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血液与尿液成分的多光程光谱法检测

作　者: 赵喆
导　师: 李刚
学　校: 天津大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 多光程血液尿液近红外总蛋白尿微量白蛋白
分类号: R318.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

光谱分析方法以其灵敏、快速、准确的检测特点,在各个领域得到广泛应用。血液和尿液的成分含量是判断人体健康状况的客观依据,低成本血液和尿液成分快速检测方法具有重要的学术意义和社会价值。基于多光程光谱比单一光程光谱能够提供更多样本成分含量信息从而提高测量精度的理论,对多光程光谱法血液及尿液成分检测进行了初步研究和探索。设计并搭建了自动多光程光谱检测系统以获得多光程光谱数据。该系统由自动微位移装置、光谱仪和微机(上位机)构成,通过编写的上位机VB.net程序及微控制器控制程序协同工作,精确控制自动微位移装置微小位移,实现了多光程光谱数据的自动采集。在血液成分含量检测实验中,采集200例血清样本近红外多光程光谱数据,并对样本葡萄糖、总胆固醇、总蛋白、白蛋白含量进行建模分析,r2分别为0.8686、0.9432、0.8953和0.8993, RMSEP分别为0.6792mmol/L、0.2064mmol/L、2.8469g/L和1.7942g/L。多光程光谱提取特征波长的初步研究表明光程分段挑选波长方法的建模效果最优,可将光谱数据维数缩减为原始数据的1/40,对多光程光谱降维方法的研究有一定的积极意义。在光谱尿液成分检测实验中,选择肾脏损伤敏感指标尿微量白蛋白作为检测对象。采集标准品配制的27个尿样和207例实际尿样多光程可见-近红外光谱信息。配制尿样使用可见-近红外双波段多光程光谱建立的回归模型优于使用单一波段建模,r2达0.9905,最大预测绝对误差为7.56mg/L。实际尿样建模中充分考虑光谱数据的非线性因素,使用PLS-ANN联立建模,r2为0.9511,RMSEP为5.02 mg/L,提高了定量分析精度。课题设计自动多光程检测系统以减小误操作发生的几率,提高了实验效率和准确度,具有良好的稳定性和可重复性,并通过初步对多光程光谱数据建模分析、特征提取等数据挖掘手段的研究,可以较准确的预测血液中葡萄糖、总胆固醇、总蛋白、白蛋白四种成分和尿液中微量白蛋白的含量,为进一步探索血液和尿液多光程光谱采集分析的检测方法奠定了基础。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 光谱法液体成分分析研究现状  8-10
  1.2 血液和尿液成分检测意义及现状  10-12
    1.2.1 血液成分检测  10-11
    1.2.2 尿液成分检测  11-12
  1.3 多光程光谱法原理及应用  12-13
  1.4 论文的主要研究内容及结构  13-16
第二章机械结构与控制系统设计  16-26
  2.1 自动微位移装置机械结构研制  16-19
    2.1.1 传动螺杆  17
    2.1.2 导轨  17-18
    2.1.3 材质的选择  18
    2.1.4 测量装置的装配  18-19
  2.2 自动微位移装置控制器系统设计  19-25
    2.2.1 控制器供电设计  20-21
    2.2.2 单片机最小系统  21-22
    2.2.3 电机驱动模块  22-23
    2.2.4 液晶显示模块  23-24
    2.2.5 串口通讯模块  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章软件系统设计  26-45
  3.1 控制器程序设计  26-33
    3.1.1 步进电机驱动  27-30
    3.1.2 液晶驱动  30-31
    3.1.3 控制器串口通讯  31-33
  3.2 测量系统上位机程序设计  33-42
    3.2.1 光谱仪搜索  35-37
    3.2.2 光谱仪设置  37-39
    3.2.3 光谱显示  39-40
    3.2.4 数据存储  40-41
    3.2.5 上位机串口通讯  41-42
  3.3 测量系统工作过程  42-43
  3.4 本章小结  43-45
第四章实验研究  45-65
  4.1 系统稳定性实验  45-47
  4.2 血液成分多光程光谱法实验  47-56
    4.2.1 实验材料与仪器  48
    4.2.2 实验方法与光谱预处理  48-49
    4.2.3 偏最小二乘回归建模  49-53
    4.2.4 分段挑选波长建模方法研究  53-56
  4.3 尿液成分多光程光谱法实验  56-63
    4.3.1 实验材料与仪器  57-58
    4.3.2 实验方法与光谱预处理  58-59
    4.3.3 标准品建模分析  59-61
    4.3.4 实际尿样建模分析  61-63
  4.4 本章小结  63-65
第五章总结与展望  65-68
  5.1 总结  65-66
  5.2 展望  66-68
参考文献  68-72
发表论文和科研情况说明  72-73
致谢  73

血液与尿液成分的多光程光谱法检测

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