文摘

无线身体区域网络(WBAN)结合了无线传感器网络和可穿戴设备微型尺寸。摘要双频微带贴片天线(DBMSP)作为传感器和一个修改后的开口环谐振器(SRR)和缺陷接地结构(DGS)提出了肌肉质量测量和预测。修改SRR飞机在地面上形成一个叛逃的地面结构(DGS)为减少辐射和适合肌肉质量测量。提出的双频微带贴片天线共振在5.2 GHz和8.4 GHz,阻抗带宽约为0.9 GHz 1.89 GHz,输入反射系数约为-21.12 dB和-14.5 dB,分别。这DBMSP天线的效率为99.9%,可以忽略不计的特定吸收率(SAR)。从提出DBMSP天线传感器,从人类肌肉肌肉预计。该天线固定在腹侧前臂和肱二头肌的表面。DBMSP天线传感器检测电磁能量辐射近场条件下从肌肉组织。肌肉组织信号通过该DBMSP天线。获得天线过程nondecimated小波变换(NDWT)和离散小波变换(DWT)的降噪算法。 Further, early prediction of muscle mass prevents humans from lack of protein and oxygen levels in the blood and avoids major issues in human health. The proposed DBMSP antenna-based muscle mass measurement achieves 89% accuracy when compared with laboratory measurement.

1。介绍

身体无线区域网络(WBAN)扩大了无线传感器网络的增长和低功耗设备。低功耗控制器和设备导致的可移植性、可穿戴设备的灵活性和机动性。WBAN用于实例远程病人监测、生物反馈、smartwatches,袋为健康监测(1- - - - - -3]。WBAN用于健康监测每天不同,如心率、温度、血压、心电图(ECG)信号,等,和非医学的应用程序(4,5]。在WBAN,天线是低成本、轻和维护自由。可穿戴天线设计应该低辐射效率。此外,body-centric无线通信系统(公约)被归类为身体,身体,和机身/植入通信(6- - - - - -8]。End-fire平面与AMC Yagi-Uda天线反射器提供了更高的效率和低SAR有更好的阻抗匹配(9]。圆极化天线的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和银纳米线(AgNW)分析了人体结构变形条件(10]。平面宽带天线与人工磁导体和集成提供了低向后辐射小,较低的特区,前后的比率高,身体和高增益适合无线区域应用程序(11]。一个紧凑的双圆环,更广泛的带宽和天线尺寸小一点的,是专为生物医学应用(超宽频12,13]。圆偏振植入式天线加载与互补的开口环谐振器(CSRR)提出,并提供高增益的实时监控葡萄糖,宽波束宽度,和较低的SAR (14]。Metasurface-based天线提高了辐射特性和能量吸收的人体组织。此外,低SAR和高前后的比例适合身体区域可穿戴应用程序(15]。

肌肉是人体的肌肉,这包括骨骼肌、平滑肌和心脏肌肉。肌肉是作为与其他质量如脂肪和骨量。骨骼肌肌纤维。单一肌细胞与结缔组织有界和包装,称为肌外膜。大约20到80束肌肉纤维组成。人类肌肉分化的结缔组织外肌外膜,称为筋膜。肌肉肌腱加入到人类的骨头。体重有各种组件,如身体脂肪和瘦体重。肌肉质量起着至关重要的作用对于不同的人类活动如流动性、平衡和力量。肌肉在人体测量是困难的,因为不同的高度等因素,种族,和健身。 Novel method is required for the human muscle mass of persons at different age groups. Muscle mass reduction is caused due to increase in degradation and decrease in synthesis of the human muscle proteins. The outcome of muscle mass reduction leads to change in the structure of muscle fibers [16- - - - - -21]。

肌肉是使用异构诊断标准诊断。肌肉是评估/定量和定性。早期检测骨骼肌质量测量防止代谢副作用如糖尿病,抑郁症,胆固醇水平异常,和体重增加。现有肌肉质量测量方法的主要缺点是辐射对人体的长时间曝光。在DXA-based肌肉质量测量、辐射剂量的变化在人类肌肉的不同位置区域,导致不准确的测量。测量骨骼肌肉使用身体脂肪百分比近似和不可靠的。精确的肌肉通过人体测量不确定直径和组成。然而,精益质量评估是基于一个人的高度,而不是从人类肌肉定性。本文预测的无损伤技术,通过被动执行肌肉灵活UWB-myogram天线传感器信号。肌动图天线获得肌肉介质辐射各种人体肌肉的位置。(我)发展被动灵活双频微带贴片(DBMSP)天线传感器和固定天线对人体的肌肉表面获得肌肉质量测量的介质辐射肌肉(2)去噪信号从天线到DWT和NDWT算法测量人类肌肉质量(3)任何骨骼肌表面的结构变更导致介电特性的变化肌肉在特定位置;变化是在天线获得肌肉辐射信号。线性回归模型,提出了人类的肌肉质量测量

