基于光信息处理技术的无创血糖测量方法

血糖无创检测技术是在不损伤皮肤的条件下测量出人体血液中血糖浓度的新方法。它能解除糖尿病患者经常化验所需要的针刺取血的痛苦，避免病毒通过血液传染的危险。同时它能有效地提高对血糖监测的水平，降低患者的危险。本文对国际上无创血糖测量技术的研究现状进行了综述和分析，介绍了几种具有代表性的无创检测仪器的原理，分析了各种测量方法的优缺点，指出了未来血糖无创检测技术研究的发展方向。     

无创人体血糖检测光学方法的研究现状与发展

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。     

连续幂系数回归在人体血糖无创检测中的应用研究

血糖浓度的准确检测对于糖尿病的治疗具有重要的意义.本文采用连续幂系数回归方法有效地提高了近红外无创检测人体血糖浓度的预测精度.该方法是传统偏最小二乘法(PLS)的扩展,实现简易,且当幂系数选取恰当时,能够明显地提高预测精度.应用该方法分别建立了四成分葡萄糖实验和人体口服葡萄糖实验的定量分析模型,并利用该模型对预测集样本进行预测.实验结果表明,与PLS相比,该方法建立的定量分析模型不仅可以提高预测精度,而且可以针对不同的测量对象没定不同的幂系数以达到最佳的建模效果.根据不同个体灵活地选取幂系数,对于人体血糖浓度近红外无创检测研究具有很大的应用价值.     

近红外无创血糖检测系统信号提取能力的验证

近红外无创血糖检测技术的精度目前仍达不到临床应用的需求,主要的原因为:一方面人体血糖信号微弱,并且血液中一些组分的近红外吸收谱带与葡萄糖的吸收谱带存在重叠,为了从光谱中解析葡萄糖浓度信息,通常会采用如偏最小二乘(PLS)等多变量回归的方法。另一方面,在实际测量中,必然会存在光源漂移、测量条件变化等背景干扰,这些背景干扰对测量造成的影响往往大于血糖浓度变化引起的光谱响应,因此在建立血糖预测模型之前必须对这些背景干扰进行有效地控制与消除,否则使用多变量回归方法所建立的血糖预测模型中很可能存在伪相关。因此为了更好地实现无创血糖检测,测量系统本身必须具备很高的血糖检测能力,并且在控制测量条件尽可能稳定的前提下,采用合适的数据处理方法去除绝大部分的背景干扰。为此,对自行研发的无创血糖检测系统的血糖检测能力进行了评估,证明了本系统能够达到较高的测量精度;对三名健康的受试者开展了口服糖耐量试验(OGTT)以及口服水耐量试验(OWTT),对比了本系统在两个不同光源-探测器距离下测得的OGTT与OWTT的光谱数据,发现在两个光源-探测器距离下OGTT吸光度变化量的方差值都大于OWTT,但由于受到背景干扰的影响,三名受试者的吸光度变化量的方差值随波长的分布特点存在较大的差异;对两个光源-探测器距离下的光谱数据进行差分处理,对比分析OGTT与OWTT的差分光谱数据,结果表明OGTT差分吸光度变化量的方差值远大于OWTT,且三名受试者的差分吸光度变化量的方差值随波长分布特性与葡萄糖溶液的吸收特性基本一致,证明使用自行研发的无创血糖检测系统配合差分处理方法,能够有效去除背景干扰,提取血糖浓度信息。     

双调制多波长旋光法检测人工前房内葡萄糖的浓度

光学旋光法是一种无创血糖检测技术,通过测量眼前房水内葡萄糖浓度来确定体内血糖浓度水平。人眼运动引起的实时变化的双折射是实现旋光法无创血糖测量的主要限制因素之一。设计了实时、闭环、双调制多波长偏振系统来测量人工前房内的葡萄糖浓度,人工前房由离体角膜固定在人工眼房上构成。采用眼耦合装置使光直线穿过眼前房从而避免了空气与角膜之间折射率不匹配引起的光线弯曲。存在运动引起的双折射时,采用双波长旋光系统测量眼模型内的葡萄糖浓度,两次预测葡萄糖浓度的标准差分别为18.9mg/dL和15.2mg/dL,表明该系统具有降低活体角膜实变双折射的潜力,有利于实现与血糖浓度相关的眼前房水内葡萄糖浓度的精确测量。     

光学无创血糖浓度检测方法的研究进展

连续监测血糖浓度是控制糖尿病及其并发症的前提,无创伤性血糖浓度检测方法备受关注。近几十年来,随着测量精度的不断提高,基于光学的无创伤性血糖浓度检测方法呈现出巨大发展潜力,有望在未来实现临床应用。本文详细介绍了偏振光旋光法、光学相干断层成像法、红外光谱法等主流光学无创血糖检测方法,重点对其基本原理、测量优势、测量精度、存在问题与可能解决方法等进行了综述和分析,对比发现红外光谱法在测量精度方面具有明显优势。最后指出未来还需从提高仪器信噪比、消除背景干扰以及建立更加普适的校正模型等方面展开研究。     

