红外 血糖.doc

糖尿病是一种常见的非传染性却严重危害人类健康的慢性疾病,延缓糖尿病及其并发症的重要手段是对患者的血糖浓度进行频繁的测定。据此本文设计一种结构简单,以C8051F005单片机为核心的无创血糖检测系统,在走进千家万户的保健医疗方面有着广阔应用前景。本文依托比尔定律以近红外光的漫反射原理为基础,提出系统的整体设计方案。本系统主要由光学系统、电信号处理、数据采集和驱动控制及化学计量学软件四大部分组成。进行血糖检测前,先利用有创检测血糖浓度值与近红外漫反射光谱数据进行数据建模;检测时,利用所建模型,通过测得的光谱数据得到预测血糖浓度值。系统光路部分采用全光纤结构,由光源、光纤传导、光纤探头和光电检测器组成,对入射光加以耦合,在接收漫反射光时加一个全反镜系统并对漫反射光加以准直来提高精度。系统的硬件电路设计采用了模块化设计原则,系统的电路主要包括MCU模块,电流的采集及放大电路,A/D转换模块,串口通信模块,键盘和液晶显示模块。然后介绍系统软件的总体设计,主程序框架和主要子程序模块,并将低功耗设计的思想融入其中,最终通过系统数据采集、光谱分析可实现血糖浓度的建模与测试。本设计对系统的可靠性进行了分析,考虑了相关的噪声因素。因为血糖浓度无创监测的重要性,无创血糖浓度监测已成为科技发达国家的研究重点。多家公司及科研机构对其进行了持续和深入的探讨,并不断取得实质性的进展。[7],选用的漫反射光谱区域为1050nm~2450nm,他们建立血糖浓度的预测模型有两种方法:第一是用3个健康人采用口服耐糖监测,在几天之内,,来观察他们血糖浓度的变化;第二是采集7个糖尿病人在35天中任意选取的多个血糖浓度的近红外光谱图。实验结果是:,。这说明使用近红外光进行无创漫反射实验所建立校正模型选用的波长范围为1050nm~2450nm之间是可行的,但模型的长期稳定性和可靠性还待考察。Heise等人提出使用去水样品和短光程的方法,以排除由于水的吸收率较大而形成的干扰,在无创测量人体血糖浓度方面,采用人体口腔内静脉血作为样品收集,运用漫反射技术来建立血糖浓度的校正模型。光谱的采集区为两个水的吸收峰较高处之间的区域,。我国无创伤血糖测量的研究起步较晚,清华大学的丁海曙、中国医科大学宪政进行了近红外无创血糖浓度检测技术的基础研究,西安交通大学王炜在甘肃自然科学基金和国家自然科学基金的支持下,进行了红外多波长器阵列,进行全血中血糖浓度检测实验研究。北京大学吴瑾光小组在国家自然科学基金项目下,使用了中红外ATR测量方法进行人体血糖浓度检测的方法研究。西安交通大学王炜在甘肃自然科学基金和国家自然科学基金的支持下,进行了红外多波长器阵列的设计,也进行了全血中血糖浓度检测实验,除此之外,还有其它一些也正在进行无创伤检测血糖方面的研究。自从2000年开始徐可欣在天津大学成立了无创伤血糖浓度测量小组,进行近红外人体血糖浓度测量的专门攻克。该项目前后得到多项国家基金的资助,并在AOTF分计的设计、无创血糖检测系统设计等多个技术方案上的国家发明专利及国际专利。多年来,在无创血糖检测方面的竞争非常激烈,并不断有新的研究成果出现。但据今为止,没有任何公司推出的无创血糖测量仪能够真正实现临床精度要求,也没有任何无创血糖测量仪能够通过美国的FDA认证。在技术发展角度方面,使用近红外光的漫反射原理进行血糖浓度无创伤检测的研究方案被认为是无创伤测量人体血糖浓度的有效方法。[2]刘蓉,(1):,针对信号微弱、生理背景噪声难以直接定量等现状,利用MonteCarlo模拟方法初步计算了血糖浓度和人体温度变化导致的没反射光强,并通过葡萄糖水溶液实验对模拟计算的有效性进行了验证,最后根据两名糖尿病患者的口服葡萄糖耐量实验,,在37"c附近,",而对基于近红外光谱的元创血糖预测,体温是一个非常重要的误差源,它对模型的影响占总误差的50%以上。目前,无创血糖检测作为-个国际前沿热点课题,世界上许多机构正在此领域展开激烈的竞争,主要测量方法包括偏光法、拉曼光谱法、光散射系数法、近红外光谱法、多参数综合计算法等,相对于中红外光,在近