第31卷，第6期 2011年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.31,No.6,pp1481-1485
June,2011
连续幂系数回归在人体血糖无创检测中的应用研究
李庆波，刘杰强，张广军：
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
摘要血糖浓度的准确检测对于糖尿病的治疗具有重要的意义。本文采用连续幕系数回归方法有效地提高了近红外无创检测人体血糖浓度的预测精度。该方法是传统偏最小二乘法（PLS)的扩展，实现简易，且当系数选取恰当时，能够明显地提高预测精度。应用该方法分别建立了四成分需葡糖实验和人体口服葡需实验的定量分析模型，并利用该模型对预测集样本进行预测。实验结果表明，与PLS相比，该方法建立的定量分析模型不仅可以提高预测精度，面且可以针对不同的测量对象设定不同的系数以达到最佳的建模
效果。根据不同个体灵活地选取幕系数，对于人体血糖浓度近红外无创检测研究具有很大的应用价值。关键调连续幂系数回归；近红外光谱；血糖浓度；偏最小二乘法；无创检测
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOl:10.3964/j.issn.1000-0593(2011)06-1481-05
信号微弱、测量条件等因素的制约，现阶段近红外光谱分析技术在血糖无创检测中的应用还处于研究阶段(31]。目前，不同测量对象吸收光谱之间的差异使血期定量分析模型只能
糖尿病是一种由于血糖失控高出正常水平所造成的全身性进行性疾病，并发症多，且严重。据统计，每10秒钟世界上就有1名糖尿病患者死亡；到2050年，全球糖尿病患者人数将猛增至3.8亿。截止2007年，全球糖尿病患者人数已达 2.46亿；其中中国人占4000万（仅次于美国）。目前，对糖尿病有效的治疗方法是要求患者经常对自身血糖浓度进行检测，以便将血糖浓度控制在安全范围内。
血糖检测方法可以分为有创检测和无创检测。血糖有创检测需要对患者抽血，会给患者带来不便、疼痛，并且存在安全隐患、容易交叉感染、检测成本高、无法做到连续的实时检测。为了克服血糖有创检测的以上缺点，血糖无创检测技术已经成为国内外相关领域的研究热点。相对于近年来出现的电化学方法、光学方法、阻抗法等无创检测方法，近红外光谱分析技术具有高效、快速、易操作等优点[")，能够在几秒至几分钟内同时测定样本中多种成分的浓度或者性质参数。
近红外光谱分析技术已经在农业、食品、化工等领域得到了应用[2]，将其用于血糖无创检测具备充足的理论依据。在化学计量学和计算机技术的推动下，近红外光谱定量分析的稳定性、快速性和准确性不断地得到了提高，成为了目前血糖无创检测研究的首选方法。然面，由于受到个体差异、
收稿日期：2010-09-15，修订日期：2010-11-10
以个体为单位，传统的光谱分析主要采用偏最小二乘法8建立分析模型，但是个体之间的差异在一定程度上制约着PLS 预测精度的进一步提高。为了减小个体差异对定量分析模型的影响，可以设想对不同的个体和环境设定不同的系数以提高预测精度。面连续幂系数回归（continuumpowerregres sion，CPR)就能够很好地解决这一问题。
本文研究了连续幂系数回归在人体血糖浓度近红外无创检测中的应用。CPR是由Wise和Ricker提出的种可改变幕系数的回归方法(9，传统的最小二乘法（OLS)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘法都只是该方法某个幂系数下的特例。文中给出了CPR的实现算法，并利用该方法建立了离体实验（四成分葡萄糖水游液实验)数据和人体无创实验（人体口服葡萄糖耐量实验）数据各种幂系数下的定量分析模型，探讨了CPR在人体血糖浓度近红外无创检测的可行性和优越性。
CPR算法介绍
PLS作为当前化学计量学中定量分析的传统方法，已经在很多领域得到了应用。但是，应用PLS建立的定量分析模型容易受到样本中可能存在奇异点的影响，导致其预测精度
基金项目：国家自然科学基金项目（60708026)，北京航空航天大学益天新星项目和长江学者和创新团队发展计划资助
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制教投
*通讯联系人
万方数据
e-mail; gjzhang@buaa, edu. cn
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