人体无创血糖检测技术

无创血糖检测技术具有无疼痛、无感染、测量简单、测量速度快等优点,能有效地满足糖尿病人实时、频繁监测血糖浓度的需要,是血糖检测技术发展的方向.本文介绍了人体无创血糖检测各种技术的原理、特点及研究进展.指出近红外无创血糖检测是最有前景的无创血糖检测方法之一,是无创检测技术研究的热点.     

人体无创血糖检测的发展与现状

随着糖尿病的发病率逐年增高,为避免传统有创血糖监测血糖的痛苦,无创血糖监测已经越来越引起人们的重视。无创血糖检测技术就是在不对人体造成伤害的条件下检测人体血糖的方法。该方法可以避免传统试纸测试带来的痛苦,降低检测成本,提高病人测量的依从性,既能增加血糖检测的频率又能获得血糖的动态变化趋势,从而降低了患者糖尿病并发症的发生,同时可以避免针刺可能带来的感染,对于糖尿病人的自我监测具有非常重要的意义。详细介绍了当前各种无创血糖检测技术的原理,分析了各种技术的优缺点,并提供了国内外无创血糖仪的最新成果,还介绍了本人所在课题组所研发的基于代谢守恒原理的无创血糖监测产品。     

血糖无创检测光纤探测器设计

应用蒙特卡罗方法模拟了三层皮肤组织中光的传输和分布情况，模拟结果得出光经过皮肤组织漫反射后的出射位置分布和出射角度分布情况；根据此模拟结果，分析和设计了一种具有特殊结构的血糖无创检测光纤探测器，此探测器在表皮和收集光纤之间设置了一组反射镜面，大部分光经镜面反射后被收集光纤收集。此设计弥补了光纤数值孔径对探测器收集效率的限制。     

近红外无创血糖测量的研究

本文分析了光在手掌组织中的传播特性 ,以及经皮近红外无创血糖浓度测量原理。基于AOTF (声光可调谐滤波器 )分光系统 ,构建了近红外经皮无创血糖检测系统 ,并利用该系统对 3名健康青年志愿者进行OGTT (口服葡萄糖耐量试验 )实验 ,得到较好的测量结果。三次实验中PLS (偏最小二乘 )校正集模型的RMSEP (预测均方根误差 )分别为 0 6 9mmol/L、 0 4 9mmol. /L、 0 5 4mmol/L。     

一种多信息融合无创血糖检测数据处理方法研究

以生物特征检测技术为基础,基于已经构建的无创血糖检测系统进行血糖检测数据分析。以光电检测技术为主,结合其他人体特征信息检测,对人体进行无创血糖测试得到大量数据,建立数学模型并利用算法来计算血糖浓度。与一种常用有创血糖仪检测数据进行对比,有创与无创检测结果的相关系数达到了85.4%,为多信息融合无创血糖检测系统提供了一种有效的数据处理方法。     

近红外光谱无创血糖测量的极限检测浓度研究

检测极限浓度综合了光子传输的微观过程信息、漫反射光的统计性质和仪器设备的系统性能,降低检测极限浓度是无创伤血糖浓度测量的目标所在。通过分析血糖浓度变化对光学参数的两种作用及其对光传播的影响,针对皮肤中葡萄糖主要分布真皮层的特点,引入有效信噪比的概念,推导了血糖检测极限浓度与光源检测器之间距离、有效仪器信噪比之间的关系。针对不同个体在表皮和真皮厚度的差异,用蒙特卡洛方法研究了其对检测极限浓度的影响,讨论了光学测头设计的方案和适应性。结果表明,通过选择合适的光源检测器之间距离,来自真皮层的有效信号能超过50%;假定仪器信噪比为10000,可获得满足FDA要求的血糖检测极限浓度。     

