肌肉电导率对人体通信信号传输的影响

肌肉组织具有良好的电导率且占据人体较大体积,研究肌肉电导率在人体通信中的作用,有助于掌握电流耦合信号传输特性,提高人体建模的准确性。采用有限元法建立电流耦合信号在肢体传输的准静态场模型,研究不同频率下肌肉电导率的变化引起各组织层总电流密度分布的变化,重点分析肌肉各向异性电导率对耦合电流信号传输的影响,最后通过实验测量验证有限元模型。结果表明,超过64%的电流信号流经肌肉层,并且肌肉电导率越大流经肌肉层的电流越多;在1 kHz~1 MHz范围内,肌肉各向异性电导率对人体信号传输有较大影响;考虑肌肉电导率各向异性的模型更接近人体实验结果。     

植入式医学传感器体内通信的建模与分析

研究植入式医学传感器体内通信的人体信道传输特性.采用有限元方法建立植入式医学传感器体内通信的准静态场模型,设计实验平台验证模型的正确性,计算出模型电导率分别为各向同性和各向异性时体内电信号沿轴向和径向传输的电位增益.结果表明,植入式医学传感器的体内通信信号在准静态场频段内沿轴向衰减明显,沿径向稳定传输;信号增益受频率变化的影响较小;当电导率为各向异性时信号增益明显大于各项同性的情况;并比较了体内通信对射频通信在信号增益上的优势.     

植入式人体通信中电磁波在不同组织分界面上的传播特性研究

通过计算电磁波在不同人体组织分界面的入射情况,研究人体信道电磁波跨越不同组织分界面时的传播特性.文章首先利用电磁场边界条件推导均匀平面电磁波向单层与多层导电媒质入射时的反射系数、透射系数及电磁波表达式;然后以人体手臂为研究对象,采用4阶Cole-Cole模型获取10 Hz~100 GHz人体组织介电参数,计算向单层、多层组织入射时各个分界面上的最大入射角、反射系数、透射系数与平均能流密度,结果显示,垂直入射是电磁波透射多层人体组织的主要路径,皮肤与空气分界面的反射系数最大,频率小于1 MHz或大于10 GHz的电磁波能量比较难在人体内外传播,电磁波平均能流密度传播随频率呈带通特性,带宽及中心频率与器件植入位置有关等;最后采用COMSOL Multiphysics建立电磁波向3层人体组织垂直入射的有限元仿真模型,仿真结果与理论计算结果相比误差小于0.000 08,验证了理论推导与计算的正确性.     

电耦合型人体通信收发器的设计与实现

针对电流耦合型人体通信的特点,以FPGA为平台,分别设计出基于DDS的2CPFSK调制器、全数字锁相环位同步电路和信号解调器.此外,外围电路实现了发送端低通滤波、信号保持和接收端前处理等功能.最后对电流耦合型人体通信收发器的进行人体实验.实验结果表明收发器满足设计要求,可以实现数字基带信号在人体内的传榆.     

二维Otsu和改进区域生长法的荧光免疫层析试条浓度的定量检测

目前荧光免疫层析试条的定量检测方法绝大多数采用光电反射法,该方法需要对试条进行高精度的定位并且需要复杂的传动装置。利用CMOS图像传感器获取荧光免疫层析试条的图像信息,采用图像分割方法用于荧光免疫层析试条检测线和质控线进行自动识别,首先对采集到的原始图像进行增强预处理,并进行初步分割。然后选定处理后图像的种子点并通过改进的二维Otsu法选取生长阈值对图像进行区域生长,以实现对图像检测线和质控线的分割。结果表明该方法能够在目标和背景对比度很低的情况下,将图像检测线和质控线的轮廓清晰的分割出来,且区域一致性测度和对比度都比较理想。该方法检测不同浓度的试条,得到的特征值重复性小于5%,线性度大于0.99,准确度大于0.98。实验证明用该方法对荧光免疫层析试条进行定量检测是可行的,且较对比仪器具有更宽的检测范围。     

HPV基因芯片检测装置的匀光照明设计

人乳头瘤病毒(HPV)基因芯片检测装置可读取与分析HPV芯片的杂交点信号值,进而区分不同的HPV病毒类型,而检测装置照明的均匀性关系到HPV芯片图像处理算法的可靠性与难度。为实现均匀照明,优化了矩形LED阵列排布并配置匀光扩散板。首先,分析单个LED灯珠的辐射强度分布,建立矩形LED阵列的理论模型;然后,在仿真软件中建立4行8列的矩形LED阵列模型;最后,搭建HPV基因芯片检测装置进行实验测试。实验结果表明,该照明系统能使70 mm×20 mm的目标被照面的灰度均匀度达到95.6%,满足了HPV基因芯片检测装置均匀照明的要求。