葡萄糖水溶液浓度的近红外光谱测量法--人体血糖浓度无创伤测量方法基础研究

本系统研究了近红外光谱技术与化学计量学理论相结合测定水溶液中葡萄糖浓度的方法。讨论了偏最小二乘法 (PLS)校正模型中光谱范围的优化选择 ,同时也讨论了仪器精度、测量方法与测量精度之间的传递函数 ,给出实现预期测量精度的必要条件。葡萄糖浓度的均方根预测误差 (RMSEP)为 4 .13mg/dL ,浓度测量值与参考值具有良好的相关性 (相关系数为 0 .998)。实验结果表明 :近红外光谱分析方法能够达到一定精度 (RMSEP <5mg/dL) ,具有进一步研究价值。     

近红外透射法的葡萄糖水溶液的浓度测量和分析

葡萄糖浓度测量是无创检测人体血糖浓度的基础研究,具有重要的科学意义。本研究利用近红外光谱技术（NIRS）和回归定标方法相结合测定葡萄糖水溶液浓度。实验采用傅里叶光谱仪对葡萄糖溶液的近红外透射光谱进行采集,利用光谱数据建立回归模型,讨论偏最小二乘法（PLS ）校正模型中主因子数的确定方法,并对不同预处理方法对PLS模型建立影响进行了研究。采用Savitzky-Golay 卷积平滑对溶液样品吸光度光谱进行预处理,通过交叉验证方法求取预测残差平方和（PRESS）,葡萄糖溶液浓度预测值的最大相对误差限制在了8％以内。研究结果表明,近红外透射法用于葡萄糖水溶液浓度测量能够达到一定的测试精度,具有进一步的研究价值。     

1100～1700nm近红外光谱无创血糖测量的OGTT实验研究

在近红外无创血糖测量的研究中 ,保证校正集模型数据的可靠性和所需的数据量具有极其重要的意义。本研究采用蠕动泵取血的 OGTT(口服葡萄糖耐量试验 )实验方法为校正集模型获取足够多的可靠血糖浓度参考值 ,并在 110 0～ 170 0 nm近红外 AOTF(声光可调谐滤波器 )分光系统基础上构建了无创血糖检测系统。利用该系统和实验方法对 3例志愿者进行实验 ,结果表明 ,建立单次实验的 PL S(偏最小二乘 )校正集模型 ,其相关系数分别为 0 .986、0 .971、0 .985 ,完全交互验证下的 RMSEP(预测均方根误差 )分别为 0 .5 5 0、0 .4 5 6、0 .5 2 0 mm ol/ l。此外 ,随着有效数据量增加 ,所建立模型的预测误差减小。     

基于多波长近红外光谱的血红蛋白浓度无创检测技术研究

针对传统的血红蛋白浓度检测需要抽血采样,检测流程复杂且无法连续监测血红蛋白浓度的变化趋势等问题,本研究设计了一种基于多波长近红外光谱的无创血红蛋白浓度检测方法。首先,基于Beer-Lambert定律建立了血红蛋白无创检测数学模型,并依据该模型设计了八波长近红外光电容积脉搏波(photoplethysmography, PPG)信号采集系统;然后,对采集的PPG信号进行降噪和滤除基线漂移等预处理,并根据建立的无创检测模型对特征信息进行提取与选择;最后,基于Stacking算法构建血红蛋白预测回归模型。通过对249例临床数据进行实验验证,得到无创检测模型的预测值与参考值的均方根误差为1.17 g/dL,相关系数为0.75。实验结果表明,本研究方法可有效实现血红蛋白浓度的无创检测。     

近红外光谱无创血糖检测模拟样品的试验研究

目的：采用蛋白质混合液作为模拟样品、对近红外光谱血糖测量中的测量方法和波长选择等基础问题进行了研究。方法：在1400nm～1800nm和2000nm～2500nm的波段，模拟样品中60个作为校正集样品，使用Nexus-870傅立叶干涉红外光谱仪生成近红外漫反射光谱，采用平滑、基线和微分校正处理，用偏最小二乘法（PLS）建立了葡萄糖测定的校正模型。20个作为测试集样品．用于检验模型的预测能力。结果：在2000nm～2500nm波段内，经过平滑、基线和微分处理的校正模型相关系数达到0．998，预测集样本的标准偏差（RMSEP）达到了0．045。结论：平滑和基线校正配合微分处理可以有效的消除各个方面的噪声，如电噪声、杂散光等，优化光谱信号，提高模型的预测能力。本文研究结果为近红外光谱血糖测量的深入研究提供了理论和实践上的指导。     

