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近红外血糖无创检测原理及实现研究

作　者: 秦子辉
导　师: 季忠
学　校: 重庆大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 近红外血糖无创检测动态光谱法虚拟仪器
分类号: TH776
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 214次
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内容摘要

血糖无创检测研究的意义重大。糖尿病作为一种世界范围内的流行疾病,患者人数多,并以惊人的速度急剧增长。目前还没找到彻底根治糖尿病的方法,根据血糖浓度的检测结果调节药量或注射胰岛素是减少或减轻糖尿病并发症的最有效方法。常规的检测方法是通过频繁的静脉取血测量血糖浓度。这种方法给病人带来极大的痛苦和不便,同时增加了感染的机会,不能长期地自我定期检测,更不适合血糖的连续监测。因此,迫切需要发展一种简便、灵敏、准确和无创伤的血糖检测方法以免除患者的痛苦,提高检测的频率,从而对血糖浓度进行更紧密的控制。血糖无创检测技术的研究就是在这一背景下开展的,近年来,这项技术的研究已成为国际前沿性热点课题,国际上众多科研机构都开展了血糖无创检测的研究,检测方法也多种多样。其中基于近红外光谱分析技术进行人体血糖浓度的无创检测是目前最有前途的血糖无创检测方法。本文主要进行了如下工作:1、深入对比分析了现有三种比较成熟的血糖无创检测方法的优劣,指出了基于近红外血糖无创检测方法的优势。从项目研究的可行性角度进一步论证了随着仪器工艺水平的提高、测量方法的不断进步和计量算法的不断改进,测量的精度将会越来越高,适合家庭和医院使用的近红外血糖无创检测仪是可以实现的。2、在基础理论方面,本文主要分析了近红外血糖无创检测的基本原理和提高近红外血糖在体检测精度的动态光谱法。通过对基础理论的讨论(特别是针对本课题光谱数据的建模方法的研究)以及动态光谱法实现技术的引入,为整个系统的实现提供了良好的理论上的支撑。3、从光学系统角度看,近红外血糖无创检测仪属于专用的近红外光谱分析仪器,所以本文对比了四类近红外光谱仪的基本组成结构,并根据近红外血糖无创检测系统本身的要求,确定了采用时域分光法的LED阵列光谱仪的方案。4、根据近红外血糖无创检测仪的实现方案,硬件系统方面,搭建了仪器光学系统,实现了信号采集等功能模块;软件系统方面,对采集到的信号进一步处理,完成形象直观的仪器界面显示、数学模型的建立、脉搏波波形和吸光度信息的显示、血糖信息的显示、保存与打印等功能。论文最后对本文工作进行了总结,并展望了下一步的研究方向。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 血糖与糖尿病  8-9
  1.2 血糖无创检测方法  9-16
    1.2.1 近红外光谱技术  9-12
    1.2.2 反离子电渗透法  12-14
    1.2.3 光声光谱法  14-16
    1.2.4 血糖无创检测技术总结  16
  1.3 本文的研究内容  16-18
2 近红外血糖无创检测的基本原理与动态光谱法  18-32
  2.1 引言  18
  2.2 近红外血糖无创检测的基本原理  18-27
    2.2.1 近红外光谱分析技术  18-19
    2.2.2 近红外光谱分析的化学基础  19-20
    2.2.3 比尔-朗伯定律  20-21
    2.2.4 近红外光谱定量分析与现代统计光谱学  21-23
    2.2.5 近红外血糖无创检测常用的定量分析方法  23-27
  2.3 影响近红外血糖无创检测精度的关键因素分析  27-29
    2.3.1 光谱检测精度  27-28
    2.3.2 模型的预测能力  28
    2.3.3 传统测量方法对测量精度的改善  28-29
  2.4 动态光谱法—一种提高近红外血糖在体检测精度的方法  29-31
    2.4.1 动态光谱法原理  29-30
    2.4.2 动态光谱法对光谱测量精度的提高  30-31
  2.5 本章小结  31-32
3 近红外血糖无创检测仪硬件系统研究  32-56
  3.1 近红外血糖无创检测仪光学结构分析  32-40
    3.1.1 近红外光谱仪光学系统分析  33-38
    3.1.2 近红外血糖无创检测仪结构选择  38-40
  3.2 近红外血糖无创检测仪硬件框图  40-41
  3.3 光源控制模块  41-45
    3.3.1 单片机控制电路  41-44
    3.3.2 恒流源电路  44-45
  3.4 光电转换模块  45-48
  3.5 调理电路模块  48-50
    3.5.1 低通滤波  48-49
    3.5.2 工频陷波  49-50
  3.6 信号采集模块  50-53
    3.6.1 信号分离电路  50-51
    3.6.2 数据采集卡  51-53
  3.7 本章小结  53-56
4 近红外血糖无创检测仪软件系统研究  56-70
  4.1 虚拟仪器技术分析  56-59
    4.1.1 虚拟仪器概述  56-57
    4.1.2 PCI 总线技术  57-58
    4.1.3 软件系统开发平台选择  58-59
  4.2 近红外血糖无创检测仪的软件实现  59-68
    4.2.1 软件系统的功能需求分析  59-60
    4.2.2 软件的组成框图  60
    4.2.3 系统主界面的布置  60-61
    4.2.4 参数设置模块  61-63
    4.2.5 数据采集模块  63
    4.2.6 数据处理模块  63-65
    4.2.7 辅助功能模块  65-68
  4.3 实验验证  68-69
  4.4 本章小结  69-70
5 总结与展望  70-72
  5.1 本文的主要工作  70-71
  5.2 进一步工作的展望  71-72
致谢  72-74
参考文献  74-78
附录  78
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录:  78
  B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目:  78

近红外血糖无创检测原理及实现研究

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