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红外无创血糖浓度检测的研究

作　者: 吴慧飞
导　师: 孟立凡
学　校: 中北大学
专　业: 光电子技术与仪器
关键词: 无创血糖检测近红外光谱全光纤光路单片机偏最小二乘法
分类号: R587.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

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。最后总结了全文内容,分析了本设计方案存在的问题,及其无创血糖检测系统发展趋向和下一步要解决的问题。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1. 绪论  10-15
  1.1 研究背景  10
  1.2 无创血糖检测的意义  10-12
  1.3 无创血糖检测相关技术国内外发展现状  12-13
  1.4 本论文的内容安排  13-15
2. 无创血糖检测相关理论  15-24
  2.1 近红外光谱特性及其分析技术  15-16
  2.2 血糖浓度检测的方法  16-18
  2.3 光在组织中的传播  18-20
    2.3.1 蒙特卡罗模拟  18-19
    2.3.2 朗伯—比尔定律  19-20
  2.4 血糖浓度的多变量分析技术  20-22
  2.5 葡萄糖浓度变化对吸收系数的影响  22-23
  2.6 本章小结  23-24
3. 无创血糖检测实现方案分析与探讨  24-28
  3.1 波长的选择  24-25
  3.2 测量方式的选择  25
  3.3 检测位置的选择  25-26
  3.4 方案总体设计  26-27
  3.5 本章小结  27-28
4. 无创血糖检测系统的硬件构成  28-45
  4.1 硬件整体框图设计  28-29
  4.2 光路部分设计  29-35
    4.2.1 光源  29
    4.2.2 分光系统  29-31
    4.2.3 光纤耦合器  31
    4.2.4 光纤准直器  31-32
    4.2.5 光学测头的设计  32-34
    4.2.6 光电探测器  34-35
  4.3 电路系统设计  35-44
    4.3.1 MCU模块  36-37
    4.3.2 电流的采集及放大电路  37-39
    4.3.3 A／D转换模块  39-41
    4.3.4 串口通信模块  41-42
    4.3.5 键盘和液晶显示模块  42-44
  4.4 本章小结  44-45
5. 无创血糖检测系统的软件设计  45-54
  5.1 低功耗设计  45
  5.2 数据采集实现  45-47
  5.3 建模与预测  47-53
    5.3.1 PLS算法  47-49
    5.3.2 校正模型的建立  49-53
  5.4 本章小结  53-54
6. 测试数据及可靠性分析  54-62
  6.1 人体血糖浓度无创测量的实验研究  54-55
  6.2 误差分析  55-61
    6.2.1 测量环境温度因素  56-57
    6.2.2 系统噪声因素  57
    6.2.3 仪器系统与手指的接口因素  57-58
    6.2.4 人体生理因素的变化  58-60
    6.2.5 其它成分变化的影响  60-61
  6.3 本章小结  61-62
7. 总结与展望  62-64
  7.1 本文工作总结  62
  7.2 存在的问题  62-63
  7.3 展望  63-64
附录  64-65
参考文献  65-70
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  70-71
致谢  71

红外无创血糖浓度检测的研究

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