中红外无创血糖测量中光程变化对PLSR模型的影响研究
中红外光谱法无创伤检测血糖的新进展
摘
要 应用 中红外光谱法对手指 、 血液 以及干燥后 的血液进行 了测定 ，并 同时与血糖仪测 定的血糖作 对
比研究 。研究结果表 明 ， 对红外光谱 图进行 分析 时 ， 择 １４ ５ｅ 附近 的谱峰 作为基 准峰 ， 使 １１０ 选 ５ ｍ 可 ２
ｃ ｍ 附近的谱带得到准确度较 高的相对强度 。干燥后 的血液与手指 的光谱 图大致相 似并 且与实测 的血糖值
＊通讯联系人
ｅｍａ ：ｘ ｚ ｋ ． ｄ ．ｎ － ｉ ｙ￣ｐ ｕ ｅｕ ｅ ｌ
第 ６期
光谱 学与光谱分析
ｃ四 Ｊ ０《 日 ０呐
１ ７ ４５
但幅度没有前 ３ｒｉ 。分析认为 ，人体 内的葡萄糖不仅存 ｎ大 ａ
２ 结果 与讨论
２ １ 基 准峰 的确 定 ．
在于血液 中， 也存在 于细胞外基 质 中。因此 ，人体手 指皮肤 的分泌物 中存在含有与葡萄糖成分相关 的物质 ，而且 分泌物 是持续出现的 。 洗手后皮 肤上几 乎没有分 泌物 ， 随后 ，皮 但 肤会在较短时间内持续 分泌相关 物质 ， 故手指光谱 的谱带强
３ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ａ ｋａ ｃ ｅ ｎ。Ｃａ ａ ａ Ｓ Ｎ５ ． ｉ ｅ ｓｔ ｆＳ ｓ ｔ ｈ ｗａ ｎ ｄ ７ Ｃ９
４ ．杭州师范大学有机硅化学与材料重点实验室 ，浙江 杭州 ３ ０ １ １０５
５ ．瑞 利 分 析 仪 器 公 司 ，北 京 １ ０ １ ００ ６
的 Ａ Ｒ附件的 ＷＱＦ２ Ｏ Ｔ －Ｏ 傅里 叶变换红外光谱仪 。 光谱的分 辨率 为 ８ｅ ｍ一，每次检测扫描 １ ６次。血糖 测量 采用美 国强
生公 司生产 的稳捷型血糖仪 。 测试对象选择 ２ 岁 的健康女性和 ６ ５ ７岁的糖尿病 人各 ３ 名 。预研究表 明，被测者左右手各 手指的红外光 谱特征无 明 显差异 。为方便测试并统一标准 ，该研 究选择被 测者 的中指 为测定对象 。 测试前 ， 被测试者 的手指用流 动的 自来水淋洗 １ｍｉ， 干 ， ｎ擦 且不 能接触其他物 品， 别进行 ４ Ｏ以及 ｌ 分 ，１ ～ １ ｉ ０ｒ ｎ洗手擦干后光谱测定 。测试时 ，被测试者的 中指 紧贴 ａ 在 Ｚ Ｓ 晶片上 。 ｎｅ 完成 手指光谱 测试 ２ｍｉ ｎ后取 被测 试者另
近红外光谱无创血糖检测中体温变化的影响分析
ｔ ｅｕ ｕｏｅ ｅｓｒｍ ｎ Ｗ ｎｌ ｅ ． ｕ ｅｗ ａ ｇａ ａ ｄｔ ｉ ｃｌ ｕ ｔｙ ｇｔ ｈ ｓ — ａ ｏｓｇ ｃｓ ａｕｅ ｅ ｔ ａ ａａ ｚｄ Ｄ ｅｔ ｔ ｅｋｓ ｎ ｅｄ ｆ ｕｔ ｉ ｑａ ｉ ｉ ｅｐｙｉ ｎ ｌ ｍ ｓ ｙ ｏｈ ｉ ｌｎ ｈ ｆ ｙ ｎ ｎ ｆｎ ｈ ｉ ｏ
ｅ ｓ ｇｇ ｃｓ ｑ ｅｕ ｌ ｉ ． ｉａｙ ｔ ｆ ｅｃ ｆ ｃ ａ ｐ ｙｉ ｏ ｃ ｍ ｅ ｔ ｅｏ ｅｐｅ ｉｉ ｄｕｉ ｌ ｏｅａｕｏｓｓ ｕ ｏ Ｆｎｌ ， ｅｉｌ ｎ ｅ ｔｌ ｈ ｓ ｌ ａ ｔ ｐｒ ｕ ｎｔ ｒ ｃ ｏ ｎ ｕ ｏ ｔｎ ｌ ｈ ｎｕ ｏａｕ ｏｇｌ ｅ ｉ ａｒ ｈ ｄ ｔｎ
ｓ ｈｓ ｏ ｅ ｈ ｔ ｅ ｅｎ ｒ ｌ ｍ ｅａｕｅｏ ７ ℃ ，ｔｅ ｉｔｎｉ ｆｄｆ ｓ ｅ ｅｔｎ ｅｃ ｕ ｅ ｙ 一０． ｕ ｈ ｗ ｄｔａ ，ｎ ａ ｔ ｏｍａ ｔ ｐ ｒｔｒ ｆ３ ｒｈ ｅ ｈ ｎｅ ｔ ｏ ｉｕｅ ｒｆ ｃａ ｃ ａ ｓ ｂ ｓｙ ｌ ｄ １
Ｇｌ ｃ ｓ ｅ ｓｎｇ ｂ ａ —ｎ ｒ ｒ ｄ Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｕ ｏ ｅ Ｓ ｎ ｉ ｙ Ｎｅ ｒ Ｉ ｆ ａ ｅ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ
ＬＩ Ｒｏ Ｕ ｎｇ，ＸＵ — ｉ Ｋｅ ｘｎ
（ｔｅＫ ｙＬｂｒ ｏ ｅｉｏ ａｕｉ ｅｈｏ ｇ ｄＩｓ ｍ ｎ ， ｉ ｊ ｎｖｒｔ， ｉ ｊ ００２ Ｃ ｉ ） Ｓ ｔ ｅ ａｏａ ｒ ｏ Ｐ ｃ ｉ Ｍｅｓｒ ｇＴｃｎｌ ｙａ ｔ ｅｔ Ｔａ ｉ Ｕ ｉ ｓｙ Ｔ ｎｉ ３０７ ， ｈ ａ ａ ｔｙ ｆ ｒ ｓｎ ｎ ｏ ｎ ｎｒ ｕ ｓ ｎｎ ｅｉ ａ ｎ ｎ
近红外无创血糖测量—透反光谱共用理论基础及实验验证
摘要日常的血糖监测给病人带来极大的痛苦，这使得研究一种快速便捷的方式检测血糖浓度成为人们关注的焦点。
近红外光谱技术通过光谱信号分析血糖信息，被认为是最具有应用前景的无创血糖检测技术之一。
近红外光对人体的伤害小，但光能量较弱，因而要充分利用可获得的有用光信息。
在实验中一般可以测得的是扩散反射光谱和透射光谱，因而本文的研究目的在于从理论上寻找不同结构、不同厚度的生物组织中扩散反射率和透射率的规律，进而为联用两种光谱提供理论支撑。
本文首先介绍了玻尔兹曼（Boltzmann）辐射传输方程，根据外推边界条件和镜像源偶极子理论，先分析在半无限介质中光子的传播规律；接下来主要分析了单层平板（slab）结构中光子传输规律，探讨光子在slab结构中的扩散反射率和透射率的规律；最后本文对多层组织的传播规律进行了展开，对于人体实验具有指导意义。
然后本文基于蒙特卡洛模拟，首先对光子在半无限模型中传输进行了模拟；接着对1-6 mm厚度的单层皮肤模型进行了蒙特卡洛模拟。
将理论分析与模拟的结果对比，两者在整体上是一致的，这就说明理论分析的结果是可行的。
