CN107255657A

CN107255657A - 一种血糖无损检测的混沌编解码方法

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Publication number: CN107255657A
Application number: CN201710423467.0A
Authority: CN
Inventors: 李文石; 王衍伟; 窦玉江; 戴雨航
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2017-10-17
Anticipated expiration: 2037-06-07
Also published as: CN107255657B

Abstract

本发明公开了一种血糖无损检测的混沌编解码方法，该方法包括如下步骤：混沌编码电路提供被测生物组织的刺激信号；加载了生物组织电信息的刺激信号输出至采样电阻的端电压，并输入混沌解码电路；从负载电阻两端得到所述混沌解码电路输出电压；分析负载电阻端压的序列,计算出人体血糖值。本发明通过构造混沌编解码电压信号，定义生物阻抗的最大阻抗序列均值或者相移序列均值,经多项式关系分别模型表达血糖指标，从而实现对组织血糖的无创检测，具有原理清晰和响应快速的优点，且测量准确。

Description

一种血糖无损检测的混沌编解码方法

技术领域

本发明涉及涉及一种生物电微弱信号提取方法，具体涉及一种血糖无损检测的混沌编解码方法，旨在利用混沌测量原理，应用混沌信号的随机放大作用,解码提取由人体电阻抗及其相移所表达的间接测量血糖数值。

背景技术

血糖测量的量程从2.22mmol/L到22.2mmol/L，甚至需要检测到32.2mmol/L。

血糖测量方法学分为四类：电化学法、电学法、光学方法和声学方法。电化学方法一般依赖酶阻抗传感器，灵敏有效但有创；另外三种方法可以无创检测，间接测量分别利用生物电阻抗、生化物质的光谱带和生化物质的声光转换谱，共性的优点是响应快，问题是灵敏度仍徘徊在1mmol/L左右。较近的多模传感技术，因重视生物组织的能量代谢，较好地提高了灵敏度和稳定性，但是传感技术复杂,成本过高。

有鉴于此，考察微弱信号的调制测量方法学的技术逻辑，其历史演进从机械斩波到电子学的频率或相位调制测量，进入1990年代的突出演进规律是基于混沌测量纳伏量级的微弱电信号。

因此，有必要寻求一种简单的、低成本的、稳定的、无创的、检测血糖指标的混沌编解码方法。

发明内容

本发明目的是提供一种血糖无损检测的混沌编解码方法，采用生物电阻抗与相移序列的极大值集合的均值计算方法，解决上述问题。

本发明的技术方案是：

一种血糖无损检测的混沌编解码方法，该方法包括如下步骤：

（1）混沌编码电路提供被测生物组织的刺激信号；

（2）加载了生物组织电信息的刺激信号输出至采样电阻的端电压，并输入混沌解码电路；

（3）从负载电阻两端得到所述混沌解码电路输出电压；

（4）分析负载电阻端压的序列,计算出人体血糖值。

进一步的，所述被测生物组织的两端分别经电极夹连接所述混沌编码电路和负载电阻。

进一步的，所述混沌编码电路和混沌解码电路均采用布尔混沌电路。

进一步的，当所述混沌编码电路为布尔混沌电路时，三级施密特非门链作为异或门输出的反馈延时模块；

当所述混沌解码电路为布尔混沌电路时，结构相同的三级施密特非门链作为异或门两条并行输入线中的一条支路的输入延时模块。

进一步的，按DFT方法，将所述负载电阻端压的序列输出，变换得到生物阻抗模值序列及其相移数值序列,分别求取前30%排序的最大值的生物阻抗模值均值z和相移均值θ。

进一步的，辨识生物阻抗模值均值z和相移均值θ与对比的实测血糖值的数量关系，计算获得血糖值建模公式。

进一步的，所述混沌编码电路的激励矩形波参数的频率范围为20kHz-50kHz；占空比范围为20%-40%。

本发明通过构造混沌编解码电路，定义生物电阻抗的采样电阻和解码电路负载,通过分析负载端压序列,计算出人体血糖值,目的是提供一种血糖无损检测的混沌编解码方法，具有编解码电路简单和血糖计算值对比实测值的误差小的优点，且方便定制化设计与技术推广。具体的优点是：

（1）本发明采用混沌编码随机放大生物电阻抗,采用相干混沌解码得到负载端压,计算其最大生物电阻抗值的集合和最大相移的集合,对比实测血糖值,辨识血糖计算公式,因为只应用了两个氯化银电极夹,所以应用方便,公式提取的血糖弱信号得到相对精确的表达,具有数值直观和量程宽和响应快的明显的优点，且测试准确；

