中国科学院知识创新工程领域前沿项目(Y00232Q100)
- 作品数：12 被引量：91H指数：5
- 相关作者：卢启鹏丁海泉高洪智彭忠琦陈星旦更多>>
- 相关机构：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院研究生院中国科学院大学更多>>
- 发文基金：中国科学院知识创新工程领域前沿项目国家自然科学基金应用光学国家重点实验室开放基金更多>>
- 相关领域：理学机械工程生物学电子电信更多>>
- 中红外无创血糖测量中光程变化对PLSR模型的影响研究被引量：2
- 2012年
- 在测量人体皮肤中红外光谱的过程中,皮肤与ATR晶体之间的接触面积很难保持一致,导致倏逝波与人体皮肤的作用光程会产生差异。以光程变化信息与葡萄糖浓度信息之间的相关性为基础,建立了两个分析葡萄糖含量的偏最小二乘回归(PLSR)模型,RMSECV分别为31.3和4.52mg.dL-1;RMSEP分别为30.3和98.7mg.dL-1。结果表明,当光程变化信息与葡萄糖浓度信息之间偶然相关时,所建PLSR模型的预测精度与稳健性会受到不同程度的影响,随着二者之间相关性的增强,最优模型对葡萄糖信息的识别能力越来越弱。为提高中红外无创血糖测量分析结果的可靠性,避免获得伪优定标模型提供了实验依据。
- 王动民卢启鹏丁海泉黄富荣
- 关键词：中红外光谱糖尿病偏最小二乘回归
- 经验模态分解法在近红外无创血红蛋白检测中的应用研究被引量：5
- 2013年
- 为提高近红外血红蛋白预测模型的稳健性,分别应用Savitzky-Golay平滑、移动窗口平滑以及经验模态分解(EMD)方法对原始光谱进行去噪处理,以提高数据信噪比。采集了81例临床志愿者的手指指端血流容积脉搏波光谱数据,同时获取相应的血红蛋白浓度值临床化验结果。剔除异常样品,确定78例样品为研究对象,建立反向传播神经网络(BP-ANN)定量分析模型并预测。结果表明,经EMD处理后的模型预测效果最优,预测相关系数由0.74提高至0.87,误差均方根由12.85g.L-1减小至8.08g.L-1。实验证明应用EMD方法能够获得高信噪比的容积脉搏信号,提高血红蛋白浓度预测模型的准确性,有利于推动近红外无创血红蛋白检测技术的进一步发展。
- 樊奕辰卢启鹏丁海泉高洪智陈星旦
- 关键词：近红外光谱血红蛋白浓度经验模态分解无创检测
- 自适应滤波在近红外无创生化分析中的应用被引量：13
- 2012年
- 提出用血流容积差光谱相减法来消除近红外无创生化分析中组织背景的干扰。为提高光谱相减中所需获得的脉搏波近红外光谱信号的信噪比,研究了自适应滤波处理方法。介绍了最小均方算法(LMS)自适应滤波的基本原理,在此基础上提出了一种适用于处理本实验脉搏波光谱信号的自适应滤波方法;采用实验室自行研制的16元近红外脉搏波采集系统,获得人体脉搏波光谱信号;最后,利用提出的自适应滤波方法处理脉搏波光谱信号并分析其滤波效果。结果表明,利用该方法处理采集的脉搏波信号,可使血流容积光谱相减后血液光谱吸光度噪声由800μAU降低至12μAU,相邻波长的脉搏波相关系数由0.994 0提高至0.999 9。分析结果说明该自适应滤波方法可以有效地应用于近红外无创生化分析中。
- 卢启鹏陈丛彭忠琦
- 关键词：自适应滤波最小均方算法脉搏波近红外光谱
- 近红外无创生化分析中集光椭球反射镜参数设计与优化被引量：3
- 2012年
- 近红外光谱技术检测速度快,不破坏样品,可在线分析,是血液无创生化分析能够获得应用的最具潜力的方法之一。但是由于人体血液的吸收光谱信号微弱,而常规光谱仪器在近红外无创生化分析中的光能利用率较低,给无创检测技术应用在临床分析上带来了困难。为了解决此问题,利用椭球反射镜的聚光特性,从几何光学角度出发,分析了椭球镜像点位置分布情况,并采用光线追迹方法优化其初始结构,从而将手指漫反射光高效收集到探测器上。通过仿真分析计算,该椭球反射镜的光能利用率比常规无收集装置的利用率提高了近5倍,增强了仪器检测血液吸收光谱信号的能力,有助于提高仪器信噪比。
- 高静卢启鹏彭忠琦丁海泉
- 关键词：光学设计光能利用率近红外
- 近红外无创生化分析中高效双复合抛物面聚光系统设计
- 2013年
- 近红外无创生化分析中,要获得准确的血液生化成分信息,需要非常高的系统信噪比。为提高分析系统的信噪比,开展了以增大系统光能利用率为目标的高效双复合抛物面聚光(DCPC)系统研究。首先,针对近红外无创生化分析中光学系统集光要求,研究了复合抛物面聚光器(CPC)出射光特点,确定出一级CPC最大聚光角范围。然后,通过比较标准型和截短型DCPC光能利用率变化,优化出最佳结构参数。最后,结合皮肤组织光学参数,计算了入射光波长为1 000nm时,DCPC系统、CPC-聚焦反射镜系统以及无光学收集系统的光能利用率。结果显示,三种系统的光能利用率分别为1.46%,0.84%,0.26%。设计的DCPC系统增强了对人体漫反射光的收集能力,可有效提高无创生化分析系统的信噪比及整体分析精度。
