無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量

無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量第1頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Contents研究意義 1無(wú)創(chuàng)測(cè)量的主要方法2無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量存在的問(wèn)題3第2頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量的研究意義減輕采血痛苦，提高測(cè)量次數(shù)降低成本，減少環(huán)境污染推廣其它化學(xué)成分的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)第3頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量的主要方法光學(xué)相干層析法熒光法近紅外光譜法偏光法拉曼光譜法第4頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六光學(xué)相干層析法第5頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六光學(xué)相干層析法的測(cè)量生理基礎(chǔ)正常人體血糖的濃度值在3．3mmol／L到8．3mmol／L之間，皮膚的葡萄糖含量相當(dāng)于血糖的2／3左右，糖尿病患者的皮膚含糖量可更高。皮膚中的葡萄糖大部分都集中于真皮組織光源選用近紅外光。近紅外光線（0.76--1.5微米）穿透力強(qiáng)，可達(dá)10毫米，能直接作用到皮膚的血管、淋巴管、神經(jīng)末梢及其他皮下組織

第6頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六光學(xué)相干層析法的測(cè)量理論基礎(chǔ)比爾-朗伯定律：隨著溶液的葡萄糖濃度的增加，(1)吸收系數(shù)在微弱的增大；(2)散射系數(shù)逐漸??；兩者誰(shuí)起主導(dǎo)作用取決于入射紅外光的波長(zhǎng)第7頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六光學(xué)相干層析法的測(cè)量理論基礎(chǔ)

在紅外光波長(zhǎng)為1300nm時(shí)，吸收系數(shù)遠(yuǎn)小于散射系數(shù)，所以信息主要來(lái)源于散特性，即:葡萄糖濃度c的增加將引起背景溶液折射率增加，這是因?yàn)榻M織液的折射率小于葡萄糖的折射率，因此葡萄糖分子進(jìn)入組織液后，溶液的折射率將會(huì)增加。背景溶液折射率的增加，使得散射體與散射背景之間的折射率差減小，從而引起散射系數(shù)和散射相函數(shù)的變化.葡萄糖相對(duì)折射率散射特性O(shè)CT信號(hào)衰減第8頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六光學(xué)相干層析技術(shù)光學(xué)相干層析術(shù)(OCT)是一種基于弱相干原理的非侵入式微米級(jí)分辨率的成像技術(shù)，通過(guò)測(cè)量樣本組織微弱的后向散射信號(hào)，來(lái)得到組織內(nèi)部的層析結(jié)構(gòu)．只要能夠建立完善的OCT理論信號(hào)模型，通過(guò)合適的算法，就能夠從OCT信號(hào)中得到生物組織的光學(xué)性質(zhì)第9頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六光學(xué)相干層析法的實(shí)驗(yàn)原理圖第10頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六OCT探測(cè)的皮膚深度第11頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六平均10mg／dL的葡萄糖濃度變化會(huì)導(dǎo)致OCT信號(hào)的斜率變化1．9％

第12頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熒光法第13頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熒光法測(cè)量的理論基礎(chǔ)室溫下正常生物分子處于基態(tài)，當(dāng)吸收外界光能量后部分分子會(huì)躍遷到激發(fā)態(tài)。部分分子經(jīng)過(guò)弛豫過(guò)程從高能級(jí)回到低能級(jí)發(fā)出熒光血液中存在許多具有固有熒光的分子及基團(tuán)，如血紅蛋白、芳香氨基酸、脂肪胺等第14頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六血清中的葡萄糖熒光譜在730nm附近，峰值強(qiáng)度隨D葡萄糖濃度在1．4mmol／L到32．6mmol／L之間變化時(shí)隨之發(fā)生有規(guī)律的變化

第15頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六血細(xì)胞中葡萄糖的吸收熒光譜在720nm附近有明顯特征峰，730am附近不明顯，吸收強(qiáng)度與葡萄糖濃度成反比第16頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六全血中葡萄糖的吸收全血中720nm和730nm區(qū)域兩個(gè)峰位的峰值強(qiáng)度隨D葡萄糖濃度在1．5mmol／L到16．2mmol／L之間變化時(shí),隨葡萄糖濃增加，730nm附近峰值強(qiáng)度逐漸減小第17頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六總結(jié)紅細(xì)胞的譜線同全血形狀相似，720nm附近有明顯特征峰，730nm附近峰位不十分明顯，720nm附近特征峰的峰值強(qiáng)度隨紅細(xì)胞濃度增加而減小，變化趨勢(shì)同全血一致。由于全血的720nm熒光肯定不是D葡萄糖特征峰，而紅細(xì)胞在此處有明顯特征峰，因此全血中720nm附近特征峰可能是組成紅細(xì)胞的某些蛋白質(zhì)引起的熒光效應(yīng)。紅細(xì)胞730nm特征峰不十分明顯，弱于全血730nm強(qiáng)度，這是由于全血中D葡萄糖濃度較高的緣故，因此可以確認(rèn)730nm是D葡萄糖的特征峰，特征峰強(qiáng)度有兩部分組成：紅細(xì)胞內(nèi)葡萄糖+血清內(nèi)葡萄糖。而紅細(xì)胞內(nèi)葡萄糖含量較少，且紅細(xì)胞葡萄糖含量相對(duì)不會(huì)發(fā)生變化，是相對(duì)穩(wěn)定的一部分，主要引起血糖濃度變化的是血清內(nèi)部的D葡萄糖。如果能在全血譜線中去除紅細(xì)胞的影響，730nm熒光就完全是由血清中D葡萄糖所產(chǎn)生(其他因素影響很小)第18頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六近紅外吸收光譜法第19頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六近紅外吸收光譜測(cè)量原理近紅外光譜主要是含X—H(X為C，o，N等)鍵基團(tuán)的化合物在中紅外區(qū)域基頻振動(dòng)的倍頻及合領(lǐng)吸收。含有這些基團(tuán)的有機(jī)物以及與其結(jié)合的無(wú)機(jī)物樣品隨著成分含量的變化，其光譜特征也將隨之發(fā)生變化。通過(guò)化學(xué)計(jì)量理論對(duì)樣品光譜和成分濃度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立校正模型然后通過(guò)校正模型和未知濃度的樣品的光譜信息來(lái)預(yù)測(cè)樣品的組成葡萄糖的主要成份D-葡萄糧C6H12O6中有大量的C-H鍵和O-H鍵第20頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六近紅外光的特點(diǎn)相對(duì)于中紅外光，在近紅外區(qū)域，體液和軟組織相對(duì)透明光的穿透力強(qiáng)，是理想的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)光譜段

