一种微型通信感知一体太赫兹无创血糖监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种微型通信感知一体太赫兹无创血糖监测系统，属于太赫兹人体特征监测技术领域。其包括发射芯片、探测通信芯片和远端处理系统；发射芯片包括共振隧穿振荡源和片上天线，作为太赫兹发射前端；探测通信芯片用于接收从人体皮肤反射回接收端的信号，测出电磁场强度变化，从而得到与皮肤表面含水量相关的光谱信息；并将光谱信息无线传输至远端处理系统；远端处理系统在基于太赫兹测量实验的基础上，获取大量数据集信息，通过数据预处理和聚类方法对数据集进行处理后，采用深度残差网络训练得到血糖值预测模型。本发明专利技术采用全国产化工艺实现微小型化原理样机研制，完成大样本医疗数据比对，实现高准确度微小型多数据太赫兹无创体征检测。兹无创体征检测。兹无创体征检测。

【技术实现步骤摘要】
一种微型通信感知一体太赫兹无创血糖监测系统


[0001]本专利技术涉及太赫兹人体特征监测
，尤其是涉及太赫兹频段的通信感知一体化系统，适用于无创人体血糖体征监测。

技术介绍

[0002]血糖是人体重要的能量指标，维持正常的生理指数水平是机体进行日常和高强度体力活动、保持精神状态、完成理性思维判断的前提之一。然而，这些体征受到个体饮食摄入、体能消耗、创伤感染应激、或极端外部环境的影响，任何一项指数的过高或者过低都会导致晕厥、视听能力骤然丧失、强烈应激、感染或创伤。实时监测血糖指标，能够客观判断体能和病情状况，尤其是对慢性或急性病人的病情给与及时评估和治疗，从而进一步提升医疗系统应急能力。近年来，随着智慧医疗、远程通信技术的高速发展，便携式无创监测设备也逐渐应用于民用市场。但对于血糖检测，仍是需要血糖仪、细针、试纸，通过穿刺指尖、试纸取血、血糖检测三步完成，专业护理人员最快需要一分钟取得血糖结果，无法实现实时检测，开发无创血糖监测并实现远程传输功能至关重要。目前，市场上已经出现无创血糖检测的相关产品，普遍采用红外、微波或热辐射等传统常用电磁波频段与人体表面相互作用的原理，无论是使用环境约束条件、结果等待时间，还是测量准确度上，都远不能达到实时准确监测的要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于面向血糖这一体征指标实时监测需求，针对现有检测手段非实时、有创、不易集成等问题，专利技术一种基于太赫兹波全反射光谱的无创检测模块，突破基于太赫兹波与人体表皮作用后和体内健康指标关联映射规律的检测技术，太赫兹微型化检测芯片技术，低损耗、高精度混合集成工艺的微型化太赫兹检测设备封装技术，基于深度残差网络的预测方法等关键技术，采用全国产化工艺实现微小型化原理样机研制，完成大样本医疗数据比对，实现高准确度微小型多数据太赫兹无创体征检测，推动太赫兹可穿戴设备的高速发展。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种微型通信感知一体太赫兹无创血糖监测系统，包括发射芯片、探测通信芯片和远端处理系统；
[0006]所述发射芯片包括共振隧穿振荡源和片上天线，作为太赫兹发射前端；
[0007]所述探测通信芯片用于接收从人体皮肤反射回接收端的信号，测出电磁场强度变化，从而得到与皮肤表面含水量相关的光谱信息；并将光谱信息无线传输至远端处理系统；
[0008]所述远端处理系统在基于太赫兹测量实验的基础上，获取大量数据集信息，通过数据预处理和聚类方法对数据集进行处理后，采用深度残差网络训练得到血糖值预测模型；
[0009]发射芯片向人体皮肤发射太赫兹波段的检测波，再由探测通信芯片接收从人体皮
肤反射回的光谱信息，并将光谱信息无线发送至远端处理系统；远端处理系统采集接收的光谱信息，进行数据处理得到最终的血糖值预测模型。
[0010]进一步的，所述远端处理系统的数据处理流程具体包括步骤1，数据预处理，步骤2，预测模型构建；
[0011]所述数据预处理的步骤具体如下：
[0012]步骤101，将接收的光谱信息，进行光电转换，转换后的数据信息统一保存为csv文件，之后对数据进行归一化处理；
[0013]步骤102，读取数据并进行特征提取，将其转换为宽为W，高为H，维度为3的图像矩阵，与之相对应的血糖真值则转换为W
×
H的标签图像；
[0014]所述预测模型构建的步骤具体如下：
[0015]步骤201，将W
×
H
×
3的测量数据图像矩阵输入模型，通过模型映射得到维度为W
×
H的血糖预测值，计算其与标签图像的差，称为交叉熵损失函数；
[0016]步骤202，根据交叉熵损失函数计算结果对模型参数进行优化，采用深度残差网络进行训练，不断提升模型预测精度，最终形成输入值与血糖值的对应函数关系，实现对于血糖值的精准预测。
