血糖浓度变化的近红外光谱测量与分析

论文摘要

静脉抽血检测血糖浓度是目前有效的糖尿病检测方法,但因其疼痛、不方便和试纸昂贵使得不利于病人的自我检测,更不适用于血糖的连续监测。近红外光谱法是当前最具应用前景的血糖光学检测法,但是由于葡萄糖信号微弱、近红外谱严重重叠、个体差异等原因使得近红外血糖测量需要解决葡萄糖吸收特异性确定、测量部位选择、模型建立校准等问题。本文主要从离体实验测量和分析血糖浓度变化的近红外光谱吸收规律,映证血糖浓度与吸收强度的相关性。首先测量人体血液样品的近红外吸收光谱,分析血液的吸收特性,证实水的吸收峰,通过对水的吸光度分析计算表明血浆中水的吸收远远大于血细胞中水的吸收,血细胞在近红外倍频区无选择性吸收。其次在此基础上构建血糖模型,分析血糖浓度变化的吸收光谱表征。实验结果映证随着血糖浓度增加,葡萄糖吸收峰（1732nm、2168nm）处吸收强度逐渐增强;水吸收峰（1452nm、1948nm）处,由于水浓度减小引起吸收强度降低。同时用统计方法对葡萄糖吸收峰和水吸收峰吸光度进行分析,映证近红外光对葡萄糖浓度的敏感性。最后在血糖模型实验基础上从组织光学角度对经皮血管模型的光学特性及近红外吸收作了初步的理论分析。通过分析人体血管在皮肤中的分布及相关光学参数,建立含有上层血管丛和深层血管丛的经皮光学模型。对该模型模拟计算表明近红外光能够探测到真皮上层血管丛的血液吸收信号,并在此基础上分析葡萄糖浓度变化对光学参数的影响。研究结果表明,利用1732nm、2168nm和1452nm、1948nm四个波长处的全血吸光度测量结果,可在一定程度上表征100-500mg/dl范围内血糖浓度的变化,有望实现人体血糖浓度变化的在体测量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 糖尿病及其检测方法发展
• 1.2 近红外血糖检测技术
• 1.3 论文研究的主要内容和意义
• 2 人体血液不同组分光学吸收特性的测量与分析
• 2.1 血液生理结构
• 2.2 人体血液样品实验
• 2.3 本章小结
• 3 血糖模型中葡萄糖浓度变化的吸收光谱表征
• 3.1 血糖生理及吸收特性
• 3.2 血浆葡萄糖模型实验
• 3.3 全血葡萄糖模型实验
• 3.4 本章小结
• 4 经皮血管模型光学特性及近红外吸收分析
• 4.1 经皮血管生理模型
• 4.2 经皮血管光学特性
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录
• 附录2 F-分布临界值表
• 附录3 T-分布临界值表