葡萄糖無創(chuàng)動態(tài)監(jiān)測的微波傳感系統(tǒng)構(gòu)建研究.pdf

1、快速實時地無創(chuàng)監(jiān)測葡萄糖濃度在生物分析、臨床監(jiān)測、食品加工業(yè)等方面都具有非常重要的意義，尤其在生物醫(yī)學領域，葡萄糖無創(chuàng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)μ悄虿〉脑\療以及控制起到重要作用。無創(chuàng)動態(tài)監(jiān)測實驗系統(tǒng)主要由具有信號的發(fā)射和接收功能的傳感器、用于檢測頻譜信息的頻譜特性分析儀、電腦這三部分構(gòu)成，具有無創(chuàng)、快速實時、穩(wěn)定性好、簡便等優(yōu)點。
　　本文自主研究設計，成功的構(gòu)建了一套用于葡萄糖無創(chuàng)動態(tài)監(jiān)測的微波傳感系統(tǒng)。微波傳感系統(tǒng)的構(gòu)建過程，首先是通

2、過對各種葡萄糖無創(chuàng)檢測方法的對比，確定了基于微波傳感的檢測方法，再依據(jù)葡萄糖無創(chuàng)動態(tài)監(jiān)測的原理、特點、結(jié)構(gòu)和方法，對構(gòu)成微波傳感系統(tǒng)的核心部件天線進行自主設計，并且為滿足葡萄糖無創(chuàng)動態(tài)監(jiān)測的要求，選擇了微帶貼片天線，再根據(jù)對微波波譜信息分析的需要，先后選擇N型頻譜特性分析儀與T型（USB Mini頻譜分析儀）作為頻譜特性分析儀器，最后完成系統(tǒng)的初步構(gòu)建。通過對葡萄糖水溶液、模擬血液、手指等進行一系列的實驗，驗證該系統(tǒng)的用于葡萄糖無創(chuàng)監(jiān)測

3、的可行性，得到如下結(jié)果:
　　(1)在0-2 GHz頻段下對葡萄糖水溶液、模擬血液、手指等進行連續(xù)掃頻實驗。發(fā)現(xiàn)，葡萄糖水溶液、模擬血液、手指在該頻段下的掃頻實驗，均存在，五個特征點集。由此可得，葡萄糖的無創(chuàng)檢測在800 MHz-2 GHz范圍內(nèi)存在多特征峰值。
　　(2)提取葡萄糖水溶液實驗、模擬血液實驗檢測結(jié)果中存在的多特征峰值，進行多元線性擬合，得到微波波譜與葡萄糖之間存在相關(guān)性。并建立了葡萄糖濃度與功率衰減值之間的關(guān)

4、系式。
　　(3)采用構(gòu)建的微波傳感系統(tǒng)對低濃度、低濃度梯度的葡萄糖溶液在0.8-3.8 GHz進行連續(xù)掃頻實驗。結(jié)果可得，微波傳感系統(tǒng)對低濃度的葡萄糖溶液具有很好的檢測作用，最低可以檢測到濃度為1mg/dL(0.056 mmol/L)的葡萄糖水溶液，證明該測試系統(tǒng)具有較高的檢測精度。
　　(4)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立，成功的將葡萄糖濃度與檢測信號衰減值、頻率之間的關(guān)系，轉(zhuǎn)換為葡萄糖濃度與時間的關(guān)系。基于得到的葡萄糖濃度與功率衰

5、減值之間的關(guān)系式，對其進行算法研究和模型建立，由此初步建立了基于微波傳感的葡萄糖無創(chuàng)動態(tài)監(jiān)測實驗系統(tǒng)。不同的關(guān)系式建立的模型不相同，但是方法是一樣的，因此可以針對檢測的樣品的類別不同而建立不同的動態(tài)監(jiān)測實驗系統(tǒng)。
　　(5)擴大頻率范圍，分別在0.8-3.8 GHz、3.8-4.8 GHz、5.1-6.15GHz范圍內(nèi)進行葡萄糖水溶液的無創(chuàng)檢測。發(fā)現(xiàn)在0.8-3.8 GHz的頻率范圍內(nèi)存在的特征頻譜點集個數(shù)最多，這為后續(xù)的深入研究