拉曼光谱结合偏最小二乘法分析大鼠血液中紫杉醇含量

利用偏最小二乘法(PLS)结合拉曼光谱技术,建立了血液中紫杉醇含量的预测模型。本实验利用拉曼光谱对312个样本进行了扫描,采用高效液相色谱技术(HPLC)对血液中紫杉醇含量进行了常规分析,利用蒙特卡罗偏最小二乘法(MCPLS)剔除异常样本,确定了校准集和预测集,采用可移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)以逼近度(Da)为指标优化了最佳预处理方法、波长变量和隐变量数等参数,并最终建立了紫杉醇的预测模型。其校准集和预测集的预测值与真实值之间的相关系数(Rc2和Rp2)分别为0.933 1和0.926 4。最后对预测模型进行了独立验证实验,结果表明20个验证样本的相关误差为9.36%±2.03%,表明模型具有很好的拟合度和预测能力。     

基于粒子群和反向传播神经网络的近红外光无创血糖检测方法研究EI北大核心CSCD

现有的近红外无创血糖检测模型研究大多数关注的是近红外吸光度与血糖浓度之间的关系,但没有考虑人体生理状态对血糖浓度的影响。为了提升血糖预测模型性能,本文采用了粒子群优化算法(PSO)对反向传播(BP)神经网络的结构参数进行训练,并引入了收缩压、脉率、体温以及1550 nm吸光度作为血糖浓度预测模型的输入变量,采用BP神经网络作为预测模型。为解决传统BP神经网络容易陷入局部最优的问题,本文提出了一种基于PSO-BP的混合模型。结果表明,训练得到的PSO-BP模型预测效果优于传统的BP神经网络。十折交叉验证预测均方根误差和相关系数分别为0.95 mmol/L和0.74;克拉克误差网格分析结果表明,模型预测结果落入A区域的比例为84.39%,落入B区域的比例为15.61%,均满足临床要求。该模型可以快速地测量血糖浓度,且具相对较高的精度。     

基于脉搏波传导时间和脉搏波特征参数的连续血压无创检测

本研究为克服在基于脉搏波传导时间(pulse transit time,PTT)方法无创血压检测中个体差异对测量准确性的影响,分析了个体脉搏波特征参数与血压值的相关性,并将个体脉搏波特征参数中与血压值相关度高的参数作为优化脉搏波特征参数加入PTT与血压的校正模型中,以提高模型普适性。基于偏最小二乘法(partial least squares,PLS)对50名志愿者200组PTT和脉搏波特征参数数据进行训练建模,得到舒张压、收缩压的预测模型。再选取5名新志愿者的PPT和脉搏波特征参数进行预测,最大预测误差小于5 mm Hg,满足AAMI国际电子血压计标准。将优化的脉搏波特征参数和PTT引入到连续血压预测模型当中,有助于提高血压预测模型的准确度和普适性,有助于无创连续血压检测的临床应用。     

基于多波长近红外无创血红蛋白检测仪

为便携地检测人体血红蛋白的含量,本文设计一种无创血红蛋白检测仪。系统设计分为低功耗的MSP430处理器和相应的信号调理电路,信号调理电路主要将光电二极管接收到的微安级电流转换成电压并放大。基于近红外透射衰减原理和动态光谱法,将采集到的数据与艾康生物技术公司生产的Mission Hb血红蛋白分析仪进行比对,结果表明利用偏最小二乘法选取18组有用数据进行预测,得到相关系数为0.675,对临床有一定的应用价值。     

