血清胆红素的近红外光谱无创检测

血清胆红素的无创检测在疾病的预防、早期诊断与后期治疗等阶段都具有极其重要的作用.本研究提出了一种基于近红外光谱技术的无创血清胆红素新方法.通过采集舌尖的近红外反射光谱并运用偏最小二乘法对采集到的光谱数据进行建模,从而实现对血清胆红素的快速无创检测.将采集到的全部57例样本按照4∶1的比例分训练集和预测集,分别建立总胆红素(TBIL)、直接胆红素(DBIL)和间接胆红素(IBIL)的偏最小二乘回归模型.3个模型的相关系数分别为0.9922,0.9947和0.9486,预测均方根误差(RMSEP)分别为6.13,4.61和4.05 μmol/L.结果表明:舌尖近红外反射光谱结合偏最小二乘法可用于血清胆红素含量的无创检测,并且为其它血液成分的无创检测开辟了新路径.     

基于“M+N”理论的光谱分析中光源电压对预测精度影响的研究

"M+N"理论从误差理论的角度阐明了光谱分析中外界干扰因素即"N"因素对于测量精度的影响,并给出了提高测量精度的方法。通过采用实测变电压光源光谱数据与多组分线性吸收谱仿真模型相结合的方法,构造了三组分的理想混合溶液并选择光源电压作为影响被测组分浓度测量精度的"N"因素,分别设定了不同信噪比下的两组各三种不同的校正集与预测集样本"N"因素分布方式,得出了对于系统误差类"N"因素而言,校正集与预测集的"N"因素分布范围对组分浓度的预测精度具有一定影响的结论。实验结果验证了"M+N"理论中"N"因素用于提高测量精度的可行性,同时为其他测量系统减小外界干扰提高测量精度提供了理论指导。     

多维漫透射光谱提高复杂混合溶液分析能力

多维漫透射光谱技术利用传统的近红外透射测量方式,增加一维扫描装置,获得透射方向上的径向光谱,并利用多点漫透射光谱对复杂混合溶液进行成分分析。实验设计了基于氙灯光源、精密电控平移台和光谱仪的检测装置,选用Intralipid-20%,India Ink和C₆H₁₂O₆共配制225种成分含量不同的混合溶液,分别测量距其透射中心点0～5 mm(间隔0.25 mm)范围内的20点漫透射光谱信号,以偏最小二乘回归算法对单点和多点漫透射光谱信号进行建模分析。实验得到India Ink含量和Intralipid-20%含量随漫透射光位置点的增加建模及预测的精度提高,C₆H₁₂O₆含量随漫透射光位置点的增加建模及预测精度没有明显变化。结果表明,增加不同位置信息的漫透射光谱信号,能够提高复杂混合溶液中强吸收物质和强散射物质的信噪比,对于弱吸收弱散射物质有望在提升系统精度的前提下提高其预测能力。     

PLS在基于动态光谱的人体血液中性粒细胞无创测量中的应用

利用动态光谱指端透射法进行了人体血液中性粒细胞百分比无创测量的研究。对21名健康志愿者进行了在体测量,选用偏最小二乘法(PLS)对获取的动态光谱数据和中性粒细胞百分比实测值进行建模分析,建立的定标集的相关系数为0.922,最大相对误差为5.85%,平均相对误差为4.13%;对定标模型的预测能力进行了验证,其中预测集的相关系数为0.912,预测集的相对误差最大为6.74%,平均相对误差为5.07。结果表明：动态光谱法可以有效地克服测量位置及人体成分等对光谱测量的影响,较准确地进行人体血液中性粒细胞百分比的测量,是一种比较好的血液成分无创测量方法,具有较高的临床应用价值。     

