第34卷，第8期 2014年8月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 34.No., 8.pp2106-2111
August, 2014
EMD算法在动态光谱无创测量而红蛋白浓度中的应用
刚3，张宝菊4*
林凌，李威，周梅，曾锐利，李
1.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072 2.军事交通学院车辆工程系，天津300161
3．天津大学天津市生物医学检测技术与仅器重点实验室，天津
t300072
4.天津师范大学电子与通信工程学院，天津300387
摘要将经验模态分解(EMD)算法结合动态光谱理论中的题域提取算法用于血红蛋白浓度的无创测量，在体采集57例光电容积脉搏波，选取636.981086，86nm范围内的光谱数据进行分析。首先通过EMD方法分别对各个样本每个波长的光电容积脉搏波进行去噪预处理，再利用离散傅里叶变换提取脉搏波的峰峰值构成动态光谱，最后运用偏最小二乘方法对各样本的动态光谱和血红蛋白浓度建立模型。与未经EMD处理的数据建模结果相比，EMD处理后，血红蛋白浓度预测集的相关系数从0.8798提高到0.9176，预测集均方根误差从6.6759g·L-1减小到5.3001g·L-1，相对误差从8.45%减小到6.71%，建模精度有了较大的提高。结果表明，采取经验模态分解的算法进行光电采集数据的去噪预处理可以提高光谱数据的信噪比，进而可以提高血液成分无创测量的准确性。
经验模态分解；动态光谱；近红外；血红蛋白浓度；无创测量
关键词
中图分类号：0657.33
引言
文献标识码：A
D0I: 10, 3964/j. issn, 10000593(2014)08-2106-06
血氧的测量得到广泛的临床应用，近红外光谱方法离体测量血红蛋白精度较高，但是在体测量的结果很难到达应用要求。这是固为在光谱测量中，个体样本的差异和测量环境条
人体血液红细胞中含有大量的血红蛋白，血红蛋白是高等生物体内负责运载氧的一种蛋白质。血红蛋白浓度参数是评价人体贫血情况的重要指标，也是很多疾病特别是先天性心肺疾病、血管瞻形、肿瘤和肾脏疾病等预防、诊断、治疗的重要指标。目前对患者的血红蛋白检测是通过采血之后离体进行生化分析的，这样的有创测量不仅给患者带来疼痛，而且会增加患者受感染的风险，同时检测时间长、检测消耗品的费用较高，也不能用于连续监测。固此，实现血红蛋白浓度的无创测量，具有很高的临床应用价值和市场价值。
近红外光谱（near infrared spectroscopy，NIRS）技术由于其快速、方便、无痛无创等特点，目前在检测领域有了长足的发展。在生物医学工程应用上，近红外光谱能够全面客观地反映组织细胞的生理病理信息，对样品成分进行准确的定性定量分析，国内外学者利用近红外光谱测定血液中的血清蛋白，血糖等成分取得了一定的研究成果.3，但只有
收稿日期：2013-10-15，修订日期：2014-01-18
件的影响最为突出]。
在减小个体差异以及测量条件等对光谱数据质量影响的方面，李刚等提出了一种新的近红外光谱无创检测方法
动态光谱法，并对相应的光谱提取算法和检测精度等做了一系列系统的研究，但目前该方法的研究主要局限于理论方面，虽然进行了相关实际的在体测量实验，但距离实际应用的标准还有待进一步研究。如果直接使用未经处理的光谱数据进行分析，无疑会对测量的准确性造成很大的影响"，这是因为在原始光谱中包含了非常多的噪声干扰，即无关被测血液成分的信息，为了提高信噪比，对原始光谱数据的预处理非常必要，
经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）是由Huang["在1998年提出的，该算法广泛应用于食品科学[]，生物医学""}，故障诊断1]等领域中信号处理的过程，特别适用于分析现实生活申普遵存在的大量频率随时间
基金项目：国家自然科学基金项目（30973964，61271411)，天津市应用基确及前沿技术研究计划（11JCZDJC17100），天津市科技计划项目
(10ZXCXSY10400)资助
作者简介：林凌，女，1961年生，天津大学精密仪器与光电子工程学院教授
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