基于近红外光学原理的血糖无创检测装置研究

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基于近红外光谱的无创血糖检测,由于其低检测成本、对人体无害、环保可持续,已逐渐成为无创血糖检测主流方法之一,但是近红外光谱无创血糖检测技术目前难以运用到实际,从装置实现角度而言,存在以下问题:一是人体血糖信号微弱,且血液中其他成分与葡萄糖吸收谱带重叠;二是测量条件改变产生的背景噪声往往大于血糖浓度引起的光谱响应。为解决上述问题,本文在实验室前期研究的基础上研究实现了一种基于近红外光学原理的血糖无创检测装置,主要研究了以下内容:(1)针对血糖信号微弱且血液成分吸收的重叠性问题,在进一步研究近红外血糖无创检测组织光学原理的基础上,将前期的双检测波长、单光电接收器(Photodetector,PD)方式改进为四检测波长、双PD的传感模块检测形态;选取食指指尖作为检测区域并结合食指指尖的面积范围确定了传感模块的设计面积;最后根据人体手指组织构成及其厚度关系,确定光源和光电接收器之间的距离及排列方式,完成血糖无创检测的传感模块设计。(2)在进一步研究血糖近红外光谱无创测量影响因素的基础上,考虑温度、人体检测部位接触压力等因素对血糖近红外光谱检测结果的影响,基于人机工学原理,对血糖无创检测传感模块进行了深入研究,从而稳定血糖近红外光谱检测条件,保证不同次血糖近红外光谱检测环境的一致性,提升血糖近红外光谱检测质量,为血糖无创检测模型预测精度的提升创造条件。(3)深入分析检测装置功能实现需求,搭建了以MSP430F5359为控制核心的装置硬件电路,实现了与血液中葡萄糖浓度相关的微弱近红外光漫反射信号的拾取及调理,并搭配数据存储、传输及清除功能;基于IAR Embedded Workbench嵌入式开发平台,实现了基于MSP430F5359微控制器的近红外光血糖无创检测功能的嵌入式软件开发。基于本文研究实现的基于近红外光学原理的血糖无创检测装置可以较好地控制并稳定外部检测条件,保证血糖近红外光谱信号的可靠、稳定检测;同时通过基于血液成分组织光学研究的多波长近红外光学信息的组合应用,可以更有效地提取出与血糖相关的近红外光谱信息。上述研究为课题组基于近红外光谱信息的无创血糖预测模型精度的提升创造了条件,有助于血糖无创检测功能的最终实现。
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