基于可见光图像的无创血糖测量仿体实验验证

基于光学测量的无创血糖检测是目前生物医学领域的研究热点,但由于存在信噪比低、背景噪声干扰、准确度不高等问题,该无创血糖检测方法还停留在实验阶段,无法应用于临床实践。针对这些问题,提出了一种基于可见光图像的无创血糖检测方法。该方法通过采集到的散射图像,采用梯度增强决策树算法,建立了散射图像特征参量与血糖浓度关系的回归模型,并通过仿体实验验证了模型的准确性。实验结果表明,利用梯度增强回归模型,可以对可见光散射图像与葡萄糖浓度的关系进行建模,一致性决定系数可达0.929,葡萄糖检测精度平均绝对误差为0.156g·L~(-1)。     

葡萄糖浓度对THz频段血液光学特性的影响

无创性血糖检测仍是糖尿病患者护理安全舒适的现实科学任务。本文研究了血糖光学特性与血糖浓度之间的相关性。用时域THz光谱研究了全血在0.3~0.5 THz频率范围内的透射谱。在注射胰岛素后的短时间内,由同一糖尿病患者产生了生物样品。得到了血液光学特性的频散特性。基于频散,给出了血糖浓度与折射率和介电常数的关系式。这项工作是复杂研究的一部分,重点是无创葡萄糖测量技术的发展。记录血糖水平与血液光学参数之间的依赖关系,使得将来可以使用反射光谱技术进行无创血糖水平检测。     

葡萄糖浓度对THz频段血液光学特性的影响（英文）

无创性血糖检测仍是糖尿病患者护理安全舒适的现实科学任务。本文研究了血糖光学特性与血糖浓度之间的相关性。用时域THz光谱研究了全血在0.3~0.5 THz频率范围内的透射谱。在注射胰岛素后的短时间内,由同一糖尿病患者产生了生物样品。得到了血液光学特性的频散特性。基于频散,给出了血糖浓度与折射率和介电常数的关系式。这项工作是复杂研究的一部分,重点是无创葡萄糖测量技术的发展。记录血糖水平与血液光学参数之间的依赖关系,使得将来可以使用反射光谱技术进行无创血糖水平检测。     

CCD激光雷达探测白天近地面气溶胶消光系数（英文）

利用CCD激光雷达系统对合肥西郊近地面气溶胶消光系数进行了昼夜连续测量,弥补了传统后向散射激光雷达近地面盲区和重叠区域的数据空白.比较夜间Mie散射气溶胶激光雷达和CCD激光雷达获得的气溶胶消光系数,验证了CCD激光雷达系统的可靠性.CCD激光雷达系统的白天检测是可行的,并获得了10~180m高度的大气气溶胶消光系数,空间分辨率最高可达1cm.两种气溶胶消光系数分布表明,气溶胶消光系数在垂直方向上不是单调递减,且在一天中剧烈变化.CCD激光雷达检测到的气溶胶消光系数的时空演化图表明,随着天色变黑,整体气溶胶具有降低的趋势.CCD激光雷达的气溶胶消光系数曲线的日间检测是可以实现的.     

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

开发了一种小型化人体血糖浓度无创检测系统,该系统可实现人体血糖浓度的快速、实时、无创检测,主要由嵌入式系统、夹具、光源系统和微型光栅光谱仪四部分组成。提出了一种光源稳压驱动电路方案,可满足多种光谱采集条件对光源的要求。同时提出了一种一体化夹具设计方案,不仅简化了系统的光学结构,而且提高了测量条件的可重复性。分别用小波去噪和核偏最小二乘法对采集的光谱数据进行预处理和数学建模,并对系统进行性能评价,血糖浓度预测值与标准值的相关系数为0.95,预测均方根误差为0.6mmol.L-1,系统的重复性较好。     

基于时频域综合分析的无创血糖检测技术研究

无创血糖检测技术是一种间接测量血液中葡萄糖含量的方法,其不损伤人体组织具有安全、快捷、无创的特点,打破了传统血糖检测的局限性,具有重要的研究价值。光电容积脉搏波信号因携带多种生理病理信息,被广泛应用于各种临床研究,也是目前实现无创血糖检测技术的重点关注对象。目前基于光电容积脉搏波信号的无创血糖检测研究,仅考虑了时间域或频率域单独作用时对系统建模的贡献。信号的时域分析虽能描述PPG信号幅值随时间的变化,却无法直观反映PPG信号频率的能量分布,因此单一域的信号分析不能全面表达PPG信号,从而导致信息丢失。采用频域分析方法提取信号频谱时,需要利用信号的全部时域信息,是一种全局的变换,可能会造成特定时间或特定频率段内的信号特性丢失。提出了一种基于光电容积脉搏波(PPG)时频域综合分析的无创血糖检测新方法,采用时域-频域并行法综合考量光电容积脉搏波信号与血糖间的联系。以时域分析为基准,利用聚类分析法在PPG信号时域中提取代表波形,分析波形特征点与血糖相关性,确定波形时域特征参数。在此基础上,利用快速傅里叶变换将脉搏波时域信号转换至频率域,采取主成分分析手段研究频谱信息,确立频域特征量。通过口服葡...     

