利用人体组织中水实现参考测量消除光谱信号中背景漂移方法的研究

The non-invasive detection of tissue components is important for clinical diagnosis, chronic disease monitoring and treatment. In the study spectroscopy detection method, the measurement is influenced by the tissue deformation caused by human-machine interface, and the physiological background drift caused by the variation of body temperature. The weak specific signal is unfortunately covered by the complicated and variation physiological background. This project proposes a background correction methods based on the application of water within the human tissue as the reference. The variations of content and spectral character of bulk and bound water within the tissue are measured to correct the background drift. The contents of this project include: (1) measure the content of free and bound water within tissue, study on the spectral feature extraction method (2) measure and analyze on the variation of the bulk and bound water when the tissue is deformed, study on relationship between the spectral characters and the temperature; (3) use of the variations of the content and spectral characteristics of bulk and bound water within tissue as reference, apply the global variables modeling method to reduce the influence of man-machine interface pressure and body temperature drift.It will improve the measurement accuracy.

人体组织成分无创检测方法的研究对于临床诊断，慢性病人监护及治疗具有重要意义。人体组织光谱测量精度受人机接口压力造成组织形变以及人体温度变化引起生理背景漂移影响较大，组织成分变化信号往往被背景漂移淹没。本申请提出了一种利用人体组织中自由水及结合水作为测量参考，校正在体光谱测量背景漂移的方法。主要研究内容包括：（1）人体组织中自由水及结合水含量测量方法及各自光谱特征提取方法；（2）人体组织中自由水以及结合水含量与组织形变之间关系，光谱吸收特征随温度变化规律与定量关系；（3）利用在体光谱测量得到组织中自由水以及结合水含量以及光谱特征变化作为参考，结合全局变量建模方法，减小人机接口压力以及人体温度漂移影响，提高人体成分测量精度。

人体组织成分无创光谱检测方法研究在医学临床诊断及慢性病监护方面具有重要意义。本课题针对人体成分漫反射光谱检测需要，系统研究了组织中自由水及结合水光谱特征与压力、温度等因素的关系，从人体组织在压力、温度下变化角度，提出了利用组织中水作为参考进行光谱建模校正的方法。.首先，研究了人体中自由水与结合水光谱特征及其含量的测量方法。分别利用双积分球测量系统与漫反射光谱测量系统进行离体组织与在体组织光学参数测量，在此基础上，提取组织中自由水与结合水吸收特征，并进行定量分析。同时，还研究了血糖浓度与组织光学参数之间的关系。.然后，研究了组织中自由水及结合水随组织形变及温度变化的关系。从模型假设与模拟研究出发，结合不同压力作用下漫反射光谱测量结果，定量分析了组织形变过程中，组织中自由水及结合水含量变化，并利用二维相关谱分析，进行组织受压形变判断。进一步，利用散斑相干成像检测方法对温度变化前后组织中血流变化进行定量分析。.最后，研究了利用组织水作为参考结合全局变量模型提高人体成分光谱建模预测精度的方法。基于理论分析与模拟方法研究了人体组织水作为测量参考的方法，对压力差分光谱测量方法进行了验证实验，在此基础上提出了基于浮动基准的全局变量校正方法。利用人体OGTT实验进行了分析验证，结果表明本课题所提出的参考测量及全局变量校正方法可以有效提高人体成分无创检测研究中的光谱建模预测精度。.本课题所研究的以人体中固有成分为参考测量的方法也可以为光学成像与检测技术研究提供了参考。