近红外无创血糖测量——基于P3和漫射近似的浮动基准点的理论研究

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近红外光谱无创血糖检测技术是至今尚未实现临床应用的国际前沿课题,主要是受到复杂多变的人体环境和外界干扰等影响,导致血糖浓度的测量无法达到要求,针对这个问题本课题组提出了浮动基准方法。本论文围绕浮动基准方法展开,从理论、模拟、实验三方面对浮动基准点的存在性进行研究,并且分析了漫射近似和P3近似的理论模型的适用性,用于浮动基准点的计算。   本文首先介绍了光在生物组织中的传输模型,并且分析了基于光纤接收和光纤发射的蒙特卡洛模拟。在Mie散射理论的基础上,开发了Mie散射程序,计算组织光学参数,研究葡萄糖浓度对光学参数的影响。   基于漫射近似和P3近似,建立了单点源半无限外推边界的漫反射率对葡萄糖灵敏度的表达式。通过漫反射率对光学参数的灵敏度的分析,结合葡萄糖浓度对光学参数的影响,得出了吸收系数和约化散射系数的灵敏度在总的灵敏度中占主导地位,验证了浮动基准位置理论上的存在性,并给出了一定的变化规律。   本文以intralipid溶液为样品,研究浮动基准点的存在性,以及理论模型的适用性。理论和模拟的结果表明,浮动基准点存在,在散射系数比较大的情况下,漫射近似和P3近似的结果跟模拟比较接近。并且当约化反照率a>0.93的时候,漫射近似比P3近似更接近于模拟得到的浮动基准点的结果,当约化反照率0.93>a>0.3的时候,P3近似比漫射近似更接近于模拟结果。搭建了双光纤径向检测的实验系统,1313nm波长的实验结果验证了浮动基准位置点确实存在,并且不随着葡萄糖浓度的改变而改变。比较发现,基于光纤接收和光纤发射的蒙特卡洛模拟比MCML模拟更加接近实验结果,P3近似比漫射近似更接近模拟和实验结果。根据漫反射光强的变化(Iglu/Inet)随着径向距离呈直线分布的规律,我们找到了一种大间距测量直线拟合的寻找浮动基准位置的方法。
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