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近红外无创血糖检测中有效信号的提取方法研究

王姣  
【摘要】:近红外光谱的相对测量对实现人体血糖浓度的在体高精度检测具有重要意义。差动浮动基准方法是一种具有普适性的参考测量方法,但在实际应用中面临着难以确定径向检测位置以及难以从差动检测信号中提取有效成分信息等困难。基于此,本文提出了基于NAS(Net Analyte Signal)-VIP(Variable Importance in Projection)-SPXY(Sample set Partitioning based on joint X-Y distances)-PLS(Partial Least Square)的差动浮动基准参考测量方法,并通过蒙特卡罗模拟、离体及人体实验对其可行性进行了系统研究。首先,以三层皮肤模型为研究对象开展了蒙特卡罗模拟研究。先根据葡萄糖和干扰(如光源漂移)导致的漫反射光强变化在径向上的分布特征,确定了差动检测光纤的内外环分别距离中心光源0.6 mm和2.5 mm。其中,内环对糖变化具有较高灵敏度,可用于有用信号的测量,而外环对糖变化不敏感且包含测量中的所有噪声,可作为基准构建噪声子空间来提取内环信号的葡萄糖NAS;再分别采用VIP和SPXY法进行波长和校正集的优选;最后建立NAS与葡萄糖之间的PLS模型。结果表明:与未优选前相比,波长维数下降54.09%,模型的RMSEC和RMSEP分别降低了18.52%和20.42%,相关系数也有所提高。其次,以3%Intralipid溶液为研究对象开展了离体实验。以外环处的光谱信号构建噪声子空间提取葡萄糖NAS,分析了光源漂移对葡萄糖NAS的影响,并建立葡萄糖的NAS-VIP-SPXY-PLS模型。结果表明:与未优选前相比,波长维数下降60.98%,模型的RMSEC和RMSEP分别降低了39.37%和42.25%。最后,以6名健康志愿者为研究对象开展了OGTT实验,建立血糖浓度的NAS-VIP-SPXY-PLS模型。结果表明:与未优选前相比,波长维数下降了42%以上,个体模型的预测误差有不同程度的降低,平均RMSEP为0.545 mmol/L,Clarke Error Grid分析预测值均落在了A区。


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