無創(chuàng)血糖測量review.ppt

1、無創(chuàng)血糖測量,Contents,無創(chuàng)血糖測量的研究意義,減輕采血痛苦，提高測量次數(shù) 降低成本，減少環(huán)境污染 推廣其它化學(xué)成分的無創(chuàng)檢測,無創(chuàng)血糖測量的主要方法,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,光學(xué)相干層析法,光學(xué)相干層析法的測量生理基礎(chǔ),正常人體血糖的濃度值在33 mmolL到83 mmolL之間，皮膚的葡萄糖含量相當(dāng)于血糖的23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，可達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,光學(xué)相干層析法的測量理論基礎(chǔ),比爾-

2、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??；兩者誰起主導(dǎo)作用取決于入射紅外光的波長,光學(xué)相干層析法的測量理論基礎(chǔ),在紅外光波長為1300nm時，吸收系數(shù)遠小于散射系數(shù)，所以信息主要來源于散特性，即: 葡萄糖濃度c 的增加將引起背景溶液折射率增加，這是因為組織液的折射率小于葡萄糖的折射率，因此葡萄糖分子進入組織液后，溶液的折射率將會增加。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 相對折射率 散射特性 OCT信號衰減,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

3、式微米級分辨率的成像技術(shù)，通過測量樣本組織微弱的后向散射信號，來得到組織內(nèi)部的層析結(jié)構(gòu)只要能夠建立完善的OCT理論信號模型，通過合適的算法，就能夠從OCT信號中得到生物組織的光學(xué)性質(zhì),光學(xué)相干層析法的實驗原理圖,OCT探測的皮膚深度,平均10mgdL的葡萄糖濃度變化會導(dǎo)致OCT信號的斜率變化19,熒光法,熒光法測量的理論基礎(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躍遷到激發(fā)態(tài)。部分分子經(jīng)過弛豫過程從高能級回到低能級發(fā)出熒光 血液中存在許多具有固有熒光的分子及基團，如血紅蛋白、芳香氨基酸、脂肪胺等,血清中的葡萄糖熒光譜,在730nm附近，峰值強度隨D葡萄糖濃度在14mmolL到

4、326 mmolL之間變化時隨之發(fā)生有規(guī)律的變化,血細(xì)胞中葡萄糖的吸收熒光譜,在720 nm附近有明顯特征峰， 730 am附近不明顯，吸收強度與葡萄糖濃度成反比,全血中葡萄糖的吸收,全血中720 nm和730 nm區(qū)域兩個峰位的峰值強度隨D葡萄糖濃度在15 mmolL到162mmolL之間變化時,隨葡萄糖濃增加，730 nm 附近峰值強度逐漸減小,總結(jié),紅細(xì)胞的譜線同全血形狀相似，720 nm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度隨紅細(xì)胞濃度增加而減小，變化趨勢同全血一致。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

5、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)胞葡萄糖含量相對不會發(fā)生變化，是相對穩(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),近紅外吸收光譜法,近紅外吸收光譜測量原理,近紅外光譜主要是含XH(X為C，o，N等)鍵基團的化合物在中紅外

6、區(qū)域基頻振動的倍頻及合領(lǐng)吸收。含有這些基團的有機物以及與其結(jié)合的無機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。通過化學(xué)計量理論對樣品光譜和成分濃度進行關(guān)聯(lián)，建立校正模型然后通過校正模型和未知濃度的樣品的光譜信息來預(yù)測樣品的組成 葡萄糖的主要成份D-葡萄糧C6 H12 O6中有大量的C-H鍵和O-H鍵,近紅外光的特點,相對于中紅外光，在近紅外區(qū)域，體液和軟組織相對透明光的穿透力強，是理想的無創(chuàng)檢測光譜段 近紅外光譜包含了絕大多數(shù)類型有機化合物組成和分子結(jié)構(gòu)的豐富信息，不同的基團和同一基團在不同化學(xué)環(huán)境中的吸收波長都有明顯差別，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

7、使用較長的測量光程， 與中紅外相比，樣品可以不經(jīng)稀釋，直接測量，消除了涂膜和壓片等復(fù)雜的前處理，操作方便。長光程更能反映樣品本體的整體信息。,近紅外傅立葉光譜的特點,很高的波長準(zhǔn)確度 速度快 光譜分辨率高 自然雜光不影響測試結(jié)果 高信噪比,近紅外吸收光譜測量的兩種實驗研究,直接作用于人體皮膚，對細(xì)胞間質(zhì)溶液中的葡萄糖濃度進行測量 對提取的血液或葡萄糖溶液進行葡萄糖濃度的測量,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,各物質(zhì)對不同波長的近紅外光的吸收,600-1300nm含的血糖信息不足 1300-1

8、520nm 血糖對其的吸收很明顯 1520-1850nm 散射起主導(dǎo)作用，而且這個區(qū)域中，水和脂肪對血糖的吸收也很明顯 2000-2500nm 血糖和水，脂肪，蛋白質(zhì)等對其的吸引作用都很明顯,1300nm左右的近紅外光所測量的血糖濃度,對葡萄糖水溶液和提取的血清，血細(xì)胞進行葡萄糖濃度的測量,對葡萄糖溶液的吸收光譜測量,不同葡萄糖溶液的找紅外吸收譜,相對吸收強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其對應(yīng)的吸收譜譜線的強度得以表達,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，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度同葡萄糖含量之

9、間的關(guān)系趨勢一致，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)相對吸收強度與 葡萄糖濃度的關(guān)系,不同濃度紅細(xì)胞的吸收譜,在700nm附近有紅細(xì)胞的一個特征吸收峰，改變紅細(xì)胞的濃度，其譜線強度會發(fā)生 明顯變化，相對血清而言，紅細(xì)胞的近紅外吸收譜強度要小的多,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度之間無明顯聯(lián)系。,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度成正比 血清（60%）中，空白血清對紅外沒有吸收，只有葡萄糖對紅外光吸收（1010nm），而且吸收強度與葡萄糖濃度成正比 但在血細(xì)胞（40%）中，紅細(xì)胞對紅外光的吸收(700nm)相對血清中的葡萄糖要小得多，但也呈正比規(guī)律，不過當(dāng)加入葡萄糖時，可能