[论文解读] Study of Correlation Between Glucose Concentration and Reduced Scattering Coefficients in Turbid media using Optical Coherence Tomography

Raju Poddar, Shubha Rani Sharma+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2008

Optical Coherence Tomography Applications参考文献 16被引用 4

一句话总结

本研究利用光学相干断层扫描（OCT）在浑浊介质中建立了葡萄糖浓度与减小的散射系数之间的非侵入性相关性。通过利用折射率不匹配以及对去卷积干涉信号进行蒙特卡洛模拟，作者展示了可测量的关系，从而实现无需采血的潜在体内葡萄糖监测。

ABSTRACT

Noninvasive, non-contact and in vivo monitoring of blood glucose is a long-needed pathology tool for saving patients from the recurring pain and hassle that can accompany conventional blood glucose testing methods. Optical coherence tomography known for its high axial resolution imaging modality is adopted in this article for monitoring glucose levels in tissue-like media, non-invasively. Making use of changes in reduced scattering coefficient due to refractive-index mismatch between the extracellular fluid and the cellular membranes and armed with a theoretical model, we establish a correlation between the glucose concentration and reduced scattering coefficient. The scattering coefficients are extracted from the deconvoluted interference signal using Monte Carlo simulation with valid approximations. A program code using NI LabVIEW™ has been developed for automation of the experiment, data acquisition and analysis.

研究动机与目标

• 开发一种非侵入性体内血糖监测方法，以替代痛苦的传统方法。
• 研究葡萄糖浓度与浑浊生物介质中光学散射特性之间的关系。
• 利用光学相干断层扫描（OCT）在组织模拟介质中实现高分辨率、非接触式葡萄糖传感。
• 建立理论模型，将葡萄糖引起的减小散射系数变化与折射率不匹配联系起来。
• 利用NI LabVIEW™自动化数据采集与分析，以确保实验的可重复性与效率。

提出的方法

• 利用光学相干断层扫描（OCT）获取模拟生物组织的浑浊介质的高轴向分辨率干涉信号。
• 通过细胞膜与细胞外液之间的折射率不匹配，将减小的散射系数变化与葡萄糖浓度关联。
• 对去卷积干涉信号应用蒙特卡洛模拟，以有效物理近似提取散射系数。
• 使用自定义LabVIEW™程序自动化数据采集、信号处理与分析，以确保实验的一致性执行。
• 理论建模预测了散射对介质中葡萄糖引起的折射率变化的依赖性。
• 该方法依赖于光学信号去卷积及从OCT A-scan中提取散射系数，以推断葡萄糖水平。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用OCT在浑浊介质中将葡萄糖浓度与减小的散射系数变化相关联？
• RQ2 细胞膜与细胞外液之间的折射率不匹配在含葡萄糖介质中如何影响散射？
• RQ3 在本情境下，蒙特卡洛模拟在多大程度上能准确地从OCT干涉信号中提取散射系数？
• RQ4 基于LabVIEW™的自动化能否可靠地支持葡萄糖传感应用中的数据采集与分析的一致性？
• RQ5 基于光学散射变化，利用OCT实现非侵入性、实时葡萄糖监测的可行性如何？

主要发现

• 通过OCT在浑浊介质中建立了葡萄糖浓度与减小的散射系数之间的可测量相关性。
• 理论建模证实，由于葡萄糖引起的折射率不匹配会改变组织样介质中的散射行为。
• 蒙特卡洛模拟为从去卷积OCT信号中提取散射系数提供了有效的近似。
• 基于LabVIEW™的自动化系统实现了可重复且高效的数据显示与分析。
• 结果支持利用OCT通过利用葡萄糖引起的光学散射变化实现非侵入性、体内葡萄糖监测的可行性。