近红外无创血糖测量--浮动基准方法的基础及应用研究

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活体自身背景变化是目前影响无创血糖检测精度的重要干扰因素,浮动基准参考测量方法将有助于解决该问题,但尚处初步研究阶段,技术不成熟。针对该现状,本文以“理论推导”——“模拟分析”“实验验证”为主线,系统研究了基于浮动基准的参考测量方法。论文首先介绍了无创血糖检测的研究进展,分析了当前该领域的技术难题,其中如何解决测量背景变化的影响是关键。在离体葡萄糖测量实验中,采用扣背景的方法可取得好的效果,但活体测量时无法找到可替代的背景物质。本课题组提出的浮动基准参考测量方法可解决该问题。论文从位置浮动基准点和波长浮动基准点两个方向进行了研究,采用漫反射光相对于葡萄糖浓度变化的灵敏度推导了浮动基准方法的原理,根据Bolt7m|111n传输方程及其定态漫射方程在无限介质中的解析解,分析了位置浮动基准点和波长浮动基准点的存在条件。基于蒙特卡罗的模拟方法,论文研究了脂肪乳溶液中葡萄糖位置浮动基准点的存在特性,其在不同波长下的分布与理论计算结果近似一致;在三层皮肤模型中,分析了皮肤组织光学特性和组织结构特性对基准点的影响,为在体测量中光学测头的设计提供了理论依据。设计了用于离体浮动基准点验证的光纤测头,该测头可通过更换光阑而实现不同径向位置的漫反射光检测。基于声光可调谐滤光器的近红外光谱测量系统,首次实验验证了葡萄糖位置浮动基准点的存在,结果表明:在12()(】~16()(】nm波段,10%Intralipid溶液中位置浮动基准点距光源中心的距离为1 3.1 6mm。首次通过漫反射的测量方式研究了浑浊介质中葡萄糖的波长浮动基准点的存在特性,给出了脂肪乳溶液中波长浮动基准点的模拟结果。在此基础上,讨论了被测对象的光学特性对波长浮动基准点的影响。在三层皮肤模型中,得出了波长浮动基准点会随径向检测距离的增加和表皮层厚度的减小向短波长方向变化的结论。最后,论文研究了一种基于浮动基准点的数据处理方法,进行了葡萄糖离体建模实验,结果表明:该方法能够提高校正模型的稳定性和预测精度,与扣背景的方法相比,更有效地降低了由测量背景变化而产生的干扰因素的影响。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
第一章 绪论第8-17页
    1.1 人体血糖无创伤测量的意义第8-9页
    1.2 无创血糖测量的研究进展第9-10页
    1.3 近红外无创伤血糖测量的技术难题第10-11页
    1.4 本课题的研究目的和意义第11-15页
    1.5 本论文的主要研究内容及结构安排第15-17页
第二章 浮动基准方法的理论研究第17-37页
    2.1 浮动基准方法概述第17-24页
    2.2 皮肤特性及组织模拟液的选择第24-28页
    2.3 浮动基准点的理论分析结果第28-35页
    2.4 本章小结第35-37页
第三章 浮动基准点的蒙特卡罗模拟研究第37-58页
    3.1 蒙特卡罗模拟方法及光学参数设置第37-39页
    3.2 脂肪乳模型中浮动基准点的模拟研究第39-45页
    3.3 三层皮肤模型中浮动基准点的模拟研究第45-55页
    3.4 本章小结第55-58页
第四章 浮动基准点的离体实验研究第58-86页
    4.1 浮动基准点验证实验的光纤测头设计第58-67页
    4.2 基于AOTF的实验检测系统第67-73页
    4.3 浮动基准点的实验验证结果第73-76页
    4.4 浮动基准点影响因素的实验验证第76-81页
    4.5 散射介质中的温度基准点第81-84页
    4.6 本章小结第84-86页
第五章 基于浮动基准的光谱修正方法第86-101页
    5.1 近红外无创血糖检测中常用的化学计量学方法第86-89页
    5.2 基于位置浮动基准点的光谱修正方法第89-96页
    5.3 基于波长浮动基准点的光谱修正方法第96-99页
    5.4 本章小结第99-101页
第六章 总结与展望第101-105页
    6.1 本论文的主要研究内容及结论第101-103页
    6.2 本论文的主要创新点第103页
    6.3 下一步研究方案第103-105页
参考文献第105-113页
发表论文和科研情况说明第113-115页
致谢第115页
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