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近红外光谱无创血糖检测技术是具有重大现实意义的全球性焦点课题.然而迄今为止,尚不能实现临床应用所要求的测量精度。目前面临的核心技术难题在于人体生理背景变化复杂,难以从中有效提取微弱的血糖浓度信息。本文进行了葡萄糖检测径向基准位置的研究,以基准位置处的信息作为内部基准来消除人体生理背景变化的干扰,从而增强血糖信号拾取的特异性。
根据Boltzmann传输方程的在无限边界条件下漫反射定态近似解析解,从理论上推导了基准位置的存在条件。根据得到的基准位置的理论公式,可以看到基准位置是由三个方面所决定:光源波长、背景介质的光学特性,以及葡萄糖自身对背景介质光学特性的影响。
本文通过模拟计算研究了基准位置与波长、背景介质及葡萄糖浓度之间的关系。建立了无限边界条件模型和三层皮肤模型,并使用蒙特卡罗方法对光子在不同模型中的传输进行模拟计算,分析在不同模型中和不同波长下基准位置的存在特性。研究表明:基准位置存在着波长特性,基准位置存在的波段为1000~1350nm和1480~1550nm;此外,当背景介质特性变化、葡萄糖浓度变化、皮肤厚度变化的情况下,基准位置不会发生很大的偏移,这为基准位置应用于无创血糖在体测量提供了一个可靠的稳定的基础。
本文利用搭建的双光纤空间分辨实验台,测量Intralipid模拟溶液中不同径向距离位置的漫反射光强,计算葡萄糖浓度变化后漫反射光强的变化,从而确定基准位置并验证基准位置的各种存在特性。在1064nm波长下,20%Intralipid溶液的基准位置位于2.7mm左右。根据实验可以看到,当背景溶液变化幅度不大,葡萄糖浓度变化幅度不大的情况下,基准位置变动不大,在±0.2mm的范围之内。但是对于波长的变化,基准位置会有较大的变动,在1550nm波长下20%Intralipid溶液的基准位置为1.3mm。
本文建立了一种新的基于基准位置的数据处理方法,它可以清晰的分辨不同测量时间、不同背景溶液下的葡萄糖浓度。可以预见,将该技术应用于人体血糖无创检测,将能有效地减小人体生理特性易变的关键难题。