近红外透射法血糖无创检测光学子系统的构建与分析

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1、万方数据31卷1期2012年2月中国生物医学工程学报ChineseJournalofBiomedicalEngineeringV01．31No．1February2012近红外透射法血糖无创检测光学子系统的构建与分析杨星季忠+杨力彭承琳(重庆大学生物工程学院，重庆400030)摘要：研究血糖的无创检测技术，对于减轻糖尿病患者的检测痛苦，实现血糖浓度的实时监测具有重要意义。传统的光学方法大都需要利用光谱仪扫描样品光谱，虽获取的数据信息量大，但实验设备复杂，不便于实际推广。使用1300和1550nm两个特定波长的LED并结合光纤结构，构建基于近红外透射原理的血糖

2、无创检测系统。通过对50个1300nm波长下光强数据、75个1550nm波长下光强数据以及30个空白对照实验数据进行总体分布的秩和检验，证明系统采集到的1300和1550nm两波长下的近红外光强信号与空白对照信号具有显著差异性。同时，两组光强信号均符合正态分布，其中1300nm波长下光强信号实验样本值x～N(4．601，1．1392)，1550nm波长下光强信号，，～Ⅳ(4．446，1．0782)。研究表明，所构建的系统可有效检测含有血糖信息的近红外光强信号，为后续的数据处理和模型建立奠定基础。关键词：血糖；无创检测；光路；发光二极管；近红外中图分类号R31

3、8．08文献标志码D文章编号0258—8021(2012)01-0147-04TheConstructionandAnalysisoftheOpticalSystemforNon·InvasiveBloodGlucoseDetectionBasedonNearInfraredTransmissionMethodYANGXingJIZhong‘YANGLiPENGCheng—Lin(CollegeofBiomedicalEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400030，China)Keywords：bloodglu

4、cose；non—invasivedetection；opticalroute；LED；near—infrared引言糖尿病是临床多发病症，严重威胁着人体的健康。实践证明，连续检测糖尿病患者的血糖浓度，对于指导临床合理用药、减少并发症发生具有重要作用⋯。传统的血糖浓度检测方法操作较繁琐，检测过程中会给患者造成疼痛，同时还有感染其他疾病的危险∽’3·，不利于血糖的频繁检测。为此，研究无创血糖检测技术，有利于减轻糖尿病患者的检测痛苦，实现血糖浓度的实时监测。目前，无创血糖检测的原理和方式有多种。其中，由于近红外光对于体液和软组织的良好穿透性，近红外方法成为了血糖

5、无创检测的理想方法之一。但是，目前的方法大都需要依靠光谱仪获取数据，而光谱仪属于大型设备，成本不菲。同时，在后续的数据分析建模中，并不是所有数据都起到了作doi·10，3969／j．issn．0258—8021．2012．01．022收稿日期：2011-09-03，录用13期：2011-11—30基金项目：中央高校基本科研业务费科研专项(CDJZRl0230015)}通信作者。E-mail：jizhong@cqu．edu．cn用，造成数据处理量大，数据有效使用率较低。为此，本研究根据比尔一朗伯定律，通过特定波长的LED光源，运用近红外透射法，构建了无创血糖检

6、测光学子系统，为后续的数据处理和模型建立奠定了基础。1材料与方法1．1基本原理光在组织中的传播服从光的吸收定律，即比尔一朗伯(Beer—Lambert)定律H1。设一束强度为，0的平行单色光入射到某样品中，由于部分光线被吸收，透过的光强为，，，则A：华：占cd(1)』‘式中，A为样品对入射光的吸收程度(称为吸光度)；占为吸收物的吸光系数，d为样品的光程，C为万方数据中国生物医学工程学报31卷吸收物的浓度。根据血糖对近红外光的吸收特性，血糖对1550nm波长吸收较强，可携带组织中的血糖浓度信息；而对1300am波长的吸收较弱，可用在后续数据处理中，减少组织结构

7、对血糖浓度检测的影响【“。在血糖检测中，对固定波长A，=1550nm、A：=1300am的透射光进行检测。设三。。、￡。。分别为1550am波长的测量光强和参考光强，上。：、￡。：分别为1300nm波长的测量光强和参考光强。定义自变量n㈢／(iLD2)(2)定义有创血糖浓度值l，为因变量。由比耳一朗伯定律可知，y与x呈线性关系，线性回归方程为Y=Ot+口x。将标准方法测得的血糖浓度数据与近红外光强值用适当的化学计量方法建立定标模型，对于未知浓度的样品测量其近红外光强数据，利用建立的定标模型对其血糖浓度进行预测分析‘0。。1．2系统构建所构建的血糖无创检测光学

8、子系统由LED耦合前端、检测探头、探测采集3部分组成