EMD算法在动态光谱无创测量血红蛋白浓度中的应用

将经验模态分解(EMD)算法结合动态光谱理论中的频域提取算法用于血红蛋白浓度的无创测量。在体采集57例光电容积脉搏波,选取636.98～1 086.86 nm范围内的光谱数据进行分析。首先通过EMD方法分别对各个样本每个波长的光电容积脉搏波进行去噪预处理,再利用离散傅里叶变换提取脉搏波的峰峰值构成动态光谱,最后运用偏最小二乘方法对各样本的动态光谱和血红蛋白浓度建立模型。与未经EMD处理的数据建模结果相比,EMD处理后,血红蛋白浓度预测集的相关系数从0.879 8提高到0.917 6,预测集均方根误差从6.675 9 g·L-1减小到5.300 1 g·L-1,相对误差从8.45%减小到6.71%,建模精度有了较大的提高。结果表明,采取经验模态分解的算法进行光电采集数据的去噪预处理可以提高光谱数据的信噪比,进而可以提高血液成分无创测量的准确性。     

基于统计方法的动态光谱差值提取

为实现血液成分无创检测,针对动态光谱(dynamic spectrum, DS)时域单拍提取法存在的不足,提出时域差值提取法,即顺序提取各波长对数光电脉搏波上相距理想差值间隔的两对应采样点的绝对差值构成差值DS,利用统计方法优选若干有效差值DS进行叠加平均获取最终DS输出。对48例志愿者的实验数据分别利用差值提取法和单拍提取法进行DS提取,结果表明：差值提取法提取DS的去噪效果略优于单拍提取法;对单一个体可获取有效DS的平均个数由48个改善为130个,有效DS间均方误差的平均值由0.39改善为0.006,运算速度提升了近20倍。新方法显著提高了DS提取的质量。     

中心对称光折变晶体中Kagome光子晶格内带隙孤子的研究

研究了中心对称光折变晶体中Kagome光子晶格内带隙孤子的存在及其稳定性。结果表明:带隙孤子只存在于半无限带隙内,中功率的带隙孤子是稳定的,高功率和低功率的带隙孤子是不稳定的。在高功率和中功率区域内,带隙孤子的功率随传播常数的增加而减小。在低功率区域内,带隙孤子的功率随传播常数的增加而变大。     

可见-近红外反射光谱用于疾病快速筛查

为了探讨基于舌诊的疾病快速筛查,运用可见和近红外光谱仪,采集149名志愿者舌尖的反射光谱并且进行反射率归一化处理.根据临床诊断结果将样本分为4组:健康组、高粘血症倾向组、脂肪肝患者组和冠心病患者组.运用主成分分析(PCA)结合人工神经网络(ANN)方法、偏最小二乘(PLS)方法和间隔偏最小二乘(iPLS)方法3种方法建...     

小波变换提高动态光谱法血液成分无创检测的精度

光谱采集过程中的各种时变噪声影响了动态光谱法血液成分无创检测定量校正模型的精度。该文采用小波变换法,在脉搏频段内对指端投射光谱的时域吸光度波形聚焦,提高了动态光谱数据的信噪比和血液成分含量定量校正模型的精度。对同一个体连续采集10次光谱数据,引入小波变换去噪后动态光谱数据的平均相关系数r自0.979 6提升至0.990 3。对110名志愿者进行血常规体检和指端透射光谱采集,建立动态光谱数据与血糖浓度生化分析值之间的神经网络模型,在引入小波变换去噪后,预测集相关系数自0.6774提升至0.846 8,平均相对误差自15.8%下降至5.3%。实验表明,引入小波变换可以有效地去除动态光谱数据中的噪声,提高定量校正模型的精度,推动了动态光谱法无创血液成分检测的发展。     

EMD和SPA算法在光谱法检测面粉过氧化苯甲酰添加量中的应用

将经验模态分解(EMD)和连续投影算法(SPA)结合用于面粉过氧化苯甲酰(BPO)添加量的近红外光谱检测分析中。在波长898～1 725 nm范围内采集添加了BPO的面粉样本光谱,先通过EMD分解法对其进行噪声预处理,然后利用SPA算法提取光谱特征波长。EMD处理后的光谱建模精度比原始光谱建模精度大大提高,通过SPA算法从512个波长中提取了7个特征波长,基于特征波长建立的模型,与EMD处理后全波长建模结果相比,建模波长个数大幅缩减,但是模型精度与全谱建模相当,结果表明：EMD和SPA结合可有效用于面粉BPO检测的光谱去噪和特征波长提取,该结果为开发便携式面粉BPO检测仪提供了参考和依据。