这样就可以利用理论分析的结果寻找扩散反射率和透射率的关系，这对于课题组开展透反共用的研究具有重要的意义。
最后对皮肤的五层结构模型进行了介绍，并进行了模拟分析。
最后在理论分析和蒙特卡洛模拟的基础上，本文利用实验室搭建的近红外透反射光谱检测系统，通过制备不同厚度的仿体进行实验验证。
探究近红外光在1-6 mm厚度的仿体中的传输规律，并将实验结果与理论和模拟所得的数据进行对比分析。
通过分析可以发现，随着组织厚度的增加，反射光强在逐渐增加，而透射光强逐渐减小，这与理论分析和模拟所得规律是一致的，这说明关于反射率和透射率的公式是正确的，为后续的透反共用提供了有力的理论支持。
关键词：近红外光谱，辐射传输方程，蒙特卡洛模拟，扩散反射率，透射率ABSTRACTRoutine blood glucose monitoring is a pain for patients, which makes the development of a fast and convenient way to detect blood glucose concentration has become the focus. Near-infrared spectroscopy (NIRS) is one of the most promising non-invasive detection technologies for blood glucose measurement by analyzing blood glucose information from spectral signals. The damage of Near-infrared light for human body is small, but its light energy is weak, and thus to make full use of available useful optical information. The diffused reflectance spectrum and transmission spectrum generally can be obtained, hoping to find a way to joint use of the two spectra to enhance the spectral signal. The purpose of this paper is to find out the rules of diffused reflectance and transmittance in biological tissue with different structures and thicknesses, and to provide theoretical reference for the following the joint use of diffused reflectance and transmittance.In this thesis, we first introduce the derivation process of Boltzmann radiation equation and the meaning of formula. According to the extrapolation boundary condition and the mirror source dipole theory, we first analyze the propagation law of photon in semi-infinite medium. It is necessary to analyze the law of photon transmission in medium with limited thickness. Therefore, the law of photon transmission in single-layer slab structure is mainly analyzed, and the law of diffused reflectance and transmittance of photon in slab structure is discussed. The formula of reflection and transmission in slab structure is deduced. At last, the propagation law of multi-layer organization is carried out, which is instructive for human experiment.Then, based on the Monte Carlo simulation method, the simulation of photon propagation in semi-infinite media is carried out. Monte Carlo simulation of 1-6 mm thickness of the monolayer skin model like the slab structure model described above, compares the results of the theoretical analyses with the simulation results, and the two results