近红外无创血糖测量——基于耳垂部位检测的可行性研究

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1、天津大学硕士学位论文近红外无创血糖测量——基于耳垂部位检测的可行性研究FundamentalStudyontheFeasibilityofEarlobeSiteforNon-InvasiveBloodGlucoseSensingwithNear-InfraredSpectroscopy学科专业：生物医学工程研究生：邹达指导教师：蒋景英副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机

2、构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要应用近红外光谱分析技术进行人体血糖浓度无创检测有着很高的应用价值。对于人体，

3、选择合适的测量部位会使近红外测量的精度明显提高。由于耳垂部位有血流丰富、便于探头固定等优点，易用性较强，本文针对耳垂作为测量部位进行近红外无创血糖检测的可行性开展了相关研究。论文在阐述近红外血糖检测中常用的指尖、手掌、前臂，以及本文拟研究的耳垂的生理结构基础上，从各部位皮肤的分层厚度角度以及各部分之间血糖浓度相关性进行了分析；其次，开展了人体口服葡萄糖耐受实验，实验结果表明：耳垂毛细血管中的血糖浓度变化与前臂静脉全血及指尖毛细血管中的葡萄糖浓度变化趋势基本相同，相关系数均在0.8之上；由此可以认为，从生理学角度，耳垂作为血糖检测的测量部位是可行的。采用蒙特卡洛模拟方法，分别开展了基

4、于耳垂五层皮肤模型在大浓度下和人体血糖浓度下的仿真，结果表明：此模型下，位置浮动基准点存在，且在大浓度下受个体差异比在人体血糖浓度下影响较大，该结果可用于指导无创血糖检测探头设计中源光纤与探测光纤之间的距离；同时，针对耳垂的结构特性，基于仿真结果分析了其透射光的分布规律及受个体差异的影响，并在径向上和耳垂的漫反射光进行了比较，表明耳垂透射光有较大的应用潜力。最后，基于耳垂五层模型的仿真数据，以及利用双光纤空间分辨漫反射测量系统进行的仿体实验数据，分别用基准位置1.9mm的原始光谱数据、在扣背景处理后和基于浮动基准方法的光谱修正后建立糖浓度预测的多变量模型，得到的预测精度呈现递增趋势

5、；针对1.9mm径向位置处的透射光进行糖浓度预测的多变量模型，其预测精度与基于浮动基准方法进行光谱修正后的模型结果相当。由此表明在近红外光谱进行无创血糖浓度测量时，选取耳垂作为测量部位是可行的，具有较大的应用前景。关键词：近红外光谱，无创血糖测量，耳垂，浮动基准方法，口服糖耐量实验ABSTRACTTheapplicationofnearinfraredspectroscopyanalysisinhumanbloodglucosesensingisofgreatmeasurementpotentialandpracticalsignificance.Forhumanbody,choo

6、singanappropriatemeasurementsitecanenhancetheaccuracyonnear-infraredsensing.Theearlobehasmanyadvantagesforitsaffluentbloodflow,anditsconveniencefortheattachmentoftheopticalsensingprobe.Sotheearlobesiteisconvenienttouse.Inthisdissertation,thefeasibilityoftheearlobeasthemeasurementsiteonnear-inf

7、raredbloodglucosesensingisstudied.Basedonthephysiologicalstructuresoftheintendedstudyingsiteearlobeandothercommonmeasurementsitessuchasthefingertip,palmandtheforearm,analysisisdonefromtheskinlayerthicknessaspectandthecorrelationoftheblo