动态光谱数据采集与处理及其分析

论文摘要

人体血液成分含量是评价人体健康状况的重要信息。为了改变目前广泛采用的血液成分有创测量方法,人们对具有较好应用前景的近红外光谱检测方法投入了大量精力。但测量条件和个体差异的存在是影响该方法走入临床的主要限制。动态光谱法的出现可望解决这一问题。本文首先从人体血液无创检测的研究现状出发,简要介绍了近红外血液成分无创检测研究成果以及可以消除个体差异和测量条件影响的动态光谱法,并在此基础上进行了数据采集实验研究和信号预处理的研究。本文的主要工作和创新点主要有:设计了一个动态光谱数据采集系统,初步取得了人体的动态光谱数据,并通过精心设计的实验及其得到的结果、初步验证了动态光谱理论;分析了动态光谱法噪声的来源及其频谱特性,并从能量的角度审视了动态光谱法的频域处理,提出在动态光谱法频域处理中利用谐波分量,并通过实验选取了合适的谐波分量、结果证明了可提高信号的信噪比;将独立分量分析引入动态光谱法,分析和确定了合适的优化判据以及算法,在有效降低噪声(提高信噪比)的同时提高了动态光谱的波长灵敏度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 血液成分的近红外检测方法及其现状
• 1.1.1 血液成分无创检测的意义
• 1.1.2 近红外血液成分无创检测的研究现状
• 1.1.3 基于光谱法血液无创分析的困难
• 1.2 动态光谱法
• 1.2.1 光电脉搏波产生原理和组成分析
• 1.2.2 动态光谱法原理
• 1.2.3 动态光谱法的频域处理
• 1.2.4 动态光谱法数据处理流程
• 1.3 课题的研究目的和意义
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 动态光谱数据采集系统与动态光谱法的实验验证
• 2.1 数据采集系统
• 2.1.1 光源介绍及其选择
• 2.1.2 透镜组及其装置
• 2.1.3 光电检测器件及其选择
• 2.1.4 动态光谱数据采集系统
• 2.2 动态光谱法的实验验证方法
• 2.2.1 实验数据来源和对照组的形成
• 2.2.2 实验数据的详细处理过程
• 2.3 结果和结论
• 2.3.1 不同个体之间的数据比较
• 2.3.2 同一个体不同部位的动态光谱比较
• 2.3.3 同一个体不同采样时间上的结果
• 2.4 小结
• 第三章 动态光谱法频域处理方法的改进
• 3.1 动态光谱数据的频域处理
• 3.1.1 动态光谱数据的频域处理方法
• 3.1.2 以往动态光谱法频域处理的优点和缺陷
• 3.2 频域数据处理的改进
• 3.2.1 时域和频域信号的关系
• 3.2.2 动态光谱法的噪声和干扰的可能来源及其频率特性
• 3.2.3 动态光谱法频域处理中谐波引入及其讨论
• 3.3 频域处理谐波次数的实验研究
• 3.3.1 实验研究的方法和步骤
• 3.3.2 实验结果
• 3.3.3 实验总结
• 3.4 小结
• 第四章 利用独立分量分析提高动态光谱法信噪比
• 4.1 动态光谱法噪声去除技术及其缺陷
• 4.2 独立分量分析算法介绍
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 ICA数据的预处理
• 4.2.3 几种常用的优化判据
• 4.3 独立分量分析算法过程和结果
• 4.3.1 实验数据来源
• 4.3.2 负熵判据和ICA叠代过程
• 4.3.3 ICA的结果
• 4.3.4 针对DS的ICA结果和叠加平均方法结果的比较
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