论无创血糖监测的红外光谱方法_特邀_陈星旦.pdf

无创血糖监测是一种备受关注的医疗技术，旨在通过非侵入性的方式实时监测糖尿病患者的血糖水平，从而提高疾病管理的便利性和准确性。红外光谱法是这种方法中的一个重要研究方向，利用特定波长的红外光来识别和测量生物组织中的葡萄糖分子。本文将详细介绍无创血糖监测的红外光谱方法及其面临的挑战、最新进展和未来发展趋势。 红外光谱法的优势在于其独特的分子指纹特性。葡萄糖分子在红外光谱中具有特有的吸收峰，这些峰对应于分子内部振动和转动的频率。通过测量组织对红外光的吸收，可以推断出葡萄糖的浓度。然而，实际应用中存在多个难题： 1. 光在人体组织中的传播路径复杂，由于组织的不均匀性和光学性质的多样性，光的传播受到散射和吸收的影响，使得光谱信号难以准确获取。 2. 葡萄糖的吸收信号微弱，与其他生物化学成分（如水、脂肪、蛋白质等）的吸收光谱有重叠，这导致了信号分离和定量的困难。 3. 人体组织背景吸收干扰严重，特别是水分的强烈吸收，掩盖了葡萄糖的吸收特征，需要有效的信号处理技术来降低这种干扰。 针对以上问题，研究者们已经取得了一些进展。例如，采用特殊的技术如傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱，提高光谱分辨率，以区分葡萄糖和其他组分的信号。此外，利用数学和统计模型（如偏最小二乘法，PLS）对复杂的光谱数据进行处理，可以提取出葡萄糖的特征信号。 近年来，一种新的思路是利用组织液代替血液进行血糖监测。因为组织液中的葡萄糖浓度与血液中的浓度密切相关，这为无创血糖监测提供了可能。研究者正在探索如何在不接触血液的情况下，获取组织液的光谱信息。 未来的研究趋势将集中在以下几个方面： 1. 精确描述光子在组织中的传输：通过构建更精确的生物组织光学模型，了解光在不同组织层次的传播规律，以优化光谱测量的准确性。 2. 测量皮肤表皮内或表皮与真皮浅层的光谱信息：因为这些区域的葡萄糖浓度更接近血液中的浓度，研究者正在寻找方法在这些部位获取光谱，减少信号干扰。 3. 提高光谱仪器的信噪比：通过改进光学设计和信号处理技术，增强检测的灵敏度，以检测微弱的葡萄糖吸收信号。 4. 建立葡萄糖吸收带的定标模型：通过对大量样本的实验，建立葡萄糖吸收与光谱信号之间的定量关系，以便更准确地从光谱数据中解耦出葡萄糖浓度。 综上所述，无创血糖监测的红外光谱方法尽管面临诸多挑战，但其潜力巨大，随着技术的进步，有望为糖尿病患者提供更为方便、准确的血糖监测方案。