本发明专利技术涉及一种基于超宽带微波逆傅里叶变换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3GHz‑10GHz，将得到的S21参数存储起来；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S21频域响应的数据点，使用plot函数做出该频域响应的波形图；根据快速傅里叶逆变换的相关特点，采集到的数据点来为抽样频率间隔赋值，则在时域对应的时间平移周期即为采样时间间隔的倒数；对不同浓度的血糖溶液的S21频域响应进行快速傅里叶逆变换；得出血糖浓度与超宽带微波时域信号的对应规律。对于血糖被试者进行检测。
Detection of Blood Glucose Concentration Based on UWB Microwave Inverse Fourier Transform
The invention relates to a blood sugar concentration detection method based on ultra-wideband microwave inverse Fourier transform, which includes the following steps: making human earlobe model; preparing test blood with different blood sugar concentration; calibrating and setting vector network analyzer; setting the bandwidth of reflection signal of vector network analyzer to 3GHz 10GHz, and storing the obtained S21 parameters; reading and collecting from vectors; According to the characteristics of the inverse fast Fourier transform, the data points collected from the network analyzer are assigned to the sampling frequency interval, and the corresponding time translation period in the time domain is the reciprocal of the sampling time interval. Fast Fourier Inverse Transform (FFT) was used for S21 frequency domain response, and the corresponding law between blood sugar concentration and UWB microwave time domain signal was obtained. Blood sugar was tested in subjects.
【技术实现步骤摘要】
基于超宽带微波逆傅里叶变换的血糖浓度检测方法
本专利技术属于微波无损检测
，涉及一种血糖浓度检测方法。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
本专利技术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逆傅里叶变换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。本专利技术的技术方案如下：一种基于超宽带微波逆傅里叶变换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，用于获取S21参数；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3GHz-10GHz，将得到的S21参数存储起来；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S21频域响应的数据点，将所有血糖浓度的S21参数均减去血糖浓度为0mg/dl的S21参数做校准，并使用plot函数做出该频域响应的波形图；6)根据快速傅里叶逆变换的相关特点，采集到的数据点来为抽样频率间隔赋值为35MHz，则在时域对应的时间平移周期即为采样时间间隔的倒数；7)对不同浓度的血糖溶液的S21频域响应进行快速傅里叶逆变换，实现频域到时域的转换，取傅里叶逆变换后数据的模值，使得得到的时域上的数据能够与原始数据的频率相对应；8)先通过限制时间范围来消除噪声的干扰，再使用plot函数进行时域波形图的绘制，并将不同浓度的血糖溶液时域响应进行比对，得出血糖浓度与超宽带微波时域信号的对应规律。9)对于血糖被试者进行检测。附图说明图1不同血糖浓度的S21参数。图2接收信号的时域波形图。图3接收信号的时域波形在0.071ns处放大图。图4接收信号的时域波形谷值与血糖浓度的关系具体实施方式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S21参数，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。提取信号在6GHz处的S21参数，找出S21参数与血糖浓度对应的关系，进而通过S21参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S21参数，其对应的频率范围为3GHz-10GHz，血液层的浓度范围为0-500mg/dl。图2为6GHz处的S21参数放大图，为了便于观察将图1所示的S21参数在6GHz处进行了放大。为找出血糖浓度与S21参数的关系，将6GHz处的S21值进行了提取并绘制成图，血糖浓度与6GHz处的S21参数的关系如图3所示。具体过程如下：1.首先用特氟龙材料制作宽80mm高60mm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12.5GHz(3.5GHz–15GHz)。血液层的浓度范围为0-500mg/dl，检测样本浓度为0mg/dl，50mg/dl，100mg/dl，150mg/dl，200mg/dl，250mg/dl，300mg/dl，350mg/dl，400mg/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S21参数存储起来。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S21频域响应的数据点。其中频率范围由3GHz-10GHz，并使用plot函数做出该频域响应的波形图，如图1所示。6.根据快速傅里叶逆变换的相关特点，采集到的数据点来为抽样频率间隔赋值为35MHz，则在时域对应的时间平移周期即为采样时间间隔的倒数。7.对不同浓度的血糖溶液的S21频域响应进行快速傅里叶逆变换，实现频域到时域的转换，使用ifftshift函数加上abs取傅里叶逆变换后数据的模值，使得得到的时域上的数据能够与原始数据的频率相对应。8.将通过限制时间范围来消除噪声的干扰，再使用plot函数进行波形图的绘制，时域波形图如图2所示，并将不同浓度的血糖溶液时域响应进行比对如图3所示为时域波形在0.071ns处的放大图，表1为提取的到的不同浓度的时域信号谷值，将表1中的数据绘制如图4所示，得出血糖浓度与超宽带微波时域信号的对应规律。9.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。10.将检测得到的S21值经过处理后提取谷值，对应图4中的规律即可得到血糖浓度值。表1不同浓度的时域信号谷值11.以上结果得出，使用逆傅里叶变换对血糖浓度进行检测的方法具有很高的可行性及有效性。下面总结一下本专利技术的检测方法：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，矢量网络分析仪的信号的带宽设置为3GHz-10GHz，然后将得到的S21参数存储起来；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S21频域响应的数据点，将所有血糖浓度的S21参数均减去血糖浓度为0mg/dl的S21参数做校准。其中频率范围由3GHz-10GHz，并使用plot函数做出该频域响应的波形图；6)根据快速傅里叶逆变换的相关特点，采集到的数据点来为抽样频率间隔赋值为35MHz，则在时域对应的时间平移周期即为采样时间间隔的倒数。7)对不同浓度的血糖溶液的S21频域响应进行快速傅里叶逆变换，实现频域到时域的转换，使用ifftshift函数加上abs取傅里叶逆变换后数据的模值，使得得到的时域上的数据能够与原始数据的频率相对应。8)将通过限制时间范围来消除噪声的干扰，再使用plot本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超宽带微波逆傅里叶变换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，用于获取S21参数；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3GHz‑10GHz，将得到的S21参数存储起来；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S21频域响应的数据点，将所有血糖浓度的S21参数均减去血糖浓度为0mg/dl的S21参数做校准，并使用plot函数做出该频域响应的波形图；6)根据快速傅里叶逆变换的相关特点，采集到的数据点来为抽样频率间隔赋值为35MHz，则在时域对应的时间平移周期即为采样时间间隔的倒数；7)对不同浓度的血糖溶液的S21频域响应进行快速傅里叶逆变换，实现频域到时域的转换，取傅里叶逆变换后数据的模值，使得得到的时域上的数据能够与原始数据的频率相对应；8)先通过限制时间范围来消除噪声的干扰，再使用plot函数进行时域波形图的绘制，并将不同浓度的血糖溶液时域响应进行比对，得出血糖浓度与超宽带微波时域信号的对应规律。9)对于血糖被试者进行检测。
【技术特征摘要】
1.一种基于超宽带微波逆傅里叶变换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，用于获取S21参数；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3GHz-10GHz，将得到的S21参数存储起来；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S21频域响应的数据点，将所有血糖浓度的S21参数均减去血糖浓度为0mg/dl的S21参数做校准，并使用plot函数做出该频域响应的...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖夏，李钦伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。