无创血糖测量review

1300nm左右的近红外光所测量的血糖 浓度
对葡萄糖水溶液和提取的血清 ，血细胞进行葡萄糖浓度的测 量
对葡萄糖溶液的吸收光谱测量
不同葡萄糖溶液的找红外吸收谱
相对吸收强度与葡萄粮溶液浓度的关系
葡萄糖水溶液的浓度信息可以通过其对应的吸收谱谱线的强度得以表达
近红外吸收光谱法
近红外吸收光谱测量原理
• 近红外光谱主要是含X—H(X为C，o，N等)键基团的化 合物在中红外区域基频振动的倍频及合领吸收。含有这些 基团的有机物以及与其结合的无机物样品随着成分含量的 变化，其光谱特征也将随之发生变化。通过化学计量理论 对样品光谱和成分浓度进行关联，建立校正模型然后通过 校正模型和未知浓度的样品的光谱信息来预测样品的组成 • 葡萄糖的主要成份D-葡萄粮C6 H12 O6中有大量的C-H键 和O-H键
n n ISF nS 1.52 105
• 葡萄糖浓度c 的增加将引起背景溶液折射率增加，这是 因为组织液的折射率小于葡萄糖的折射率，因此葡萄糖 分子进入组织液后，溶液的折射率将会增加。背景溶液 折射率的增加，使得散射体与散射背景之间的折射率差 减小，从而引起散射系数和散射相函数的变化. • 葡萄糖 减 相对折射率 散射特性 OCT信号衰
光学相干层析技术
光学相干层析术(OCT)是一种基于弱相干原理的 非侵入式微米级分辨率的成像技术，通过测量样 本组织微弱的后向散射信号，来得到组织内部的 层析结构．只要能够建立完善的OCT理论信号模 型，通过合适的算法，就能够从OCT信号中得到 生物组织的光学性质
光学相干层析法的实验原理图
OCT探测的皮肤深度
总结
红细胞的谱线同全血形状相似，720 nm附近有明显特征 峰， 730nm附近峰位不十分明显，720nm附近特征峰 的峰值强度随红细胞浓度增加而减小，变化趋势同全血一 致。由于全血的720nm荧光肯定不是D葡萄糖特征峰， 而红细胞在此处有明显特征峰，因此全血中720nm附近 特征峰可能是组成红细胞的某些蛋白质引起的荧光效应。 红细胞730nm特征峰不十分明显，弱于全血730nm强度 ，这是由于全血中D葡萄糖浓度较高的缘故，因此可以确 认730nm是D葡萄糖的特征峰，特征峰强度有两部分组 成：红细胞内葡萄糖+血清内葡萄糖。而红细胞内葡萄糖 含量较少，且红细胞葡萄糖含量相对不会发生变化，是相 对稳定的一部分，主要引起血糖浓度变化的是血清内部的 D葡萄糖。如果能在全血谱线中去除红细胞的影响， 730nm荧光就完全是由血清中D葡萄糖所产生(其他因素 影响很小)
平均10mg／dL的葡萄糖浓度变化会导致OCT信号的斜率变化1．9％
荧光法
荧光法测量的理论基础
• 室温下正常生物分子处于基态，当吸收外界光能 量后部分分子会跃迁到激发态。部分分子经过弛 豫过程从高能级回到低能级发出荧光 • 血液中存在许多具有固有荧光的分子及基团，如 血红蛋白、芳香氨基酸、脂肪胺等
近红外傅立叶光谱的特点
• • • • •
很高的波长准确度 速度快 光谱分辨率高 自然杂光不影响测试结果 高信噪比
近红外吸收光谱测量的两种实验研究
• 直接作用于人体皮肤，对细胞间质溶液中的葡萄 糖浓度进行测量 • 对提取的血液或葡萄糖溶液进行葡萄糖浓度的测 量
近红外光（1100nm-2400nm)的在细胞间质液中的吸收光 谱
• 此吸收光谱中综合了水，葡萄糖，蛋白质等所有 吸收物质在红外光中的吸收作用
各物质对不同波长的近红外光的吸收
• 600-1300nm含的血糖信息不足 • 1300-1520nm 血糖对其的吸收很明显 • 1520-1850nm 散射起主导作用，而且这个区 域中，水和脂肪对血糖的吸收也很明显 • 2000-2500nm 血糖和水，脂肪，蛋白质等对 其的吸引作用都很明显
光学相干层析法的测量理论基础
比尔-朗伯定律： I
I 0 e d ( s a )
随着溶液的葡萄糖浓度的增加，(1)吸收系数在微弱的增大；(2)散射系数逐渐小； 两者谁起主导作用取决于入射红外光的波长
光学相干层析法的测量理论基础
•
在红外光波长为1300nm时，吸收系数远小于散射 系数，所以信息主要来源于散特性，即:
• 正常人体血糖的浓度值在3．3 mmol／L到8． 3 mmol／L之间，皮肤的葡萄糖含量相当于血 糖的2／3左右，糖尿病患者的皮肤含糖量可更高 。皮肤中的葡萄糖大部分都集中于真皮组织
• 光源选用近红外光。近红外光线（0.76--1.5微 米）穿透力强，可达10毫米，能直接作用到皮肤 的血管、淋巴管、神经末梢及其他皮下组织
Contents
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研究意义
无创测量的主要方法
无创血糖测量存在的问题
无创血糖测量的研究意义
• 减轻采血痛苦，提高测量次数
• 降低成本，减少环境污染
• 推广其它化学成分的无创检测
无创血糖测量的主要方法
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光学相干层析法 荧光法 近红外光谱法 偏光法 拉曼光谱法
光学相干层析法
光学相干层析法的测量生理基础
近红外光的特点
• 相对于中红外光，在近红外区域，体液和软组织相对透明 光的穿透力强，是理想的无创检测光谱段
• 近红外光谱包含了绝大多数类型有机化合物组成和分子结 构的丰富信息，不同的基团和同一基团在不同化学环境中 的吸收波长都有明显差别，可以作为分析获取信息的一种 有效载体
• 近红外吸收系数小，可以使用较长的测量光程， 与中红 外相比，样品可以不经稀释，直接测量，消除了涂膜和压 片等复杂的前处理，操作方便。长光程更能反映样品本体 的整体信息。
血清中的葡萄糖ຫໍສະໝຸດ Baidu光谱
在730nm附近，峰值强度随D葡萄糖浓度在1．4mmol／L到 32．6 mmol／L之间变化时随之发生有规律的变化
血细胞中葡萄糖的吸收荧光谱
在720 nm附近有明显特征峰， 730 am附近不明显， 吸收强度与葡萄糖浓度成反比
全血中葡萄糖的吸收
全血中720 nm和730 nm区域两个峰位的峰值强度随D葡萄糖浓 度在1．5 mmol／L到16．2mmol／L之间变化时,随葡萄糖浓增 加，730 nm 附近峰值强度逐渐减小