基于太赫兹衰减全反射光谱法的无创血糖检测研究

结合太赫兹时域光谱系统,利用棱镜衰减全反射技术,设计了一种太赫兹衰减全反射光谱法的无创血糖检测系统。借助德拜模型分析了皮肤中含水量变化会影响皮肤在太赫兹波段的弛豫作用,得到皮肤复折射率与皮肤含水量的关系,利用菲涅耳公式给出了计算皮肤复折射率实部和虚部的方法。将太赫兹光谱法测得的人体大拇指皮肤复折射率的实部与虚部,与口服葡萄糖耐量试验实际测得的人体血糖浓度进行对比,得到了人体手指皮肤的太赫兹反射谱以及复折射率与人体血糖浓度成正相关的关系,为太赫兹应用于无创血糖浓度检测提供了参考。     

基于多信息融合的无创血糖检测系统设计

为了解决糖尿病人血糖检测的有创问题,以生物特征检测技术为基础,设计了一种近红外透射光谱法的多信息融合无创血糖检测系统,并测试了系统性能。通过建立数学模型对该系统实测的数据进行处理,得到人体的血糖值。试验结果表明,本系统与传统血糖仪检测结果的相关系数达到了0.854 2。同时该系统可以对人体血糖变化趋势进行记录,为连续监测血糖值提供了新方法。     

基于光声光谱法的无创血糖检测原理研究

利用光声光谱法无创血糖检测原理,以葡萄糖粉末和葡萄糖水溶液为样品、用调制激光作为信号激发源进行试验研究。可得到各个调制频率对应的光声信号幅值,进而得到光声信号幅值大小和调制频率的关系,最终找到葡萄糖粉末对应的最佳调制频率。在最佳调制频率下,测试葡萄糖水溶液,得到声信号随葡萄糖浓度增加的变化关系。实验不但找到葡萄糖对应的最佳调制频率,而且得到光声信号随葡萄糖浓度增加的线性关系,验证了光声光谱法在无创血糖检测中的可行性,为光声光谱法应用于无创血糖检测提供了一定参考价值。     

基于逆向蒙特卡洛法的溶液葡萄糖浓度低相干测量

提出了基于蒙特卡洛逆运算的葡萄糖含量低相干干涉测量方法,理论研究了葡萄糖含量与光学参数的相关性.通过正向蒙特卡洛数值模拟说明了从干涉曲线中同时求解散射系数和吸收系数的条件和可行性.以脂肪乳悬混溶液Intralipid作为实验对象,研究了糖浓度变化对深度相关干涉信号的影响.利用低相干干涉测量系统配合逆向蒙特卡洛计算提取了散射和吸收系数,进而通过散射和吸收系数的变化量间接获得了溶液葡萄糖含量.对实验结果与双积分球测量结果进行了比较验证,并对存在的系统误差进行了修正.实验结果显示,在加入修正值后,测量的散射和吸收系数的最大相对误差分别为2.52％和3.11％.研究结果表明,葡萄糖含量与散射系数和干涉曲线存在高度相关性,在非前向散射条件下,可以同时测量吸收和散射系数.经过校准后的测量结果满足了实际要求.     

用于无创血糖检测的光声池设计与研究

基于光声光谱的无创血糖监测方法具有灵敏度高、特异性好等突出优势,其光声池发挥着至关重要的作用,主要表现在如何提供一个优越的光声转换环境和增强光声信号的作用。现主要以RG理论为基础,分别对两种光声池进行设计和研究,给出光声池的设计方法及其结构参数计算过程,并通过具体实验来检验光声池结构参数设计的正确性、实用性和可行性。这两种光声池一种是非共振双腔差分光声池,适用于固体检测;另一种是非共振单腔光声池,适用于固液体样品检测。     

基于传热正反模型的动态测温方法研究

为减少热惯性温度传感器的动态测温误差,提出了基于传热模型和反演算法的动态测温方法,其实质是将求解被测对象的真实温度转化为一个优化问题.该方法首先建立温度传感器非线性非定常瞬态传热正模型和有限元求解方程,并进行实验验证.在此基础上,推导了瞬态传热一阶敏度计算公式,建立了温度传感器的非稳态反演传热模型,结合快速反演算法,反求作为边界条件的被测对象真实温度.将所提出的动态测温方法应用于具有内外两层套管、传热过程复杂的复合温度传感器.实验和仿真结果均表明,正向模型的仿真值与测量值相比最大误差小于5℃,反演求解的被测对象真实温度误差不超过1％,热响应时间由548 s缩短到106s.应用实例分析结果表明,所提出的动态测温方法具有较高的准确性和快速性.     

