《多波长法无创测量血红蛋白浓度的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多波长法无创测量血红蛋白浓度的研究（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、多波长法无创测量血红蛋白浓度的研究多波长法无创测量血红蛋白浓度的研究:.: :.: ,:.独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名: 巷蚕珲 日期:.关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文的复印件,允许该论文被查阅和借阅;学校可以公布该论文的全部或部
2、分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的学位论文在解密后应遵守此规定签名:导师签名:杏问翠期:知,多.夕彩劳西南科技大学硕士研究生学位论文 第页摘 要血红蛋白浓度是人体生命特征中的一个非常重要的参数。传统意义上的血红蛋白浓度检测方法均为有创法,需要先对人体进行采血,然后利用血红蛋白浓度计等分析仪器进行分析,这样不但给受测者带心理和身体上的痛苦,而且不能进行连续实时检测,所以提出一种无创法检测血红蛋白浓度的方法十分有必要。本文深入研究了无创测量血红蛋白浓度的方法,认真分析课题研究中存在的难点,并提出相应的解决方案。提出一种基于多波长光谱法进行血红蛋白浓度无创测量的方法,构造出相应
3、的数学模型,并以此原理为依据进行系统设计,以为核心完成了系统硬件的设计,包括探头电路、电流一电压转换电路、信号调理电路、信号采集处理电路;在软件方面,根据测量原理实现血红蛋白浓度的计算。多波长光谱法的基础是生物组织中各成分对于光的吸收和散射有着不同的特征,根据?定律,根据光透过人体手指时被吸收的量来计算血红蛋白浓度值。最后,讨论了血红蛋白浓度的标定问题,在海淀医院进行试验对设计的血红蛋白浓度测量模块进行了标定。对全部数据进行处理,测量值和真实值具有.的相关性,将实验数据按一定原则分为两组,彳导到.和.的相关性。结果表明所研究的血红蛋白浓度检测方法具有一定的可行性。关键词:血红蛋白浓度; 无创测
4、量; 近红外光谱;西南科技大学硕士研究生学位论文 第页. , , . , . . , . . , , ; . ? ., .,.,.;,. . .西南科技大学硕士研究生学位论文 第页西南科技大学硕士研究生学位论文 第页目 录绪论?.课题来源?一.课题研究背景及意义.课题研究现状?.测量血红蛋白浓度的几种方法.光学法测量血红蛋白浓度的现状 论文主要工作和文章结构构成?.论文主要工作?.文章结构构成.本章小结?血红蛋白浓度的测量原理. 光谱法测量原理.朗伯一比尔定律.适用的范围?.偏离原因.无创血红蛋白浓度测量原理?.基于朗伯.比尔定律.基于修正的朗伯一比尔定律?.基于光的扩散传输方程.基于光声转换
5、原理?.基于模糊算法原理?.基于修正的. 多波长融合?.血红蛋白计算模型?一. 分析回归模型和用最小二乘法的求解.测量部位的选择?.测量波长的选择?. 本章小结?.测量系统硬件实现?.系统总体设计?西南科技大学硕士研究生学位论文第页.便携式无创血红蛋白检测仪的设计要求以及技术指标.系统总体结构?.信号发射接收电路设计?.发射电路?.光电接收器转换电路.前置放大电路设计【剐】.前置放大器运放的选择.前置放大器设计. 信号调理电路?.系统主芯片及最小系统?.电源模块?.人机交互功能的硬件设计.本章小结?测量系统软件实现?.系统整体框架.系统工作状态.人机交互功能的软件实现.控制时序.采集校正?.校
