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研究生:張雯琳
研究生(外文):Wen-Lin Chang
論文名稱:近紅外線光譜法應用於無創性血糖量測之可行性評估
論文名稱(外文):Evaluation of the non-invasive blood glucose measurement by using NIR spectroscopy
指導教授:陳加忠陳加忠引用關係
指導教授(外文):Chia-Chung Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:生物產業機電工程學系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:109
中文關鍵詞:近紅外線光譜法非侵入式血糖葡萄糖水溶液偏最小平方迴歸法
外文關鍵詞:near-infrared spectroscopynon-invasiveblood sugarglucoseaqueous solutionpartial least squares regression
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近年來,近紅外線(NIR)光譜法是一種非破壞、非侵入式且可以快速量測的量測技術,被廣泛應用於食品科學、醫學等領域。目前糖尿病患者所使用的血糖計多為針刺手指取血的侵入式量測,帶給病患諸多不便與痛苦,更帶來感染的危險,所以利用近紅外線光譜法的特性發展非侵入式的血糖量測技術。
本研究目的在於探討本實驗儀器在僅以水當基質的情況下,量測不同濃度的葡萄糖水溶液,探討其光譜的差異性,說明本實驗儀器所能量測的葡萄糖濃度之解析能力。並使用偏最小平方迴歸方法建模,討論模型的預測能力來評估本實驗儀器應用於血糖量測之可行性。
研究結果發現,本實驗儀器對不同濃度之葡萄糖水溶液具有分辨能力,但由於其量測結果的組內變異大於組間變異,重現性不佳。模型的預測能力無法滿足美國食品與藥物管理局(FDA)的要求。
Near-infrared spectroscopy is a non-destruction, non-invasive and rapid technique, it has been applied widely in food science, medicine and so on in recent years. At present, the diabetic almost use the invasion type of finger-stick method to measure blood glucose, takes inconvenience, pain and danger to infection. Therefore, the apply of the near-infrared spectroscopy to develop the non-invasion blood glucose measurement technology is very important.
The purpose of this study is to measure the glucose aqueous solutions at different concentration and to discuss whether the spectra could be compared or not to interpret the resolution of the instrument. The non-invasive blood glucose measurement by using the experiment instrument is to be evaluated by using partial least squares regression to construct the models and discuss their prediction ability.
The results indicated the instrument could be used to compare the spectra of glucose aqueous solutions at different concentration. However, the variance within groups larger than the variance between groups, then resulted in poor reproduction. The prediction of the models is not good enough to satisfy the request of American Food and Drug Administration (FDA).
摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的 2
第二章 文獻探討 3
2-1 近紅外線簡介 3
2-2 近紅外線光譜量測原理 4
2-3 比爾-朗伯定律(Beer-Lambert law) 6
2-4 近紅外線的分析技術 7
2-5 近紅外線的分析技術的特點 10
2-6 血糖量測 11
2-6-1 侵入式血糖量測 11
2-6-2 低侵入式血糖量測 12
2-6-3 非侵入式血糖量測 13
2-6-4 近紅外線光譜技術應用於人體血糖量測的相關文獻 14
第三章 材料與方法 16
3-1 實驗材料 16
3-2 實驗儀器設備 16
3-3 實驗軟體 18
3-4 實驗方法與步驟 18
3-4-1 樣品準備 18
3-4-2 量測步驟 19
3-5 應用到的數據預處理技術 20
3-5-1 導數(Derivatives) 20
3-5-1 變量標準化(Standard Normal Variate, SNV) 20
3-5-1 附加散射校正(Multiplicative Scatter Correction, MSC) 21
3-6 應用到的多重比較(Multiple Comparisons) 22
3-6-1 Tukey’s W Procedure 22
3-6-2 Fisher’s Least Significant Difference (Fisher’s LSD) 22
3-7 經典校正(Classical Calibration)與逆校正(Inverse Calibration) 24
3-8 迴歸分析技術 25
3-8-1 多重線性迴歸 25
3-8-2 主成分迴歸法(Principal Components Regression) 26
3-8-3 偏最小平方法 (Partial Least Squares Regression) 27
第四章 結果與討論 29
4-1 近紅外線量測結果差異性檢定 29
4-1-1 葡萄糖濃度0-7000 mg/dL 的差異性檢定 29
4-1-2 葡萄糖濃度0-3500 mg/dL 差異性檢定 39
4-1-3 葡萄糖濃度0-500mg/dL 的差異性檢定 46
4-1-4 葡萄糖濃度0-50mg/dL 的差異性檢定 53
4-2 迴歸分析建模 60
4-2-1 濃度0-500mg/dL的迴歸分析建模 61
4-2-2 濃度0-50mg/dL的迴歸分析建模 86
第五章 結論與建議 107
5-1 結論 107
5-2 建議 108
第六章 參考文獻 109
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