[0017]进一步的，标签图像的每个维度对应一种输入特征，第一维代表电压的变化，第二维表示测试时的底噪，第三个维度代表温度。
[0018]进一步的，还包括透镜组，用于接收太赫兹信号，并在透镜上表面与待测部位处发生衰减全反射，然后传输反射信号。
[0019]进一步的，所述透镜组由包括但不限于高阻硅的材料支撑的透镜或透镜组合。
[0020]本专利技术相比现有技术的优点为：
[0021](1)利用太赫兹载波对生物体征与皮肤表层含水量关联映射机理，采用半导体物理、微电子学、生物学的多学科交叉思想实现无创、实时、连续的体征检测方法，易与通信系统及其他类型传感系统进一步集成并扩展应用。
[0022](2)使用微型化无创检测芯片化实现方案，片上基于量子隧穿机制实现单管辐射太赫兹波的有源辐射芯片，辐射频率大于100GHz，同时进一步采用该芯片实现太赫兹波的检波探测，实现了“一芯两用”的高度集成化功能。
[0023](3)采用低损耗、高精度聚合物封装工艺，实现微小型化无创体征检测模块的高性能、高可靠微型模块化系统，适用于手环、织物、头盔等多种可穿戴应用方式，满足智能化医疗发展的迫切需求。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例一种微型太赫兹体征监测结构图。
[0025]图2为本专利技术实施例的血糖预测模型训练流程；
[0026]图3为本专利技术实施例中检测设备的使用方式示意图。
[0027]图中：1、发射芯片，2、透镜组，3、探测通信芯片。
具体实施方式：
[0028]下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
[0029]本专利技术提出了一款适合日常使用的实时体征监测系统，采用电磁波谱中的THz频段(0.3
‑
30THz范围内的电磁波)进行无创体表监测。
[0030]相比于光学、微波等频段，用太赫兹波进行无创体征检测具有如下优势：
[0031](1)太赫兹波是完全非电离的，其光子能量较低，对大部分生物细胞无害，适合于对人体进行连续长时间不间断特征监测；
[0032](2)太赫兹波具有可穿透性，可穿透棉、麻、羽绒等多种衣物，使其可以在人体体表体征远程无线监测等领域发挥重要作用；
[0033](3)太赫兹波是很好的宽带信息载体，除了可以提升探测灵敏度之外，还可扩展成为体域网等通信感知一体化重要应用；
[0034](4)太赫兹波的时域频谱信噪比很高，通过采样测量技术，能够有效地防止背景辐射噪声的干扰，这使得太赫兹技术非常适用于探测应用。
[0035]因此，具有我国自主知识产权的太赫兹无创血糖检测技术能推动太赫兹在探测、通信以及通感一体领域的应用。体征检测是医生诊断糖尿病、制定和调整治疗方案的科学依据，无创体征检测技术可以满足无痛、频繁检测、实时监测的需求，且不会给患者带来采血的痛苦和创口感染的风险，有利于对慢性、急性患者病情的更好控制。
[0036]太赫兹技术已经在成像、检测、无线通信等诸多领域有长足发展，微型化太赫兹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型通信感知一体太赫兹无创血糖监测系统，其特征在于，包括发射芯片、探测通信芯片和远端处理系统；所述发射芯片包括共振隧穿振荡源和片上天线，作为太赫兹发射前端；所述探测通信芯片用于接收从人体皮肤反射回接收端的信号，测出电磁场强度变化，从而得到与皮肤表面含水量相关的光谱信息；并将光谱信息无线传输至远端处理系统；所述远端处理系统在基于太赫兹测量实验的基础上，获取大量数据集信息，通过数据预处理和聚类方法对数据集进行处理后，采用深度残差网络训练得到血糖值预测模型；发射芯片向人体皮肤发射太赫兹波段的检测波，再由探测通信芯片接收从人体皮肤反射回的光谱信息，并将光谱信息无线发送至远端处理系统；远端处理系统采集接收的光谱信息，进行数据处理得到最终的血糖值预测模型。2.根据权利要求1所述的一种微型通信感知一体太赫兹无创血糖监测系统，其特征在于，所述远端处理系统的数据处理流程具体包括步骤1，数据预处理，步骤2，预测模型构建；所述数据预处理的步骤具体如下：步骤101，将接收的光谱信息，进行光电转换，转换后的数据信息统一保存为csv文件，之后对数据进行归一化处理；步骤102，读取数据并进行特征提取，将其转换为宽为W，高为H，维...

【专利技术属性】
技术研发人员：段玮倩，宋瑞良，崔冬暖，宋天宇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：