are consistent as a whole. This shows that the theoretical analysis results are feasible of. So we can find the relationship between diffused reflectance and transmittance by using the formula deduced from the theory. This is of great significance to the study of joint use of the two spectra.In the end, the five-layer structure model of the skin is introduced, and the simulation analysis is carried out.Finally, based on the theoretical analyses and Monte Carlo simulation, a NIRspectroscopy detection system was set up in the laboratory. 1-6mm thickness of the imitation was tested. And research transmission law of near-infrared light, and compare the experimental and simulated data. It can be found that the intensity of reflected light intensity increases with the increase of the thickness of the tissue, and the transmitted light intensity decreases gradually, which is consistent with the theoretical analyses and simulation results, which shows that the formula of reflectance and transmittance is correct, for the follow-up joint use of diffused reflectance and transmittance provides a strong theoretical support.KEY WORDS:Near-infrared Spectroscopy, Boltzmann Radiation Transfer equation, Monte Carlo Simulation, Diffused Reflectance, Transmittance目录摘要 (I)ABSTRACT (III)第1章绪论 (1)1.1 无创血糖测量研究的意义及发展 (1)1.2 近红外无创血糖测量的研究进展 (3)1.3 近红外无创血糖检测技术中存在的难题 (4)1.4 主要研究内容 (6)第2章理论基础 (9)2.1 皮肤组织的结构和构成 (9)2.2 皮肤组织的光学特性 (11)2.3 蒙特卡洛模拟 (15)2.4 本章小结 (16)第3章基于辐射传输方程的反射率和透射率的分析 (17)3.1 辐射传输方程 (17)3.1.1 光在组织体中传播的数学模型 (17)3.1.2 Boltzmann 辐射传输方程 (18)3.2 半无限介质模型的反射率 (21)3.3 单层平板（slab）模型的反射率和透射率 (24)3.4 多层模型的反射率和透射率的展开 (28)3.5 本章小结 (29)第4章基于蒙特卡洛模拟的反射率和透射率的研究 (31)4.1 半无限介质模型的反射率的蒙特卡洛模拟 (31)4.2 单层皮肤模型的透射率和反射率的蒙特卡洛模拟 (33)4.3 多层组织的反射率和透射率的蒙特卡洛模拟 (39)4.3.1 耳垂部位五层皮肤模型的建立 (39)4.3.2 五层皮肤模型的反射率和透射率的蒙特卡洛模拟 (40)4.4 本章小结 (41)第5章实验系统介绍及制备仿体进行实验验证 (43)5.1 近红外透反射光谱检测系统 (43)5.1.1 光源检测器系统 (44)5.1.2透反光纤测头 (46)5.2 仿体的制备 (48)5.3 仿体实验 (51)5.4 实验结果的总结分析 (56)5.5 本章小结 (57)第6章总结和展望 (59)6.1 全文工作总结 (59)6.2 未来工作的展望 (60)参考文献 (63)发表论文和参加科研情况说明 (69)致谢 (71)第1章绪论糖尿病是一种慢性代谢性疾病，给人们的生活带来极大的痛苦，在外国被称作“沉默的杀手”[1]，这足以看出糖尿病的极大的威胁性。
中红外光谱法无创伤检测血糖的新进展
中红外光谱法无创伤检测血糖的新进展
中红外光谱法是一种无创伤的检测血糖的方法，该方法已经取得了许多新进展。
中红外光谱法是以红外光谱为基础的方法，能够对生物样本进行分析，从而实现血糖的定量检测。
近年来，学者们在中红外光谱法的基础上，发展了一系列新的技术手段，深入探索了该技术方法的内在机制和应用价值，取得了令人瞩目的成果。
首先，研究人员通过优化中红外光谱仪器和数据分析方法，提高了血糖检测的准确性和精确度。
目前，研究人员已经建立了血糖中红外光谱检测新的定量模型，从而使血糖检测的精度大幅提高。
