無創(chuàng)血糖測量

無創(chuàng)血糖測量第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三Contents研究意義 1無創(chuàng)測量的主要方法2無創(chuàng)血糖測量存在的問題3第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三無創(chuàng)血糖測量的研究意義減輕采血痛苦，提高測量次數(shù)降低成本，減少環(huán)境污染推廣其它化學(xué)成分的無創(chuàng)檢測第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三無創(chuàng)血糖測量的主要方法光學(xué)相干層析法熒光法近紅外光譜法偏光法拉曼光譜法第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三光學(xué)相干層析法第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三光學(xué)相干層析法的測量生理基礎(chǔ)正常人體血糖的濃度值在3．3mmol／L到8．3mmol／L之間，皮膚的葡萄糖含量相當(dāng)于血糖的2／3左右，糖尿病患者的皮膚含糖量可更高。皮膚中的葡萄糖大部分都集中于真皮組織光源選用近紅外光。近紅外光線（0.76--1.5微米）穿透力強(qiáng)，可達(dá)10毫米，能直接作用到皮膚的血管、淋巴管、神經(jīng)末梢及其他皮下組織

第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三光學(xué)相干層析法的測量理論基礎(chǔ)比爾-朗伯定律：隨著溶液的葡萄糖濃度的增加，(1)吸收系數(shù)在微弱的增大；(2)散射系數(shù)逐漸??；兩者誰起主導(dǎo)作用取決于入射紅外光的波長第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三光學(xué)相干層析法的測量理論基礎(chǔ)

在紅外光波長為1300nm時，吸收系數(shù)遠(yuǎn)小于散射系數(shù)，所以信息主要來源于散特性，即:葡萄糖濃度c的增加將引起背景溶液折射率增加，這是因為組織液的折射率小于葡萄糖的折射率，因此葡萄糖分子進(jìn)入組織液后，溶液的折射率將會增加。背景溶液折射率的增加，使得散射體與散射背景之間的折射率差減小，從而引起散射系數(shù)和散射相函數(shù)的變化.葡萄糖相對折射率散射特性O(shè)CT信號衰減第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三光學(xué)相干層析技術(shù)光學(xué)相干層析術(shù)(OCT)是一種基于弱相干原理的非侵入式微米級分辨率的成像技術(shù)，通過測量樣本組織微弱的后向散射信號，來得到組織內(nèi)部的層析結(jié)構(gòu)．只要能夠建立完善的OCT理論信號模型，通過合適的算法，就能夠從OCT信號中得到生物組織的光學(xué)性質(zhì)第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三光學(xué)相干層析法的實驗原理圖第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三OCT探測的皮膚深度第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三平均10mg／dL的葡萄糖濃度變化會導(dǎo)致OCT信號的斜率變化1．9％

第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三熒光法第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三熒光法測量的理論基礎(chǔ)室溫下正常生物分子處于基態(tài)，當(dāng)吸收外界光能量后部分分子會躍遷到激發(fā)態(tài)。部分分子經(jīng)過弛豫過程從高能級回到低能級發(fā)出熒光血液中存在許多具有固有熒光的分子及基團(tuán)，如血紅蛋白、芳香氨基酸、脂肪胺等第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三血清中的葡萄糖熒光譜在730nm附近，峰值強(qiáng)度隨D葡萄糖濃度在1．4mmol／L到32．6mmol／L之間變化時隨之發(fā)生有規(guī)律的變化

第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三血細(xì)胞中葡萄糖的吸收熒光譜在720nm附近有明顯特征峰，730am附近不明顯，吸收強(qiáng)度與葡萄糖濃度成反比第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三全血中葡萄糖的吸收全血中720nm和730nm區(qū)域兩個峰位的峰值強(qiáng)度隨D葡萄糖濃度在1．5mmol／L到16．2mmol／L之間變化時,隨葡萄糖濃增加，730nm附近峰值強(qiáng)度逐漸減小第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三總結(jié)紅細(xì)胞的譜線同全血形狀相似，720nm附近有明顯特征峰，730nm附近峰位不十分明顯，720nm附近特征峰的峰值強(qiáng)度隨紅細(xì)胞濃度增加而減小，變化趨勢同全血一致。由于全血的720nm熒光肯定不是D葡萄糖特征峰，而紅細(xì)胞在此處有明顯特征峰，因此全血中720nm附近特征峰可能是組成紅細(xì)胞的某些蛋白質(zhì)引起的熒光效應(yīng)。紅細(xì)胞730nm特征峰不十分明顯，弱于全血730nm強(qiáng)度，這是由于全血中D葡萄糖濃度較高的緣故，因此可以確認(rèn)730nm是D葡萄糖的特征峰，特征峰強(qiáng)度有兩部分組成：紅細(xì)胞內(nèi)葡萄糖+血清內(nèi)葡萄糖。而紅細(xì)胞內(nèi)葡萄糖含量較少，且紅細(xì)胞葡萄糖含量相對不會發(fā)生變化，是相對穩(wěn)定的一部分，主要引起血糖濃度變化的是血清內(nèi)部的D葡萄糖。如果能在全血譜線中去除紅細(xì)胞的影響，730nm熒光就完全是由血清中D葡萄糖所產(chǎn)生(其他因素影響很小)第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三近紅外吸收光譜法第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三近紅外吸收光譜測量原理近紅外光譜主要是含X—H(X為C，o，N等)鍵基團(tuán)的化合物在中紅外區(qū)域基頻振動的倍頻及合領(lǐng)吸收。含有這些基團(tuán)的有機(jī)物以及與其結(jié)合的無機(jī)物樣品隨著成分含量的變化，其光譜特征也將隨之發(fā)生變化。通過化學(xué)計量理論對樣品光譜和成分濃度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立校正模型然后通過校正模型和未知濃度的樣品的光譜信息來預(yù)測樣品的組成葡萄糖的主要成份D-葡萄糧C6H12O6中有大量的C-H鍵和O-H鍵第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三近紅外光的特點(diǎn)相對于中紅外光，在近紅外區(qū)域，體液和軟組織相對透明光的穿透力強(qiáng)，是理想的無創(chuàng)檢測光譜段