近紅外光譜包含了絕大多數(shù)類(lèi)型有機(jī)化合物組成和分子結(jié)構(gòu)的豐富信息，不同的基團(tuán)和同一基團(tuán)在不同化學(xué)環(huán)境中的吸收波長(zhǎng)都有明顯差別，可以作為分析獲取信息的一種有效載體近紅外吸收系數(shù)小，可以使用較長(zhǎng)的測(cè)量光程，

與中紅外相比，樣品可以不經(jīng)稀釋?zhuān)苯訙y(cè)量，消除了涂膜和壓片等復(fù)雜的前處理，操作方便。長(zhǎng)光程更能反映樣品本體的整體信息。

第21頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六近紅外傅立葉光譜的特點(diǎn)很高的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度速度快光譜分辨率高自然雜光不影響測(cè)試結(jié)果高信噪比第22頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六近紅外吸收光譜測(cè)量的兩種實(shí)驗(yàn)研究直接作用于人體皮膚，對(duì)細(xì)胞間質(zhì)溶液中的葡萄糖濃度進(jìn)行測(cè)量對(duì)提取的血液或葡萄糖溶液進(jìn)行葡萄糖濃度的測(cè)量第23頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六近紅外光（1100nm-2400nm)的在細(xì)胞間質(zhì)液中的吸收光譜此吸收光譜中綜合了水，葡萄糖，蛋白質(zhì)等所有吸收物質(zhì)在紅外光中的吸收作用第24頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六各物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的近紅外光的吸收600-1300nm含的血糖信息不足1300-1520nm血糖對(duì)其的吸收很明顯1520-1850nm散射起主導(dǎo)作用，而且這個(gè)區(qū)域中，水和脂肪對(duì)血糖的吸收也很明顯2000-2500nm血糖和水，脂肪，蛋白質(zhì)等對(duì)其的吸引作用都很明顯

第25頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1300nm左右的近紅外光所測(cè)量的血糖濃度第26頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六對(duì)葡萄糖水溶液和提取的血清，血細(xì)胞進(jìn)行葡萄糖濃度的測(cè)量

第27頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六對(duì)葡萄糖溶液的吸收光譜測(cè)量不同葡萄糖溶液的找紅外吸收譜相對(duì)吸收強(qiáng)度與葡萄糧溶液濃度的關(guān)系葡萄糖水溶液的濃度信息可以通過(guò)其對(duì)應(yīng)的吸收譜譜線的強(qiáng)度得以表達(dá)第28頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六含不同D葡萄糖濃度的血清的吸收光譜當(dāng)以空白血清做參比時(shí)，在1010nm區(qū)域，不同D葡萄糖含量的血清和不同濃度的D葡萄糖水溶液的譜線強(qiáng)度同葡萄糖含量之間的關(guān)系趨勢(shì)一致，也同朗伯－比爾定律相吻合。(a)空白血清的吸收譜(b)不同D葡萄糖濃度的血清的吸收譜(c)相對(duì)吸收強(qiáng)度與葡萄糖濃度的關(guān)系第29頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六不同濃度紅細(xì)胞的吸收譜在700nm附近有紅細(xì)胞的一個(gè)特征吸收峰，改變紅細(xì)胞的濃度，其譜線強(qiáng)度會(huì)發(fā)生明顯變化，相對(duì)血清而言，紅細(xì)胞的近紅外吸收譜強(qiáng)度要小的多第30頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六含不同D葡萄糖濃度的紅細(xì)胞吸收光譜D葡萄糖含量與譜線強(qiáng)度之間無(wú)明顯聯(lián)系。第31頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期六總結(jié)：在葡萄糖水溶液中，吸收特征鋒在1010nm,不同的葡萄糖濃度與吸收強(qiáng)度成正比血清（60%）中，空白血清對(duì)紅外沒(méi)有吸收，只有葡萄糖對(duì)紅外光吸收（1010nm），而且吸收強(qiáng)度與葡萄糖濃度成正比但在血細(xì)胞（40%）中，紅細(xì)胞對(duì)紅外光的吸收(700nm)相對(duì)血清中的葡萄糖要小得多，但也呈正比規(guī)律，不過(guò)當(dāng)加入葡萄糖時(shí)