同时，中红外光谱技术还能够实现对血样的快速分析，从样本采集到结果输出只需要数分钟的时间，大大提高了诊断的效率。
其次，学者们还发掘了中红外光谱技术在其他方面的应用价值。
例如，通过分析口腔黏膜中的中红外光谱信号，可以实现非侵入式的口炎和龋齿诊断。
此外，中红外光谱技术还可以应用于其他生物样本的检测，如尿液、血浆等。
最后，研究人员还结合人工智能技术，实现了中红外光谱技术应用的自动化和智能化。
例如，通过建立一个基于人工神经网络的智能系统，可以对采样时产生的噪声和干扰进行有效快速削弱，提高样本的检测精度。
此外，结合机器学习等技术，还可以快速地甄别血样中的不同成分，为血糖的精确监测奠定基础。
总之，中红外光谱技术是一种新兴的无创伤血糖检测技术，在过去的几年里得到了越来越多的关注和应用。
随着技术的不断升级和应用的广泛场景，相信中红外光谱技术将在无创伤检测领域发挥越来越重要的作用。
光学无创血糖检测方法研究进展
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·6·2018年第06期文章编号：2095－6835（2018）06－0006－02光学无创血糖检测方法研究进展＊王磊1，2，刘贵栋3，陈春睿2，刘欢2（1.东北农业大学，黑龙江哈尔滨150030；2.哈尔滨职业技术学院，黑龙江哈尔滨150081；3.哈尔滨工业大学电气学院，黑龙江哈尔滨150001）摘要：目前，血糖检测是公认的控制糖尿病发展的最有效的措施之一，但是，血糖无创检测是世界性难题，而如何解决这一问题则成为研究的重点。
从无创检测历史出发，总结了近年来的研究进展，以期为无创血糖检测的研究提供更多参考。
关键词：光谱；糖尿病；无创检测；葡萄糖中图分类号：R446.1文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2018.06.006糖尿病是一种严重威胁人类身体健康的代谢性疾病，其主要特征为高血糖。
胰岛素的分泌缺陷或其生物作用被破坏，或两者兼有，是引起高血糖的主要原因。
血糖检测对患者控制血糖有极其重要的意义，无创血糖检测具有安全、快捷、无痛苦等诸多优势，且极具发展潜力。
在各类无创检测中，研究热点主要集中在检测原理、部位及对数据建模和相应处理算法等方面。
由于血糖的测量方法与部位不一样，数据建模也存在一定的差异，因此，它们之间是互相影响和制约的。
目前，检测主要有光学和非光学两个方向。
由于光作为一种无创检测的理想信息载体有其独特的优势高速、高精密等特点，所以，该检测手段具有较好的应用前景和重要的研究意义。
当前，光学检测方法包括以下几种。
1拉曼光谱法当一定频率的激光照射到物体表面时，一部分能量会被分子吸收并产生散射的现象，这就是拉曼效应。
它适用于水溶性的透明介质样品，通过测量透射前后光的频率就可以得到所测样品的拉曼谱线。
因此，可以利用这个方法对不同浓度的葡萄糖进行定量分析，以获得不同的谱线。
基于二维相关中红外光谱技术的无创血糖检测特异性研究
光学无创ｍ 栅检测技术是 目前世界 范围内的研究 热点 之
一
，
中红外光谱法 以其 理论 简洁 明了 、吸收峰 显著 、信息便
ＡＴ 光谱信 号【葡 萄糖 的特征信 息。实 验共 分为离体 和 在 Ｒ） ｆ Ｉ
收 稿 日期 ：２ １ ９０ ， 订 日期 ：２ １ －２２ ０ １０ —５ 修 ０ １１—０
基 金 项 目 ：国 家 自然科 学 荩金 项 目（０ ３０ ２ ０ ０ ２ ５ ． 高 等 学 校 博 士 学科 点 专项 科 研 基 金 项 目（ ０ ９ ０ ２ ２ ０４ 资 助 ６９ ８ ０ ，３ ９ ０ ７ ） ￣ ２ ０ ０ ３ １０ ６ ）
３ ０ ７ ００２
摘
要
葡 萄糖 的 特 异 性 是 实 现 血 糖 浓 度 检 测 的 前 提 ，也 是 论 证 一 种 血 糖 检 测 方 法 町行 性 的 基 础 。二 维 相
关光谱技术 以其高分辨率和便捷的时序规则 （ ｄ Ｎｏ ａ规则 ） 两大优势被广泛地应用在分子 问（ 反应 、物质相 内） 变 以及物质信 息提取等研究领域 。旨在应用二 维相关光谱技术验 证 中红外 光谱法无 创血糖 检测技 术的葡萄 糖特异性 ，首先通过分析各种离体溶液样本 的二 维相关 光谱证 明方法 的理论 可行性 ，然后 开展 了人体 手指 的 中红外 ＡＴ Ｒ光谱采集实验 ， 参考 （ Ｔ Ｔ方法调节实验过程 中人体 的血糖水平 ， 并运用二维相关光谱技术 验证所得人体光谱 中的葡萄糖特征信息 ， 从而论证 中红 外光谱无 创血糖检测技 术的可行 性。 关键词 无创 ；中红外 ； 葡萄糖 ； 特异性 ；二维相关光谱
论无创血糖监测的红外光谱方法(特邀)
Ｉ ｆ ａ ｅ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ｆ ｒ ｎ ｎ－ｎ ａ ｉ ｅ ｂ ｏ ｄ ｎ ｒ ｒ ｄ ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｏ ｏ ｉ ｖ ｓｖ ｌ ｏ
第
Ｃｈ ｎ ｓ ｔｃ ｉ ｅ ｅ Ｏｐ ｉｓ
Ｖｏ ． Ｎｏ ４ １５ ． Ａｕｇ ２ ２ ． ０１
２１ ０ ２年 ８月
文章编号
１７ － １ （０ ２ ０ －３７１ ６ ４２ ５ ２ １ ）４０ １—０ ９
论 无创 血 糖 监 测 的红 外 光谱 方 法 （ 邀 ） 特
ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｏ ｇ ｔｉ ｉｓ ｅ，ｗｅ ｋ ａ ｏｐ ｉ ｎ ｓｇ ｌｏ ｌ ｃ ｓ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｆｌ ｈ ｎ ｔｓ ｕ ｉ ａ ｂｓ ｒ ｔｏ ｉｎａ ｆｇｕ ｏ ｅ，ｏ ｅ ｌｐ ｅ ｂ ｏ ｔ ｎ ｓ ｃｒ ｆｄ ｆｅ ｅ ｔｂ— ｖ ｒａ ｐ ｄ ａ ｓ ｒ ｉ ｐｅ ｔａ ｏ ｉｆｒ ｎ ｉ ｐ ｏ ｏ ｈ ｍｉｔｙ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ，ｓ ｒｏ ｓ ｉｔ ｒｅ ｅ ｃ ｆｂａ ｋ ｒ ｕ ｂ ｏ ｔｏ ｎｄ Ｓ ｎ．Ｒｅ ｅ ｔａ ｖ ｎ ｅ ｆｉｆａｅ ｃ ｅ ｓｒ ｏ ｏ ｅ ｔ ｅ ｕ ｎ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ｃ ｇ ｏ ｎｄ ａ ｓ ｒ ｉｎ ａ Ｏ ｏ ｉ ｆ ｐ ｃ ｎ ｄ ａ ｃ ｓｏ ｎ ｒ ｒ ｄ
织背景吸收干扰严重 等。总结 了无创血糖监测红外光谱法 的最新进展 ， 给出抑制人体组织背景吸收干扰 的方法 ， 并认为 组织液可代 替血液用 于血糖水 平的测量 。展望 了该领域未来研究趋势 ， 主要涉及精确描述光子在组织中 的传输 、 测量皮 肤表皮 内或表皮与真皮浅层光谱信 息 ， 以及提高光谱仪器信噪 比， 建立葡 萄糖 吸收带定标模 型。 关 键 词 ： 外光谱 ； 红 无创监 测 ； 血糖监测 ； 光谱 分析
近红外无创伤人体血糖浓度检测中数据预处理方法
中文摘要近红外光谱分析技术具有高效、快速、成本低、无损伤和绿色环保等优点。
它不仅可以应用于实验室分析，而且适用于现场快速检测和实时在线分析。
因而在无创伤人体血糖浓度测量的研究，近红外光谱的测量方法是主流方法。
但是由于人体中血液成分复杂，测量仪器的精度，以及测量环境的变化等都会使得光谱数据带有大量的噪声，从而影响校正模型的预测精度和稳健性。
提高模型稳健性的一条途径是使用一些数据预处理方法，来滤除噪声，提高信噪比，使得从不同仪器、不同测量条件下测量得到的相同样品的光谱差异减少。
本文在介绍了傅里叶分析和小波分析在国内外发展状况之后，首先对这两个基础理论进行了详尽的分析与评价。
其次介绍了多元回归的理论，并研究了这些方法对近红外光谱中有用信息的提取，及其对光谱多重相关性的克服。
最后分析了傅里叶变换和小波变换与偏最小二乘回归相结合在近红外光谱分析中的应用。
实验证明：它可有效降低模型的复杂度，能有效提取出对被测量具有最佳解释能力的信息，提高模型的稳健性。
关键字：傅里叶变换小波变换近红外人体血糖浓度稳健性ＡＢＳＴＲＡＣＴＮｅａｒ－ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｒａｐｉｄ，ｌｏｗｃｏｓｔ，ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ，ｎｏｔｄｅｓｔｒｏｙｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｉｔｉｓｎｏｔｏｎｌｙｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｌａｂｏｒａｔｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｂｕｔａｌｓｏｆｏｒｉｎ—ｆｉｅｌｄｆａｓｔａｎｄｒｅａｌ·ｔｉｍｅｏｎ·ｌｉｎｅａｎａｌｙｓｉｓ．ＩｎｔｈｅＮｏｎ－ｉｎｖａｓｉｖｅｍｅ２ｔｓｌｌｒｅｎｌｅｎｔｏｆｈｕｍａｎｂｌｏｏｄｇｌｕｃｏｓｅｗｉｔｈｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ｔｈｅＮｅａｒ－ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｔｈｅｍａｊｏｒｍｅｔｈｏｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｈｕｍａｎｂｌｏｏｄ，ｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｉｓｍｕｃｈｎｏｉｓｅｉｎｔｈｅｓｐｅｃｔｒａ．Ｔｈａｔｗｉｌｌａｆｆｅｃｔｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ａｗａｙｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｉｓｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｓｐｅｃｔｒａ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｗａｓｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｗｈｉｌｅｔｈｅｎｏｉｓｅｗａｓｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｙａｌｓｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓａｎｌｅｓａｍｐｌｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃａｓｅｓｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｅｘｔｅｍａｌｔｈｅｏｒｙｏｆＦｏｕｒｉｅｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄＷａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｉｔａｎａｌｙｚｅｓａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｓｔｈｅｔｗｏｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｉｅｓｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｉｔａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇｓｐｅｃｔｒａｌｓｉｇｎａｌａｎｄｏｖｅｒｃｏｍｅｏｆｍｕｌｔｉ－ｃｏｌｌｉｎｅａｒ丽ｔｈｉｔ．Ａｔｌａｓｔ，ｗｅａｐｐｌｉｅｄｔｈｅＰＬＳ（ＰａｒｔｉａｌＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅ）ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｆｔｅｒｔｈｅＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｍａｎｄｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏＩＴｎｔｏｔｈｅＮｅａｒ－ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎａｌｙｓｉｓ。
基于近红外光谱技术的人体血糖浓度无创检测系统的研制
基于近红外光谱技术的人体血糖浓度无创检测系统的研制
随着人们生活水平不断提高，健康成为了人们越来越关注的话题，尤其是糖尿病这种慢性病的发病率不断攀升，给人们的健康带来了严重威胁。
为此，研制基于近红外光谱技术的人体血糖浓度无创检测系统，对于糖尿病的早期预防和控制具有重要的研究意义。
在现有的人体血糖检测方法中，最为常见的是指尖穿刺血糖测试仪。
但这种方法对患者来说十分痛苦，而且需要频繁操作，不仅影响患者的生活质量，而且费用也较高。
因此，基于近红外光谱技术的无创检测系统具有其独特优势。
近红外光谱技术是一种新兴的光谱学分析技术，其将近红外光照射到样本上，测量样本散射和反射的光学信号，通过分析信号的特征波长来得出样品中代表性物质的质量浓度。
近红外光谱法具有分析速度快，无需给样品添加任何试剂，且具有较高的准确性和稳定性等优点。
在研制人体血糖浓度无创检测系统中，我们将采用近红外光谱技术对人体脉搏信号进行无创检测。
首先，通过对大量血糖参考数据的收集和分析，建立近红外光谱与血糖浓度之间的定量关系模型。
之后，在检测过程中，利用基于光纤的非接触式近红外光谱测量仪，对人体脉搏信号进行无创采集，将采集到的光谱数据输入到系统进行分析，得到人体血糖浓度数据。
在系统的实际应用过程中，我们将对系统的准确性、灵敏度、特异性、稳定性等进行全面测试。
通过大量的实验数据分析，
不断优化技术方案，提高系统的准确性和稳定性。
总体来说，基于近红外光谱技术的人体血糖浓度无创检测系统的研制，将对提高糖尿病早期预防和控制水平，促进人体健康发展，起到重要推动作用。
基于光声谱法的无创血糖在体检测
光学精密工程
Optics and Precision Engineering
Vol. 27 No. 6 Jun. 2019
文章编号 1004-924X(2019)06-1301-08
基于光声谱法的无创血越 辉米
(上海交通大学仪器科学与工程系，上海200240)
摘要：为了实现血糖无创在体检测，解决测量灵敏度低、激励源波动影响大、病患体温干扰严重等难题，本文提岀一种基 于温度补偿的差动光声测量方法,该方法可以大幅度抑制温度的影响。采用两个相同的光声池分别容纳被测血液和纯 水，分别获取测量光声信号和参考光声信号。首先,改变两个光声池的液体温度，测定两路光声信号的温度系数；然后, 分别对两路光声信号进行温度补偿和修正，消除温度的影响；最后将两路光声信号进行比值处理，抑制光源强度波动的 影响。在此基础上，本文还使用组织工程皮肤安体肤来模拟人体皮肤环境，探究皮肤对激光和光声信号的透过性。测试 结果表明，低浓度下葡萄糖光声信号强度和浓度的线性拟合直线的拟合度可以达到0.970 6,证实了这种方法在实际应 用中的可行性;模拟皮肤的不同位置对激光的穿透率不同，平均透光率为53. 88%,皮肤对光声信号的平均透过率为 94.50%。本文的研究结果可为血糖在体无创检测的实现提供有益借鉴。 关键词：光声光谱；葡萄糖浓度；温度补偿；差动；血清；模拟皮肤 中图分类号:TH773;R318. 6 文献标识码：A doi：10. 3788/OPE. 20192706. 1301
Non-invasive blood glucose in vivo detection based on photoacoustic spectroscopy
LU Peng-fei, LU Zh-qian, HE Qiao-zhi, WANG Qian, ZHAO Hui
中红外飞秒光参量放大过程中闲频光相移研究的开题报告
中红外飞秒光参量放大过程中闲频光相移研究的开题报告题目：中红外飞秒光参量放大过程中闲频光相移研究背景：随着近年来激光技术的发展，激光在科学、医疗、通信等领域得到广泛应用。