（2）本发明探索了混沌测量研究的血糖无损检测的混沌编解码方法，基于混沌测量技术放大血糖弱信号，间接测量具有电路简单适于推广使用的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，

图1为本发明所述的一种血糖无损检测的混沌编解码方法所应用的无损检测血糖混沌编解码传感器的电路结构框图；

图2为本发明所述的一种血糖无损检测的混沌编解码方法的实施例一的基于布尔混沌编解码的无损检测血糖混沌传感器的电路图；

图3为本发明所述的一种血糖无损检测的混沌编解码方法的实施例一的无损检测血糖混沌传感器电路中的混沌编码电路所需的脉冲生成电路模块图。

具体实施方式

本发明提供一种血糖无损检测的混沌编解码方法，包括以下步骤：

（1）混沌编码电路提供被测生物组织的刺激信号；

（3）从负载电阻两端得到所述混沌解码电路输出电压；

（4）分析负载电阻端压的序列,计算出人体血糖值。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种血糖无损检测的混沌编解码方法，包括：

步骤一：混沌编码电路提供被测生物组织的刺激信号；

在一个实施例中，该步骤具体为：被测生物组织的两端分别经电极夹连接混沌编码电路和负载电阻，被测生物组织的刺激信号源自混沌编码电路，所述混沌编码电路为布尔混沌电路，三级施密特非门链作为异或门输出的反馈延时模块；

步骤二：加载了生物组织电信息的刺激信号输出至采样电阻的端电压，并输入混沌解码电路；

在一个实施例中，该步骤具体为：采样电阻的端电压作为被测组织的混沌编码信号输出，并输入混沌解码电路，所述混沌解码电路为布尔混沌电路，结构相同的三级施密特非门链作为异或门两条并行输入线中的一条支路的输入延时模块。

步骤三：从负载电阻两端得到所述混沌解码电路输出电压；

在一个实施例中，该步骤具体为：混沌解码输出电压从负载电阻两端得到。

步骤四：分析负载电阻端压的序列,计算出人体血糖值。

在一个实施例中，该步骤具体为：根据常规的DFT方法，将负载电阻端压的序列输出，变换得到生物阻抗模值序列及其相移数值序列,分别求取前30%排序的最大值的均值z和均值θ，血糖计算的多项式逼近建模就是辨识生物阻抗均值z或阻抗相移均值θ与对比的实测血糖值的数量关系。本实施例中，还可以进一步借助混沌的各种熵判据来解码生物电阻抗，并重新计算血糖值建模公式。

本发明的原理为：混沌信号敏感于电路参数或生物组织等效RC模型参数，具有频谱宽且具连续性、相图几何形状独特以及信号复杂度较高的特点，这使得混沌编码信号，能够随机放大生物电阻抗的细微差异，最终通过单一参数，例如解码得到最大生物阻抗序列的均值或者最大相移序列的均值，来分别独立表达计算血糖值准确与否；还可以进一步借助混沌的各种熵判据来解码，并重新计算血糖值建模公式。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。

首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。

实施例一

本实施案例按如下步骤展示一种血糖无损检测的混沌编解码方法：

请参阅图1-图3，图1为本发明所述的一种血糖无损检测的混沌编解码方法所应用的无损检测血糖混沌编解码传感器的电路结构框图。如图1所示，一种血糖无损检测的混沌编解码方法，包括如下步骤：

（1）混沌编码电路2提供被测生物组织1的刺激信号；

（2）加载了生物组织电信息的刺激信号输出至采样电阻3的端电压，并输入混沌解码电路4；

（3）从负载电阻5两端得到所述混沌解码电路4输出电压；

（4）分析负载电阻5端压的序列,计算出人体血糖值。

当所述混沌编码电路2为布尔混沌电路时，三级施密特非门链作为异或门输出的反馈延时模块；

当所述混沌解码电路4为布尔混沌电路时，结构相同的三级施密特非门链作为异或门两条并行输入线中的一条支路的输入延时模块。

根据常规的DFT方法，将负载电阻5端压的序列输出，变换得到生物阻抗模值序列及其相移数值序列,分别求取前30%排序的最大值的均值z和均值θ。血糖计算的多项式逼近建模就是辨识生物阻抗均值z或阻抗相移均值θ与对比的实测血糖值的数量关系。

