基于光电容积脉搏波法血氧饱和度测量系统研究

血氧饱和度是人体一项重要的生理参数。目前,血氧饱和度检测方法分为有创血氧饱和度检测和基于光电容积脉搏波法的无创血氧饱和度检测。其中,基于光电容积脉搏波法的无创血氧饱和度研究模型采用人体光电容积脉搏波信号作为信息载体进行无创连续的血氧饱和度的检测。该文综述了基于血液容积波法无创血氧饱和度测量原理及测量系统;重点介绍了反射式血氧饱和度检测系统;并对影响血液容积波法无创血氧饱和度测量系统准确性的相关因素进行了归纳与总结。     

中红外衰减全反射法用于尿液成分检测

本文中采用中红外衰减全反射光谱法进行尿液中主要成分的快速、无试剂检测。对单质成分及尿液样品的光谱进行了相应分析,采用偏最小二乘法建立了中红外光谱信息与葡萄糖及白蛋白成分含量间的定量校正模型,并采用遗传算法进行了模型的优化。葡萄糖的预测精度(RMSEP)达到28.57mg/dL, 白蛋白的RMSEP达17.89mg/dL,表明该方法可逐步代替传统方法用于临床检测。     

GGBP蛋白修饰的表面等离子共振微创血糖检测仪

根据基于微流控芯片的组织液透皮抽取系统设计了一种小型化微创人体血糖检测仪器.该仪器基于微创的方法,利用真空负压抽取人体组织液,并采用表面等离子共振(SPR)技术,通过检测皮肤真皮层组织液中的葡萄糖浓度来预测血液中的葡萄糖浓度.通过绑定对葡萄糖具有特异性吸附的D-半乳糖/D-葡萄糖结合蛋白(D-GGBP),对SPR传感器表面进行预处理,实现对葡萄糖分子的特异性吸附.实验配制了不同浓度的葡萄糖溶液,检测并得出葡萄糖溶液浓度与折射率的关系曲线.应用课题组设计的微创血糖检测仪,实验测量了葡萄糖溶液浓度与组织液浓度,并与血糖仪测量得到的葡萄糖溶液浓度进行了比较.结果表明,使用GGBP修饰过的表面等离子共振传感器测量葡萄糖水溶液浓度的下限为0.625 mg/dL,当葡萄糖水溶液浓度在0.625～5 mg/dL时有较好的线性.通过测试实验验证了该仪器的可行性,显示了结合GGBP蛋白的SPR测量技术在微创血糖检测领域有良好应用前景.     

基于微流控和酶比色的微创血糖连续检测仪

连续血糖检测对糖尿病的诊断与治疗具有十分重要的意义。本文设计了一种集成化、自动化的微创血糖连续检测仪器,该仪器通过微流控芯片透皮抽取组织液,利用单片机精确测量透皮抽取组织液的体积,并采用酶比色法检测组织液的葡萄糖浓度,利用组织液与血液的葡萄糖浓度相关性实现连续血糖检测。由于透皮抽取的组织液体积很小且分散在皮肤表面,为了便于收集,利用生理盐水对抽取出的组织液进行稀释,稀释后的组织液中葡萄糖浓度在3～50mg/dL。为了测量低浓度葡萄糖,实验选取了1～50mg/dL中的10个浓度的葡萄糖溶液进行吸光度测量,根据光谱数据与葡萄糖浓度建立吸光度模型,结果表明该酶比色检测方法在1～50mg/dL葡萄糖浓度内具有良好的线性度,测量相对标准偏差小于0.65%。该仪器能够实现自动化控制,为糖尿病的诊断提供依据,在微创血糖连续检测领域具有良好的应用前景。     