中红外激光被广泛研究，并被用于分子光谱学、医学影像、材料加工等领域。
在中红外激光研究中，参量振荡器和参量放大器是重要的器件。
参量振荡器可以产生高斯光束，而参量放大器可以将其放大到较高功率。
由于激光参量放大器的放大比较大，为了保证激光质量和稳定性，需要进行相移补偿。
因此，本文旨在研究中红外飞秒光参量放大过程中闲频光相移，并探索实现相移补偿的方法。
研究内容：本文将从以下几个方面进行研究：1. 中红外参量放大器的实现原理和基本结构。
2. 中红外飞秒激光的产生原理和实现方式。
3. 闲频光在中红外飞秒光参量放大过程中的相移特性。
4. 闲频光相移补偿的方法和技术。
研究方法：本文将采用实验和理论相结合的方法进行研究。
首先，利用激光参量放大器实现中红外激光的放大，并测量其输出功率和光质量。
然后，通过测量中红外飞秒激光的光谱特性和闲频光的相移特性，探索闲频光相移补偿的方法和技术。
最后，基于实验结果，建立理论模型，解释物理机制。
预期成果：本文预期获得以下成果：1. 中红外激光参量放大器的实现和性能表征；2. 中红外飞秒激光的光谱特性和闲频光相移特性的实验研究；3. 闲频光相移补偿的方法和技术的探究；4. 建立中红外飞秒光参量放大过程中闲频光相移模型，并解释相移现象的物理机制。
结论：本文通过中红外飞秒光参量放大过程中闲频光相移研究，探索闲频光相移补偿的方法和技术，建立了中红外飞秒光参量放大过程中闲频光相移模型。
同时，本文实验和理论研究可为中红外激光参量放大器的性能优化和应用提供参考。
光学无创血糖浓度检测方法的研究进展
ＧＵＯＳｈｕａｉ，ＳＵＨａｎｇ，ＨＵＡＮＧＸｉｎｇｃａｎ，ＬＩＵＪｉａｎ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ
第 １２卷 第 ６期
中国光学
Ｖｏｌ．１２ ＮｏｎｅｓｅＯｐｔｉｃｓ
Ｄｅｃ．２０１９
文章编号 ２０９５１５３１（２０１９）０６１２３５１４
光学无创血糖浓度检测方法的研究进展
郭 帅，苏 杭，黄星灿，刘 剑
（山东大学 控制科学与工程学院 生物医学工程系，山东 济南 ２５００６１）
房由于光程合适（约 １ｃｍ）、散射系数和去极化系 数小，成为偏振法的最佳测量部位［７］。
１９７９年，Ｍａｒｃｈ等人 首 ［２７］ 次通过测量眼前房
水旋光度估计葡萄糖水平，发现偏转角随房水葡
萄糖浓度的增加而变大，且不同波长光的偏转角
度 对 葡 萄 糖 浓 度 敏 感 性 不 同。１９９８年，Ｃｈｏｕ等 人［２８］首次报道了偏振法的在体检测结果，他们利
１２３６
中国光学
第 １２卷
ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｏｆｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｕｎｉｖｅｒｓａｌｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅｂｌｏｏｄｇｌｕｃｏｓｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｍｅｄｉｃａｌｏｐｔｉｃｓ；ｐｏｌａｒｉｚｅｄｏｐｔｉｃａｌｒｏｔａｔｉｏｎ；ｏｐｔｉｃａｌｉｍａｇｉｎｇ；
偏振法对活体兔血糖浓度预测的平均绝对相 对差 （ＭｅａｎＡｂｓｏｌｕｔｅＲｅｌａｔｉｖｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ＭＡＲＤ） 已低至 １１６６ｍｇ／ｄＬ［３０］，可见其是一种极具潜力 的无创血糖检测方法。未来应从优化测量系统、 改进测量原理以及引进校正算法等方面减少甚至 消除人眼运动引起的双折射对测量精度的影响。 此外，偏振法一般选择眼前房作为测量部位，故还 需考虑眼前房水中糖浓度与血糖浓度的延迟时间 以及人眼检测的安全性问题。延迟时间的存在会 导致测得的血糖浓度并非真正意义上的实时数 据，这对于需要严格控制血糖浓度的糖尿病患者 或重症监护组（ＩｎｔｅｎｓｉｖｅＣａｒｅＵｎｉｔ，ＩＣＵ）患者是极 其不利的。 ２．２ 光学相干断层成像法
近红外无创伤血糖测量的组织光学基础研究
糖浓度的增加 , ( 1) 吸收系数 在微弱的增大 ; ( 2)散
射系数 逐渐减小 4)约化散射系数
μ’ s
=
(1
-
g)
μ也是逐渐减小 。 s
图
3 的实验结果中散射系数
μ、各向异性因子 s
g
和约化散射系数
μ’的 变 化 规 律 直 接 吻 合 图 a
2 理论
图 4 不同葡萄糖浓度的漫反射光强 Fig. 4 Influence of glucose concentration on diffuse reflec2 tance
图 3 1 600 nm 光学参数随葡萄糖浓度的变化关系 Fig. 3 Relation of op tical p roperties and glucose concentra2 tion at 1 600 nm
Key words: gluco se concentration; noninvasive sensing; near2infrared spectro scopy; tissue op tic
血糖浓度的近红外无创伤测量已成为学术界的 研究热点 。从 1990 年开始 ,在美国有许多风险投资 公司和大学等研究机构投入了巨额资金和时间进行 了无创伤血糖计的开发 [ 123 ] 。日本于 2000 年成立了 血糖无创伤检测的项目研究组 ,投资经费六亿四千
