血糖浓度无创监测的建模与预测

将近红外漫反射光谱技术应用到血糖无创监测中,实验使用傅里叶近红外光谱仪及其光纤附件采集志愿者指尖的近红外漫反射光谱。并对光谱进行平滑,基线校正和一次求导预处理,采用偏最小二乘法建立校正模型。采集漫反射光谱的同时抽适量的血样在分光计上标定血糖的实际值,并对校正模型计算值和实际标定值进行比较,结果表明个体建模的相关性很好,相关系数达到0.891以上,均方差小于0.122。     

无创人体血糖光学检测技术研究与展望

对糖尿病患者血糖浓度的频繁测定是控制病情的重要手段,但目前频繁采血的有创测量方法给患者带来了极大的痛苦和不便。本文对国内外无创血糖光学检测技术,尤其是近红外光谱检测技术的研究现状及存在的问题进行了综述,指出了无创血糖检测的技术难点和解决方案,并对未来的研究方向和发展趋势进行了展望。     

光学相干层析无创血糖检测中相关性分析及标定

在光学相干层析无创血糖检测中,由于人体皮肤各层组织物质分布并不均匀,且不同种类组织对于血糖变化的相关性也并不一致,因此如何正确地选择皮肤内部用于标定的组织相关区域,最大限度地排除来自皮肤其他层组织无关信号的干扰成为亟需解决的问题之一。通过研究皮肤内部不同深度区域的组织散射系数与血糖变化的相关性,提出一种相关性标定分析算法,利用此算法可以得到皮肤散射系数与血糖变化最相关的组织区域来进行标定,消减了背景噪声以及皮肤内与血糖无关组织层信号的干扰。此算法有利于提高血糖值的预测精度,对于光学相干层析无创血糖检测的研究具有一定的应用价值。     

基于Monte-Carlo模拟的光纤探头的设计以及探头在皮肤NADH荧光光谱测量中的应用

研发了一套血流介导皮肤荧光光谱(FMSF)检测系统,该系统可以非侵入性地检测人体皮肤内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)荧光光谱的动态变化;对该系统中的荧光探头进行了仿真设计,以提高NADH荧光的收集效率.首先构建人体7层皮肤结构模型,采用蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法模拟组织中光子的传输规律;然后探究了收集光纤的纤芯直径、激发光纤与收集光纤的近边缘距离、光纤探头与皮肤之间的距离等对荧光光谱检测的影响;最后根据模拟结果研制了一套光纤探头,并将其应用于皮肤NADH荧光光谱检测系统中.结果 表明:采用该系统结合闭塞后反应性充血可以在体检测NADH荧光光谱,光谱强度呈现一种明显的动态变化.与现有技术相比,基于FMSF技术的皮肤NADH检测方法具有测量速度快、无创等优势,为研究线粒体能量代谢及糖尿病等相关疾病提供了先进的技术手段.     

无创血氧饱和度实时监测系统的研究

本文采用创光谱技术分析光通过人体指尖组织的传输特性，提出了改进的无创在体监测血氧饱和度的数学模型。着重研究了血氧监测的关键技术问题和解决措施。在此基础上，研制了无创血氧饱和度监测系统，并且系统进行了在体测试，结果令人满意。     

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。     

基于近红外光谱法进行无创血糖仪的初步研究

糖尿病是一个威胁人类健康的重要疾病,针对此研究了一种根据朗伯一比耳定律使用近红外光的漫反射原理进行血糖浓度无创检测的方法。介绍了该血糖仪的检测原理,设计相关的传感器探头,接收电路,用所研制的血糖仪器进行临床实验,得到的相关系数和预测均方根误差在允许范围。实验证明近红外光法无创血糖检测技术是可行的。     

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。     

OCT无创检测技术的人体血糖平衡延迟时间研究

为了研究在人体血糖快速变化情况下,皮肤组织液糖浓度与血液(指血、静脉血)中血糖变化的延迟关系,采用光学相干层析技术,通过人体口服葡萄糖耐量测试和血糖钳夹实验,测量了随血糖变化的皮肤光衰减系数,并对人体血糖平衡延迟时间问题做了研究。为了避免由于延迟因素造成预测血糖值误差过大,选择700m ~800m以下皮肤深度的真皮网状层作为分析计算区域。结果表明,延迟时间一般随着皮肤区域深度的增加而缩短;在不同的皮肤深度区域,血糖平衡延迟时间存在一定的差异性。此研究有助于提高光学无创血糖检测的准确性和可靠性。     

基于蒙特卡罗无信息变量消除的烟气指标预测

使用近红外光谱(NIRS)分析方法对烟叶的CO、烟碱、焦油含量进行无损快速定量分析,可以提高分析方法的预测精度,消除无信息建模变量对模型稳定性的影响。在此以烟叶为研究对象,利用蒙特卡罗无信息变量消除方法(MC-UVE)对烟叶的近红外光谱进行了波段点的筛选,并利用筛选出的波段建立PLS校正模型。结果表明利用蒙特卡罗无信息变量消除方法可以有效选择建模变量,既克服了复杂样品各信息区间对PLS建模贡献率不一样的问题,又能提高模型的稳定性和多元校正的预测精度。     

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.     

