漫反射接触测量中压力不敏感位置的研究

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1、天津大学硕士学位论文漫反射接触测量中压力不敏感位置的研究StudyonPressure-insensitivePositioninDiffuseReflectiveContactMeasurement学科专业：仪器科学与技术作者姓名：王志懋指导教师：徐可欣教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十一月日中文摘要测量条件变化是目前近红外无创血糖检测面临的主要问题之一。在漫反射接触测量中，探头与皮肤组织间接触压力的变化会导致漫反射光测量的准确性和稳定性较差。在分析压力对漫反射光强在径向位置分布上的影响后，本文提出以压力不敏感位置采集漫反

2、射光信号，以此削弱接触压力带来的测量误差，并通过MonteCarlo模拟以及在体实验对该检测位置的存在性与利用该位置开展无创血糖检测的有效性进行了验证。首先，论文基于皮肤组织三层模型，推导了接触压力与皮肤组织厚度应变量、组织光学参数之间的定量关系，并用MonteCarlo模拟考察了不同接触压力下，漫反射光强变化量随径向距离的分布情况。结果表明，1000-1320nm波段下，存在某一径向位置使得漫反射光强变化量近似为0，即存在压力不敏感位置。进一步地，随机匹配具有不同葡萄糖浓度皮肤模型的接触压力，考察了压力变化时，基于压力不敏感位置测量方法

3、在糖浓度检测上的有效性。结果表明，与其他径向检测位置相比，在压力不敏感位置处测量得到光谱数据与葡萄糖浓度的相关系数降幅最低，验证了基于压力不敏感位置的测量方法能明显降低压力变化对漫反射光的影响。研究了皮肤层厚度对压力不敏感位置的影响，结果表明表皮层厚度变化对压力不敏感位置影响较大。其次，搭建了多环光纤束漫反射光检测系统，在评价系统稳定性后，通过Intralipid溶液实验验证了在MC模拟中所建压力与皮肤参数模型的可行性。随后以人体皮肤为研究对象，开展了压力不敏感位置存在性的在体验证实验。结果表明，在1050、1219和1314nm波长下人

4、体皮肤存在压力不敏感位置，位于径向检测距离0.78-1.0mm之间。最后评价了压力不敏感位置处所得光谱数据的稳定性，结果表明该位置处测量得到漫反射光强信噪比更高。最后，开展了初步临床实验，验证利用压力不敏感位置的测量方法在消除接触压力变化影响的有效性：在评价实验系统极限检测精度后，开展了多例口服葡萄糖耐量实验，建立了漫反射光谱与血糖浓度之间的校正模型。结果表明，利用压力不敏感位置的测量方法可以提高近红外无创漫反射接触测量的测量精度。关键词：近红外；无创检测；接触压力；压力不敏感位置；检测位置；蒙特卡罗模拟；IABSTRACTNowaday

5、s，thevariationofmeasurementconditionisoneofthemainproblemsinthenon-invasivebloodglucosesensingbynear-infrared(NIR).Inthediffusecontactmeasurement,thevariationofprobe-tissuecontactpressurewillleadtopoormeasurementaccuracyandstabilityintheinvivomeasurementsignal.Afteranalyz

6、ingtheinfluenceofpressureonthedistributionofdiffusereflectancevaryingwiththeradialposition,thisthesisproposesthepressure-insensitiveradialpositiontocollectthediffusereflectancetominimizethemeasurementerrorcausedbycontactpressure.Theexistenceofpressure-insensitiveradialpos

7、itionandthevalidityofthenon-invasivebloodglucosesensingbasedonpressure-insensitiveradialpositionareverifiedbyMonteCarlosimulationandinvivoexperiments.Firstly,basedonthesolid-liquidtwo-phasemechanicfeatureofskintissue,therelationshipsbetweencontactpressureandthevariationsi

8、ntissuethickness,andopticalparameterswerededuced.MonteCarlosimulationwasusedtostudythedistributi