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近红外漫反射无创血糖检测——基于温度不敏感径向距离的测量方法

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测量条件变动是影响近红外漫反射无创血糖测量精度的主要干扰因素之一。在近红外光谱波段，温度变化作为主要的干扰因素会影响漫反射光强，并最终影响血糖测量精度。本文在分析了现有温度变化的抑制方法后，提出了一种新的温度变化抑制方法——基于温度不敏感径向距离测量方法，即利用温度不敏感的径向距离进行光谱测量。本文通过理论推导、离体（in vitro）实验以及Monte Carlo模拟对该测量方法的可行性和有效性进行了综合研究。 首先，分析了散射介质中受温度变化影响的漫反射光强与径向距离的关系，引出了散射介质中存在温度不敏感径向距离的假设，由此提出了基于温度不敏感径向距离测量方法及其可行性条件，并基于漫反射传输方程在无限介质中的解为基础推导了散射介质中温度不敏感径向距离的表达式。以温度对3%Intralipid溶液光学参数的影响为基础，近似计算了其温度不敏感径向距离。结果表明，散射介质中存在温度不敏感径向距离，其值具有波长特性。 其次，搭建六个光源（1050、1219、1314、1409、1550和1600 nm）的多径向距离的漫反射光强检测系统，测量了3% Intralipid溶液在35-40℃温度变化范围内8个径向距离（0.48、0.76、1.04、1.32、1.60、1.88、2.16和2.44 mm）处的漫反射光强。结果表明，基于温度不敏感径向距离测量方法满足其可行性条件。进一步地，通过随机匹配样品温度用于评价该测量方法对温度变化抑制的效果。结果表明，基于温度不敏感径向距离测量方法可以明显降低温度变化对近红外漫反射光谱的影响，提高了模型的预测精度。 最后，以温度对人体组织吸收系数和约化散射系数的影响为基础，开展了人体三层皮肤模型的Monte Carlo模拟研究。结果表明，1000-1440 nm波长范围内，人体组织中存在温度不敏感径向距离，温度不敏感径向距离处能有效检测到葡萄糖的浓度变化信息，且葡萄糖浓度变化对温度不敏感径向距离的影响可以忽略不计。进一步地，当组织温度变化时，温度不敏感径向距离处的光谱信息与葡萄糖浓度的相关性明显优于其他径向距离。同时，利用温度不敏感径向距离的光谱建立的多变量回归模型，其预测精度明显同样优于其他径向距离，基本接近温度恒定时的情况。

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