- 高静卢启鹏彭忠琦丁海泉高洪智
- 关键词：复合抛物面聚光器光学设计近红外
- 论无创血糖监测的红外光谱方法(特邀)被引量：16
- 2012年
- 介绍了无创血糖监测的几种光学方法以及红外光谱法用于无创血糖监测的优势。分析了无创血糖监测红外光谱法的主要问题,包括光在人体组织中的复杂传播;葡萄糖吸收信号微弱,且与人体中其它生化成分吸收光谱重叠;人体组织背景吸收干扰严重等。总结了无创血糖监测红外光谱法的最新进展,给出抑制人体组织背景吸收干扰的方法,并认为组织液可代替血液用于血糖水平的测量。展望了该领域未来研究趋势,主要涉及精确描述光子在组织中的传输、测量皮肤表皮内或表皮与真皮浅层光谱信息,以及提高光谱仪器信噪比,建立葡萄糖吸收带定标模型。
- 陈星旦高静丁海泉
- 关键词：红外光谱无创监测血糖监测光谱分析
- 光谱相减方法用于无创生化检测中背景扣除实验研究被引量：1
- 2012年
- 在近红外光谱无创生化检测中,血流容积光谱相减方法在理论上可以消除组织背景等干扰因素,提取出血液的有效光谱信息。为论证血流容积光谱相减方法有效性,设计了相应的模拟实验。采用生物分子水溶液模拟血清样品,不同吸收特性的滤光片模拟组织背景干扰,可变厚度样品池模拟血流容积变化。比较了光谱相减方法处理前后的模型精度,处理前模型定标相关系数(Rc)为0.476,交叉检验标准差(RMSECV)为437mg·dL-1;处理后Rc达到0.977,RMSECV降至301mg·dL-1。实验结果表明血流容积光谱相减方法能够较好抑制或扣除组织背景干扰,大幅度提高模型预测精度。
- 丁海泉卢启鹏高洪智
- 关键词：近红外光谱
- 基于NLMS自适应滤波的近红外光谱去噪处理方法研究被引量：26
- 2012年
- 为了去除直接采集的近红外(NIR)光谱中含有的噪声,将归一化最小均方(NLMS)自适应滤波方法引入到NIR光谱去噪领域中。以51份土壤样品的NIR光谱为研究对象,探讨NLMS自适应滤波方法在NIR光谱预处理中的应用,并将处理后的结果与土壤中有机质的含量相关联,建立模型。结果表明,通过NLMS自适应滤波去噪后的光谱,预测集的相关系数r由处理前的0.8284提高至0.9654,预测均方根误差(RMSEP)由处理前的0.3385降至0.1606。由此可见,NLMS自适应滤波对NIR光谱的去噪有显著效果,可以有效地提高光谱的分析精度和模型的稳健性,为NIR光谱的预处理提供了一种新方法。
- 陈丛卢启鹏彭忠琦
- 关键词：光谱学相关系数去噪
- 便携式近红外光谱仪器现状及展望被引量：18
- 2013年
- 近红外光谱分析技术具有速度快、操作简单等优点,在农业、制药等行业得到了大量应用,其中一些应用需要将仪器携带到分散的分析现场使用,为满足这一需求,很多体积小、便于移动的便携式近红外光谱仪被研制出来。这些仪器的种类较为繁多,采用了很多不同的基本原理,使用了不同的光路结构。文章综述了国内外便携式近红外光谱仪的技术现状,根据光路结构的不同将仪器分成滤光片型、光栅型、傅里叶变换型、声光可调滤波器型以及使用微机电系统(MEMS)的新型光谱仪等类型,重点介绍各类仪器的原理和主要部分的结构,同时简要介绍不同类型仪器的特点,并列举典型产品。也对测量附件、操作、显示等外围部分的设计作简要介绍,这些附件针对便携应用采取了特殊的设计。通过介绍,为新型便携式近红外光谱仪的研制提供借鉴。最后,对便携式近红外光谱仪器的现状作总结,并对未来国内外技术的发展进行展望。
- 于新洋卢启鹏高洪智彭忠琦
- 关键词：近红外光谱仪
- 应用光程校正空间法提升近红外无创生化分析模型性能被引量：3
- 2013年
- 由于采用血流容积差光谱相减法进行近红外无创生化分析得到的样品光谱光程不定,很难得到高性能的定标模型,本文提出采用光程校正空间法来消除光程差异,提升定标模型性能。首先,介绍了净信号分析的原理和校正空间的获取方法;根据血流容积差光谱相减法的特点,提出了采用光程校正空间获取待测组分净信号的方法。然后,以含葡萄糖的脂肪乳溶液为例,通过光程校正空间获取葡萄糖净信号,建立定标模型。实验结果表明:相比没有处理光程直接建立的定标模型,采用光程校正空间后所建立的模型相关系数(R)从0.978 1提升到0.997 7,定标均方根偏差(RMSEC)从77.52mg/dL下降到25.02mg/dL,交叉验证均方根偏差(RMSECV)从93.01mg/dL下降到68.22mg/dL。结果显示,采用光程校正空间的净信号分析能够有效抑制光程差异对定标模型的影响,为血流容积差光谱相减法的实际应用奠定了基础。
- 高洪智卢启鹏丁海泉陈思唯
- 关键词：近红外光谱
