近紅外光譜無創(chuàng)血糖檢測技術(shù)研究
Amord等人把數(shù)字濾波技術(shù)用于牛血漿葡萄糖濃度的測定。將牛血離心以得到血漿,加進(jìn)不等量的葡萄糖共配制69個樣本,并在2.01um-2.5um范圍內(nèi)收集這些樣本的光譜。通過對這些光譜的觀察,發(fā)現(xiàn)有些區(qū)域含有很高的噪聲,他們引人傅立葉濾波以減少噪聲和基線偏移。經(jīng)過PLS定標(biāo)和猜測得出SEP值。結(jié)果表明,近紅外光譜可用于測定血漿基質(zhì)中的葡萄糖濃度,正確度和精度在答應(yīng)的誤差范圍內(nèi)。
我們用磷酸氫二鈉和磷酸二氫鈉配制不同濃度葡萄糖緩沖水溶液,葡萄糖濃度是18mg/dL-1800mg/dL。共配制20個溶液樣本。另外還配制加有牛血清白蛋白(BSA)成分的葡萄糖溶液,配制時在900mg/dL的葡萄糖緩沖溶液中加進(jìn)了70mg的BSA,制成樣本,并在臨床采集已知葡萄糖濃度的血樣,使用MAGVA-AR560型近紅外傅立葉變換光譜儀,在1.61xm-2.51xm段的近紅外光譜范圍進(jìn)行研究。使用PLS分析也取得了較好的結(jié)果。
3.3在體近紅外光譜血糖丈量在體近紅外光譜血糖丈量的關(guān)鍵是建立在體環(huán)境下的校正光譜,由于有很多誤差來源影響丈量,需要通過定標(biāo)來消除或予以補(bǔ)償。有些影響丈量的誤差卻不輕易合并到定標(biāo)中,這樣的誤差來源主要有探測器定位誤差、溫度和脈搏的影響、檢測設(shè)備的機(jī)械壓力、水合作用、出汗、血容量以及血流比容積的變化等?,F(xiàn)在主要有兩種研究方法,一種是實(shí)驗(yàn)方法,在進(jìn)行口服耐糖檢測(OGTT)時從非糖尿病人群和糖尿病患者中無創(chuàng)地收集光譜信號,同時用有創(chuàng)傷的方法丈量血糖濃度,最后在所得血糖值和無創(chuàng)性收集的光信號的關(guān)系基礎(chǔ)上建立模型。這種方法不能丈量出其它的代謝物、干擾物、生物噪聲或者儀器與身體接觸面的變化等信息,但它可計算出這些噪聲所帶來的影響。另一種方法是物理模型方法,在這種方法中,首先在一組標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖溶液中丈量葡萄糖的信號。然后逐漸增加標(biāo)準(zhǔn)液的復(fù)雜性來模擬人體組織,并描述每一步的精度和正確度,再用數(shù)學(xué)模型把數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來,用于組織中的光線傳播,最后把研究的丈量方法和系統(tǒng)應(yīng)用到人體中。所得的體內(nèi)信號又與通過化學(xué)丈量技術(shù)的有創(chuàng)傷數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。這種方法可以鑒別噪聲成分,因此利用這種方法在使用化學(xué)丈量技術(shù)之前消除噪聲對信號的影響。
手背皮膚的近紅外漫反射光譜特性,可知類似水溶液。人體組織在近紅外區(qū)域也有一個傳輸窗,所以在2.0um-2.5um處有可能丈量葡萄糖的濃度。一個含有脂肪和葡萄糖等的理論模型已經(jīng)在2.0?m-2.5?m范圍內(nèi)用于模擬組織葡萄糖的光吸收。在這些研究中所用的葡萄糖濃度通常要比生理濃度的范圍高。但由于目前的幾種技術(shù)還不能很好地確定所測的信號,對一個血糖濃度正在變化的個體來說,用口服耐糖試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以建立一個關(guān)于血糖濃度的無創(chuàng)性丈量響應(yīng)。在檢測過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)還可在后來的無創(chuàng)性丈量中猜測血糖濃度。由于無創(chuàng)性丈量響應(yīng)可能會帶有非糖方面的生理影響,所以由口服耐糖試驗(yàn)和無創(chuàng)性丈量回應(yīng)關(guān)系所決定的臨床定標(biāo)就會產(chǎn)生一個定標(biāo)曲線,這個曲線對被測個體來說是唯一的。但這種定標(biāo)曲線可能需要通過有創(chuàng)傷的檢測進(jìn)行周期性的更新。用于定標(biāo)的口服耐糖試驗(yàn)和飲食耐量試驗(yàn)會產(chǎn)生時間上連續(xù)的一系列丈量值,但假如不能進(jìn)行隨機(jī)采樣,這些由時間決定的數(shù)據(jù)就會影響多變量定標(biāo)的結(jié)果。這樣,光譜信號和噪聲的臨時分布可能會導(dǎo)致與血糖的不正確關(guān)聯(lián)。在體經(jīng)皮研究結(jié)果顯示,到目前為止還不能鑒別直接測得的葡萄糖濃度和數(shù)據(jù)組內(nèi)存在的偶然關(guān)系。所以現(xiàn)在的研究水平用于家庭血糖監(jiān)測儀還是不可接受的。
4檢測存在的題目近紅外在體檢測葡萄糖濃度的缺點(diǎn):(1)丈量精度較低;(2)需要反復(fù)定標(biāo);(3)受到服用藥物的影響,其它干擾因素較多;(4)水的近紅外波段的吸收強(qiáng)度對溶解物的濃度和溫度很敏感;(5)尚未得到美國FDA的批準(zhǔn);(6)使用的儀器設(shè)備較昂貴且很難小型化。
5結(jié)論在近紅外光譜范圍內(nèi)具有檢測葡萄糖的分析信息,最佳的光譜范圍在2.0um-2.5um。葡萄糖的光譜是獨(dú)立的,但和人體其它物質(zhì)的光譜具有重迭,近紅外光穿透皮下很少,葡萄糖的吸光率很小,所以近紅外光譜丈量葡萄糖是困難的。在體血糖值和所測的光學(xué)信號上確實(shí)存在著相關(guān)性,但還沒有無創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)可以提供證據(jù)證實(shí)所測的信號可被關(guān)聯(lián)到實(shí)際的血糖濃度上。需要研究和發(fā)展更靈敏、分布更穩(wěn)定的測試設(shè)備。國內(nèi)用于構(gòu)造模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)很少?;谝陨锨闆r,我們分析了無創(chuàng)傷血糖檢測研究的各種方法,結(jié)合技術(shù)和設(shè)備的實(shí)際情況,利用近紅外透反射方法做了一定的基礎(chǔ)性研究,并取得較好的結(jié)果。
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