糖尿病是一種由于胰島素分泌缺陷或其生物學作用障礙引起的以高血糖為特征,伴有能量代謝障礙的疾病。糖尿病并發(fā)癥累及全身各器官并伴隨病變,可導致殘疾和死亡,嚴重影響患者的生命和生活質(zhì)量。血糖濃度是糖尿病診斷和治療所依據(jù)的重要指標,所以血糖濃度檢測是糖尿病治療過程中必不可少的關鍵步驟之一。目前醫(yī)學上通常通過靜脈抽血或指尖采血,用酶催化法來進行血糖檢測,這種方法不能實現(xiàn)連續(xù)實時的血糖濃度檢測,并且會給糖尿病患者增加精神上的痛苦和經(jīng)濟上的負擔。因此,對無創(chuàng)血糖檢測相關技術進行研究具有重要的意義。近紅外無創(chuàng)血糖檢測方法是無創(chuàng)血糖檢測領域研究的熱點之一。近紅外光可以穿透皮膚且血糖濃度與其近紅外吸收光譜有很好的相關性,但是血糖濃度信號微弱、近紅外光譜數(shù)據(jù)維數(shù)大,增加了近紅外無創(chuàng)血糖檢測的難度。本文針對近紅外無創(chuàng)血糖檢測方法的相關技術難點進行探討,旨在:針對噪聲干擾造成血糖濃度預測模型精度低的問題,探索一種自適應信號去噪方法;針對血糖近紅外全光譜數(shù)據(jù)建模預測精度較差的問題,研究一種有效的光譜變量選擇方法;針對光譜數(shù)據(jù)存在非線性相關性造成模型建立復雜的問題,探索一種有效的光譜變量特征提取方法�；谝陨夏康�,本文的研究工作主要包括以下幾個部分:針對近紅外無創(chuàng)血糖檢測過程中光譜數(shù)據(jù)存在噪聲干擾,影響建立血糖濃度預測模型精度的問題,提出一種基于自適應噪聲的總體集合經(jīng)驗模態(tài)分解(CEEMDAN)和離散弗雷歇距離評價準則的近紅外光譜信號去噪方法。概述了近紅外光譜檢測相關理論,結(jié)合CEEMDAN和離散弗雷歇距離理論,根據(jù)近紅外光譜信號分解后獲得的多個本征模態(tài)函數(shù)分量(IMF)中噪聲和信號的頻率差異,實現(xiàn)噪聲和信號的自適應分離;利用離散弗雷歇距離評價準則對IMF進行分類,確定干擾噪聲和有用信號各自主導的IMF;最后將有用信號主導的IMF求和,重構(gòu)出近紅外光譜信號,減輕與葡萄糖濃度信息無關的噪聲干擾的影響。實驗結(jié)果表明:該方法運用到不同葡萄糖濃度離體溶液近紅外光譜實驗中,去噪后綜合評價指標值最大提高了0.1;運用到不同濃度葡萄糖2%Intralipid仿體溶液近紅外光譜實驗中,去噪后綜合評價指標值最大提高了0.09,本文所提出的方法與傳統(tǒng)光譜去噪方法相比,重構(gòu)信號的結(jié)果精度更高,濾波性能更穩(wěn)定,實現(xiàn)了信號與噪聲的有效分離,具有良好的自適應性。針對某些光譜波段與血糖濃度信息缺乏相關性,導致全光譜數(shù)據(jù)建模預測精度低的問題,提出一種基于排列熵的近紅外光譜變量選擇方法。通過分析光譜變量選擇的物理基礎和必要性,提出用滑動窗口分割去噪后的近紅外全光譜數(shù)據(jù),計算每個光譜波長區(qū)間的排列熵,以排列熵值作為特征參數(shù)進行光譜變量選擇。實驗結(jié)果表明,將新方法應用于不同葡萄糖濃度離體溶液和不同葡萄糖濃度的2%Intralipid仿體溶液,與傳統(tǒng)光譜變量選擇方法對比,新方法選擇出的光譜變量分別縮減到全光譜變量的13.9%和14.7%,遠遠小于全譜1867個波長數(shù)據(jù)。對于離體溶液,SVR建模后相關系數(shù)最大提高10.1%,預測均方根誤差最大降低13.7%,PLSR建模后相關系數(shù)最大提高18.5%,預測均方根誤差最大降低4.2%;對于仿體溶液,SVR建模后相關系數(shù)最大提高13.4%,預測均方根誤差最大降低12.4%,PLSR建模后相關系數(shù)最大提高14.3%,預測均方根誤差最大降低10.8%,說明所提出的方法可以選擇出與葡萄糖濃度信息相關的光譜變量,減少無關光譜變量對模型預測能力的影響,有效改善全光譜數(shù)據(jù)建模預測精度低的問題。針對近紅外無創(chuàng)血糖濃度檢測中光譜數(shù)據(jù)存在非線性相關的問題,提出一種基于最大信息系數(shù)(MIC)的主成分分析光譜變量特征提取方法。通過分析傳統(tǒng)主成分分析方法的理論模型,并根據(jù)近紅外光譜數(shù)據(jù)的特點,引入最大信息系數(shù)概念,對光譜數(shù)據(jù)的非線性相關進行度量。新方法首先結(jié)合傳統(tǒng)主成分分析模型和MIC相關理論,對近紅外光譜數(shù)據(jù)進行標準化處理,計算變量之間的最大信息系數(shù);然后通過MIC矩陣計算其特征值和特征向量,采用閾值法選擇主成分,對近紅外光譜變量進行特征提取。實驗結(jié)果表明,該方法運用到不同葡萄糖濃度離體溶液近紅外光譜實驗中,PSO-SVR建模后相關系數(shù)最大提高10.8%,預測均方根誤差最大降低15.1%;運用到不同葡萄糖濃度2%Intralipid仿體溶液近紅外光譜實驗中,PSO-SVR建模后相關系數(shù)最大提高9.4%,預測均方根誤差最大降低17%。說明新方法所提取的主成分可以有效反映葡萄糖光譜信息,降低了模型的復雜程度,改善了模型的預測能力。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：R446.1;O657.33
【部分圖文】：

據(jù)國際糖尿病組織(International Diabetes Federation, IDF)發(fā)布的調(diào)查止至 2017 年，全球大概有 4.249 億糖尿病患者，估計到 2045 年將 億，圖 1-1 是 IDF 統(tǒng)計的全球糖尿病患者分布圖。根據(jù) 2017 年的數(shù)據(jù)尿病患者人數(shù)位居世界首位，約 1.144 億人，另外還有 4.86 千萬人]。

2-口腔感染，3-心，6-神經(jīng)損傷，7-糖尿病ations (1-eye disease, 2-oncy complications, 6-nerv現(xiàn)上沒有任何明顯癥。血糖濃度是糖尿病診分辨并確診糖尿病。重要的作用。目前還沒有徹底降低體血糖濃度會隨著飲要是通過對血糖進行食、保持健康的生活葡萄糖濃度檢測對糖的檢測方法通常是在

供的有創(chuàng)血糖檢測儀，圖 1-4 為幾種常規(guī)血糖儀。.1mmol/L 之間，血糖檢測儀的檢測結(jié)果與自動生化測良好的相關性。血糖檢測儀測得的血糖結(jié)果誤差小于得的靜脈血漿葡萄糖結(jié)果誤差為 3%[12]。
【參考文獻】

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本文編號：2870003