2。文献调查

不同类型的天线用作传感器在生物医学应用。微带贴片天线被广泛用于无线应用程序由于低调,低成本,减少制造复杂性和轻量级和简单的架构(22,23]。微带天线具有单向辐射模式和低特定吸收率(SAR),这是需要生物医学应用。微带天线带宽很窄,这是一个函数的衬底介电常数和衬底厚度。这导致专注于衬底选择天线设计过程中(24,25]。双波段纺织天线基于人工磁导体(AMC)是检测特定吸收率(SAR)。从测试,AMC结构天线SAR,而天线的尺寸大。,( )(26,27]。紧凑的单极天线用聚酰亚胺薄膜聚酰亚胺衬底介电常数为3.5和损耗角正切的槽形AMC地面飞机约为0.002,为远程医疗应用程序而设计的操作频率为2.45 GHz。的SAR值低64%左右,相比没有AMC类似形状的天线。从分析、回波损耗和共振频率的变化很低(28- - - - - -30.]。在700 MHz的设计可穿戴天线操作与聚碳酸酯衬底和AMC数组底部和回波损耗(S₁₁)约-25分贝,获得3.7 dBi,效率约为50%,和天线尺寸大。,( )(31日,32]。折叠偶极子天线与AMC地平面有低SAR和阻抗失配的接近人体组织减少(33,34]。正方形形状SRR天线的性能指标是与一个正方形形状封闭环谐振器(CRR)微带天线。方SRR天线增益为8.9 dB,效率约为97.75%,SAR约为0.163 W / Kg。SRR天线优于退休研究中心天线(35]。小型超宽频槽孔天线与可协调的频率,可重构结构基于s形开口环谐振器(S-SRRs),设计使用CSRR [36- - - - - -38]。

规模较小的天线是在生物医学应用中最重要的需求。问题由于天线贴片尺寸减少降低效率、带宽、增益,在共振频率和swing。从今以后,研究人员专注于小型天线和为生物医学应用程序具有更好的性能。摘要圆形双环形贴片天线设计与方形双开口环谐振器(SRR)缺陷接地结构(DGS)加载在地面和运行在5.2 GHz的频率。该贴片天线是小,Arlon作为基质材料,相对介电常数为10.2。提出了天线设计的主要目标是高的增益和方向性,从而增加了天线的辐射效率,最小化大小。

3所示。DBMSP天线的设计和结构

拟议中的DBMSP天线传感器由双波段天线的几何。DBMSP天线由两个空心环四条(即。,wheel shape) connected to a T-shaped feed and has a modified SRR-shaped ground plane as shown in Figure1。DBMSP天线传感器几何数据所示1(一)和1 (b),分别。底物的大小 。在图1(一),微带换行与辐射贴片的边缘通过存根并导致阻抗失配和解决。存根被广泛用于降低阻抗失配。这是定位在一个距离,所以导纳的实部统一。存根的长度是7.6毫米,存根的宽度是4毫米。一个封闭的环谐振器的补丁,充当散热器。增加的性能提出DBMSP天线传感器,电感槽集成到补丁。补丁的半径 和 ,而电感槽的宽度是1毫米。此外,空气孔钻在天线上,避免了杂散辐射,当天线接近人体,达到圆偏振。Arlon作为衬底材料由于其高介电辐射吸收,有助于减少大小,插入损耗低,便宜,重量轻,并提供鲁棒性。因此,Arlon材料适合低阻抗。天线的辐射是在积极的和消极的 - - - - - -轴。

超材料使用底部的底物,减少辐射。它提供保护底层组织。超材料观察人体肌肉介电材料辐射。超材料有非凡的属性如负的介电常数、磁导率和折射率。超材料是由金属线阵列和开口环谐振器。开口环谐振器是一种LC电路。当介质辐射人类肌肉垂直于开口环谐振器,电流将引起DBMSP天线。由于分裂电路中,电流费用开发的差距,将储存在电容的能量。频率低于谐振频率,开口环谐振器使磁场和提供了一个积极的回应。随着频率的增加,SRR从未使H领域; thereby, negative response is produced. Figure2显示的频率带宽范围和反射系数模拟DBMSP天线从制作天线,并与测量值与模拟密切匹配和组合的结果。反射系数低于-24分贝表示1%的反射和99%的力量。

由于修改SRR结构洞和DGS的地平面天线,背部辐射观测,如图3。

图4显示当前分布在两个不同的共振频率。的结果,可以看出当前的浓度高的饲料和圆环区域。

图5显示了框图DBMSP天线传感器诊断前臂的肌肉从腹侧表面。增益和效率之间的关系 。由于增益和方向性有相似的价值观,工作效率提高约99.9%,而 。SAR天线系统的智能手机对人体组织的价值评估在不同的频率,如3.5 GHz和5.1 GHz (30.]。为了克服高SAR值,修改后的开口环谐振器包括DGS在肌肉的DBMSP预测的基础。这DGS避免杂散辐射,增加天线的性能。DBMSP天线仿真使用高频结构仿真器(基于)软件。图5显示了蛋白质与实验室测量和相关值和肌肉疾病诊断。

