近红外光谱无创血糖检测技术研讨.doc

近红外光谱无创血糖检测技术研究Infrared?Technique）是指以红外线的物理特性为基础。红外线是由于物质内部带电微粒的能全发生变化而产生的，它是一种电磁波．处于可见光谱红光之外．突出特点是热作用显著。红外线的波长介于可见光与无线电波之间．从0?.75μm～1000μm，可分为四个波段：近红外（0.75～3μm）、中红外（3～6μm）、远红外（6～15μm）、和极远红外（15～1000μm），红外线具光电效应，红外辐射效应，红外反射效应，大气传输特性等，这些特性为红外技术的应用提供了广阔的空间。近红外光谱区与有机分子中含氢基团（OH、NH、CH）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病检测血糖的方法主要是从体内抽取血液通过生化检测进行分析，这属于有创伤检测，有创伤检测给患者带来的痛苦和不便。无创性血糖检测已引起人们极大的关注，其意义是：（1）减少患者天天采血丈量的痛苦，进步病人的生存质量；（2）可进步丈量次数，进步血糖控制精确度，降低糖尿病并发症发生的危险；（3）降低每次丈量的本钱；（4）有可能形成含有检测器和胰岛素注射的闭环循环系统；（5）其丈量方法和原理可以推广应用到其它血液成分的检测。在无创性血糖检测研究中使用较多的是分析方法，通过对一束红外光透过人体组织或者由其反射的光谱信号分析，确定组织内葡萄糖的含量。目前较有效的光谱范围是近红外区（波长为0.7um-2.5um）。 红外光谱检测葡萄糖的原理和方法水溶液中葡萄糖的近红外吸收有机分子在近红外光谱区的吸收主要是由于含氢基团的分子振动的倍频与合频吸收造成的。有机分子的倍频和合频光谱能够得到分子结构、组成状态的信息。有机物近红外光谱，其特征性强，受分子内外环境的影响小，但倍频和合频比基频吸收带宽得多，使得多组分样品的近红外光谱在不同组分的谱带、同一组分中不同基团的谱带以及同一基团不同形式的倍频、合频谱带发生严重的重迭，从而使近红外光谱的图谱解析异常困难。在混合物中的化学组分，很难再分离出每种组分单一、无重叠的吸收光谱。在有强烈水的背景吸收情况下的生物混合液，常规方法很难丈量出低浓度物质的含量。水是生物组织中的主要成分，不但有单一的红外光谱，还有丰富的扩展到近红外区域的合频和倍频光谱。对水的红外光谱分析可知，水在波长为 2.01um-2.5um的吸收较小， 形成一个被称为水传输窗的区域， 所以水溶液物质最好的分析波长为2.0um-2.5um。水在3um以上其吸收率6AU/mm，很难丈量其它物质葡萄糖光谱的特异性在葡 糖固体和葡萄糖溶液中所得的葡萄糖红外吸收的基频早已有报导。 葡萄糖伸缩振动能产生很强的合频和倍频吸收带。葡萄糖水溶液的近红外（2.0um-2.5um）光谱的丈量有吸收峰，葡萄糖的光谱是唯一的，但葡萄糖红外区的合频和倍频光谱与水、脂肪和血红蛋白电子吸收波段的几个合频和倍频频率相互重迭，即被其它成分的光谱所覆盖。这是葡萄糖红外光谱丈量的主要干扰。有机混合物对在近红外区吸收谱带的重迭以及漫反射光谱并不是各成分单独存在时光谱的迭加。组织吸收对葡萄糖丈量也有影响，在手指这样小的部位中近红外光会削弱3-4个吸收单位，而5mmoL／L的葡萄糖浓度变化，光谱吸收的变化约10-5个吸收单位。组织光散射对葡萄糖丈量的影响也很大，组织散射的光强、定位误差和身体各因素的影响是最主要的丈量误差，这些都影响近红外光谱学在血糖检测中的应用。化学计量学（Chemometrics）采用多元分析校正统计学方法与计算技术，解析化学丈量数据，由红外光谱算出样品各成分的含量。现在常用的多元分析校正方法中，进行血糖检测光谱分析效果较好的是偏最小二乘法（PLS），它将已知的葡萄糖浓度的光谱组，用主因子分析作定量计算的方法，对光谱矩阵进行特征向量分析，然后使用多元线性回回，找出极小的光谱变化和分析物浓度之间的关系，消除与葡萄糖无关的光谱变数，得出校正光谱，通过校正光谱和样品光谱的内积（即点积）确定葡萄糖浓度。 　在体近红外光谱血糖丈量在体近红外光谱血糖丈量的关键建立在体环境下的校正光谱，由于有很多误差来源影响丈量，需要通过定标来消除或予以补偿。有些影响丈量的误差却不轻易合并到定标中，这样的误差来源主要有探测器定位误差、温度和脉搏的影响、检测设备的机械压力、水合作用、出汗、血容量以及血流比容积的变化等。现在主要有两种研究方法，一种是实验方法，在进行口服耐糖检测（OGTT）时从非糖尿病人群和糖尿病患者中无创地收集光谱信号，同时用有创伤的方法丈量血糖浓度，最后在所得血糖