在基于近红外光谱法的无创血糖测量领域, 受人体皮肤状态波动的影响, 血糖预测模型无法长时间使用, 极大地限制了该方法在临床上的应用。 皮肤血流灌注是与人体生理状态密切相关的参数, 直接影响着皮肤中水分的流动, 它还难以像温度、 压力那样借助外部手段进行控制。 在皮肤光谱的测量中, 血流灌注会通过水分的迁移间接影响真皮层的厚度, 并使得光谱产生较大变化。 借助蒙特卡洛模拟方法仿真了在1 000~1 700 nm波段真皮层厚度变化±30 μm时三层皮肤的漫反射光强、 光子穿透深度与平均光程, 研究了真皮层厚度变化后的光谱变化规律。 对两个光源-探测器距离下的衰减度进行差分, 用于消除真皮层厚度变化的影响, 对1 000~1 700 nm的波长均给出了适宜的差分测量距离。 发现1 200 nm波长附近, 当真皮层厚度变化时, 漫反射衰减度在每个测量距离下的变化都非常小, 因此是较适宜的测量波长。 而对于水的吸收峰1 450 nm附近的波长而言, 漫反射衰减度随着光源-探测器距离的增加而变大, 且在一定范围内急剧变化; 因此, 应避免选择这些光源-探测器距离。 对于常用的血糖测量波长1 200、 1 300及1 600 nm波长而言, 光源-探测器距离可选在小于0.1 cm或大于0.4 cm的范围, 此处漫反射衰减度变化随着光源-探测器距离变化较缓慢, 采用差分处理可较好地消除真皮层厚度变化对光谱的影响。 考虑到不同光源-探测器距离下对应的真皮层光子百分比不同, 可选择主要对应于真皮层的光源-探测器距离, 该工作采取80 %真皮光子百分比为界限。 综上, 综合现有仪器能达到的测量精度水平, 对于1 200、 1 300和1 600 nm波长, 可选择0.03~0.1 cm范围内的两个光源-探测器距离进行差分测量, 可以较好地抑制真皮层厚度变化的影响, 从而有效减小皮肤血流灌注变动的影响。

传统的人体血糖检测方法是有创的, 具有一定的局限性。文章提出一种结合能量守恒法与光谱法的血糖检测技术, 该技术能够实现人体血糖的无创、实时和准确检测。首先设计了一种人体体征数据采集装置, 用于实时采集血糖相关数据并上传至上位机。然后将数据分别用多元线性回归、k近邻回归和支持向量回归三种机器学习算法进行分析评估, 对比得出最优算法用于无创血糖检测。实验证明, 提出的无创血糖检测技术是可行的, 其中基于支持向量回归算法的测量准确度最高, 相关系数高达0.862, 具有较高的准确性和鲁棒性。

温度变化是影响近红外无创血糖测量精度的主要因素之一。 为降低温度变化对近红外漫反射光谱的影响, 提出了一种基于温度不敏感源-探测器距离的测量方法, 即在漫反射光强对人体组织温度变化不敏感的源-探测器距离处进行光谱测量。 利用Monte Carlo方法模拟了温度为30～40 ℃、 葡萄糖浓度为0～300 mmol·L-1的皮肤组织在多个源-探测器距离处的漫反射光强。 根据模拟结果, 分析了人体皮肤组织模型中温度不敏感源-探测器距离的存在性及其受葡萄糖浓度变化的影响; 比较了1 000 nm处温度恒定和温度变动时, 不同源-探测器距离处漫反射光强与葡萄糖浓度的相关性; 进一步地, 利用六个波长(1 000, 1 050, 1 100, 1 150, 1 350和1 410 nm)下的温度不敏感源-探测器距离及其他距离处的漫反射光强, 建立了葡萄糖的偏最小二乘(PLS)模型, 并比较了这些模型在温度恒定和温度变动时的预测精度。 结果表明, 在1 000～1 440 nm范围内, 人体存在温度不敏感源-探测器距离, 且葡萄糖浓度变化对该距离的影响可以忽略不计; 当组织温度变化时, 温度不敏感源-探测器距离处的漫反射光强与葡萄糖浓度的相关性及建模效果均明显优于其他源-探测器距离, 基本接近样品温度恒定时的情况。 研究表明, 基于温度不敏感源-探测器距离的测量方法能有效降低温度变化对漫反射光强的影响, 有望提高近红外漫反射无创血糖测量的精度。

在测量人体皮肤中红外光谱的过程中， 皮肤与ATR晶体之间的接触面积很难保持一致， 导致倏逝波与人体皮肤的作用光程会产生差异。 以光程变化信息与葡萄糖浓度信息之间的相关性为基础， 建立了两个分析葡萄糖含量的偏最小二乘回归（PLSR）模型， RMSECV分别为31.3和4.52 mg·dL-1； RMSEP分别为30.3和98.7 mg·dL-1。 结果表明， 当光程变化信息与葡萄糖浓度信息之间偶然相关时， 所建PLSR模型的预测精度与稳健性会受到不同程度的影响， 随着二者之间相关性的增强， 最优模型对葡萄糖信息的识别能力越来越弱。 为提高中红外无创血糖测量分析结果的可靠性， 避免获得伪优定标模型提供了实验依据。

利用小波分析对13名志愿者18个血清样品的短波近红外光谱进行去噪预处理, 以血糖仪测定的血糖为参考, 采用间隔偏最小二乘法(iPLS)在700 nm~1 060 nm短波近红外波段建立血糖浓度预测模型。由相关系数(R)和预测标准差(RMSEP)对预测模型的精确度进行了评价。预测模型的相关系数为0.9654, 均方根预测误差为0.2435,并和采用傅立叶变换去噪方法及iPLS建模的结果进行了比较。结果表明: 小波分析预处理数据的方法能更有效地扣除噪声干扰, 使模型具有更强的抗干扰能力和更高的预测精度。

论述了血糖浓度变化与溶液的散射系数的关系。在浑浊介质中散射特性取决于散射粒子和溶剂的折射率的相对大小,在血液中葡萄糖浓度的改变会引起血液折射率的变化,从而使血液的散射系数发生改变,从理论上给出了血糖浓度变化时计算散射系数变化的公式,得出了散射系数和血糖浓度成正比的结论。进一步讨论了满足临床应用目标下,散射系数的相对变化的测量精度要达到4.8×10-4,而对于中国人的血液绝对测量精度要达到6.82×10-3 mm-1。 用双积分球实验验证了理论计算的正确性,使用牛奶作为浑浊介质测量其散射系数与糖浓度的关系,在不同波长下散射系数都随葡萄糖浓度改变而改变,且线性度可以达到0.95以上。由此可以得出结论,血糖浓度可以通过测量散射系数来得到。