一種基于超寬帶微波信號時頻分析的血糖濃度檢測方法與流程

本發明屬于微波無損檢測技術領域，涉及一種血糖濃度檢測方法。

背景技術：

人體血液中各種化學成分含量的變化能真實反映人體的健康狀況,是臨床診斷和日常監護所必需的重要信息。尋找一種能夠便捷、連續、有效、準確、無創地血液成分的方法,是長期以來人類對抗疾病過程中夢寐以求的理想。由于血液中葡萄糖濃度的實時檢測對預防和治療糖尿病具有重要價值,目前的研究主要集中在對血糖的無創檢測上。正在研究的可行的血糖無創檢測的方法可分為兩大類:一類是光學方法,主要包括近紅外光譜法、中紅外光譜法、光聲光譜法、偏振光測量技術等多種方案。光學方法普遍存在的問題是對人體組織的光學特性認識還不夠深入,無法消除血壓、體溫、皮膚狀況、測量部位等因素對測量精度的影響。另一類是非光學方法,主要包括體液采集法、離子反滲透法、電磁阻抗譜法。

技術實現要素：

本發明提供一種利用超寬帶微波檢測系統中對人體血糖濃度進行無損探測的方法。該方法簡便快捷，可以直接對接收到的超寬帶微波信號進行時頻分析，能夠獲取足夠的信息對血糖濃度進行檢測。避免使用穿刺等對人體有傷害的方法，能夠獲取足夠的信息對血糖濃度進行檢測。本發明的技術方案如下：

一種基于超寬帶微波信號時頻分析的血糖濃度檢測方法，包括下列步驟：

1)制作耳垂模型；

2)配制不同血糖濃度的測試血液；

3)利用第一天線發射超寬帶微波信號，第二天線接收穿透耳垂模型的信號；

4)對接收的信號使用使用短時傅里葉變換進行處理，得到不同血糖濃度對應的時頻譜；

5)提取時頻譜中的最大能量，對該最大能量與血糖濃度的關系進行分析，得到信號時頻譜最大能量與血糖濃度的關系；

6)在進行血糖濃度檢測時，將第一天線和第二天線分別置于耳垂兩側；

7)利用第一天線發射超寬帶微波信號，第二天線接收穿透耳垂的信號；

8)對接收的信號使用使用短時傅里葉變換進行處理，時頻譜中的最大能量，根據步驟5)找出的信號時頻譜最大能量與血糖濃度的關系，檢測血糖濃度。

該方法簡便快捷，避免了對人體的傷害，能夠對人體的血糖濃度進行檢測。非常適合于血糖濃度的檢測。實驗結果證實該方法十分可行有效。

附圖說明

圖1簡化耳垂組織模型及天線結構示意圖

圖2趨近耳垂組織模型及天線結構示意圖

圖3簡單模型中血糖濃度為4000mg/dl時信號的時頻譜

圖4不同血糖濃度時信號最大能量

圖5趨近模型中血糖濃度為4000mg/dl時信號的時頻譜

圖6不同血糖濃度時信號最大能量

具體實施方式

圖1為探測系統所采用的天線陣列結構和耳垂組織結構的簡單模型，為簡單起見，模型中只用了血液層，來驗證該方法的可行性及有效性。其中天線在血液層的兩側。圖2為模擬趨近耳垂結構所構造的趨近模型。其中，耳垂中的毛細血管被等效為一層血液層，血液層兩邊為脂肪組織。為了使得檢測更加簡便快捷，兩個天線設置在模型同一側，這樣更加方便今后儀器的設計與制作。血液層的濃度范圍為0-4000mg/dl，對應不同濃度的血液層的電磁參數如表1所示，圖2模型中的脂肪組織的電磁參數也包含在表1中。為滿足探測分辨率的要求采用中心頻率為5GHz、帶寬為10GHz的一階導高斯信號。

表1各個IMF與原始信號之間的相關系數

具體過程如下：

1.首先使用簡單模型(圖1)進行實驗，天線A1發射超寬帶微波信號，天線A2接收穿透耳垂模型的信號。

2.對五組信號使用短時傅里葉變換進行處理，得到五組信號的時頻譜，如圖3所示。圖3所示為血糖濃度為4000mg/dl時接收信號的時頻譜。從該圖中很難看出不同血糖濃度的差別。

3.為了更直觀地反應時頻譜對應的血糖濃度的規律。提取時頻譜中的最大能量，對該能量與血糖濃度的關系進行分析，得到如圖4所示的規律。從圖4可以得到信號時頻譜最大能量與血糖濃度的關系，從而可以確定血糖濃度。

4.為了更好地突出該方法的優越性，使用更加復雜的模型來對該方法進行驗證，即使用圖2所示模型進行探測。

5.對五組信號使用短時傅里葉變換進行處理，得到五組信號的時頻譜，如圖5所示。圖5所示為血糖濃度為4000mg/dl時接收信號的時頻譜。從該圖中很難看出不同血糖濃度的差別。

6.為了更直觀地反應時頻譜對應的血糖濃度的規律。提取時頻譜中的最大能量，對該能量與血糖濃度的關系進行分析，得到如圖6所示的規律。從圖6可以得到信號時頻譜最大能量與血糖濃度的關系。

7.在進行血糖濃度檢測時候，將兩個天線放置在耳垂兩側，對接收的信號使用短時傅里葉變換進行處理，得到時頻譜，提取時頻譜中的最大能量，根據上一步得到的信號時頻譜最大能量與血糖濃度的關系，確定血糖濃度。

8.以上結果得出，使用超寬帶微波時頻譜中的最大能量對血糖濃度進行檢測的方法具有很高的可行性及有效性。