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福州大学高跃明获国家专利权

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龙图腾网获悉福州大学申请的专利一种频分复用的生物阻抗多频测量系统及方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN117883060B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-14发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410211642.X,技术领域涉及:A61B5/053;该发明授权一种频分复用的生物阻抗多频测量系统及方法是由高跃明;周俊伟;徐攀;黄镜豪;潘恩年设计研发完成,并于2024-02-27向国家知识产权局提交的专利申请。

一种频分复用的生物阻抗多频测量系统及方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种频分复用的生物阻抗多频测量系统及方法。该方法针对生物组织阻抗变化所关注的频率范围,解决了实际测量中难以对激励信号和响应信号整周期采样的问题,提高了生物组织阻抗测量的准确性。借助OFDM频分复用思想最小化波峰因数,采用分组搜索算法优化各激励频率处的相位,降低峰值因子,提高信噪比;并提出一种自适应动态同步采样率调节结合窗函数优化的方法,实现整周期采样与使傅里叶变化频谱分辨率落在测量频率范围的最优方案,提高测量精度。

本发明授权一种频分复用的生物阻抗多频测量系统及方法在权利要求书中公布了:1.一种频分复用的生物阻抗多频测量方法,其特征在于,包括自适应动态同步采样率调节结合窗函数优化的步骤,MCU数字信号处理模块通过计算测量信号的频率与傅里叶变换的频谱分辨率,动态调整ADC自适应采样模块的ADC采样率,使其尽可能的满足整周期采样,频谱分辨率落在多频激励电压信号频率范围内;在优化多频激励电压信号的基础上,实现整周期采样与使傅里叶变化频谱分辨率落在测量频率范围的最优方案,提高测量精度; 所述多频激励电压信号定义为: 其中,fm、和am分别为激励信号所包含的第m个分量对应的频率、初相角和幅值,M为频率分量个数; 宽带激励信号的峰值因子定义是信号峰值与有效均方值的比值,表示为: 其中,upeak、urmse分别为信号峰值、有效均方值;信号的峰值因子直接反映时域上信号的优劣,峰值因子的大小直接决定信号后续接入模块的输入范围;由于信号是否失真是由信号的峰值决定的,若输入范围低于信号的峰值,将不可避免地引起削峰失真,精度损失,甚至是损坏模块;此外,峰值因子还会影响宽带激励信号测量时获得的信噪比;多频激励电压信号将每个激励频率对应的幅度和相位的自由度发挥到最大,但是也可能存在幅度叠加过大造成系统饱和失真问题,或引起注入生物组织电流过大而产生安全隐患;为避免幅值产生不良现象,采用波峰因子来衡量信号幅度的均匀性并限制其最大均方根值满足安全电流限值;由于多频激励电压信号的形式与OFDM系统中的IFFT过程十分相似,因此借鉴OFDM正交频分复用的思想最小化波峰因数,采用分组搜索算法优化各激励频率处的相位,降低峰值因子,提高信噪比; 多频激励电压信号的峰值因子大小直接体现多频激励电压信号的质量以及其在时域上的性能,多频激励电压信号的峰值因子表示为: 其中,分子为连续信号ut在[0,T]范围内的最大值,分母为信号的均方根值,即信号的有效值; 所述自适应动态同步采样率调节结合窗函数优化的步骤具体实现过程如下: 式1对应的离散信号为: 其中,fs为采样频率;n=[0,1,2,…N],N为信号在一个周期内对应的离散点数;M为频率分量个数; 由正弦响应分析知,UMSt在电流作用于生物组织后的响应电压信号在阻抗测量中对应的稳态响应信号为: 其中,bm和ψm分别为稳态响应信号在频率fm对应的幅值和初相角; 式5对应的离散信号定义为: 对信号u[n]即uMS[n]和y[n]即yMS[n]分别进行离散傅里叶变换DFT得: 其中,k是离散傅里叶变换中离散频率值的索引; 将4代入7得: 将式6代入式8得: 若采样频率fs,采样点数N以及多频激励电压信号包含的各分量频率fm满足 其中,f=[f1,f2,···,fM],p为采样点数N中的一个点,p=[p1,p2,···,pM]; 则,联立式9、式11得: 联立式10、式11得: 联立式12和式13,由欧姆定律得: 和分别为测量阻抗在频率fm处对应的模值和相位。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术,可联系本专利的申请人或专利权人福州大学,其通讯地址为:350108 福建省福州市闽侯县福州大学城乌龙江北大道2号福州大学;或者联系龙图腾网官方客服,联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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