基于吸收光谱技术的皮肤胆固醇无创检测系统研制

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皮肤胆固醇的升高与动脉粥样硬化性疾病患病风险的增加显著相关,可以作为检测这类疾病的新型生物标志物。研究皮肤胆固醇的检测方法和系统,可以实现对动脉粥样硬化性疾病的早期筛查,起到早期发现,及早治疗的作用。本文基于吸收光谱技术,设计了皮肤胆固醇无创检测系统,实现皮肤胆固醇的快速、无创检测。  皮肤胆固醇无创检测系统硬件部分以STM32微处理器为核心,根据测量需要设计了高精度数控可调LED恒流源,将光谱仪采集的光谱在特征波段内积分获得的光强,以光强作为反馈,控制LED恒流源的输出电流,保证LED光强的波动范围在±1%以内;本文通过控制微型光谱仪实现有色产物吸收光谱数据的自动采集、处理、存储;此外,系统中还集成了温度检测模块、WIFI数据上传模块、SD存储模块、电源模块、限位结构等功能模块。皮肤胆固醇无创检测系统软件部分以Labview平台为开发环境,实现了整个系统测量的流程控制,以及光谱数据的分析处理,利用朗伯-比尔定律,通过计算有色产物吸光度反演得到人体皮肤胆固醇含量。  在完成皮肤胆固醇无创检测系统的软、硬件设计后,本文设计了一系列实验对皮肤胆固醇无创检测系统性能进行验证。首先,通过连续测量LED的光强,验证了数控可调恒流源的动态和稳态性能均满足设计要求。其次,通过梯度浓度CuSO4溶液及离体猪皮皮肤胆固醇检测实验,验证了系统定量检测的准确性。实验结果表明检测系统可以区分不同皮肤胆固醇含量的皮肤组织,实现皮肤胆固醇快速无创检测。最后,为了评估检测系统在临床上的应用效果,分别测量了动脉粥样硬化性疾病人群、弗明汉评分高风险人群、正常对照人群(n=163)的皮肤胆固醇含量。结果显示,动脉粥样硬化性疾病患者和弗明汉评分高风险人群的皮肤胆固醇水平显著高于正常对照组(p1=0.006,p2=0.008)。综上,基于吸收光谱技术的皮肤胆固醇无创检测系统可以实现人体皮肤胆固醇的快速无创检测,将其应用于动脉粥样硬化疾病的风险评估中对实现这类疾病的防控具有重要意义。
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