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基于近红外三波长血糖检测系统的研制

肖君  
【摘要】: 近红外(Near Infrared, NIR)的波长范围是从0.7到2.5μm,利用近红外光谱法可以对特定的功能团进行定量的测量,如C-H,O-H,N-H,和C=O等原子团。采用近红外光谱分析样本浓度的研究工作主要集中在光学传感器设计与光谱数据处理方法上。近红外连续无创的血糖检测方法是将一束近红外光通过人体部分血管区域,从得到的光谱信息中提取相应的血糖浓度信息。其关键在于收集具有足够高信噪比的光谱信息以辨别微弱的葡萄糖吸收以及用复杂数据处理方法选择性提取葡萄糖浓度的相关信息。本文围绕光学传感器的设计和光谱数据处理方法两个方面展开研究。 根据近红外区域葡萄糖分子的吸收原理设计了一套基于近红外三波长的血糖浓度检测系统。系统主要由光源、斩波器、探头及锁定放大器组成。根据葡萄糖分子在倍频区域的吸收峰选定信号波长1610nm,然后以去除水分、血色素等干扰物质的影响为目的,选定两个参考波长分别为1200nm,1350nm。探头采用环-圆式的设计,环形的导光束增大了入射光的照射面积,提高了光源强度,为实验获得更高的信噪比提供了基础。为将散射背景的影响最小化,根据光子扩散传输方程求得理论最佳光源-探测器间距值3-5mm。 采用三种不同浓度间隔对浓度范围为0-500mg/dL的葡萄糖水溶液测量表明:浓度间隔为100mg/dL时,采用偏最小二乘方法建立预测模型,其相关系数为0.997,预测均方根误差为17.08mg/dL;浓度间隔为50mg/dL时,相关性稍差0.907,预测均方根误差为54.52mg/dL;浓度间隔为20mg/dL时,经剔除奇异点得到的结果为:相关系数0.959,预测均方根误差23.22mg/dL。


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