CN109350077A - 基于超宽带微波s12参数的血糖浓度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超宽带微波S12参数的血糖浓度检测方法，包括下列步骤：制作人体耳垂模型；配制不同血糖浓度的测试血液；校准并设置矢量网络分析仪，矢量网络分析仪的反射信号的带宽设置为300MHz–3GHz，然后将得到的S12参数存储起来；读取采集来自矢量网络分析仪探测到的不同浓度的血糖溶液的S12频域响应的数据点，将所有血糖浓度的S12参数均减去血糖浓度为0mg/dl的S12参数做校准，并使用plot函数做出该频域响应的波形图；将不同浓度的血糖溶液频域响应的波形图进行比对，提取1.3GHz处的S12参数；将提取得到的S12参数与血糖浓度的关系绘制成图；对于血糖被试者，进行血糖浓度检测。
Description
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，能够通过对接收信号进行S12参数提取对血糖浓度进行判断，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：
一种超宽带微波S12参数的血糖浓度检测方法，包括下列步骤：
1)制作人体耳垂模型；
2)配制不同血糖浓度的测试血液；
3)将耳垂模型，天线，矢量网络分析仪连接起来；
4)校准并设置矢量网络分析仪，矢量网络分析仪的反射信号的带宽设置为300MHz–3GHz，然后将得到的S12参数存储起来；；
5)读取采集来自矢量网络分析仪探测到的不同浓度的血糖溶液的S12频域响应的数据点，将所有血糖浓度的S12参数均减去血糖浓度为0mg/dl的S12参数做校准，频率范围由300MHz–3GHz，并使用plot函数做出该频域响应的波形图；
6)将不同浓度的血糖溶液频域响应的波形图进行比对，提取1.3GHz处的S12参数；
7)将提取得到的S12参数与血糖浓度的关系绘制成图。
8)对于血糖被试者，进行血糖浓度检测。
附图说明
图1不同血糖浓度的S12参数。
图2 1.3GHz处的S12参数的放大图。
图3血糖浓度与1.3GHz处的S12参数的关系。
具体实施方式
本文提出使用超宽带电磁波检测血糖浓度的原理在于不同血糖浓度的血液组织对电磁波的吸收、反射及透射特性不同，使得天线发射的脉冲信号在耳垂组织中传播时所产生的电磁场能够反映所需信息。同时超宽带微波信号具有辐射功率低、目标信息携载量大、提供毫米级定位和检测成本较低等优点，能作为无损检测血糖浓度的常规手段。因此有必要开发基于超宽带微波的无损检测血糖浓度的方法。
由于耳垂中组织结构简单，可以将毛细血管分布等效为一层血液层，不同血糖浓度时有不同的电磁特性参数。当天线发射的超宽带微波穿过耳垂被另一侧的天线接收得到的同时也有信号被反射回来，可以使用矢量网络分析仪得到不同血糖浓度对应的S12参数，得出血糖浓度的规律。使用葡萄糖溶液来模拟人体血液，使用超宽带微波穿透耳垂，对得到的信号进行处理，既将所有血糖浓度的S12参数均减去血糖浓度为0mg/dl的S12参数做校准。提取信号在1.3GHz处的S12参数，找出S12参数与血糖浓度对应的关系，进而通过S12参数对血糖浓度进行确定。该方法可以简便地确定血糖浓度，同事对身体不产生损害。因此该方法简便快捷，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。
图1为不同血糖浓度的S12参数，其对应的频率范围为300MHz-3GHz，血液层的浓度范围为0-500mg/dl。图2为1.3GHz处的S12参数放大图，为了便于观察将图1所示的S12参数在1.3GHz处进行了放大。为找出血糖浓度与S12参数的关系，将1.3GHz处的S12值进行了提取并绘制成图，血糖浓度与1.3GHz处的S12参数的关系如图3所示。
具体过程如下：
