[发明专利]一种血液成分含量的近红外无创检测方法及装置

摘要

本发明公开了一种血液成分含量的近红外无创检测方法及装置，包括如下步骤：(1)利用近红外光谱仪通过Y型反射光纤采集人体皮肤表面近红外光谱数据，构成校正集样本；(2)采用标准分析方法，测定校正集样本中每条光谱数据所对应的血液样本的待测成分的真值；(3)对所述近红外光谱数据进行预处理，以去除噪声、基线或其他干扰待测血液成分信息的无用信号；(4)对上述经预处理后的校正集样本中的样本进行奇异样本分析，判别出存在的奇异样本，并从校正集样本中去除奇异样本；(5)用无奇异样本的校正集样本建立基于样条函数的非线性偏最小二乘校正模型；(6)用所构造的基于样条函数的非线性偏最小二乘校正模型，检测未知样本的血液成分含量。

主权项

一种血液成分含量的近红外无创检测方法，包括如下步骤：(1)利用近红外光谱仪通过Y型反射光纤采集人体皮肤表面近红外光谱数据，构成校正集样本；(2)采用标准分析方法，测定校正集样本中每条光谱数据所对应的血液样本的待测成分的真值；(3)对所述近红外光谱数据进行预处理，以去除噪声、基线或其他干扰待测血液成分信息的无用信号；(4)对上述经预处理后的校正集样本中的样本进行奇异样本分析，判别出存在的奇异样本，并从校正集样本中去除奇异样本；(5)用无奇异样本的校正集样本建立基于样条函数的非线性偏最小二乘校正模型；(6)用所构造的基于样条函数的非线性偏最小二乘校正模型，检测未知样本的血液成分含量；其特征在于：所述步骤(4)具体包括如下：a、用光谱矩阵X中每一行各元素代表用近红外光谱仪采集获得的一个样本在近红外波段各波长下的吸光度值，计算光谱矩阵X中各行向量即样本i的纯度值p_i,1，其计算公式为：p_i,1＝σ_i/(μ_i+α)，其中，μ_i为均值、σ_i为标准差、α为补偿因子；b、根据步骤a求得的各行向量i的p_i,1值，比较p_i,1值的大小，将具有最大p_i,1值的第i个行向量作为选出的第一个可能的奇异样本，记为O₁；c、选出第k(k≥2)个可能的奇异样本，具体为：根据下列公式计算矩阵X中行向量i的长度l_i，其中，d_i,j为光谱矩阵X中第i行第j列元素，由得到关系矩阵C＝D(l)D(l)^T/n，根据下列公式计算关系权函数ρ_i,k；${\mathrm{\ρ}}_{i,k}=\left|\begin{array}{cccc}{c}_{i,i}& c_{i,p_1}& ...& c_{i,p_{k-1}}\\ c_{p_1,i}& c_{p_1,p_1}& ...& c_{p_1,p_{k-1}}\\ ...& ...& ...& ...\\ ...& ...& ...& ...\\ c_{p_{k-1},i}& ...& ...& c_{p_{k-1},p_{k-1}}\end{array}\right|$其中，k表示待确定的第k个可能的奇异样本，p_k‑1表示目前已经选定了的第(k‑1)个可能的奇异样本在C矩阵中所在行向量的标号，p₁表示通过步骤b已选出的第一个可能的奇异样本在C矩阵中所在行向量的标号；则纯度值p_i,k为：p_i,k＝ρ_i,k(σ_i/(μ_i+α))；将具有最大p_i,k值的第i个行向量作为选出的可能的第k个奇异样本，记为O_k，其中k≥2；d、分别用包含可能的奇异样本O₁的校正集样本和不包含可能的奇异样本O₁的校正集样本建立偏最小二乘校正模型；e、采用交互验证法得到的RMSEP值来评价步骤d中所述的两个模型的精度，若去除O₁前后两个校正模型的精度差别非常显著，即包含O₁的校正模型的精度明显低于不包含O₁的校正模型的精度，则可判定O₁为奇异样本，从校正集样本中去除奇异样本O₁后，转到下述步骤f；若去除O₁前后两个校正模型的精度差别不显著，则可判定O₁为含有用信息的正常样本，即该光谱矩阵中无奇异样本，奇异样本判别结束，转到步骤(5)。f、分别用包含可能的奇异样本O_k(其中k≥2)的校正集样本和不包含可能的奇异样本O_k的校正集样本建立偏最小二乘校正模型；g、采用交互验证法得到的RMSEP值来评价步骤f中所述的两个模型的精度，若去除O_k前后两个校正模型的精度差别非常显著，即包含O_k的校正模型的精度明显低于不包含O_k的校正模型的精度，则可判定O_k为奇异样本，从校正集样本中去除奇异样本O_k，令k＝k+1，转到上述步骤f；若去除O_k前后两个校正模型的精度差别不显著，则可判定O_k为含有用信息的正常样本，即该光谱矩阵中无其他奇异样本，奇异样本判别过程结束，转到步骤(5)。