血糖无损检测技术已经成为生物医疗领域研究的一大热点,光声技术基于组织内部的光学吸收差异性,以超声作为媒介进行血糖检测,从原理上避开了组织对光学强散射的干扰,为血糖无损检测提供了一种高灵敏度的测量手段。对近年来血糖光声无损检测技术的发展进行了综述分析,首先简要介绍了血糖光声检测的原理,然后重点对国内外血糖光声检测系统按照激励源的不同进行分类介绍,归纳了血糖光声检测的实验进展,以促进国内血糖无损检测技术的发展。

视网膜血氧测量技术可以为医学诊断提供可靠的视网膜血氧新陈代谢信息，这些信息可以反映出全身微循环状态。基于光谱法的非侵入性的视网膜血氧饱和度测量是生命科学研究的新热点，国外已开展了大量的研究工作，国内的相关研究还处于起步阶段。为更好地促进视网膜血氧测量在生命科学领域中的研究和应用，对现有的研究成果进行了梳理和回顾。首先介绍了视网膜血氧测量的基本原理，概述了当前已有的视网膜血氧测量技术并讨论了各自的优缺点；然后对现有研究成果和应用情况进行总结，并对视网膜血氧测量存在的若干问题进行讨论；最后对其在生命科学中的研究和发展进行了预测和展望。

糖尿病是一种严重威胁人类健康的疾病, 取血检测人体血糖浓度造成病患痛苦甚至感染。 因此人体血糖浓度的无创检测技术在糖尿病的临床诊断、 监测和治疗上具有重要的意义, 也是一个具有挑战性的热点研究课题。 在目前报道的各种测试方法中, 中红外光谱测试技术受到了广泛重视。 利用常规光源的中红外ATR光谱仪进行无创血糖检测时, 由于探测光在人体组织中穿透深度低, 难以到达含有体液的间质层乃至含有血液信息的真皮层, 结果导致测试数据与人体实际血糖浓度的相关性差, 限制了临床应用。 考虑到高强、 高纯的中红外激光在人体组织中具有较深的穿透深度, 且CO2激光器的1 035 cm-1的发射光非常接近葡萄糖在1 029 cm-1处的基频特征吸收峰, 因此本文使用外接CO2激光器作为中红外ATR光谱仪的自定义外接光源, 组装了新型中红外测试系统。 利用此设备, 测试了人手指在1 035 cm-1激光辐照下的吸光度, 同时利用普通光源扫描了人手指的中红外吸收光谱, 记录其在1 492 cm-1的吸光度。 利用常规医学方法测定了人体实际血糖值。 结果显示, 人手指处受1 035 cm-1激光辐照的吸光度与常规光源的红外光谱中1 492 cm-1处吸光度的相对强度与人体血糖浓度同步改变, 两波数处吸光度的比值与人体实际血糖浓度具有一定的正相关性（R=0.812 5）。 测量结果可作为人体血糖值的一个新型指标, 显示了外接CO2激光源的中红外ATR光谱仪在无创探测人体血糖浓度方面的临床诊断潜力。

自变量筛选是定量光谱分析领域的研究热点, 简便且高效的自变量筛选方法不但可以降低分析计算量, 提高分析精度, 同时还可以减轻对仪器光谱分辨能力的依赖, 降低分析成本。 波长筛选也是光谱法无创血液成分检测研究的重要环节。 动态光谱理论为血液无创检测提供了极佳的思路, 但长期局限于使用宽带光源和高分辨率的光谱仪器, 分析中需要大量波长限制了动态光谱法的进一步发展。 为了去除冗余信息, 使检测走向低成本化和集成化, 提出了基于变量投影重要性(variable importance in projection, VIP)分析的波长筛选方法。 通过分析PLS模型中各维自变量对因变量的解释能力, 从而剔除重要性较低的变量保留解释能力强的波长。 以232例受试者的临床实验数据为基础, 以血红蛋白含量为分析对象, 经投影重要性分析后将波长数由586降至64, 波长筛选后血红蛋白预测模型的测试集平均相对误差(MREP)为1.82%, 使用了极少的波长便可得到满意的结果; 结合Bootstrap方法对模型进行显著性检验后验证了波长变量的解释能力。 首次指出了使用动态光谱法检测血红蛋白的敏感波长带。 基于投影重要性分析的波长筛选迈出了动态光谱走向实用的重要一步, 为实现低成本在线分析打下了基础, 同时也为其他领域的光谱分析提供了重要的参考和新的思路。

光学旋光法是一种无创血糖检测技术，通过测量眼前房水内葡萄糖浓度来确定体内血糖浓度水平。人眼运动引起的实时变化的双折射是实现旋光法无创血糖测量的主要限制因素之一。设计了实时、闭环、双调制多波长偏振系统来测量人工前房内的葡萄糖浓度，人工前房由离体角膜固定在人工眼房上构成。采用眼耦合装置使光直线穿过眼前房从而避免了空气与角膜之间折射率不匹配引起的光线弯曲。存在运动引起的双折射时，采用双波长旋光系统测量眼模型内的葡萄糖浓度，两次预测葡萄糖浓度的标准差分别为18.9 mg/dL和15.2 mg/dL，表明该系统具有降低活体角膜实变双折射的潜力，有利于实现与血糖浓度相关的眼前房水内葡萄糖浓度的精确测量。

