[發明專利]基于超聲多徑信道特征參數感知的體脂率測量方法

有效

• 申請號: 202111286434.9
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114224387B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 劉嬌蛟;陳阿粵;馬碧云
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08;G06N3/0499;G06N3/048;G06N3/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃衛萍

本發明公開了一種基于超聲多徑信道特征參數感知的體脂率測量方法，該方法包括以下步驟：發送節點對信源信息進行直接序列擴頻，利用脈沖形成器發射超寬帶聲波脈沖信號；超寬帶聲波脈沖信號經體內信道的傳播得到相應的沖激響應，提取多徑信道特征參數中的多徑信道時頻特征參數，并對其中的多徑時延分布進行擬合，擬合結果與其他多徑信道時頻特征參數共同作為前饋神經網絡的輸入，經訓練后得到的輸出即為體脂率的檢測結果。本發明在超聲人體通信的過程中，利用多徑信道時頻特征參數作為體脂率檢測的重要指標，無需額外操作，在人體生理數據采集的過程中同步實現。

技術領域

本發明涉及超聲人體多徑信道參數估計技術領域，具體涉及一種基于超聲多徑信道特征參數感知的體脂率測量方法。

背景技術

市面上存在的主流體脂率測量方式共有四種。第一種方法采用體脂秤或手持儀器，通過測量人體電阻輸出體脂率測量結果。這種方法操作最簡單，但是測量結果非常不準確，測試時間段的不同，測量結果會有極大的差異。第二種方法采用體脂鉗測量，是市面上最常見的方法。體脂鉗的精度比前一種更高，相應的操作也更復雜，但過厚的脂肪層會降低測量結果的準確度。第三種方法采用水底稱量法，在實驗室使用特制器材，利用阿基米德原理先計算人體密度，再通過公式計算出脂肪比例。盡管測量結果非常準確，但它需要精密的儀器和極長的測量時間，難以普及。第四種方法采用雙能量X射線吸收測量法(DEXA)，通過增強式X光測量肌肉及脂肪量，盡管測量結果非常準確，但是高昂的測量費用和復雜的測量工序也讓這種方法難以普及。

隨著人體通信技術的發展，借助可穿戴式和植入式傳感器可以實現周期性的生理指標監測，比如血糖、血壓和心電監測等，傳感器采集的生理數據可采用電磁波或者超聲波通信的方法傳送到體表匯聚節點。基于各種人體組織的密度及其分布不同，接收信號是直達波、反射波、折射波和散射波混合而成，它們到達接收節點的時間和信號強度不盡相同，其中的時延取決于不同路徑的長度，信號強度則與人體組織(如脂肪層)的厚度和密度有關。因此，在周期性體內生理數據采集的同時對接收到的多徑信號進行信道特征參數分析，可以對信道的組織特性進行定性和定量判斷。如果把植入式節點置于皮下層，就可以在血糖信息采集的同時對脂肪層的厚度、分布和位置進行分析，達到體脂率檢測的目的。如果是穿戴式設備，利用超聲波在表皮組織傳播的回波信號，分析表皮組織的損傷或者恢復情況，可以應用于皮膚癌患者和燒傷患者。其優點在于，在周期性生理數據采集的同時對多徑信道特征參數進行感知，不需要額外的測量儀器和測量工序，利用多徑信道時頻特征參數對體脂率進行測量，并在體脂率過高時給出預警。不僅如此，采用超聲波進行通信，避免了電磁波輻射對體內外植入式設備的電磁干擾。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種基于超聲多徑信道特征參數感知的體脂率測量方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種基于超聲多徑信道特征參數感知的體脂率測量方法，所述體脂率測量方法包括以下步驟：

S1、設置發送節點：在人體腹部皮下脂肪層設置植入式設備采集完信息并作為信息發送節點；

S2、信息編碼：對采集信息通過基帶編碼調制，進行信源編碼；

S3、直接序列擴頻：對信源編碼后的采集信息進行直接序列擴頻；

S4、脈沖信號調制：直接序列擴頻后的信號經脈沖生成器后輸出超寬帶聲波脈沖信號，通過發送節點發送，經過人體信道得到人體信道的沖激響應h(t)；

S5、去噪：采用基于經驗模態分解的去噪算法對經過人體信道的含有噪聲的沖激響應h(t)進行處理，得到去除噪聲的體內多徑信道的沖激響應h(t)；

S6、信息恢復：先通過分集接收機接收多徑信號中的各路信號，并還原出數字序列，實現解調的功能，解調后恢復出原始信息；