无创血糖测量

无创血糖测量第1页，共34页，2023年，2月20日，星期六Contents研究意义 1无创测量的主要方法2无创血糖测量存在的问题3第2页，共34页，2023年，2月20日，星期六无创血糖测量的研究意义减轻采血痛苦，提高测量次数降低成本，减少环境污染推广其它化学成分的无创检测第3页，共34页，2023年，2月20日，星期六无创血糖测量的主要方法光学相干层析法荧光法近红外光谱法偏光法拉曼光谱法第4页，共34页，2023年，2月20日，星期六光学相干层析法第5页，共34页，2023年，2月20日，星期六光学相干层析法的测量生理基础正常人体血糖的浓度值在3．3mmol／L到8．3mmol／L之间，皮肤的葡萄糖含量相当于血糖的2／3左右，糖尿病患者的皮肤含糖量可更高。皮肤中的葡萄糖大部分都集中于真皮组织光源选用近红外光。近红外光线（0.76--1.5微米）穿透力强，可达10毫米，能直接作用到皮肤的血管、淋巴管、神经末梢及其他皮下组织

第6页，共34页，2023年，2月20日，星期六光学相干层析法的测量理论基础比尔-朗伯定律：随着溶液的葡萄糖浓度的增加，(1)吸收系数在微弱的增大；(2)散射系数逐渐小；两者谁起主导作用取决于入射红外光的波长第7页，共34页，2023年，2月20日，星期六光学相干层析法的测量理论基础

在红外光波长为1300nm时，吸收系数远小于散射系数，所以信息主要来源于散特性，即:葡萄糖浓度c的增加将引起背景溶液折射率增加，这是因为组织液的折射率小于葡萄糖的折射率，因此葡萄糖分子进入组织液后，溶液的折射率将会增加。背景溶液折射率的增加，使得散射体与散射背景之间的折射率差减小，从而引起散射系数和散射相函数的变化.葡萄糖相对折射率散射特性OCT信号衰减第8页，共34页，2023年，2月20日，星期六光学相干层析技术光学相干层析术(OCT)是一种基于弱相干原理的非侵入式微米级分辨率的成像技术，通过测量样本组织微弱的后向散射信号，来得到组织内部的层析结构．只要能够建立完善的OCT理论信号模型，通过合适的算法，就能够从OCT信号中得到生物组织的光学性质第9页，共34页，2023年，2月20日，星期六光学相干层析法的实验原理图第10页，共34页，2023年，2月20日，星期六OCT探测的皮肤深度第11页，共34页，2023年，2月20日，星期六平均10mg／dL的葡萄糖浓度变化会导致OCT信号的斜率变化1．9％

第12页，共34页，2023年，2月20日，星期六荧光法第13页，共34页，2023年，2月20日，星期六荧光法测量的理论基础室温下正常生物分子处于基态，当吸收外界光能量后部分分子会跃迁到激发态。部分分子经过弛豫过程从高能级回到低能级发出荧光血液中存在许多具有固有荧光的分子及基团，如血红蛋白、芳香氨基酸、脂肪胺等第14页，共34页，2023年，2月20日，星期六血清中的葡萄糖荧光谱在730nm附近，峰值强度随D葡萄糖浓度在1．4mmol／L到32．6mmol／L之间变化时随之发生有规律的变化

第15页，共34页，2023年，2月20日，星期六血细胞中葡萄糖的吸收荧光谱在720nm附近有明显特征峰，730am附近不明显，吸收强度与葡萄糖浓度成反比第16页，共34页，2023年，2月20日，星期六全血中葡萄糖的吸收全血中720nm和730nm区域两个峰位的峰值强度随D葡萄糖浓度在1．5mmol／L到16．2mmol／L之间变化时,随葡萄糖浓增加，730nm附近峰值强度逐渐减小第17页，共34页，2023年，2月20日，星期六总结红细胞的谱线同全血形状相似，720nm附近有明显特征峰，730nm附近峰位不十分明显，720nm附近特征峰的峰值强度随红细胞浓度增加而减小，变化趋势同全血一致。由于全血的720nm荧光肯定不是D葡萄糖特征峰，而红细胞在此处有明显特征峰，因此全血中720nm附近特征峰可能是组成红细胞的某些蛋白质引起的荧光效应。红细胞730nm特征峰不十分明显，弱于全血730nm强度，这是由于全血中D葡萄糖浓度较高的缘故，因此可以确认730nm是D葡萄糖的特征峰，特征峰强度有两部分组成：红细胞内葡萄糖+血清内葡萄糖。而红细胞内葡萄糖含量较少，且红细胞葡萄糖含量相对不会发生变化，是相对稳定的一部分，主要引起血糖浓度变化的是血清内部的D葡萄糖。如果能在全血谱线中去除红细胞的影响，730nm荧光就完全是由血清中D葡萄糖所产生(其他因素影响很小)第18页，共34页，2023年，2月20日，星期六近红外吸收光谱法第19页，共34页，2023年，2月20日，星期六近红外吸收光谱测量原理近红外光谱主要是含X—H(X为C，o，N等)键基团的化合物在中红外区域基频振动的倍频及合领吸收。含有这些基团的有机物以及与其结合的无机物样品随着成分含量的变化，其光谱特征也将随之发生变化。通过化学计量理论对样品光谱和成分浓度进行关联，建立校正模型然后通过校正模型和未知浓度的样品的光谱信息来预测样品的组成葡萄糖的主要成份D-葡萄粮C6H12O6中有大量的C-H键和O-H键第20页，共34页，2023年，2月20日，星期六近红外光的特点相对于中红外光，在近红外区域，体液和软组织相对透明光的穿透力强，是理想的无创检测光谱段

