[發(fā)明專利]光譜數(shù)據(jù)干擾抑制方法、建模方法、預(yù)測方法和處理裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510097813.1
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN105987881B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐可欣;劉瑾
• 申請（專利權(quán)）人: 天津先陽科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01J3/28
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 倪斌

提供了光譜數(shù)據(jù)干擾抑制方法、建模方法、預(yù)測方法和處理裝置。根據(jù)實(shí)施例，一種光譜數(shù)據(jù)干擾抑制方法可以包括：確定至少一種干擾因素各自對光譜測量的干擾模式，所述干擾模式限定距離光源的多個(gè)徑向位置處的干擾；獲得包含特定成分的被測介質(zhì)的漫射光譜數(shù)據(jù)；以及基于干擾模式，從漫射光譜數(shù)據(jù)中提取與特定成分相關(guān)的信息，其中，在所提取的信息中，抑制了與所述至少一種干擾因素對漫射光譜數(shù)據(jù)的干擾。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開一般地涉及光譜檢測領(lǐng)域，具體地，涉及光譜數(shù)據(jù)的干擾抑制方法、成分濃度建模和預(yù)測方法以及處理裝置。

背景技術(shù)

光譜檢測法具有綠色無污染、不破壞樣品、檢測速度快、可實(shí)現(xiàn)多成分同時(shí)定量分析、不需要使用任何試劑或試紙以及連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，是真正意義上的無創(chuàng)檢測技術(shù)。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，采用近紅外吸收光譜方法已成功地實(shí)現(xiàn)快速、無創(chuàng)傷檢測生物組織血氧飽和度等生化指標(biāo)。當(dāng)前，近紅外光譜測量方法被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的人體內(nèi)生理成分無創(chuàng)檢測技術(shù)之一。

利用光譜方法對被測物成分濃度進(jìn)行檢測時(shí)，測定的被測物通常是不經(jīng)過提純等預(yù)處理的復(fù)雜樣品，或者是人體中的某種待測成分。當(dāng)待測成分濃度變化具有明顯的波長特性時(shí)，則可以采用多變量回歸的方法建立校正模型進(jìn)行待測成分的濃度測量。但是，在復(fù)雜樣品或個(gè)體中，除了待測成分外，還包含大量無法預(yù)知、隨機(jī)的干擾成分，如人體的某些成分濃度變化受人體溫度、心情等變化的影響，波長特性不明顯。因此就需要消除這些不可預(yù)知的背景對待測物濃度分析的影響后，再進(jìn)行濃度測量分析。

目前，消除近紅外光譜信號中干擾因素的方法大致可以分為以下兩種。

具體地，第一種方法是通過純數(shù)學(xué)處理方法對光譜進(jìn)行預(yù)處理。

目前較常使用的光譜預(yù)處理方法為正交信號校正方法和凈信號方法。正交信號校正方法由S.Wold等提出，并用于近紅外光譜預(yù)處理中，使得多元校正模型的預(yù)測能力得以加強(qiáng)。凈信號的概念由Lorber提出。Héctor C.Goicoechea等通過實(shí)驗(yàn)，對這兩種方法的近紅外光譜修正結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，分別采用正交信號校正方法和凈信號方法對樣品光譜進(jìn)行預(yù)處理，所建模型的預(yù)測結(jié)果表明這兩種方法都無法明顯提高樣品濃度的預(yù)測精度。這可能是因?yàn)楣庾V中的各種干擾并不一定全部與濃度矩陣正交，導(dǎo)致干擾并不能完全被消除。

第二種方法是采用合理的背景扣除方法消除光譜中的外界干擾。

目前進(jìn)行無創(chuàng)血糖研究的各個(gè)小組在對原始光譜進(jìn)行背景扣除時(shí)，采用的方法基本可分為以下三種：單光路扣空氣、單光路扣純水和雙光路扣空氣或標(biāo)準(zhǔn)反射板。David M.等在對全血中葡萄糖進(jìn)行濃度預(yù)測的離體實(shí)驗(yàn)中，采用空氣作為全血樣品的背景。Kirsten等在對血漿樣品進(jìn)行光譜測量時(shí)，選用不含被分析物(葡萄糖)的血漿作為參考物，以此獲得背景光譜。Ozaki等采用雙光路方法進(jìn)行背景扣除。然而，以空氣或純水作為背景進(jìn)行扣除只有在簡單樣品的實(shí)驗(yàn)中能取得較好的結(jié)果，當(dāng)樣品復(fù)雜度增大時(shí)，該背景扣除方法將產(chǎn)生較大的樣品濃度預(yù)測誤差。此外，在人體檢測中，若參考路上采用空氣、純水甚至是離體血液樣品等作為背景，在測量路上，仍舊存在被測人體本身或人機(jī)界面的變化產(chǎn)生的噪聲，這些是難以消除的。因此，對活體測量來說，還需要找到更好的背景扣除方法。比如，在人體本身找到適宜的參考信號，作為測量背景進(jìn)行扣除，即測量信號和參考信號同時(shí)來自被測人體的相鄰部位，它們在測量中將受到相似的干擾因素的影響。

徐可欣等提出了基于浮動基準(zhǔn)位置的光譜測量方法(CN1699973A)，使得背景消除的技術(shù)得到了發(fā)展。具體地，可將浮動基準(zhǔn)位置(例如，“葡萄糖的浮動基準(zhǔn)位置”)的信號作為參考，其不受葡萄糖濃度變化影響，僅反映干擾因素的影響。在其他位置獲得含有葡萄糖信息的測量信號后，可以在測量位置與基準(zhǔn)位置處事先建立關(guān)聯(lián)，通過浮動基準(zhǔn)位置處的光強(qiáng)漂移推測出測量位置處光強(qiáng)的漂移，進(jìn)而消除干擾因素的影響。