光学偏振法在无创血糖检测技术中具有很好的应用前景，人眼运动引起的实时变化的双折射是偏振法无创血糖测量的主要限制因素。采用激光模拟调制与法拉第调制相结合的双调制法建立了实时闭环单波长偏振光检测系统。双调制法克服了先前由直流电压驱动激光器和法拉第调制器构成的偏振检测系统达到稳定所需时间由单一法拉第调制器的调制频率限制的问题；且系统的响应时间小于10 ms，可更为有效地克服人眼运动对测量的影响；同时双调制法可降低系统电磁干扰和激光在低频调制下的1/f 噪声，有提高系统信噪比的潜力。通过两次检测0~600 mg/dL、间隔100 mg/dL 的葡萄糖水溶液浓度对该系统的性能进行了评估，两次测量值的标准差均小于10 mg/dL ，验证了该检测系统的重复性与精确性。

为提高近红外血红蛋白预测模型的稳健性, 分别应用Savitzky-Golay平滑、 移动窗口平滑以及经验模态分解(EMD)方法对原始光谱进行去噪处理, 以提高数据信噪比。 采集了81例临床志愿者的手指指端血流容积脉搏波光谱数据, 同时获取相应的血红蛋白浓度值临床化验结果。 剔除异常样品, 确定78例样品为研究对象, 建立反向传播神经网络(BP-ANN)定量分析模型并预测。 结果表明, 经EMD处理后的模型预测效果最优, 预测相关系数由0.74提高至0.87, 误差均方根由12.85 g·L-1减小至8.08 g·L-1。 实验证明应用EMD方法能够获得高信噪比的容积脉搏信号, 提高血红蛋白浓度预测模型的准确性, 有利于推动近红外无创血红蛋白检测技术的进一步发展。

探讨一种基于近红外反射光谱的人体血清白蛋白、 球蛋白和总蛋白三种生化指标的无创检测方法。 采集58例志愿者舌尖处近红外反射光谱, 考虑这些光谱数据与血清蛋白浓度间因个体差异等存在非线性映射关系, 在计算归一化光谱反射率及分析样本蛋白含量统计分布上, 采用支持向量机分别建立三种蛋白成分近红外光谱定量回归模型, 并与传统的偏最小二乘法进行比较。 实验结果表明, 支持向量机校正模型的预测效果较好且明显优于偏最小二乘法校正模型, 对白蛋白、 球蛋白和总蛋白的预测相关系数分别达到0.894, 0.931和0.863, 预测的均方误差为2.19, 1.93和4.38。 因此, 支持向量机可有效抵抗活体检测定量分析中存在的非线性因素, 提高模型的鲁棒性。 同时也表明舌的近红外光谱信息能够较客观的反映人体理化指标的变化, 用于血清蛋白含量的快速无创检测具有较高的可行性。

开发了一种小型化人体血糖浓度无创检测系统， 该系统可实现人体血糖浓度的快速、 实时、 无创检测， 主要由嵌入式系统、 夹具、 光源系统和微型光栅光谱仪四部分组成。 提出了一种光源稳压驱动电路方案， 可满足多种光谱采集条件对光源的要求。 同时提出了一种一体化夹具设计方案， 不仅简化了系统的光学结构， 而且提高了测量条件的可重复性。 分别用小波去噪和核偏最小二乘法对采集的光谱数据进行预处理和数学建模， 并对系统进行性能评价， 血糖浓度预测值与标准值的相关系数为0.95， 预测均方根误差为0.6 mmol·L-1， 系统的重复性较好。

Most techniques for measuring tissue concentrations of drugs are invasive, time-consuming, and often require the removal of tissue or body fluids. Optical pharmacokinetics (OP) is a minimally invasive alternative giving an immediate result. Pulses of white light are directed at the tissue of interest using a fiber optic probe. Scattered light is detected by a second fiber immediately adjacent to the first in the same probe (separation 1.7 mm). Using the photosensitizer disulfonated aluminium phthalocyanine (AlS₂Pc), OP measurements were made in phantoms and on the mouth, stomach, colon, skin, and liver of normal rats 1 and 24 h after intravenous AlS₂Pc administration. AlS₂Pc concentration was determined by calculating the area under the curve (AUC) in the spectral region around the peak drug absorption or measuring the height of the peak. Spectral baseline interpolation removed the need for pre-drug, control optical measurements. OP measurements correlated well with values from alkali chemical extraction (CE) of the corresponding tissues, (R² 0.87-0.97). OP measurements in the mouth also correlated with CE of less accessible internal organs (R² 0.77-0.88). In phantoms, the lowest detectable concentration was 0.1 μg/g. In vivo, results were limited by the lower accuracy in the CE measurements but were almost certainly comparable. An incidental finding was a 12-15nm red shifted component in the spectra observed 1 h after drug administration, suggesting partitioning of the drug in different microenvironment compartments, which could prove to be of considerable interest in future studies. In conclusion, OP shows promise for real-time measurement of concentrations of drugs with suitable absorption peaks.