第32卷，第3期 2012年3月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.32,No.3.pp642-646
March2012
基于近红外光谱技术的人体血糖浓度无创检测系统的研制
李庆波，刘杰强，李响
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京100191
摘要开发了一种小型化人体血糖浓度无创检测系统，该系统可实现人体血糖浓度的快速、实时、无创检测，主要由嵌人式系统、夹具、光源系统和微型光栅光谱仪四部分组成。提出了一种光源稳压驱动电路方案，可满足多种光谱采集条件对光源的要求。同时提出了一种一体化夹具设计方案，不仅简化了系统的光学结构，而且提高了测量条件的可重复性。分别用小波去噪和核偏最小二乘法对采集的光谱数据进行预处理和数学建模，并对系统进行性能评价，血糖浓度预测值与标准值的相关系数为0.95，预测均方根误差为0.6 mmol·L-"，系统的重复性较好。
近红外光谱；无创检测；血糖浓度；嵌人式系统；核偏最小二乘法
关键词
中图分类号：TH789
引言
文献标识码：A
DOl; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2012)03-0642-05
系统、光源系统和一体化夹具进行了研究，以提高系统性能和操作方使性。
糖尿病是一种由血糖失控所造成的全身性疾病，并发症多、发病率高，已成为严重成胁人类生命安全的全球性疑难病症。最新数据显示，中国有9200万糖尿病患者，居世界第一，另有1.48亿糖尿病前期患者()，血糖浓度是评价糖尿病惠者身体状况的重要指标之一。快速检测惠者的血糖浓度，不仅对患者选择治疗方案具有十分重要的指导意义，而且可以及时将患者的血糖浓度控制在安全范图。血糖检测的一般方法属于有创检测，需要多次对患者进行采血检测。尽管有创检测测量精度高，但是这种检测方法会给患者带来不可群免的痛苦和不使，易交叉感染并且无法做到实时检测，不能满足实际的应用要求3)。而在计算机技术和化学计量学快速发展的推动下，血糖浓度的无创检测技术已经取得了较大的研究进展。
本研究开发了一种基于近红外光谱分析技术的小型化人体血糖浓度无创检测系统。近红外光对软组织以及体液其有很好的穿透性，可以携带丰富的葡萄糖信息35]，近红外光谱法具有无创、快速、实时、无污染等优点，可以直接对人体血糖浓度进行检测，无需特殊的处理过程*8]，检测装置主要由嵌人式系统、夹具、光源系统和光谱仪四部分组成。光谱仪采用商用的微型光栅光谱仪NIRQuest256-2.5，可采集波长范围为855～2500nm的近红外光谱，体积为182 mmX110mmX47mm，重量为1.18kg。本文主要对嵌人式
收稿日期：2011-07-13，修订日期：2011-10-06
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硬件设计
小型化人体血糖浓度无创检测系统采用模块化设计，主
要由嵌人式系统、光源及其驱动电路、夹具和微型光栅光谱
仪等部分组成。该系统的结构框图如图1所示。 1.1嵌入式系统设计
嵌人式系统主要包括DSP微处理器，数据采集、存储、处理模块，串口通信，数学模型，结果显示及供电系统等部分。系统选取TI公司的DSPTMS320F2812作为微处理器，该芯片具有功耗低、1/O口资源丰富、数学运算功能强大、外围电路和控制系统设计简单以及存储能力很强等特点，这些特点使系统开发难度得到了很大的降低。嵌人式系统只需操作一个功能键就可以采集携带有人体血糖信息的光强数
据，并对光谱数据进行相应的处理和结果显示。 1.2光源及其驱动电路设计
为了满足系统低功耗、小体积的要求，选用美国海洋光学的HL-2000-B型卤钨灯作为光源。而在光源驱动电路设计中，必须使光谱仪的测量谱区内有合适的强度和非常高的稳定性，以减小光源发光强度和稳定性对系统信噪比的影响。驱动电路主要由稳压芯片和场效应管构成，将其与模拟开关结合使用，可将卤鸽灯的供电电压调至最佳电压值。
为了验证光源驱动电路的性能，可以利用变异系数
作者简介：李庆波，女，1975年生，北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院删教授万方数据
e-mail; qbleebuaa@buaa, edu,cn