近红外光谱包含了绝大多数类型有机化合物组成和分子结构的丰富信息，不同的基团和同一基团在不同化学环境中的吸收波长都有明显差别，可以作为分析获取信息的一种有效载体近红外吸收系数小，可以使用较长的测量光程，

与中红外相比，样品可以不经稀释，直接测量，消除了涂膜和压片等复杂的前处理，操作方便。长光程更能反映样品本体的整体信息。

第21页，共34页，2023年，2月20日，星期六近红外傅立叶光谱的特点很高的波长准确度速度快光谱分辨率高自然杂光不影响测试结果高信噪比第22页，共34页，2023年，2月20日，星期六近红外吸收光谱测量的两种实验研究直接作用于人体皮肤，对细胞间质溶液中的葡萄糖浓度进行测量对提取的血液或葡萄糖溶液进行葡萄糖浓度的测量第23页，共34页，2023年，2月20日，星期六近红外光（1100nm-2400nm)的在细胞间质液中的吸收光谱此吸收光谱中综合了水，葡萄糖，蛋白质等所有吸收物质在红外光中的吸收作用第24页，共34页，2023年，2月20日，星期六各物质对不同波长的近红外光的吸收600-1300nm含的血糖信息不足1300-1520nm血糖对其的吸收很明显1520-1850nm散射起主导作用，而且这个区域中，水和脂肪对血糖的吸收也很明显2000-2500nm血糖和水，脂肪，蛋白质等对其的吸引作用都很明显

第25页，共34页，2023年，2月20日，星期六1300nm左右的近红外光所测量的血糖浓度第26页，共34页，2023年，2月20日，星期六对葡萄糖水溶液和提取的血清，血细胞进行葡萄糖浓度的测量

第27页，共34页，2023年，2月20日，星期六对葡萄糖溶液的吸收光谱测量不同葡萄糖溶液的找红外吸收谱相对吸收强度与葡萄粮溶液浓度的关系葡萄糖水溶液的浓度信息可以通过其对应的吸收谱谱线的强度得以表达第28页，共34页，2023年，2月20日，星期六含不同D葡萄糖浓度的血清的吸收光谱当以空白血清做参比时，在1010nm区域，不同D葡萄糖含量的血清和不同浓度的D葡萄糖水溶液的谱线强度同葡萄糖含量之间的关系趋势一致，也同朗伯－比尔定律相吻合。(a)空白血清的吸收谱(b)不同D葡萄糖浓度的血清的吸收谱(c)相对吸收强度与葡萄糖浓度的关系第29页，共34页，2023年，2月20日，星期六不同浓度红细胞的吸收谱在700nm附近有红细胞的一个特征吸收峰，改变红细胞的浓度，其谱线强度会发生明显变化，相对血清而言，红细胞的近红外吸收谱强度要小的多第30页，共34页，2023年，2月20日，星期六含不同D葡萄糖浓度的红细胞吸收光谱D葡萄糖含量与谱线强度之间无明显联系。第31页，共34页，2023年，2月20日，星期六总结：在葡萄糖水溶液中，吸收特征锋在1010nm,不同的葡萄糖浓度与吸收强度成正比血清（60%）中，空白血清对红外没有吸收，只有葡萄糖对红外光吸收（1010nm），而且吸收强度与葡萄糖浓度成正比但在血细胞（40%）中，红细胞对红外光的吸收(700nm)相对血清中的葡萄糖要小得多，但也呈正比规律，不过当加入葡萄糖时