基于有效衰减系数直接测量的人体光谱特征分析

摘要：

在活体成分无创测量中,人体组织的漫射光谱之间存在千差万别,即使同一组织的光谱也时刻发生着变化,这是影响活体组织成分测量精度的重要原因.通过漫射光谱实时监测组织的光学特性非常重要.由于漫射光的吸光度光谱沿光源-探测器距离不再呈现线性变化,不同距离下的测量结果不易相互借鉴,因此不宜采用单一距离的漫反射光测量方式.采用双光源-探测器距离的测量方式,通过差分测量获得了组织有效衰减系数,其与测量距离无关,是反映组织吸收、散射的综合光学参数.实验系统采用中心光纤入射,距中心0.6和2.0 mm的两个环状分布的光纤束接收漫反射光,并据此推测出被测组织的有效衰减系数.通过实时监测组织的有效衰减系数,可以监测组织的状态与成分变化信息.采用Intralipid脂肪乳作为组织仿体,考察了其中的葡萄糖浓度、血红蛋白浓度、颗粒密度、温度四个因素变化时在1000～1300 nm波段的有效衰减系数光谱,比较了它们的光谱特征.结果表明,有效衰减系数的光谱形状主要由介质的吸收变化决定.其中血红蛋白的有效衰减系数光谱显示出其在1000～1200 nm波段吸收显著,1200～1300 nm吸收减弱,这与血红蛋白的吸收特征一致;温度的光谱显示出与温度对水吸收光谱影响的光谱形状一致;葡萄糖与颗粒密度引起的有效衰减系数光谱相似,原因在1000～1300 nm波段葡萄糖吸收较弱,其主要影响介质散射特性.最后测量了不同人体的手指、手掌、手背、手臂外侧、手臂内侧的有效衰减系数光谱,比较了部位差异和个体差异.从人体光谱差异上很明显地看到了血红蛋白、散射特性不同引起的光谱差异.综上,提出的有效衰减系数光谱测量方法特别适用于活体组织的成分测量,为实时监测组织的散射、吸收变化提供了一条新途径.

关键词：近红外光谱、有效衰减系数、活体组织、无创成分测量、血红蛋白、血糖、温度

所属期刊栏目：42

分类号：O433.4(光学)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2022-09-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：2746-2751