1.首先用特氟龙材料制作宽80mm高30mm厚6mm的盒子来模拟耳垂脂肪层。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，为简单起见，使用葡萄糖溶液来模拟人体血液。
2.将两个天线分别贴在耳垂模型两侧，天线的带宽为300MHz–3GHz。血液层的浓度范围为0-500mg/dl，检测样本浓度为0mg/dl,20mg/dl,40mg/dl,50mg/dl,60mg/dl,80mg/dl,100mg/dl,120mg/dl,140mg/dl,150mg/dl,160mg/dl,180mg/dl,200mg/dl,220mg/dl,240mg/dl,250mg/dl,260mg/dl,280mg/dl,300mg/dl,320mg/dl,340mg/dl,350mg/dl,360mg/dl,380mg/dl,400mg/dl,420mg/dl,440mg/dl,450mg/dl,460mg/dl,480mg/dl,500mg/dl。。
3.将耳垂模型，天线，矢量网络分析仪连接起来。
4.校准并设置矢量网络分析仪，矢量网络分析仪的反射信号的带宽设置为300MHz–3GHz，然后将得到的S12参数存储起来。
5.读取采集来自矢量网络分析仪探测到的不同浓度的血糖溶液的S12频域响应的数据点，将所有血糖浓度的S12参数均减去血糖浓度为0mg/dl的S12参数做校准。其中频率范围由300MHz–3GHz，并使用plot函数做出该频域响应的波形图，如图1所示。
6.将不同浓度的血糖溶液频域响应的波形图进行比对，提取1.3GHz处的S12参数，如图2所示。
7.将提取得到的S12参数与血糖浓度的关系绘制成图3所示。
8.对于血糖被试者，只需将天线贴在被试者耳垂两侧即可进行检测。
9.将检测得到的S12值对应图3中的规律即可得到血糖浓度值。
10.以上结果得出，使用S12参数提取对血糖浓度进行检测的方法具有很高的可行性及有效性。
下面总结一下本发明的检测方法：
1)制作人体耳垂模型；
2)配制不同血糖浓度的测试血液；
3)将耳垂模型，天线，矢量网络分析仪连接起来；
4)校准并设置矢量网络分析仪，矢量网络分析仪的反射信号的带宽设置为300MHz–3GHz，然后将得到的S12参数存储起来；
5)读取采集来自矢量网络分析仪探测到的不同浓度的血糖溶液的S12频域响应的数据点，将所有血糖浓度的S12参数均减去血糖浓度为0mg/dl的S12参数做校准。其中频率范围由300MHz–3GHz，并使用plot函数做出该频域响应的波形图；
6)将不同浓度的血糖溶液频域响应的波形图进行比对，提取1.3GHz处的S12参数；
7)将提取得到的S12参数与血糖浓度的关系绘制成图。
8)对于血糖被试者，只需将天线贴在被试者耳垂两侧即可进行检测。
9)将检测得到的S12值对应图3中的规律即可得到血糖浓度值。
该方法可以简便地确定血糖浓度，同时对身体不产生损害。实验结果证实该方法十分可行有效。
Claims (1)
1.一种超宽带微波S12参数的血糖浓度检测方法，包括下列步骤：
1)制作人体耳垂模型；
2)配制不同血糖浓度的测试血液；
3)将耳垂模型，天线，矢量网络分析仪连接起来；
4)校准并设置矢量网络分析仪，矢量网络分析仪的反射信号的带宽设置为300MHz–3GHz，然后将得到的S12参数存储起来；；
5)读取采集来自矢量网络分析仪探测到的不同浓度的血糖溶液的S12频域响应的数据点，将所有血糖浓度的S12参数均减去血糖浓度为0mg/dl的S12参数做校准，频率范围由300MHz–3GHz，并使用plot函数做出该频域响应的波形图；
6)将不同浓度的血糖溶液频域响应的波形图进行比对，提取1.3GHz处的S12参数；
7)将提取得到的S12参数与血糖浓度的关系绘制成图。
8)对于血糖被试者，进行血糖浓度检测。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2018
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