6、正原理?. 校正实现.脉搏波形分析?.数据预处理方法.时域实时分析?. 分析?.小波变换分析.卡的读写软件实现?.血红蛋白浓度检测系统数据处理功能的实现.本章小结.血红蛋白浓度实验及标定.实验方法论述?西南科技大学硕士研究生学位论文 第页.仪器性能评价?一.受试者本身对测试结果的影响?.标定试验?.真值的获取?.?.测量值的获取.实验结果与分析?.本章小结?结论致谢?.攻读学位期间发表的学术论文及研究成果.西南科技大学硕士研究生学位论文第页绪论.课题来源课题来源于项目组承担的专项无创血糖检测,其中血红蛋白浓度的检测是血糖检测中所需要的一个重要参数,他们之间的关系如图.所示。根据项目的需求,对血
7、红蛋白的无创检测展开了相应的研究,包括血红蛋白无创检测的原理方法,数学模型的建立,检测系统的整体设计、电路搭建、软件程序的实现及其实验整个过程。血糖 代谢热 血流速 血氧浓度 脉率温湿度测量 光学测量血液中的氧浓度血红蛋白浓度,血氧饱和度图卜血红蛋白功能图.课题研究背景及意义近些年来,伴随着世界性人口老龄化的趋势以及人们饮食习惯结构等的变化,我国的糖尿病患者数量正在以飞快的速度增长,截止到现在为止,预计己经有多万患者?。不仅是中国,世界其他国家的糖尿病患者也越来越多,尤其是发达国家。糖尿病是一种对人体危害很大的疾病,人体内血糖浓度的异常会导致体内生理代谢紊乱,从而引发各种糖尿病并发症心,这些并
8、发症严重影响着人们的生命健康,所以,糖尿病的治疗越来越受人们重第页匿南科技大学硕士研究生学位论文视。然而由于人体是一个很复杂的对象,目前还没有彻底根治糖尿病的方法,当前我们主要是通过控制血糖浓度来预防或减少并发症的发生口。具体做法是频繁地测量血糖浓度,并以此为依据来服用降糖药物以及胰岛素,从而控制血糖浓度。世界卫生组织建议糖尿病患者自我进行血糖浓度的监测,从而实时掌握体内的血糖浓度值,根据血糖值采取相应的措施对血糖进行精确控制,。目前在一些较发达的国家和地区,多数糖尿病患者能够在家中自行进行血糖浓度测量,从而很好地了解血糖信息,并进行自我治疗。在我国,也有很多糖尿病患者能够使用便携式检测仪器进
9、行自我检测血糖浓度。但是,现有的这些血糖监测仪器均为有创或者微创检测,需要采集人体血液微量,然后利用试纸条进行检验。每次测量都需要进行采血,并消耗试纸条,这样不但测量过程显得繁杂,还会给病人带来生理和心理上的痛苦,带还有伤口感染的危险,而且会由于实时性不好出现测量误差。这种方法使得人们不能在一天内多次测量,不能多次测量便会导致血糖监测效果不好,从而影响血糖控制。到目前为止还没有一种无创的、方便的血糖检测方法。所以,对于大多数糖尿病患者来说,并不能实现随时随地的自我检测血糖浓度。寻找一种无创测量血糖浓度的方法对于减轻糖尿病患者痛苦,彻底治疗糖尿病有着十分重要的意义。如果这种方法得以实现,它可以应
10、用到人体内其他组织成分的定量检测啼。现如今世界各个国家对于无创血糖检测的研究有很多,研究的方法也很多,主要方法包括近红外光谱法、中红外光谱法、拉曼光谱法、光散射法、偏振光旋光法、毫米波检测法、光声谱法、颜色法、无线电阻抗法、超声法和代谢热整合法等哺引。其中代谢热证合法是日本的等人在本世纪初共同提出的血糖测量理论。代谢热证合法的主要依据是糖类是人体供能的最主要成分,提供人体代谢所需的大部分能量。在血液中氧供应充足的条件下,绝大多数人体组织细胞通过葡萄糖的有氧反应获得能量。人体代谢产生的能量一部分提供给人体对外做功,另一部分散发到人体外部。通过测定人体向外散发的热量、人体血液流速、人体血液中的氧的
11、含量等生理参数就可以便可以实现人体血糖浓度的估算,其中氧含量可以通过血红蛋白浓度和血氧饱和度得到。本文是对血红蛋白浓度无创测量进行的研究。血红蛋白浓度的检测不仅在我们所研制的无创血糖仪中是一个重要的测量参数,而且它也是人体生命特征中的一个非常重要参数引。血红蛋白是氧和二氧化碳的载体,它将氧运到细胞内并将二氧化碳运出细胞,如果出现西南科技大学硕士研究生学位论文 第页血红蛋白含量不正常,人体各部分组织细胞所需要的氧气便无法得到满足,导致细胞无法正常的发挥它的功能,从而影响到人体的正常生理活动。根据世界卫生组织不完全统计,全世界患各种贫血症的人数已超过三十亿,每年因贫血引发的各种并发症所导致的死亡人
