近红外无创血糖检测关键技术的研究

发布时间：2017-10-17 18:46

  本文关键词：近红外无创血糖检测关键技术的研究

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【摘要】：随着人们生活质量的提高,糖尿病成为了影响人们日常生活的一种慢性疾病,目前的血糖检测方法也给患者带来必要的生理疼痛和心理压力。因此,无创伤的检测方法成了国内外的研究热点,与此同时,近红外光谱技术与化学计量学方法的快速发展,推动了近红外光谱技术在血糖以及医学领域的广泛应用。本文对近红外无创血糖检测的关键技术问题进行了研究与分析,主要研究内容如下:1研究了近红外光谱分析的理论基础,根据葡萄糖分子与水的近红外光谱特征,以及蒙特卡罗模拟方法分析光子的运动规律,得出了光子在皮肤组织中的大致运动轨迹,提出了血糖漫反射的检测方案。2研究了光谱信号预处理方法,分析了傅立叶变换、短时傅立叶变换的各自缺陷,引出对小波变换的分析;为提高小波的运算效率,详细分析了提升小波变换理论,并提出基于最小均方误差的自适应预测算子的提升小波方案;同时分析了在光谱信号领域中常用的预处理方法——Savitzky-Golay平滑方法。通过仿真比较两种方法,仿真结果表明提升小波自适应方法在光谱信号中要优于常用预处理方法,更能有效保留光谱信息,提高信噪比。3研究了葡萄糖分子校正模型建立的方法,首先介绍了葡萄糖溶液光谱数据的采集方法并分析了在建模时葡萄糖分子最有效波长范围的选取;然后分析偏最小二乘法在模型校正中的应用,针对其样本集的抗干扰能力差与计算速度相对较慢等问题,提出了改进的偏最小二乘法——小波偏最小二乘法,同时提出了基于遗传算法优化的反向传输神经网络;把测得葡萄糖光谱数据建立仿真模型,使用文中提出的两种模型与葡萄糖校正的常用模型——Savitzky-Golay平滑偏最小二乘法对比分析。仿真结果表明小波偏最小二乘法与遗传反向传输神经网络模型的相关系数均高于Savitzky-Golay平滑-偏最小二乘法常用模型。4根据人体生理特性及葡萄糖分子的近红外光谱特征,设计了一种血糖信号提取模块,该模块主要基于TI公司的MSP430芯片,详细分析与设计了模块的光路与电路部分,并以此设计各个功能模块的软件流程。
【关键词】：近红外光谱分析技术 血糖 提升小波变换 遗传算法 神经网络
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R446.1;TN911.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 缩略词表13-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.3 本文的主要贡献与创新17-18
• 1.4 本文结构安排18-20
• 第二章 近红外光谱分析技术20-31
• 2.1 近红外光谱分析的理论基础20-25
• 2.1.1 近红外光的物理特性20-21
• 2.1.2 水与葡萄糖分子的近红外光谱特征21-22
• 2.1.3 朗伯-比尔定律22-23
• 2.1.4 蒙特卡罗模拟23-25
• 2.2 近红外光谱分析技术25-28
• 2.2.1 近红外光谱分析25
• 2.2.2 近红外光谱技术的优点25-26
• 2.2.3 多变量分析方法26-27
• 2.2.4 校正模型的评判标准27-28
• 2.3 血糖漫反射检测方案28-30
• 2.3.1 检测位置的选择29
• 2.3.2 波长的选取29-30
• 2.3.3 数据处理30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 光谱预处理优化方法研究31-46
• 3.1 小波变换理论31-35
• 3.1.1 傅立叶变换31-32
• 3.1.2 短时傅立叶变换32
• 3.1.3 小波变换32-33
• 3.1.4 多分辨率分析33-34
• 3.1.5 Mallat算法34-35
• 3.2 提升小波变换35-40
• 3.2.1 提升算法原理36-38
• 3.2.2 提升方法构造正交小波38-39
• 3.2.3 自适应预测算子39-40
• 3.3 Savitzky-Golay平滑方法40-42
• 3.4 提升算法的光谱预处理42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 葡萄糖校正模型分析46-63
• 4.1 葡萄糖溶液的近红外光谱测量46-47
• 4.1.1 傅立叶变换红外光谱仪46
• 4.1.2 葡萄糖溶液的光谱测量46-47
• 4.2 偏最小二乘法47-52
• 4.2.1 PLS原理48-50
• 4.2.2 交叉有效性50-51
• 4.2.3 改进的小波偏最小二乘法51-52
• 4.3 基于遗传算法优化的BP神经网络52-58
• 4.3.1 反向传输神经网络52-54
• 4.3.2 遗传算法54-55
• 4.3.3 GA-BP算法55-58
• 4.4 两种模型与常用模型仿真58-62
• 4.4.1 偏最小二乘法建模58-59
• 4.4.2 改进的小波偏最小二乘法建模59-60
• 4.4.3 GA-BP算法建模60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 无创血糖前端信号提取模块设计63-79
• 5.1 光路部分设计63-65
• 5.1.1 光源的选择63-64
• 5.1.2 光电探测器64-65
• 5.1.3 测量探头的设计65
• 5.2 电路部分设计65-71
• 5.2.1 MCU控制模块66-67
• 5.2.2 电源管理模块67-68
• 5.2.3 发光二极管驱动模块68
• 5.2.4 光电二极管驱动模块68-69
• 5.2.5 信号调理模块69-71
• 5.2.6 串.通信模块71
• 5.3 PCB设计71-73
• 5.3.1 叠层结构72
• 5.3.2 器件布局与PCB布线72-73
• 5.4 软件详细设计73-78
• 5.4.1 软件设计方案73-74
• 5.4.2 软件模块化设计74-78
• 5.5 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 攻硕期间取得的研究成果85-86

【参考文献】

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1 刘名扬;化学计量学方法用于复杂体系中多组分同时测定的研究[D];吉林大学;2006年

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本文编号：1050469