试论组织液中红外光谱无创血糖测量基本理由

论文导读：
摘要：糖尿病是一种严重危害人类健康的重大疾病，目前还没有根治的手段。为了有效地降低并发症的发病率，需要对血糖进行频繁测量。实现血糖水平的无创伤、连续测量具有重要的现实作用。中红外（Mid-Infrared，MIR）光谱对分子的选择性好，不同分子之间的光谱重叠和干扰不严重，信息丰富。中红外光谱无创血糖测量策略探讨已经开展了很多年，但一直没有得到突破性的探讨成果。该策略所面对的主要不足在于：a)缺乏对中红外光谱无创血糖测量策略中有着的光与生物组织的相互作用、葡萄糖的来源、光谱与血糖之间的联系等不足的细致探讨，由此，也缺乏提升浅析结果精度的有效手段。b)人体皮肤是一复杂、时变的系统，其光谱易受到一些物理、化学因素的干扰，会直接影响定标模型的可靠性与稳健性。c)与血糖有关的吸收信号非常微弱，给信息的提取带来了困难。本论文对中红外光谱无创血糖测量策略中有着的上面陈述的不足进行了探讨，主要内容如下：1）对中红外光谱无创血糖测量策略中有着的光与生物组织的相互作用、皮肤光谱中与血糖有关的吸收信息来源、组织液中葡萄糖含量与血糖水平的联系等不足进行了浅析，提出利用中红外光谱测量表皮组织液中葡萄糖含量来实现血糖无创伤测量的物理模型。与浅析血液信息相比，组织液光谱中不有着血红蛋白等生化成分的干扰，较容易实现无创伤血糖测量。2）对中红外光谱浅析组织液中葡萄糖的定标策略进行了探讨。中红外光谱浅析技术中的化学计量学信息提取策略直接影响测量结果的精度与可靠性。本论文探讨结果表明，浅析组织液中葡萄糖含量时，偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression，PLSR）策略能获得较好的测量结果。3）利用胶带粘贴、水冲洗及打磨等方式分别对皮肤进行预处理，探讨皮肤预处理方式对其衰减全反射(Attenuated Total Reflection,ATR)红外光谱的影响，并浅析造成这种影响的机制。结果表明，光程变化是导致皮肤光谱变化的主要理由。当光程变化信息与葡萄糖的浓度信息之间有着偶然相关时，所得PLSR模型的浅析精度与稳健性都会受到影响；利用附加散射校正（Multippcative Scatter Correction，MSC）、变量标准化（StandardNorrmapzed Variate，SNV）策略对可以对光谱中的光程信息进行校正。4）根据PLSR算法原理，提出了评估光谱干扰因素对定标结果影响的策略；结合具体实验，对中红外光谱无创血糖测量策略中有着的光谱测量时机、角质层的吸收变化、接触压力等干扰因素影响进行探讨。并通过口服葡萄糖耐量实验（Oral Glucose Tolerance Test，OGTT）实验，发现表皮中的组织液很难渗透到皮肤角质层中进而被倏逝波所探测到。5）提出了中红外光谱无创血糖测量系统的物理设计案例，对提升光谱信噪比的技术手段进行了浅析。通用的光谱仪不能满足中红外无创血糖测量的要求，基于可调谐量子级联光器激(Quantum Cascade Laser,QCL)光源的光谱测量系统物理设计案例能有效提升所得皮肤光谱的信噪比，有助于实现血糖的无创伤测量。关键词：中红外光谱论文表皮组织液论文化学计量学论文无创血糖论文糖尿病论文
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ABSTRACT5-7
目录7-10
第1章 绪论10-22

1.1 无创血糖测量的作用10-11

1.2 无创血糖测量探讨策略概述11-19

1.2.1 旋光法12

1.2.2 光学相干断层成像法12-13

1.2.3 拉曼光谱法13

1.2.4 阻抗谱法13

1.2.5 电离子渗透法13-14

1.2.6 组织间液收集法14

1.2.7 红外光谱法14-19

1.3 中红外光谱无创血糖测量面对的不足19

1.4 本论文的探讨目的及作用19-20

1.5 主要探讨内容20-22

第2章 中红外光谱无创血糖测量机理浅析22-38

2.1 红外光谱浅析的基本原理22-24

2.2 人体中的葡萄糖及其红外吸收特点24-25

2.3 人体皮肤 MIR 光谱吸收特点25-28

2.4 光与人体皮肤的相互作用28-33

2.4.1 ATR测量原理28-29

2.4.2 人体皮肤组织29-31

2.4.3 光与人体皮肤的相互作用31-33

2.5 角质层的生化成分及结构33-34

2.6 表皮组织间液中的葡萄糖34-36

2.7 中红外光谱无创血糖测量机理36-38

第3章 中红外光谱无创血糖测量信息提取策略探讨38-58

3.1 组织液样品的制备38-41

3.2 组织液中红外光谱的获取41-44

3.

2.1 仪器及参数41-42

3.

2.2 光谱采集策略及步骤42-44

3.3 中红外光谱测量葡萄糖的化学计量学策略探讨44-56

3.1 多元线性回归定标浅析44-50

3.2 导数光谱法50-52

3.3 PLSR 定量浅析探讨52-56

3.4 本章小结56-58

第4章 皮肤不同方式预处理对皮肤ATR-FTIR光谱的影响58-70

4.1 探讨策略58-59

4.2 胶带粘离对皮肤光谱的影响59-62

4.3 水冲洗处理对皮肤光谱的影响62-66

4.4 打磨处理对皮肤光谱的影响66-68

4.5 分泌物的光谱68-69

4.6 本章小结69-70

第5章 光程变化对PLSR定标结果的影响探讨70-82

5.1 加入光程变化信息的策略70-72

5.2 不同情况下的定标结果72-76

5.

2.1 原始光谱的定标结果72-73

5.

2.2 加入光程变化信息后的定标结果73-76

5.3 光程校正策略探讨76-80

5.4 本章小结80-82

第6章 人体皮肤ATR-FTIR光谱测量中的干扰因素影响探讨82-96

6.1 评估干扰因素影响的策略82-84

6.2 接触时间的影响84-88

6.3 角质层吸收变化的影响88-91

6.4 测量压力的影响91论文导读：7.2技术路线97-1017.2.1光源97-1007.2.2光学系统1007.2.3化学计量学建模系统100-1017.3本章小结101-102第8章总结与展望102-1068.1本论文的主要内容与结论102-1038.2本论文的主要革新点103-1048.3下一步展望104-106参考文献106-114博士期间发表的论文114-116致谢116上一页12
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6.5 人体皮肤ATR-FTIR光谱与血糖水平的相关性92-94

6.6 本章小结94-96

第7章 中红外光谱无创血糖测量系统的物理设计96-102

7.1 中红外光谱无创血糖测量的物理思想96-97

7.2 技术路线97-101

7.

2.1 光源97-100

7.

2.2 光学系统100

7.

2.3 化学计量学建模系统100-101

7.3 本章小结101-102
第8章 总结与展望102-106
8.1 本论文的主要内容与结论102-103
8.2 本论文的主要革新点103-104
8.3 下一步展望104-106
参考文献106-114
博士期间发表的论文114-116
致谢116