基于光电容积脉搏波的血压测量实验研究

针对电子血压计不能实现血压的无创连续测量的问题,提出了一种基于光电容积传感技术和平稳小波算法的无创血压测量方法。利用搭建的光电容积脉搏波采集系统采集人体指尖的脉搏波信号,并进行了分析。通过SWT对脉搏波信号进行了分解,重构了第5层高频信号,提取了该重构信号的10个特征参数作为ANN的矢量输入,脉搏波对应的收缩压和舒张压作为ANN的矢量输出进行了训练拟合。实验总共分析了不同人群的10 700个脉搏波信号,利用其中的10 000个信号建立了特征参数与血压的模型,通过剩余的700个信号对建立的模型进行了测试,并且将测试误差与美国医疗器械促进协会(AAMI)规定的标准进行了比较。实验结果表明:通过该方法可实现血压的无创连续测量,为智能穿戴等健康监护设备中进行血压的实时监测提供一定的参考价值。     

近红外可穿戴设备中脉搏波的呼吸率检测

针对可穿戴设备中光电容积脉搏波检测呼吸速率准确性不高和实时性不够的问题,提出了一种基于时频谱的自适应信号分解算法。该算法采用瞬时中心频率估计方法获得脉搏波时频谱和瞬时心率估计值,对脉搏信号进行相干解调提取呼吸信号成分,进而利用呼吸信号成分检测呼吸速率。实验结果表明,与传统连续小波变换方法相比,本文提出的自适应信号分解算法的呼吸速率计算时间提高了84.68%。通过中位数误差及四分位距误差的方差分析,表明该算法比连续小波分解算法和自回归模型算法具有更好的计算精度,中位数误差均值分别提高了96.001%和97.978%,四分位距误差均值分别提高了75.014%和52.732%。     

EEMD结合小波阈值的光电容积脉搏波信号降噪

为了研究脉搏波信号降噪的问题,文章提出了一种集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)与小波阈值相结合的降噪方法,对采集到的光电容积脉搏波信号来做降噪处理,同时和EMD结合小波阈值降噪算法进行比较。算法首先把信号做EEMD的分解,将原始信号分解为n个模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF),然后对这些分量做相干性的计算,对其中的噪声分量来做小波阈值降噪,最后将信号重构。原始信号在STM32平台上采用MAX30100传感器测得。实验结果表明:本文的方法能够很好地剔除光电容积脉搏波中包含高频噪声与基线漂移的各种噪声,降噪后信噪比为34.09,均方根误差为1.99。提高了PPG信号的质量,为光电容积脉搏波信号的准确测量提供了新的思路。     

肝癌微波热消融手术计划系统研究

本文设计了一种基于脉搏波传导时间、能够对血压进行长时间连续测量的头带式装置。与传统信号采集方式不同,本装置信号的采集位置均在人体头部,通过嵌入在头带中的心电电极传感器和反射式脉搏波传感器分别采集心电信号(electrocardiogram、ECG)和光电容积脉搏波信号(photoplethysmography、PPG),并对二者进行特征点提取,测量心电信号的R波峰值和脉搏波信号最大值点之间的时间差得到脉搏波传导时间(pulse transit time、PTT)。基于动脉血压和脉搏波传导时间(PTT)之间的线性模型,利用脉搏波传导时间与水银血压计测得的收缩压和舒张压进行回归分析,得到收缩压和舒张压的计算公式。针对个体的实验结果分析表明,本装置与水银血压计测得数据误差在10mm Hg之内,能够满足AAMI国际标准对无创血压监测误差的要求。     

多功能灵敏固相时间分辨荧光免疫分析仪设计

针对固相时间分辨荧光光谱的测量,设计出一种全新的固相时间分辨荧光免疫分析系统.使用氮分子激光器作为激发光源,采用积分球和单色仪相结合的荧光收集结构,使杂散光对样品荧光的影响降到最低;用光电倍增管进行光电转换,在500～700 nm范围实现了高分辨荧光光谱测量;利用数字方式实现取样积分功能,提高了系统的信噪比.系统可实现荧光寿命、时间分辨荧光光谱、物质浓度的自动测量,仪器的检测灵敏度可达10 - 12 moL/L,线性范围为10-12～10-9 mol/L,稳定性相对误差小于3％,荧光光谱分辨为0.5nm.     

基于脉搏波的无创血压检测系统

针对现阶段无创血压检测仪体积较大、不易携带,且需要专业人员操作的问题,提出了一种无创血压检测系统。系统基于脉搏波传导和光与物质相互作用的原理,提取并分析了光与手腕处的皮肤作用后的光电信号模量,推算出动脉血液流速,即脉搏波传导速度,从而进一步推算出血压值。试验结果表明,本系统与传统血压检测仪的平均相对误差在5%以内,具有一定的可行性。该系统具有体积小、成本低、测量方式简单、易携带、可做大数据管理等特点,可用于人体血压的实时监测及健康管理。     

Polarographic Reduction Wave of Hemoglobin and its Application to Micro‐Determination

Abstract

An adsorptive reduction wave of hemoglobin at about ?1.43 V (vs. SCE), in phosphate buffer solution, pH 6.8, was found by using single sweep polarography. Based on this wave, a simple, rapid, and reliable polarographic method for hemoglobin determination was developed. The wave height is linearly proportional to the concentration of hemoglobin in the range of 1.0–28 mg/L (correlation coefficient 0.997). The detection limit is 0.5 mg/L. Serum albumin, common amino acids, and metal ions present no interference with the hemoglobin determination.

The proposed method was applied to the determination of hemoglobin in human blood samples with satisfactory results. The polarographic wave is attributed to the direct reduction of hemoglobin at the dropping mercury electrode. The new method could be useful in biochemical, clinical, and pharmaceutical analysis.     

光学相干层析术无损检测血糖的测量效果评价

为改进现有光学相干层析术(OCT)无损检测血糖评价方法的不足,提出将OCT信号斜率相对变化量和相对标准误差相结合来评价测量结果,并同时得到血糖的理论测量精度。首先,分析了OCT系统共焦函数对测量结果的影响及OCT信号斜率相对误差的计算方法,然后,通过对3只新西兰白兔进行活体实验来评价OCT无损检测血糖的测量结果。在测量血糖引起的OCT信号斜率相对变化量的同时,对OCT信号斜率相对误差也进行了计算,从而获得血糖的理论测量精度。新西兰白兔活体实验表明,线性度较好的拟合区间下OCT信号斜率相对变化量和相对误差分别为(3.7%)/mmol和0.068,(3.4%)/mmol和0.026,(0.93%)/mmol和0.019,血糖理论测量精度分别为±3.7 mmol,±1.5 mmol和±4.1 mmol。OCT信号斜率的相对变化量和相对标准误差相结合的评价方法能更有效地提高血糖理论测量精度,而且拟合区间越大,血糖的测量精度越高。     

氧化酶光度法葡萄糖定量测量条件探讨

依据人体尿糖、血糖的浓度范围,研究从2.0~38.5mmol/L不同浓度的葡萄糖水溶液在不同温度下与葡萄糖氧化酶试剂反应的动力学过程,在可见光谱区,结合分光光度法和最小二乘法对溶液中的葡萄糖含量进行定量分析,分析波长,光谱带宽,反应温度及反应时间等对定量精度的影响。实验结果表明,对于本文所用的葡萄糖氧化酶试剂,在32℃下葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应10m in后在550nm处进行定量,相关系数超过0.9999,预测标准误差(SEP)0.626mmol/L。如果测量时间和温度偏离指定条件,将产生较大的测量误差;但如果定量波长偏离吸收峰,并在一定带宽(如30nm)范围内进行定量,仍能得到满意的结果。     

提高CCD糖液浓度测量系统精度的方法

为了实现糖液浓度的在线精密测量,在分析CCD测量原理的基础上,开发了基于ARM的糖液浓度测量系统,并分析了测量系统误差及对精度的影响;通过研究CCD信号边缘梯度特性,应用多项式插值的亚像素边缘检测算法提高了像素定位精度。实验结果表明,与传统的折光仪相比,该系统具有较高的分辨率和测量精度。     

