无创血糖近红外光谱信号检测与处理技术研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:liongliong574
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目前,糖尿病在全球的发病率显著增加,已经成为世界最严重的公共卫生问题之一。糖尿病治疗时需要频繁采集血样以监测血糖浓度变化,给患者带来了生理和心理上的痛苦,增加了感染的风险。无创血糖检测具有无创、环保、快速等优点,能有效缓解患者血糖检测过程中的痛苦,并可以连续测量,是血糖检测的发展趋势。在血糖的无创检测技术中,近红外光谱分析技术具有便捷、低成本、分析快速等优点,是目前人体无创检测领域研究应用最为广泛和成熟的一种方法,具有良好的潜力和发展前景。本文研究无创血糖近红外光谱信号的检测与处理技术,设计了一套基于近红外光谱法的无创血糖检测系统,采用不同波长进行实验,基于偏最小二乘回归法建立了血糖校正模型,优选出最佳测量波长。论文的主要工作和成果如下:1、研究了近红外光谱分析技术的理论基础,通过分析水和葡萄糖的近红外吸收光谱,和血液中主要成分的近红外吸收峰,得到合适的检测波长范围为1500nm~1700nm;通过分析近红外光照射到人体皮肤后的传播模型,选择手指作为检测位置。2、研究了无创血糖检测的近红外光谱定量分析方法和校正模型的建立流程。分析了多元线性回归法、主成分回归法、偏最小二乘回归法等多元回归建模方法,选择偏最小二乘回归法作为本课题的建模算法。3、设计了基于近红外光谱法的无创血糖检测系统。系统包括可调谐激光器、光纤探针、光电探测器、数据采集与处理等模块。该系统能够选择不同波长的近红外光,同时,引入血压、心率等参数降低个体因素对系统的影响。4、建立了血糖校正模型。分别采用1530nm、1550nm、1570nm、1590nm、1610nm多个波长进行实验,对光谱数据、血压值、心率值与血糖浓度之间进行回归建模,得到不同波长下的血糖校正模型,通过分析比较各模型的性能,最终得到1610nm是较为理想的测量波长,对应的血糖校正模型的相关系数为0.8460,校正均方根误差为0.5476mmol/L,预测均方根误差为0.5557 mmol/L,能够较好地对血糖浓度进行预测。
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