12、数达几千万。血红蛋白浓度是人们很关心的生理特征指标,还因为它不但可以反映出人体是否患贫血病,还可以表征人体内的铁含量。另外,血红蛋白浓度的测量对于运动员的体能状态评定也具有很大的参考价值。一般情况下,人体血红蛋白浓度的正常值规定为钆:成年男性为/一/,成年女性为一/,岁以上老年男性为./,岁以上老年女性为.一./,新生儿为?/。.课题研究现状.测量血红蛋白浓度的几种方法现有的血红蛋白浓度检测方法从对人体伤害程度上可以分为有创法、微创法和无创法三种。有创法首先要对人体进行动脉采血,然后通过生化分析仪器对动脉血样进行化学分析与处理,最后得出血红蛋白浓度值,该方法测量准确,同时还能测量血液中其他物质
13、成分的含量。现阶段血红蛋白的测量方法主要为有创检测,相应的测量仪器种类也很多,生产血细胞分析仪的的厂家也很多,其中著名的生产厂家有日本希森美康公司、美国贝克曼库尔特公司、美国雅培公司、德国拜耳公司、法国公司等,国内生产血细胞分析仪的厂家并不多,实力还算可以的就只有深圳迈瑞生物医疗公司了。如我们曾经使用的公司的一血细胞分析仪,如图卜所示。西南科技大学硕士研究生学位论文 第页图 全自动血液分析仪? 一微创法测量需要采集手指的微量血液,放于试纸条上,微创血红蛋白计显示血红蛋白浓度值,该方法仍需采集人体手指的微量血液,仍然具有易造成手指感染的风险,且给人们带来肉体的疼痛和精神上的疼痛。市场上一般的便携
14、式微创血红蛋白仪器都是此种类型,大同小异,如图所示。图卜微创血红蛋白计?便携式检测血红蛋白浓度方法有氰化高铁法和法。氰化高铁检测法具有结果准确、操作流程简单的特点,它能测定除以外的所有第页西南科技大学硕士研究生学位论文类型的血红蛋白;而血红蛋白检测仪则具有简单方便、可随身携带等优点。尽管有创检测结果相对比较准确,但是它会给被测患者带来身体和心理上的双重痛苦,而且浪费化学器材,也不适用于连续监测。血红蛋白计 图卜氰化高铁血红蛋白计图 ? ?表.为几种血红蛋白浓度检测方法的对比。表?血红蛋白浓度检测方法对比 无创测量法是近些年生物医学界兴起的检测方法,它不需要进行采血,这有助于减轻病人的痛苦,并能
15、一天多次的进行检测。好多国家多年前便对此开始了研究,其中美国、日本、以色列走在了世界的前端。检测方法各种各样,但总结起来主要有近红外光谱法、光声检测法、拉漫漫反射法等,其中近红外法因为其对人身体无伤害,对人体具有很好的穿透性,它的成功可能性最大。该方法的基本原理是生物组织中各种成分对于光的吸收能力和散第页西南科技大学硕士研究生学位论文射能力不同【】 。通常,在到之间的波长范围内,人体皮肤的透光性能最好,组织对光的吸收很小,建立检测波长和被测物质定量的关系便具有了可能性】 。光学法测量血红蛋白浓度具有可能成功的关键是光电技术的迅速发展,尤其是成像器件和硬件处理器件的快速发展。.光学法测量血红蛋白
16、浓度的现状光学法测量血红蛋白浓度的基础是朗伯.比尔定律.,也就是光的吸收定律,朗伯一比尔定律描述的是光透过均匀透明溶液的吸收程度。该定律是用光学法定量分析物质成分的基础依据。无创血红蛋白浓度检测技术的研究已经经历了很长的时间。在近红外测量血红蛋白浓度的基础理论研究方面,国外研究团队领先于国内研究团队。年,美国科学家首次提出了在近红外区血红蛋白具有的吸收特性,这影响了这个生物医学界,从此,近红外光谱技术进入生物医学公车该领域并成为热点,取得了很多成果。在理论研究中,日本一直处于世界各国的领先地位。日本滨松公司和北海道大学的科学家合作提出时问分解分光法,利用“至周的雄性鼬鼠作为被测对象,进行血红蛋白实验。光源采用波长范围在?的氩离子激光器激励的钛蓝宝石激光器,激光器发射的脉冲光脉冲宽以下、重复率。光通过光纤传输到老鼠的头部,然后用条纹摄像机检测透射光的时间响应。
