CN106419932A - 基于超宽带微波信号时频分析的血糖浓度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于超宽带微波信号时频分析的血糖浓度检测方法，包括：制作人体耳垂模型；配制不同血糖浓度的测试血液；将两个天线置于趋近耳垂模型的同侧，利用第一天线发射超宽带微波信号，第二天线接收来自耳垂模型的反射信号；对接收的信号使用使用短时傅里叶变换进行处理，得到不同血糖浓度对应的时频谱；提取时频谱中的最大能量，对该最大能量与血糖浓度的关系进行分析，得到信号时频谱最大能量与血糖浓度的关系；在进行血糖浓度检测时，将第一天线和第二天线置于耳垂同侧；对接收的信号使用使用短时傅里叶变换进行处理，时频谱中的最大能量，确定血糖浓度。本发明能够方便快捷测量血糖浓度。

Description

基于超宽带微波信号时频分析的血糖浓度检测方法

技术领域

本发明属于微波无损检测技术领域，涉及一种血糖浓度检测方法。

背景技术

人体血液中各种化学成分含量的变化能真实反映人体的健康状况,是临床诊断和日常监护所必需的重要信息。寻找一种能够便捷、连续、有效、准确、无创地血液成分的方法,是长期以来人类对抗疾病过程中梦寐以求的理想。由于血液中葡萄糖浓度的实时检测对预防和治疗糖尿病具有重要价值,目前的研究主要集中在对血糖的无创检测上。正在研究的可行的血糖无创检测的方法可分为两大类:一类是光学方法,主要包括近红外光谱法、中红外光谱法、光声光谱法、偏振光测量技术等多种方案。光学方法普遍存在的问题是对人体组织的光学特性认识还不够深入,无法消除血压、体温、皮肤状况、测量部位等因素对测量精度的影响。另一类是非光学方法,主要包括体液采集法、离子反渗透法、电磁阻抗谱法。

发明内容

本发明提供一种利用超宽带微波检测系统中对人体血糖浓度进行无损探测的方法。该方法简便快捷，可以直接对接收到的超宽带微波信号进行时频分析，能够获取足够的信息对血糖浓度进行检测。避免使用穿刺等对人体有伤害的方法，能够获取足够的信息对血糖浓度进行检测。本发明的技术方案如下：

一种基于超宽带微波信号时频分析的血糖浓度检测方法，包括下列步骤：

1)制作耳垂模型；

2)配制不同血糖浓度的测试血液；

3)将两个天线置于趋近耳垂模型的同侧，利用第一天线发射超宽带微波信号，第二天线接收来自耳垂模型的反射信号；

4)对接收的信号使用使用短时傅里叶变换进行处理，得到不同血糖浓度对应的时频谱；

5)提取时频谱中的最大能量，对该最大能量与血糖浓度的关系进行分析，得到信号时频谱最大能量与血糖浓度的关系；

6)在进行血糖浓度检测时，将第一天线和第二天线置于耳垂同侧；

7)利用第一天线发射超宽带微波信号，第二天线接收来自耳垂的反射信号；

8)对接收的信号使用使用短时傅里叶变换进行处理，时频谱中的最大能量，根据步骤5)找出的信号时频谱最大能量与血糖浓度的关系，检测血糖浓度。

为了使得检测更加简便快捷，两个天线设置在模型同一侧，这样更加方便仪器的设计与制作，该方法简便快捷，避免了对人体的伤害，能够对人体的血糖浓度进行检测。非常适合于血糖浓度的检测。实验结果证实该方法十分可行有效。

附图说明

图1简化耳垂组织模型及天线结构示意图

图2趋近耳垂组织模型及天线结构示意图

图3简单模型中血糖浓度为4000mg/dl时信号的时频谱

图4不同血糖浓度时信号最大能量

图5趋近模型中血糖浓度为4000mg/dl时信号的时频谱

图6不同血糖浓度时信号最大能量

图7趋近模型中所有接收信号的时域波形

图8信号经傅里叶变换后的频域波形

图9血糖浓度与振幅的关系

具体实施方式

图1为探测系统所采用的天线阵列结构和耳垂组织结构的简单模型，为简单起见，模型中只用了血液层，来验证该方法的可行性及有效性。其中天线在血液层的两侧。图2为模拟真实耳垂结构所构造的趋近模型。其中，耳垂中的毛细血管被等效为一层血液层，血液层两边为脂肪组织。为了使得检测更加简便快捷，两个天线设置在模型同一侧，这样更加方便今后仪器的设计与制作。血液层的浓度范围为0-4000mg/dl，对应不同浓度的血液层的电磁参数如表1所示，图2模型中的脂肪组织的电磁参数也包含在表1中。为满足探测分辨率的要求采用中心频率为5GHz、带宽为10GHz的一阶导高斯信号。

表1各个IMF与原始信号之间的相关系数

具体过程如下：

1.首先使用简单模型(图1)进行实验，天线A1发射超宽带微波信号，天线A2接收来自耳垂的反射信号。

2.对五组信号使用短时傅里叶变换进行处理，得到五组信号的时频谱，如图3所示。图3所示为血糖浓度为4000mg/dl时接收信号的时频谱。从该图中很难看出不同血糖浓度的差别。

3.为了更直观地反应时频谱对应的血糖浓度的规律。提取时频谱中的最大能量，对该能量与血糖浓度的关系进行分析，得到如图4所示的规律。从图4可以得到信号时频谱最大能量与血糖浓度的关系，从而可以确定血糖浓度。

4.为了更好地突出该方法的优越性，使用更加复杂的模型来对该方法进行验证，即使用图2所示模型进行探测。

5.对五组信号使用短时傅里叶变换进行处理，得到五组信号的时频谱，如图5所示。图5所示为血糖浓度为4000mg/dl时接收信号的时频谱。从该图中很难看出不同血糖浓度的差别。

6.为了更直观地反应时频谱对应的血糖浓度的规律。提取时频谱中的最大能量，对该能量与血糖浓度的关系进行分析，得到如图6所示的规律。从图6可以得到信号时频谱最大能量与血糖浓度的关系。

7.在进行血糖浓度检测时候，将两个天线放置在耳垂同侧，对接收的信号使用短时傅里叶变换进行处理，得到时频谱，提取时频谱中的最大能量，根据上一步得到的信号时频谱最大能量与血糖浓度的关系，确定血糖浓度。

8.以上结果得出，使用超宽带微波时频谱中的最大能量对血糖浓度进行检测的方法具有很高的可行性及有效性。

Claims (1)

1.一种基于超宽带微波信号时频分析的血糖浓度检测方法，包括下列步骤：

1)制作耳垂模型；

2)配制不同血糖浓度的测试血液。

3)将两个天线置于趋近耳垂模型的同侧，利用第一天线发射超宽带微波信号，第二天线接收来自耳垂模型的反射信号；

4)对接收的信号使用使用短时傅里叶变换进行处理，得到不同血糖浓度对应的时频谱；

5)提取时频谱中的最大能量，对该最大能量与血糖浓度的关系进行分析，得到信号时频谱最大能量与血糖浓度的关系；

6)在进行血糖浓度检测时，将第一天线和第二天线置于耳垂同侧；

7)利用第一天线发射超宽带微波信号，第二天线接收来自耳垂的反射信号；

8)对接收的信号使用使用短时傅里叶变换进行处理，时频谱中的最大能量，根据步骤5)找出的信号时频谱最大能量与血糖浓度的关系，检测血糖浓度。