基于“M+N”理论的近红外光谱血氧饱和度无创测量方法

"M+N"理论是针对光谱分析提出的用于提高预测精度的一种理论方法。将被测量、M种非测量组分和N种外界干扰一同归于整个测量系统中,系统全面地考虑"M"因素和"N"因素对测量精度的影响。建立基于"M+N"理论的血氧饱和度人体试验系统,采用动态光谱法消除个体差异及不同测量部位("N"因素中的系统误差)对预测精度的影响;利用差值提取法消除运动伪差("M"因素中的随机误差),获得了62组有效样本数据。采取偏最小二乘法建模预测,预测值与真值的相关系数为0.796 8,相对误差为±0.026 6;而目前临床上普遍采用的血氧监护仪与真值的相关系数为0.595 7,相对误差为±0.076 0。表明基于"M+N"理论的近红外血氧饱和度无创测量方法其预测精度明显优于血氧监护仪。     

Inference of Blood Glucose Concentrations from Subcutaneous Glucose Concentrations: Applications to Glucose Biosensors

An approach for inference of blood glucose concentrations in real time is considered. First, a model that predicts the subcutaneous glucose concentration from the blood glucose concentration is presented. The model includes diffusive transport from the blood to the subcutaneous tissue and reactive-like cellular uptake of glucose. Next, the Phillips-Tikhonov regularization method is considered to solve the real-time input estimation problem that determines the blood glucose concentration given the subcutaneous glucose concentration. The inverse problem is regularized by imposing a smoothing condition to obtain a stable solution. Three different penalization functionals were considered in evaluating the regularization method using a synthetic function that approximates the subcutaneous glucose response to an oral glucose tolerance test in a human subject. Various levels of either white noise or time-correlated noise were superimposed onto the synthetic response to evaluate the sensitivity of the inverse to measurement error. For inversion assuming only diffusive transport, the optimal time interval of integration of previous subcutaneous measurements was found to be about 1.5/ , where ^-1 is the dominant time constant for the exchange of glucose between the blood and subcutaneous tissue. The optimal sampling rate was found to be 54 . Linear regularizations based on minimization of first or second derivatives of the blood glucose concentration were found to be satisfactory, each yielding a minimum error that was about 50% greater than the measurement error. Including nonlinear, reactive-like uptake of glucose was found to decrease the error magnification factor slightly. Both the model and the inverse method relating blood and subcutaneous glucose concentrations are successfully applied to experimental measurements using glucose biosensors reported by Schmidtke et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:294–299, 1998). © 1999 Biomedical Engineering Society. PAC99: 8780-y, 8717Aa     

降钙素基因相关肽对大鼠血糖及血糖调节激素的影响

基于外周给与CGRP能使血糖升高,胰岛素分泌下降,本实验目的在于研究CCRP是否参与血糖浓度的调节及其可能机理。结果表明:静脉灌注CGRP在常态下能使血糖升高,而不影响胰岛素的浓度,在高血糖刺激下CGRP具抑制胰岛素分泌的功能;静脉灌注CGRP对糖耐量曲线有明显影响;脑室注射CGRP可使血糖明显降低。本实验提示CGRP有可能与糖尿病的发生发展有一定关系。     

Glucose attenuation of memory impairments

The performance of pigeons in a short-term memory procedure (delayed matching-to-sample) was studied over a range of retention intervals from 0.2 s to 24.0 s. The authors examined the ability of 3 dose levels of glucose (0, 50, and 100 mg/kg) to alleviate memory impairments produced by administration of scopolamine (0.03 mg/kg), by a reduction in the sample-response requirement and by interpolating retroactive interference in the retention interval (houselight illumination). Glucose administration attenuated the deficit produced by scopolamine and by the reduced sample-response requirement, by reversing the decrement in accuracy at 0 delay. Glucose did not, however, reverse the increase in rate of forgetting generated by retroactive interference. The results suggest that the mode of action by which glucose is able to attenuate drug-induced and behavioral impairments in memory may be through an effect on attentional or encoding processes.     

无创及微创血糖仪研究进展

随着人们饮食和生活方式的改变,糖尿病已经成为了危害中国国民健康的严重问题之一。规律和动态监测血糖是糖尿病控制和一些重症疾病救治时的基础条件,而目前广泛应用的指血血糖仪虽然操作简便,测量精度较好,但由于在使用时会对皮肤造成损伤,痛感明显,在实际应用中常因患者的抵触情绪而影响坚持血糖的自我监测。有鉴于此,无创及微创血糖仪研究一直以来都受到广泛的关注。文中介绍无创及微创血糖仪的原理、发展方向和主要产品,为血糖仪研究提供一个基础框架。