动态光谱法血液成分无创检测初步研究

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1、中文摘要近红外光谱法血液成分无创检测是生物医学检测领域尚未攻克的前沿课题之一。当前国内外研究重点在于血液成分含量低导致的信号相当微弱和活体测量受到干扰因素众多。本课题利用人动脉血液固有的脉动特性，在光电脉搏波描记法(PPG)的基础上，研究了能够去除大部分个体差异和部分测量条件影响的动态光谱法，并搭建了试验平台。论文的主要研究内容包括：首次系统地研究了用于血液成分无创检测的动态光谱法，阐明了动态光谱法消除个体差异和部分测量条件影响的原理及两种获取途径．时域分光法和空域分光法。通过实验获得了纯净的动脉血液吸收光谱。．完成基于声光可调谐滤波器(Acousto—opticTunableF

2、ilterAOTF)的动态光谱测试平台设计。完成了AOTF的性能验证试验。提出了耳垂组织光学传输模型并完成了组织中能量的传输与分布规律研究及检测传感器设计。利用相关双采样技术(CorrelatedDoubleSamplingCDS)去除微弱光检测的背景噪声。采用精密的IVCl02U互阻抗放大器，实现微弱电流信号转变成为电压信号。利用MSCl212单片机自带的24位∑．&kDC实现高精度的微弱信号采集。利用基于状态图工具箱(Stateflow)的软件代码自动生成技术完成了单片机系统软件设计。把小波模极大值法和小波变换方法相结合对光电脉搏波奇异性进行处理。采用基于相干平均的脉搏波特征

3、参数重构法对光电脉搏波信号滤波，抑制光电脉搏波中的呼吸干扰，获取较高的幅值检测精度。最后把传统的统计估值方法和统计平均方法相结合，剔除含有粗大误差的动态光谱斜率奇异点，提高了动态光谱检测精度。对离体血液近红外光谱相对光程长变化的非线性特征进行定性定量分析。研究多光程长光谱同时建模方法，并分别用模拟溶液样品和人血液样品进行多光程长建模实验研究，解决多组分成分预测时不同组分对应最佳光程长难以取舍的问题，提高了校正模型的预测精度。动态光谱法为近红外光谱技术应用提供了一个全新的思路，使患者有希望彻底抛弃成本高、易感染的有创检测方法，具有广阔的应用前景。本文的研究成果为动态光谱法血液成分无

4、创检测研究奠定了初步的理论和实验基础。关键词：血液成分动态光谱无创检测光谱非线性多光程长建模ABSTRACTNon．invasivemeasurementofbloodcompositionsusingnear-infraredspectroscopy(NIP．S)isaforelandinthebiomedicalengineeringfieldthatstillnotbeentotallyfulfilled．Thecurrentfocalpointsoftheresearcharetheweaksignalduetolowcomponentconcentrationandth

5、enumerousdisturbantefactorsintheinvivomeasurement．Basedonanalysisandcharacterizationofthephotoplethysmography(PPG)，usingtheinherentcharacterizationofthearteryvessel，anewmethod，dynamicspectroscopy,whichcaneliminatetheinterferenceoftheindividualdiscrepancyandmeasurementconditionstheoretically,i

6、scomeupwith．Andthetestingsystemisbuiltalso。Themaincontentofthedissertationinvolves：Theapproachofthedynamicspectrumwasfn'stproposed．Theprincipleofeliminatingtheinterferenceoftheindividualdiscrepancyandmeasurementconditionsarepresented．Twowaystoacquirethedynamicspectrumaredescribed，oneisthetime

7、domainspectroscopyandtheotheristhespatialdomainspectroscopy．Hi曲precisionpuredynamicspectrumisextractedfromthepulsewaveinthetest．Thedesignofthehardwareandsoftwareofthenon—invasivemeasurementsystemofthedynamicspectrumintimedomainhasbeenconducte