近红外光谱无创血糖测量人机接口方法的实验研究

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本文针对近红外光谱无创血糖检测中的人机接口方法进行了研究,并对课题组自行研发的血糖检测系统的信号来源进行了分析,验证了系统提取血糖信号的能力。首先,通过生物组织结构分析和实验研究,分析了九个常见部位在近红外无创血糖检测中的适用性。从生物组织结构和稳定性角度分析,认为前臂、手背等部位较优。开展在体实验,对比了不同部位的光谱稳定时间、信噪比等。结果表明前臂伸侧、手腕背侧、手背为信噪比较高的位置,手背、额头、前臂伸侧的光谱稳定时间较短。综合分析,认为手背、前臂伸侧为较优测量部位。进一步开展人体实验考察了这两个部位在测量中受到的干扰来源及增加固定措施后光谱的稳定情况。结果表明,前臂伸侧为近红外无创血糖检测的最佳测量部位。其次,开展人体实验比较了近红外无创血糖检测中接触式与非接触式两种测量方式的优缺。分析了影响两种测量方式光谱的主要因素,考察了接触式测量光谱的稳定过程及接触压力对于接触式光谱的影响和非接触式测量光谱的稳定状态。结果表明,接触式测量光谱需要约1小时才能进入稳定状态,同时,为保证测量信噪比高于10000:1,接触压力变化幅度应当小于0.05 N。与接触式测量相比,非接触式测量光谱不需要长时间预热,可以迅速进入稳定状态。综合分析,认为非接触式测量更优。最后,基于蒙特卡洛模拟的平均光程长,评估了自行研发的无创血糖检测系统的极限检测精度,并在严格控制测量部位相同的前提下,开展了口服水、口服葡萄糖耐量对比实验以验证系统的血糖检测能力。单径向距离处的光谱数据以及两个径向距离处的差分光谱数据表明:系统可以检测到人体血糖浓度的变化信息,但光谱受到较强的背景干扰。通过对不同径向距离下的光谱数据进行差分处理可以有效去除背景干扰,提取血糖信号。
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