本实施例中，还可以进一步借助混沌的各种熵判据来解码生物电阻抗，并重新计算血糖值建模公式。

所述混沌编解码电路为布尔混沌电路，主要特点在于延时链的选择。

请参阅图2，图2为本发明所述的一种血糖无损检测的混沌编解码方法的实施例一的基于布尔混沌编解码的无损检测血糖混沌传感器的电路图。如图2所示，布尔混沌电路主要组成包括异或门U2A或者U5A,施密特非门链使用U4A、U8A和U10A做反馈延迟,作为混沌编码输入馈给电极1；施密特非门链使用U1A、U6A和U9A做采样输出延迟,左端接电极2；电阻R1电容C1的并联网络代表被测生物组织(左手腕)的阻抗,其两端分别通过氯化银电极1和2连接；由施密特非门U3A将布尔混沌编码异或门的输入端与脉冲源连接起来；

采样电阻R₂=3kΩ，输出电阻R₃=10kΩ；输出端压送入嵌入式系统；

嵌入式系统每秒采集20个数据,总共10组,做这200个数据的对应阻抗模值和相移值,分别排序, 分别求取前30%排序的最大值的阻抗均值z和相移均值θ。

每隔不超过5分钟,基于Bayer血糖仪和试纸, 在左手指上刺取血滴实测一个血糖值,EXELL表格建立血糖计算公式如下:

BG(z)=6×10^-10 z ⁴-7×10^-7 z ³-3×10^-2z+7.692

BG(θ)=3×10^-6 θ ⁴+1.4×10^-2 θ ²-1.91×10^-1 θ+7.357

计算结果特征：应用该公式的计算结果误差,维持在0.5mmol/L之内。

请参阅图3，图3为本发明所述的一种血糖无损检测的混沌编解码方法的实施例一的无损检测血糖混沌传感器电路中的混沌编码电路所需的脉冲生成电路模块图。如图3所示，混沌编码电路的激励矩形波参数优値选择：频率范围50kHz；占空比范围30%。

本发明所选择的混沌编解码电路，来源于近期的布尔混沌电路，特性是幅值基本是二值的，而频率特性是类似随机的；有关生物电阻抗的正弦波测试技术，结合DFT计算阻抗模值和相移，已经有较好的技术积累。基此，主要利用混沌编解码电路，准确测量人体生物阻抗的模值序列和相移序列,对比实测血糖值,建立计算血糖值关于模值均值和相移均值的关系公式，为扩大样本数量的实际应用,贡献了新模型。

综上所述，本发明公开了一种血糖无损检测的混沌编解码方法，应用混沌编解码技术，由混沌编码随机放大生物电阻抗参数的微弱变化，针对混沌解码输出电压序列，经DFT计算得到生物阻抗模值及其相移序列,在经过特征算法计算对比实测的血糖值,从而提取血糖间接检测的两个新的计算公式,优点是便于针对个体进行定制化的无损检测血糖的传感技术设计与实用推广,编解码电路的成本低廉,配合使用一般的氯化银电极夹即可,计算血糖值的误差容易控制在0.5mmol/L之内。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种血糖无损检测的混沌编解码方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)混沌编码电路提供被测生物组织的刺激信号；

(2)加载了生物组织电信息的刺激信号输出至采样电阻的端电压，并输入混沌解码电路；

(3)从负载电阻两端得到所述混沌解码电路输出电压；

(4)分析负载电阻端压的序列,计算出人体血糖值。

2.根据权利要求1所述的血糖无损检测的混沌编解码方法，其特征在于：所述被测生物组织的两端分别经电极夹连接所述混沌编码电路和负载电阻。

3.根据权利要求1所述的血糖无损检测的混沌编解码方法，其特征在于：所述混沌编码电路和混沌解码电路均采用布尔混沌电路。

4.根据权利要求3所述的血糖无损检测的混沌编解码方法，其特征在于：当所述混沌编码电路为布尔混沌电路时，三级施密特非门链作为异或门输出的反馈延时模块；

5.根据权利要求1所述的血糖无损检测的混沌编解码方法，其特征在于：按DFT方法，将所述负载电阻端压的序列输出，变换得到生物阻抗模值序列及其相移数值序列,分别求取前30%排序的最大值的生物阻抗模值均值z和相移均值θ。

6.根据权利要求5所述的血糖无损检测的混沌编解码方法，其特征在于：辨识生物阻抗模值均值z和相移均值θ与对比的实测血糖值的数量关系，计算获得血糖值建模公式。

7.根据权利要求1所述的血糖无损检测的混沌编解码方法，其特征在于：所述混沌编码电路的激励矩形波参数的频率范围为20kHz-50kHz；占空比范围为20%-40%。