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

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可行性的基础。二维相关光谱技术以其高分辨率和便捷的时序规则(Noda规则)两大优势被广泛地应用在分子间(内)反应、物质相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ATR光谱采集实验,参考OGTT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。     

中红外光谱法在无创血糖检测技术中的应用

构建了中红外无创血糖检测的实验方案,利用傅里叶红外光谱仪对葡萄糖溶液及手指进行了中红外光谱检测并进行分析,得到葡萄糖的中红外特征吸收峰在1000cm^-1附近,证实了中红外光谱在无创血糖检测中的可实现性,选择激光器和光导探测器进行特征峰处的光电检测实验,并得到了有效信号。     

论无创血糖监测的红外光谱方法(特邀)

介绍了无创血糖监测的几种光学方法以及红外光谱法用于无创血糖监测的优势。分析了无创血糖监测红外光谱法的主要问题,包括光在人体组织中的复杂传播;葡萄糖吸收信号微弱,且与人体中其它生化成分吸收光谱重叠;人体组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。     

双调制光学偏振法葡萄糖浓度检测

光学偏振法在无创血糖检测技术中具有很好的应用前景,人眼运动引起的实时变化的双折射是偏振法无创血糖测量的主要限制因素。采用激光模拟调制与法拉第调制相结合的双调制法建立了实时闭环单波长偏振光检测系统。双调制法克服了先前由直流电压驱动激光器和法拉第调制器构成的偏振检测系统达到稳定所需时间由单一法拉第调制器的调制频率限制的问题;且系统的响应时间小于10 ms,可更为有效地克服人眼运动对测量的影响;同时双调制法可降低系统电磁干扰和激光在低频调制下的1/f噪声,有提高系统信噪比的潜力。通过两次检测0~600 mg/d L、间隔100 mg/d L的葡萄糖水溶液浓度对该系统的性能进行了评估,两次测量值的标准差均小于10 mg/d L,验证了该检测系统的重复性与精确性。     

大气条件变化时的激光雷达散射截面测量方法

利用双光路探测研究了大气条件变化对外场目标激光雷达散射截面测量准确度的影响.将双光路探测应用于比对测量后,推导出了新的比对测量公式,进行了实验验证,并讨论了其适用条件.通过对漫反射板激光雷达散射截面的外场实测,结果表明:利用新的比对测量公式,不仅能有效减小测量过程中因大气条件变化带来的误差,提高测量准确度,而且计算过程较为简单;工程上易于实现.     

基于激光雷达平面实时定位研究

将激光雷达安置于坐标原点,利用激光雷达测定平面上目标点坐标(r,θ),实现对目标点的定位。为了避免激光雷达测量上的视野盲区,设置激光雷达在平面上360°旋转对空间进行扫描捕获目标点,为了消除激光雷达位于一固定点对目标点的定位,导致定位测量上数据的单一性,将激光雷达置于一移动平台,构建动态坐标系,测量与平台同平面目标点相对激光雷达位置的坐标(r_i,θ_i),通过坐标转换,将多次测量的坐标平均值作为目标点的定位坐标值,实现对平面上特征点的定位,最后利用MATLAB进行数据处理绘图。     

飞机激光雷达散射截面测量与分析

飞机激光雷达散射截面的测量,对于研究飞机激光散射特性以及评估探测系统至关重要.本文介绍了飞机激光雷达散射截面测量理论,设计了飞机激光雷达散射截面测量装置和测量方法,并通过实验验证了该装置与测量方法.在全尺寸真实飞机试验与测量过程中,通过对原始数据高斯补偿与背景修正,获得了误差小于7%的飞机激光雷达散射截面数据.实验结果表明,本文提出的飞机激光雷达散射截面测量与分析方法是正确的和有效的.     

基于微动调制的FMCW SAR无源压制干扰方法

调频连续波(FMCW)合成孔径雷达(SAR)体积小、重量轻、成本低、功耗低等优点,在无人机等小型飞行平台中具有较大的应用潜力,对FMCW SAR的干扰也将成为目前干扰技术研究的重点;在构建旋转微动目标回波模型的基础上,分析了FMCW SAR旋转微动目标的干扰特性,并进一步提出了一种基于微动调制的FMCW SAR无源压制干扰方法;该方法利用旋转角反射器在距离向和方位向上形成的二维干扰条带,能够实现对被掩护目标的有效保护;文章详细分析了对FMCW SAR实施干扰时旋转角反射器的参数选择方法,并利用仿真实验验证了理论分析与所提无源压制干扰方法的有效性。