由于采用血流容积差光谱相减法进行近红外无创生化分析得到的样品光谱光程不定, 很难得到高性能的定标模型, 本文提出采用光程校正空间法来消除光程差异, 提升定标模型性能。首先, 介绍了净信号分析的原理和校正空间的获取方法; 根据血流容积差光谱相减法的特点, 提出了采用光程校正空间获取待测组分净信号的方法。然后, 以含葡萄糖的脂肪乳溶液为例, 通过光程校正空间获取葡萄糖净信号, 建立定标模型。实验结果表明: 相比没有处理光程直接建立的定标模型, 采用光程校正空间后所建立的模型相关系数(R)从0.978 1提升到0.997 7, 定标均方根偏差(RMSEC)从77.52 mg/dL下降到25.02 mg/dL, 交叉验证均方根偏差(RMSECV)从93.01 mg/dL下降到68.22 mg/dL。结果显示,采用光程校正空间的净信号分析能够有效抑制光程差异对定标模型的影响, 为血流容积差光谱相减法的实际应用奠定了基础。

近红外无创生化分析中, 要获得准确的血液生化成分信息, 需要非常高的系统信噪比。 为提高分析系统的信噪比, 开展了以增大系统光能利用率为目标的高效双复合抛物面聚光(DCPC)系统研究。 首先, 针对近红外无创生化分析中光学系统集光要求, 研究了复合抛物面聚光器(CPC)出射光特点, 确定出一级CPC最大聚光角范围。 然后, 通过比较标准型和截短型DCPC光能利用率变化, 优化出最佳结构参数。 最后, 结合皮肤组织光学参数, 计算了入射光波长为1 000 nm时, DCPC系统、 CPC-聚焦反射镜系统以及无光学收集系统的光能利用率。 结果显示, 三种系统的光能利用率分别为1.46%, 0.84%, 0.26%。 设计的DCPC系统增强了对人体漫反射光的收集能力, 可有效提高无创生化分析系统的信噪比及整体分析精度。

近红外光谱技术检测速度快，不破坏样品，可在线分析，是血液无创生化分析能够获得应用的最具潜力的方法之一。但是由于人体血液的吸收光谱信号微弱，而常规光谱仪器在近红外无创生化分析中的光能利用率较低，给无创检测技术应用在临床分析上带来了困难。为了解决此问题，利用椭球反射镜的聚光特性，从几何光学角度出发，分析了椭球镜像点位置分布情况，并采用光线追迹方法优化其初始结构，从而将手指漫反射光高效收集到探测器上。通过仿真分析计算，该椭球反射镜的光能利用率比常规无收集装置的利用率提高了近5倍，增强了仪器检测血液吸收光谱信号的能力，有助于提高仪器信噪比。

提出用血流容积差光谱相减法来消除近红外无创生化分析中组织背景的干扰。为提高光谱相减中所需获得的脉搏波近红外光谱信号的信噪比，研究了自适应滤波处理方法。介绍了最小均方算法(LMS)自适应滤波的基本原理，在此基础上提出了一种适用于处理本实验脉搏波光谱信号的自适应滤波方法；采用实验室自行研制的16元近红外脉搏波采集系统，获得人体脉搏波光谱信号；最后，利用提出的自适应滤波方法处理脉搏波光谱信号并分析其滤波效果。结果表明，利用该方法处理采集的脉搏波信号，可使血流容积光谱相减后血液光谱吸光度噪声由800 μAU降低至12 μAU，相邻波长的脉搏波相关系数由0.994 0提高至0.999 9。分析结果说明该自适应滤波方法可以有效地应用于近红外无创生化分析中。