光学多普勒无创血流测量技术的发展与现状

基于光学多普勒效应的无创血流测量技术具有实时性、无需介质、非侵入式等性质,在临床医疗等领域存在着极大价值与应用前景。目前光学无创血流测量技术主要有激光多普勒血流测量技术、光学相干层析多普勒成像技术和光声多普勒血流测量技术。对这3种技术进行了原理分析,简述了其研究现状,并对这些新型技术的未来和发展进行了展望。     

基于GS-SVM的脑组织差分路径因子定量方法研究

差分路径因子（Differential Pathlength Factor, DPF）是用于计算脑血氧生理参数的重要变量之一，可通过蒙特卡罗模拟计算得到，但此方法存在耗时长、提取参数复杂等缺点。针对以上不足，提出了一种DPF快速定量计算方法。首先对不同年龄段人群的脑组织光学参数与颅骨厚度进行归一化处理与主成分分析，采用支持向量机（Support Vector Machine, SVM）并结合网格寻优（Grid Search, GS）,建立了基于GS-SVM的脑组织差分路径因子的预测模型，对测试样本数据进行了回归预测，最后将所得结果与反向传播人工神经网络（Back Propagation Artificial Neural Network, BP-ANN）的预测结果进行了对比。结果表明，相较于蒙特卡罗模拟，GS-SVM预测模型与BP-ANN预测模型的均方误差（MSE）分别为0.0268与0.25,相关系数（R²）分别为0.97与0.92。基于GS-SVM的脑组织差分路径因子定量模型的预测结果优于BP-ANN,与蒙特卡罗模拟结果呈显著性相关（显著水平P<0.00...     

无创血糖测量的测量界面稳定性研究

构建了近红外光谱无创血糖测量系统,研究了活体无创血糖测量时测量界面稳定的影响,得出了测头与接触部位刚好完全接触时为最佳接触状态和测头与被测部位接触30s后为最佳测量时间的结论,保证了测量界面的稳定性。实验结果表明,用偏最小二乘(PLS)回归法建立校正集模型,预测均方根误差(RMSEP)分别为0．56mmol／L和0．50mmol／L。     

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。     

动态光谱法对提高近红外无创血液成份检测精度的理论分析

近红外光谱无创血液成分检测因测量方法具有优越性,已经成为生物医学领域的研究热点之一.但除血氧以外,目前还没有进入临床应用的报道,其原因在于个体差异和测量条件对检测精度的影响.研究了一种不同于传统的新检测方法-动态光谱法可使测量精度提高.先从检测原理出发,研究了传统的近红外无创血液成分测量过程中产生误差、造成测量精度较低的因素;再分析了动态光谱法对这些因素的抑制或克服.从理论上得到了动态光谱法可以大大提高血液成分无创检测精度的结论,为基于光谱法的无创血液成分检测的临床应用提供了条件.     

基于蒙特卡罗法硬膜血肿厚度计算的数值仿真研究

为实现对颅脑硬膜血肿的快速检测与评估,本研究基于近红外光谱技术(Near Infra-Red Spectroscopy,NIRS)与蒙特卡罗算法建立适用于正问题的5层颅脑组织进行仿真,采用控制变量法以10组血肿厚度模型的出射光子数量为基础,定义源-检测器灵敏度(Source-Detector Sensitivity,SDS)变量参数,构造基于幂律衰减模型和指数律衰减模型的正向函数矩阵.对正问题获取的数据进行数学模型重构即逆问题的实现,以6组血肿厚度进行逆向理论计算,对比参照值,血肿厚度小于0.7 cm,两种函数模型平均绝对误差均小于3.6%;血肿厚度为0.75 cm,幂律衰减模型平均绝对误差比指数律衰减模型小于4.3%,误差小于6.388 6%.结果显示该方法对准确判断是否含有血肿以及血肿厚度预测具有可行性,检测灵敏度与检测距离具有对数相关性,幂律衰减模型比指数律衰减模型预测平均值更接近参照值,构建效果更好.     

近红外光在柑橘内的传播与多功能光纤探测器设计

柑橘是我国总种植面积最大的水果，改进其品质筛选方法能够降低劳动成本并有效提升产业经济收益。本文利用蒙特卡罗法对柑橘的近红外光检测进行模拟仿真，根据柑橘三层结构建立了具有不同吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子的三层球形光学模型。同时，综合考虑光子入射轨迹、曲面边界对光子运动轨迹的影响以及收集的反馈信息，搭建了柑橘品质近红外检测的仿真系统，并设计了一种收发一体的多功能光纤探测器。结果表明，所设计的光纤探测器可以实现对果肉层光子的选择性探测，有效提高了柑橘内部品质信息的检测灵敏度。     

基于近红外光的无创血红蛋白含量检测系统设计

为了实现无创快捷的人体血红蛋白定量检测，为医生和病人带来方便，设计并实现了一套基于近红外光的无创血红蛋白含量检测系统，系统通过测量人体手指处的漫反射光谱，对血液中各物质浓度和光吸收度进行回归分析，从而定量检测血红蛋白含量，对实验对象的测量结果与标准值的相对误差在7％以下，实验结果说明该系统设计方案合理，能够用于人体血红蛋白含量的检测。     

基于STM32的无创血氧检测仪的研制

为了能够实时监测人体的血氧饱和度情况,研制了一种基于STM32F103RET6单片机的无创血氧检测仪。依据近红外光谱理论,设计了血氧饱和度检测传感器,根据传感器的高阻抗等特性,设计了恒流源控制电路、信号调理电路及可变增益放大电路。以STM32F103RET6为控制核心,对血氧传感器测得的信号进行了实时的处理和分析,并通过串口将结果发送至上位机以图形跟数字的方式予以显示。该系统能够在无创情况下实时地对人体的血氧饱和度进行检测,具有快速、可靠、实用等特点。