济负担,利用荧光测试技术进行血糖的无创检测研究.通过对不同葡萄糖浓度的全血、血清和不同浓度的红细胞溶液进行系列荧光光谱实验,结果表明全血在720～730 nm附近有明显荧光特征峰,其中720 nm附近特征峰由血细胞引起、730 nm附近特征峰是由糖份引起,且全血和血清中此位置处峰值强度均随血糖浓度变化而规律性变化.实验结果为进一步进行血糖荧光无创检测打下了基础.     

基于三维荧光光谱技术的多组分分析浓度校准方法研究

水体中污染物质在受到光激发时,不仅发出荧光,而且对荧光具有吸收作用,因此在应用荧光光谱定量分析水体多种污染成分时,导致分析结果不够准确.结合三维荧光光谱技术和PARAFAC算法,提出了一种用于多组分分析的非线性浓度校准模型,通过标样数据估计物质之间对荧光的吸收校准参数,应用于浓度反演中.实验结果表明,运用这种非线性的浓度校准模型可以改善多组分分析的性能,提高分析精度.     

基于脉搏波速法的动态血压测量系统设计

提出一种利用脉搏波传导速度法的血压测量方案。采用新型可穿戴式光电传感器分别采集人体左侧桡动脉和指端的脉搏波,摆脱传统袖带式的测量方式。通过分析脉搏波的波形,计算脉搏波传导速度,建立数学模型方程,对非侵入式的动态血压测量进行研究,并采用听诊法进行校准和误差分析,实现连续血压测量。实验结果表明,该系统测量方便,精度较高,与听诊法具有良好的一致性。     

On cracking direct‐sequence spread‐spectrum systems

Secure transmission of information over hostile wireless environments is desired by both military and civilian parties. Direct‐sequence spread‐spectrum (DS‐SS) is such a covert technique resistant to interference, interception, and multipath fading. Identifying spread‐spectrum signals or cracking DS‐SS systems by an unintended receiver (or eavesdropper) without a priori knowledge is a challenging problem. To address this problem, we first search for the start position of data symbols in the spread signal (for symbol synchronization); our method is based on maximizing the spectral norm of a sample covariance matrix, which achieves smaller estimation error than the existing method of maximizing the Frobenius norm. After synchronization, we remove a spread sequence by a cross‐correlation based method, and identify the spread sequence by a matched filter. The proposed identification method is less expensive and more accurate than the existing methods. We also propose a zigzag searching method to identify a generator polynomial that reduces memory requirement and is capable of correcting polarity errors existing in the previous methods. In addition, we analyze the bit error performance of our proposed method. The simulation results agree well with our analytical results, indicating the accuracy of our analysis in additive white Gaussian noise (AWGN) channel. By simulation, we also demonstrate the performance improvement of our proposed schemes over the existing methods. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于“2+1”相移算法的正交复合光三维测量方法

提出一种基于"2+1"相移算法的正交复合光栅投影三维测量方法。用2帧相移量相差为π/2的正弦光栅加1帧背景光代替传统正交复合光栅相位测量轮廓术(OCGPMP)中3帧等相移正弦光栅,并将受背景项调制的载波频谱放在受2帧正弦相移光栅调制的载波频谱中间,由于背景项只有直流分量对载波的调制,与相邻调制载波交流调制成分不会发生频谱混叠,从而拓展了两相移光栅的载波频谱宽度,有效减少了频谱混叠,降低了相位测量误差。计算机仿真和实验结果表明,该方法将测量精度提高到传统OCGPMP的1.74倍。     

基于欠采样的激光测距数字鉴相方法

欠采样方法为实现全数字化接收、降低激光测距系统复杂性提供了有效途径。针对传统欠采样数字同步解调法引入干扰大的缺点,为提高系统的测量精度,提出了欠采样频域谱分析鉴相法。方法基于Nyquist采样谱分析鉴相思想,通过对欠采样后搬移到低频的频谱成分进行分析获取相位信息实现鉴相,在抵抗干扰方面具有较好的性能。在加入信噪比40 dB、杂散频率、0.1 MHz频率偏移、2次谐波的综合影响因素后的仿真结果表明,在1 MHz测距速率下,欠采样谱分析鉴相法精度为0.13,调制频率80 MHz时测距精度为0.68 mm,优于传统的欠采样数字同步解调法。因此,欠采样谱分析法更适用于高速、高精度的数字化相位差测量,提出的实现方案具有实际意义。