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《天津大学》 2007年
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有效提取近红外光谱中糖特异性信号的理论和实验研究

邓斌  
【摘要】: 近红外光谱人体血糖浓度无创检测技术已成为生物医学领域的一个热点话题,然而迄今为止,尚不能实现临床意义上的测量精度。目前,其面临的关键技术难题是如何在人体生理背景复杂变化的条件下,从近红外光谱中提取血糖浓度信号。基于此,本文进行了有效提取近红外光谱中葡萄糖特异性信号的理论和实验研究。 文中通过分析近红外光谱中葡萄糖信号的提取机理,提出了背景扣除法以及提高葡萄糖提取特异性的背景选择方法,即选择光谱稳定性较好且与样品具有近似吸光特性的物质作为背景光谱扣除可以有效提高糖浓度的建模预测精度。相应的离体验证实验结果表明:选用适当的背景物质后,二成分糖水样品、血浆样品和2%Intralipid样品的葡萄糖浓度测量精度分别提高了17%、25.9%和40%。将同样的背景选择方法应用于针对新西兰家兔的活体动物实验中。当采用实验起始阶段的基础值光谱作为背景时,得到的血糖浓度预测精度提高了58.26%。该结果对于人体无创血糖测量具有重要的借鉴意义。 本文随后进行了基准波长法提高葡萄糖浓度提取特异性的研究。根据葡萄糖分子对水分子的置换作用,论证了存在检测光强对葡萄糖浓度变化不敏感的基准波长。理论分析和实验结果都表明,波长1525nm为葡萄糖测量的基准波长。在该波长点下,吸光度值仅包含了仪器噪声和其他背景物质浓度变化带来的干扰,因而可用作葡萄糖浓度测量的内部基准。在此基础上,文中进一步推导了由测量光谱中提取葡萄糖特异信号的理论公式,并进行了非散射样品的验证实验。采用基准波长法处理后,白蛋白样品和血浆样品的葡萄糖浓度预测精度分别提高了50%和43.3%。结果表明,采用基准波长法进行数据处理,能够有效地消除背景干扰,提取到真实的葡萄糖浓度信息,从而提高测量精度。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TH776

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