[发明专利]基于个性化人体影像数据的体内通信建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人体信道建模方法，特别是一种基于个性化人体影像数据的体内通信建模方法。

背景技术

可靠且低功耗的体内通信技术将为植入式医疗传感器与外界装置提供双向通信及闭环控制，给患者提供更精确的监护和治疗效果。体内通信将人体组织作为电信号传输媒质。通信质量的好坏在一定程度上受到人体状态(组织成分、外形轮廓等)的影响。构建植入式传感器体内通信的人体信道模型，将为后续研究信道容量、设计编码方式、优化调制方式等应用开发提供基础。现有的人体模型大多着眼于人体局部，将人体局部抽象成规则的几何体，对该几何体内部进行均匀的结构划分。例如：文献(高跃明，潘少恒，杜民，等.植入式医学传感器体内通信的建模与分析.仪器仪表学报.2012:33(12):2661-2666.)将人体的肢体等效为外层为肌肉层内层为空心层的双层同心圆柱体，在肌肉层内表面添加发送电极，向肌肉层注入电流信号，研究体内通信的传输机理。然而，由局部的规则的几何模型得出的人体信道特性与实际人体实验结果存在一定误差。

发明内容

为了克服现有模型的不足，本发明设计了一种基于个性化人体影像数据的体内通信建模方法。

本发明采用以下技术方案实现：基于个性化人体影像数据的体内通信建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S01：获取人体影像图集，将图集划分成头部、躯体、四肢、胸部和中部五种结构体；步骤S02：依据不同结构体的特点，对每幅影像图片中的主要组织进行轮廓划分；步骤S03：将结构体的组织结构进行重组得到对应的结构体模型；步骤S04：将构建好的符合人体几何结构的人体头部、躯体、四肢、胸部和中部模型拼接重组，使用人体胸部和中部模型进行人体拼接，获得具有多种组织结构且符合人体外观轮廓和主要内部结构的个性化人体模型；步骤S05：在所述人体模型内部添加信号电极，以电压或电流形式向人体注入信号，在所述人体模型外表面添加接收电极，获取体内传感器发送的电信号；步骤S06：根据人体组织的不同特性，对所述人体模型中各组织和电极设置相应的电磁参数；步骤S07：对人体模型各组织结构和收发电极进行边界设置，包括：(1)发送电极在人体内部以电流或电压形式向组织输入电信号：当输入电流时，γ＝σ+ωε,其中，J₀为发送电极输入人体的电流密度，σ为电导率，ω为角频率，ε为介电常数；当输入电压时，V＝V₀，V₀表示发送电极输入人体的电压信号；(2)发送电极与内部组织接触面之间的电流和电压连续条件：J₀＝J_S，V₀＝V_S，其中，J_S和V_S表示由发送电极在组织接触面耦合出的电流和电压，S表示发送电极所在的某一组织；(3)内部组织边界间的电流和电压连续条件：J_s＝J_s-1，V_s＝V_s-1其中J_s和J_s-1表示相邻组织接触面的电流密度，V_s和V_s-1表示相邻组织接触面的电压，s表示组织层数，s＝5，4，3，2；(4)接收电极与模型表面接触部分的电流连续条件，接收电极与模型表面接触面的电流和电压连续条件：J₁＝J_r，V₁＝V_r，其中V_r表示接收电极的电压，J_r表示接收电极的电流密度；(5)模型表面与外界的电绝缘条件，

步骤S08：以泊松方程为人体信道的控制方程，结合S07的边界条件，采用电磁场的解析法、半解析法或数值求解方法，获得电信号由发送端传输至接收端的传输方程，计算出路径损耗、相位偏移，估计信道容量、传输速率、误码率，获得人体信道模型。

在本发明一实施例中，所述步骤S02包括以下具体步骤：四肢和胸部及中部的组织结构划分为皮肤、脂肪、肌肉及骨骼；躯体的组织结构划分为皮肤、脂肪、肌肉、骨骼及内脏；头部的组织结构划分为皮肤、脂肪、肌肉、骨骼及大脑。

在本发明一实施例中，步骤S03还包括以下步骤：步骤S031：对所述组织结构进行重构；步骤S032：对所述组织结构进行填充；步骤S033：对所述组织结构进行布尔运算，得到组织结构的重组模型。

在本发明一实施例中，所述电磁参数包括电导率、相对介电常数及磁导率。