Cutting heat dissipation in high-speed machining of carbon steel based on the calorimetric method

The cutting heat dissipation in chips, workpiece, tool and surroundings during the high-speed machining of carbon steel is quantitatively investigated based on the calorimetric method. Water is used as the medium to absorb the cutting heat; a self-designed container suitable for the high-speed lathe is used to collect the chips, and two other containers are adopted to absorb the cutting heat dissipated in the workpiece and tool, respectively. The temperature variations of the water, chips, workpiece, tool and surroundings during the closed high-speed machining are then measured. Thus, the cutting heat dissipated in each component of the cutting system, total cutting heat and heat flux are calculated. Moreover, the power resulting from the main cutting force is obtained according to the measured cutting force and predetermined cutting speed. The accuracy of cutting heat measurement by the calorimetric method is finally evaluated by comparing the total cutting heat flux with the power resulting from the main cutting force. __________ Translated from Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2006, 34(11): 1–4 [译自: 华南理工大学学报(自然科学版)]     

基于延迟链的频率测量方法

提出了一种基于延迟链技术的频率测量新方法.利用被测频率产生计数闸门,利用延迟链产生均匀延迟的多路参考频率信号,在同一闸门下对其计数,以其平均数作为参考频率计数值,降低了±1计数误差,对其进行误差分析表明其频率测量精度决定于延迟单元延时及其误差.实际测量数据表明在参考频率为200 MHz,对延迟单元延时标定为0.5 ns时其频率测量精度同比多周期同步法提高8倍.相比模拟内差法、时间-电压变换法和游标法等,该方法实现简单、成本低廉,具有良好的实用性.     

光电容积脉搏波无创测量人体血液成分的评估

为了评估光电容积脉搏波法在人体血液主要成分检测方面的精度水平,基于朗伯比尔定律及简化的光电容积脉搏波法测量模型,给出了物质成分测量的极限分辨浓度公式。对公式中的三个要素,即人体测量时的光强信噪比、光程、被测物质的摩尔消光系数进行了评估,获得了理论上光电脉搏波法对血红蛋白、白蛋白、血糖的极限分辨浓度。评估结果表明,光电容积脉搏波法可以测量的血红蛋白、白蛋白和血糖的极限分辨浓度水平分别约为100mg/dL,5000mg/dL以及10 000mg/dL。将该评价结果与现阶段临床需要的检测精度进行对比,可知光电容积脉搏波法能够满足需求,有望实现对血红蛋白的无创检测。     

A new method for heat measurement during high speed machining

The cutting temperature and temperature distribution along the rake face of cutting tool and work piece is an essential factor in study of machining processes due to its effect on surface quality, tool life, tolerances, metallurgical behavior and chip-removing rate. Several methods have been introduced to measure temperature during machining, such as the thermocouple technique, infrared camera and metallurgical methods. Each of these methods has some advantages and limitations. In this article, an infrared high-speed sensor with specially designed software has been used to measure the transferred heat to the work piece during high speed machining (HSM) of bronze alloys. The results revealed that this system enhances accuracy and reduces the number of tests required.     

Ultrasonic tomography based temperature distribution measurement method

The temperature distribution information plays an important role in industrial applications. Owing to the advantages such as non-intrusive sensing and low cost, the ultrasonic tomography (UT) is considered to be a promising method for temperature field visualization. The ultrasonic time-of-flight (TOF) measurement and the reconstruction algorithm are crucial for practical applications of the UT measurement. In this paper, a dual-threshold measurement method is proposed to ensure a high-quality TOF measurement. In view of the inaccurate nature of the reconstruction model and TOF data, a new reconstruction method that integrates the advantages of the Tikhonov regularization method and the least squares support vector machine (LSSVM) is proposed to improve the reconstruction quality. The experimental results were compared against thermocouple measurements and the results show that the temperature distribution can be reconstructed with the error of 1.3%, which validates the feasibility and effectiveness of the proposed Tikhonov-LSSVM reconstruction algorithm.