这部分研究用化学计量学的方法来加以建立光 谱与血糖浓度之间的模型 ,由于血糖的光谱信号微 弱 ,且与其它成分吸收相互重叠 ,因此需要到主成分 分析 、多元回归 、净信号分析和二维光谱分析等化学 计量学方法 。
有此可见 ,组织光学在血糖的无创测量中重要 承接作用 ,既联系着血糖的分布与代谢规律 ,又是光 学方法检测血糖信号的实现基础 。
中红外和近红外光谱数据应用于通过移动窗口偏最小二乘回归在多组分光谱分析作波长间隔选择-MWPLSR
中红外和近红外光谱数据应用于通过移动窗口偏最小二乘回归在多组分光谱分析作波长间隔选择一种新的波长间隔的选择过程中，移动窗口偏最小二乘回归（MWPLSR）提出了一种多组分光谱分析。
这个程序是在整个光谱区域通过移动一个窗口来建立了一系列的PLS模型，然后在达到期望误差水平的最低复杂程度的一个窗口 PLS模型中找到有用的光谱间隔。
根据提出的理论证明波长选择的必要性，它表明MWPLSR提供了一种消除由非组合物相关的因素所产生的额外的可变性的可行的方法，例如实验条件和样品的物理性能的扰动。
MWPLSR的一个显着优点是，定标模型是对来自非组合物相关的因素的干扰非常稳定。
此外，光谱间隔在最少模型复杂性方面的选择可以减小定标模型中定标样品集的大小。
对MWPLSR过程与用于多组分光谱分析的PLS的耦合提出了两种策略：一种是包含把所有选择的间隔建立一个PLS 定标模型，另一种是在每个区间分别建立了PLS模型的组合。
多PLS模型相结合，提供了一种用于改进个别模型性能的新的潜在的工具。
所提出的过程是使用两个开放路径傅里叶变换红外数据集和一个近红外数据集，每个有不同的噪声特性进行评估。
结果表明，所提出的过程对以振动光谱为基础的多组分分析是非常有前途的，并给出比全谱PLS建模要好得多的预测。
多组分光谱的分析已经在分析化学中进入广泛使用。
多组分光谱分析的主要目标是建立与多元光谱仪的输出到组合物或分析样品的性质的定标模型。
在大多数情况下，线性定标模型的建立是由于数学简单性和物理或化学解释性。
而在现代光谱仪器的进步带来了增强的分辨率和灵敏度以及光谱测量的容易性，数据收集的膨胀量和增加的样品实际上涉及的复杂性，需要的有用的方法，以打击固有的超定系统的持续在多组分光谱的分析和建立强大和稳定的线性校正模型。
对多组分光谱的分析已经提出了各种线性回归方法，其中最流行的是所谓的潜变量（LV）的方法，包括主成分回归法（PCR），偏最小二乘（PLS）回归，以及它们的类似物。
无创人体血糖检测光学方法的研究现状与发展
无创人体血糖检测光学方法的研究现状与发展
李刚;周梅;吴红杰;林凌
【期刊名称】《光谱学与光谱分析》
【年(卷),期】2010(030)010
【摘要】糖尿病威胁着人类健康,血糖有创检测的弊端使无创检测方法成为糖尿病患者的迫切需求,无创血糖检测也因此成为国内外学术界研究的热点.但到目前为止还没有一种无创检测仪器有足够的精度能够应用于临床.文章中介绍了研究较多的光声光谱法、拉曼光谱法、荧光法、偏振光旋光法、光学相干层析成像法,近红外光谱法等光学光谱检测方法的原理、方法、特点以及当前国内外研究现状和进展.从中分析了限制血糖浓度无创检测应用于临床的技术难点问题及未来的研究方向,指出动态光谱方法是无创血糖测量中最有应用前景方法之一.
【总页数】4页(P2744-2747)
【作者】李刚;周梅;吴红杰;林凌
【作者单位】天津大学,精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;天津大学,精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;天津大学,精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;天津大学,精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】O657.3
【相关文献】
1.光学无创血糖检测方法研究进展 [J], 王磊;刘贵栋;陈春睿;刘欢;;
2.人体无创血糖检测的发展与现状 [J], 张大伟;赵刚;洪瑞金;魏文左;张涛
3.光学无创血糖检测方法研究进展 [J], 王磊;刘贵栋;陈春睿;刘欢
4.人体无创血糖检测方法的研究 [J], 刘志宏
5.人体无创血糖检测方法的研究 [J], 刘志宏
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
光电无创血糖检测仪的设计
光电无创血糖检测仪的设计
宋海飞;王志鹏;赵曾伟;张新英;毛海涛
【期刊名称】《中国激光医学杂志》
【年(卷),期】2010(19)3
【总页数】3页(P192-194)
【关键词】血糖检测仪;设计;光电;血糖浓度;生物化学方法;分泌胰岛素;注射胰岛素;检测分析
【作者】宋海飞;王志鹏;赵曾伟;张新英;毛海涛
【作者单位】河南大学物理与电子学院
【正文语种】中文
【中图分类】R446.112
【相关文献】
1.基于能量代谢守恒法的无创血糖检测仪 [J], 马进姿;朱健铭;陈真诚
2.无创血糖检测仪温度标定系统的研制 [J], 雷龙;唐飞;郭开泰;王晓浩;杨涛
3.基于光声效应的无创血糖检测仪的研究 [J], 石小巍;肖啸
4.无创血糖检测仪的DSP和Android软件系统设计 [J], 李阳;唐飞;王晓浩;于赐龙
5.便携式无创血糖检测仪的研制 [J], 周茗思;陈真诚;朱健铭
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。