应用浮动基准法修正光谱光源漂移影响的模拟验证.pdf

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1、第３５卷，第２期光谱学与光谱分析Ｖｏl．３５，Ｎｏ．２，ｐｐ５４７-５５１２０１５年２月ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳｐｅｃｔｒａlＡｎａlｙｓｉｓＦｅｂｒuａｒｙ，２０１５应用浮动基准法修正光谱光源漂移影响的模拟验证王柱楼，张婉洁，李晨曦，陈文亮*，徐可欣天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津３０００７２摘要近红外无创伤血糖检测目前面临的挑战主要是测量条件难以保证稳定、测量系统及被测对象自身的背景变化等问题，导致很难从背景变动的光谱中提取出糖浓度变化信息。经过多年的实验研究发现应用浮动基准参考测量法有望消除仪器漂移及

2、被测对象自身背景变动的影响。但是浮动基准位置因人及测量部位不同而异，在不同的测量波长下其浮动基准点位置也不同，因此，欲在实验中验证浮动基准法的光谱修正效果需要测量出与入射光位置不同径向距离处的漫反射光强，然而在实际实验中位置精度很难保证。为此，研究了用模拟实验的方法验证多波长下浮动基准法对光源漂移所引起的光谱变化的修正效果，基于ＭｏｎｔｅＣａｒlｏ模拟，分别采用浓度为５％和１０％的Ｉｎｔｒａlｉｐｉｄ溶液作为被测样品，通过改变入射光子数模拟光源漂移的影响。得到模拟的光谱数据后，利用浮动基准法对其进行处理，并分别对浮动基准法修正前

3、后的光谱数据进行偏最小二乘建模分析，将预测结果进行比较发现：两种浓度Ｉｎｔｒａlｉｐｉｄ溶液在存在光源漂移影响情况下修正后的模型预测精度预测均方根误差（ＲＭＳＥＰ）相比于修正前分别减小了９８．５７％（５％Ｉｎｔｒａlｉｐｉｄ）和９９．３６％（１０％Ｉｎｔｒａlｉｐｉｄ）。表明浮动基准法在消除光源漂移的影响方面效果明显。关键词浮动基准法；葡萄糖浓度检测；近红外光谱中图分类号：Ｏ４３３．４文献标识码：ＡDOI：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００-０５９３（２０１５）０２-０５４７-０５不敏感，该处光能量的变化量由背景及仪器漂移等

4、因素引引言起，基于此提出了基于浮动基准实现浓度参考测量的方［４］。我们研究论证了浮动基准位置点的存在条件［５］，从模法［６］，并应用近红外光谱方法因其无损、快速、高效等优点被认为是拟和实验的角度验证了浮动基准位置点的存在性［１，２］。但是目前近红单一基准位置浮动基准法在含糖的Ｉｎｔｒａlｉｐｉｄ溶液中进行了具有应用前景的无创血糖检测技术之一外无创伤血糖检测面临的挑战主要是测量条件难以保证稳基础应用研究，但该方法中在各个波长下采用的是同一个径定、测量系统及被测对象自身的背景变动大且难以预测等问向位置作为浮动基准位置进行光谱信号的修

5、正，这就会导致题，导致很难从复杂的背景变动光谱中提取出糖浓度的变化在进行光谱修正时使用的参考信号并不是准确的，从而在浓信息。能否在人体测量中消除背景变动对测量带来的影响成度预测时会存在较大误差。为人体无创血糖检测的关键。由于在实验中验证浮动基准法的修正效果需要测量出与相对测量方法是将参考物的光谱作为背景，再基于背景入射光位置不同径向距离处的漫反射光强，位置精度很难保［３］。但是在人体检测证，因此采用了模拟验证的方法，在现有浮动基准参考测量光谱来消除样品光谱中背景变动的影响中，与被测对象背景变动同步并且光学特性接近的参考物并方法的

6、原理基础上，针对各波长选用相应的基准位置处的测不存在，而且由于葡萄糖遍布于皮肤的血液和组织液中，也量信号作为参考信号，对浮动基准法在消除由光源漂移所引不存在某一位置处不含葡萄糖或葡萄糖浓度的改变不影响其起的背景变动方面的应用进行了研究。采用不同浓度的Ｉｎ-光学参数的改变，因而也就无法利用相对测量的方法有效去ｔｒａlｉｐｉｄ溶液进行ＭｏｎｔｅＣａｒlｏ模拟仿真，计算得到各个波长除测量过程中背景变动对光谱测量的影响。课题组在过去的下的浮动基准位置，并以相应位置处的信号对测量位置信号研究中发现，采用近红外光谱测量血糖浓度时，在某一固定

7、进行修正，以验证浮动基准理论在无创血糖检测中的效果。波长下，存在一个径向位置处的光能量对血糖浓度变化信息收稿日期：２０１３-１１-２０，修订日期：２０１４-０３-２４基金项目：国家自然科学基金项目（６０９３８００２），国家（８６３计划）项目（２０１２ＡＡ０２２６０２）和中国博士后科学基金项目（２０１３Ｍ５４１１７４）资助作者简介：王柱楼，１９８９年生，天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室硕士研究生ｅ-ｍａｉl：ｗａｎｇｚｈulｏu＠１２６．ｃｏｍ*通讯联系人ｅ-ｍａｉl：ｃｈｅｎｗｅｎlｉａｎｇ＠ｔｊu．ｅｄu．ｃｎ５４８光

8、谱学与光谱分析第３５卷变化所引起的吸收效应和散射效应相抵消，从而使得该位置１浮动基准参考测量方法修正光源漂移所引处的光能量不随葡萄糖浓度的变化而改变，即有Ｋ（λ，ρ）＝起的背景变动的原理０。我们定义该位置为浮动基准位置ρｒ，从而使得ΔΦ＝０ｄΦ＝０（５）在近红外