在方法、蛋白质在人类血液测量血液样本的试管和添加蛋白质溶剂在试管中对双缩脲反应,通过分析器测量蛋白质价值。方法二,提出DBMSP天线放置在试管中,包含紫色“缩二脲”复杂的蛋白质和蛋白质的介质辐射获得的。DBMSP获得信号保存在计算机使用MATLAB软件的数据采集工具箱。在第三方法,提出DBMSP天线传感器固定在前臂肌肉的腹侧表面和测量肌肉中的蛋白质通过DBMSP收购信号。使用MATLAB获得信号保存。DBMSP获得信号从第三方法II(试管)和方法(人的前臂肌肉)过滤使用盲源分离(如非负矩阵分解(NMF)方法。然后过滤信号处理与DWT和NDWT。然后,统计值从DWT和NDWT信号处理与机器学习算法,如线性回归预测的肌肉质量。

3.1。离散小波变换(DWT)

离散小波变换(DWT)的信号分为很多集。DWT变换用于降噪真实信号。DWT分解一个原始信号,消除噪音,分解的信号。

在哪里是一个偶数,和定义扩展函数是一个波函数。DWT算法检测信号的精细结构。在肌肉质量监控,DWT方法用于分析肌肉信号。DWT noninvariant,敏感信号时间对齐。

3.2。NDWT

NDWT是一种小波变换地址DWT的缺点。在NDWT分解,分为许多频段的信号。从NDWT移除downsamplers后,没有缺乏平移不变性。DWT的基本缺点是翻译不变性。NDWT冗余方法,相同级别的输出作为输入样本。大脑信号去噪、模式识别、图像/分类,和大脑病变检测NDWT很少应用。去噪是NDWT的主要目标。

4所示。结果与讨论

拟议中的DBMSP天线设计与修改SRR DGS,使用基于模拟,天线信号的性能与柱状图分析。表1显示了DWT算法的输出。

表1原始直方图显示柱状图的输出等,综合柱状图,近似直方图直方图细节,和压缩信号与信号5个不同的患者(男性)等不同年龄17岁的年龄,年龄21,33岁的年龄,35岁,38岁的年龄。图6显示了DWT和NDWT去噪信号的输出。

图6显示了不同年龄人的去噪信号处理后DWT和NDWT算法。NDWT DWT算法相比有噪音。DBMSP天线传感器信号的平均值与NDWT处理后获得的方法和用于测量肌肉与线性回归。表2根据统计参数显示的比较信号为17 - 38岁的病人。

表2显示了平均峰值振幅值,意思是,和标准偏差的不同性别和年龄的人17岁,38年。表1显示男性蛋白质水平对蛋白质测量从医学实验室。信号的平均值高是由于肌肉厚度和广泛分布的组织在年轻的时候。也是验证通过的最大辐射信号被提议收购DBMSP天线从肌肉、传感器和相应的电压信号显示增加。从表2推理是人与低蛋白最高峰值振幅和平均值与NDWT处理后,而高蛋白的人则最低峰值振幅和较低的平均值。图7显示了线性回归的输出。

在图7(一)平均值之间的线性回归是绘制DBMSP天线传感器信号处理NDWT实验室和医疗价值的蛋白质。图7 (b)显示了残留的阴谋。线性回归给其他方法相比精度高。从回归计算的准确性。

回归分析预测和调查之间的关系(实验室蛋白值)的依赖和独立变量平均值等骨骼肌肱二头肌和腹侧表面。回归建模技术适用于预测,时间序列建模,寻找因果效应的变量之间的关系。这里,实验室蛋白值和平均值的骨骼肌肱二头肌和腹侧表面被用于肌肉质量的预测。线性回归建立了一个基于最佳回归直线的关系。这个线性方程 - - - - - -平方值为0.857。的平均值 - - - - - -平方值证明肌肉测量具有较高的性能。表3显示了该方法与传统方法的比较。

5。结论

摘要DBMSP天线传感器与修改SRR人类肌肉和DGS结构的预测。提出DBMSP天线传感器配置的性能分析和比较各种天线配置肌肉质量的预测。拟议中的DBMSP天线传感器信号处理NDWT显示更好的肌肉质量预测的准确性。的比较入手,设计天线的性能指标优于所有其他配置和收益率更高的增益,效率约99%,SAR约为0.001 W / Kg。结果清楚地沟通,该DBMSP天线传感器和修改SRR DGS适合肌肉质量的预测。从预测方程,一种蛋白质的价值小于8代表正常的肌肉,下面7表明变态。肌肉疾病的方法识别适用于17 - 38岁年龄段的人并与他们的医学实验室值。拟议中的DBMSP天线传感器肌肉预测精度为89%,相比,肌肉从实验室通过蛋白质预测价值的方法。此外,DBMSP天线传感器肌肉预测避免肌肉的血液从人的选择测量。此外,区域肌肉质量测量即智慧。, each part can be done through proposed DBMSP antenna sensor-based method. Furthermore, the proposed DBMSP antenna sensor-based muscle mass prediction can be applied for the senior citizens.

数据可用性

生成的数据集在当前研究可从相应的作者以合理的要求。

信息披露

手稿是在研究广场的表示,也包含在参考。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突的报告对于本研究。