近紅外光譜包含了絕大多數(shù)類型有機(jī)化合物組成和分子結(jié)構(gòu)的豐富信息，不同的基團(tuán)和同一基團(tuán)在不同化學(xué)環(huán)境中的吸收波長都有明顯差別，可以作為分析獲取信息的一種有效載體近紅外吸收系數(shù)小，可以使用較長的測量光程，

與中紅外相比，樣品可以不經(jīng)稀釋，直接測量，消除了涂膜和壓片等復(fù)雜的前處理，操作方便。長光程更能反映樣品本體的整體信息。

第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三近紅外傅立葉光譜的特點(diǎn)很高的波長準(zhǔn)確度速度快光譜分辨率高自然雜光不影響測試結(jié)果高信噪比第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三近紅外吸收光譜測量的兩種實驗研究直接作用于人體皮膚，對細(xì)胞間質(zhì)溶液中的葡萄糖濃度進(jìn)行測量對提取的血液或葡萄糖溶液進(jìn)行葡萄糖濃度的測量第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三近紅外光（1100nm-2400nm)的在細(xì)胞間質(zhì)液中的吸收光譜此吸收光譜中綜合了水，葡萄糖，蛋白質(zhì)等所有吸收物質(zhì)在紅外光中的吸收作用第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三各物質(zhì)對不同波長的近紅外光的吸收600-1300nm含的血糖信息不足1300-1520nm血糖對其的吸收很明顯1520-1850nm散射起主導(dǎo)作用，而且這個區(qū)域中，水和脂肪對血糖的吸收也很明顯2000-2500nm血糖和水，脂肪，蛋白質(zhì)等對其的吸引作用都很明顯

第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三1300nm左右的近紅外光所測量的血糖濃度第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三對葡萄糖水溶液和提取的血清，血細(xì)胞進(jìn)行葡萄糖濃度的測量

第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三對葡萄糖溶液的吸收光譜測量不同葡萄糖溶液的找紅外吸收譜相對吸收強(qiáng)度與葡萄糧溶液濃度的關(guān)系葡萄糖水溶液的濃度信息可以通過其對應(yīng)的吸收譜譜線的強(qiáng)度得以表達(dá)第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三含不同D葡萄糖濃度的血清的吸收光譜當(dāng)以空白血清做參比時，在1010nm區(qū)域，不同D葡萄糖含量的血清和不同濃度的D葡萄糖水溶液的譜線強(qiáng)度同葡萄糖含量之間的關(guān)系趨勢一致，也同朗伯－比爾定律相吻合。(a)空白血清的吸收譜(b)不同D葡萄糖濃度的血清的吸收譜(c)相對吸收強(qiáng)度與葡萄糖濃度的關(guān)系第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三不同濃度紅細(xì)胞的吸收譜在700nm附近有紅細(xì)胞的一個特征吸收峰，改變紅細(xì)胞的濃度，其譜線強(qiáng)度會發(fā)生明顯變化，相對血清而言，紅細(xì)胞的近紅外吸收譜強(qiáng)度要小的多第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三含不同D葡萄糖濃度的紅細(xì)胞吸收光譜D葡萄糖含量與譜線強(qiáng)度之間無明顯聯(lián)系。第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三總結(jié)：在葡萄糖水溶液中，吸收特征鋒在1010nm,不同的葡萄糖濃度與吸收強(qiáng)度成正比血清（60%）中，空白血清對紅外沒有吸收，只有葡萄糖對紅外光吸收（1010nm），而且吸收強(qiáng)度與葡萄糖濃度成正比但在血細(xì)胞（40%）中，紅細(xì)胞對紅外光的吸收(700nm)相對血清中的葡萄糖要小得多，但也呈正比規(guī)律，不過當(dāng)加入葡萄糖時