基于多信息融合的无创血糖检测系统设计

为了解决糖尿病人血糖检测的有创问题,以生物特征检测技术为基础,设计了一种近红外透射光谱法的多信息融合无创血糖检测系统,并测试了系统性能。通过建立数学模型对该系统实测的数据进行处理,得到人体的血糖值。试验结果表明,本系统与传统血糖仪检测结果的相关系数达到了0.854 2。同时该系统可以对人体血糖变化趋势进行记录,为连续监测血糖值提供了新方法。     

基于太赫兹衰减全反射光谱法的无创血糖检测研究

结合太赫兹时域光谱系统,利用棱镜衰减全反射技术,设计了一种太赫兹衰减全反射光谱法的无创血糖检测系统。借助德拜模型分析了皮肤中含水量变化会影响皮肤在太赫兹波段的弛豫作用,得到皮肤复折射率与皮肤含水量的关系,利用菲涅耳公式给出了计算皮肤复折射率实部和虚部的方法。将太赫兹光谱法测得的人体大拇指皮肤复折射率的实部与虚部,与口服葡萄糖耐量试验实际测得的人体血糖浓度进行对比,得到了人体手指皮肤的太赫兹反射谱以及复折射率与人体血糖浓度成正相关的关系,为太赫兹应用于无创血糖浓度检测提供了参考。     

基于智能终端的血氧信号采集装置设计

血氧饱和度是指血液中氧合血红蛋白(Hb O2)的容量占全部血红蛋白(Hb)容量的百分比,即血液中血氧的浓度。通过对人体血氧饱和度的检测,能够有效的判断人体循环系统和呼吸系统的功能是否正常。目前指夹透射式检测技术发展已相对成熟,但这种检测方法,只适用于对住院病人的监护,而无法进入社区乃至家庭。因此本文基于对反射式血氧饱和度的实时检测硬件装置的研究,结合消除干扰的算法,设计出一种适用于家庭和社区的基于智能终端便于携带的血氧饱和度检测装置。     

气相色谱-离子迁移谱法快速测定废气及空气中的二甲基乙酰胺和二甲胺

本研究利用气相色谱-离子迁移谱联用仪,成功建立了空气及废气中二甲基乙酰胺（DMAC）和二甲胺（DMA）的快速测定方法。空气和废气现场直接采样分析,二甲基乙酰胺质量浓度在0～19.5mg/m³ 时,方法检出限0.01mg/m³;平均加标回收率分别为93.0%～107%。二甲胺质量浓度在0～4.03mg/m³,方法检出限0.008mg/m³;平均加标回收率分别为100%～106%。与传统的实验室分析方法相比,整个分析流程由先前的12h,降低到现在的1h以内,二甲基乙酰胺的灵敏度比国标方法3.3mg/m³提高了300倍,二甲胺在没有富集的的情况下,与现有的离子色谱法0.009mg/m³检出限相当。本方法灵敏度高、精密度好及定性能力强,能更好适应环境空气及废气中DMAC及DMA的在线检测,可有效解决氨纶企业周边废气的检测时效问题,为环境检测提供有力的支撑。     

基于光声光谱法的无创血糖检测原理研究

利用光声光谱法无创血糖检测原理,以葡萄糖粉末和葡萄糖水溶液为样品、用调制激光作为信号激发源进行试验研究。可得到各个调制频率对应的光声信号幅值,进而得到光声信号幅值大小和调制频率的关系,最终找到葡萄糖粉末对应的最佳调制频率。在最佳调制频率下,测试葡萄糖水溶液,得到声信号随葡萄糖浓度增加的变化关系。实验不但找到葡萄糖对应的最佳调制频率,而且得到光声信号随葡萄糖浓度增加的线性关系,验证了光声光谱法在无创血糖检测中的可行性,为光声光谱法应用于无创血糖检测提供了一定参考价值。