集成超宽带微波系统用于测量多种组织类型中的脂肪和肌肉之间的组成比率
Lixiao Zhou1,2, Van Doi Truong1,2, Jonghun Yoon2,3
1Department of Mechanical Design Engineering, Hanyang University, 222, Wangsimni-ro, Seongdong-gu, Seoul 04763, Republic of Korea.
Sensors (Basel, Switzerland)
|September 13, 2025
概括
一个新的超宽带微波系统提供了快速,非侵入性的脂肪和肌肉组成分析. 这种具有成本效益的设备准确地量化了各种样本中的组织厚度和比例,有助于生物医学和农业食品应用.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 食品科学 食品科学 食品科学
- 微波工程 微波工程
背景情况:
- 准确评估脂肪和肌肉成分对于健康监测和食品质量控制至关重要.
- 现有的方法可能是侵入性的,耗时的,或昂贵的.
- 需要非破坏性,快速且具有成本效益的解决方案.
研究的目的:
- 开发和验证一个便携式的超宽带微波系统,用于量化脂肪和肌肉组成.
- 为了评估系统的性能在不同的体外样本.
- 确定该系统在生物医学和农业食品领域的实用性.
主要方法:
- 设计了一种手持式超宽带微波系统 (2.44.4 GHz),配有集成的射频组件和双极化维瓦尔迪天线.
- 实施了两阶段的消噪管道 (低通波,Savitzky-Golay平滑) 进行信号增强.
- 使用一个随机森林回归模型训练在共振频率和信号损失特征量化.
主要成果:
- 该系统实现了高预测性能,对脂肪厚度,肌肉厚度和脂肪与肌肉比率的相关系数>0.90.
- 在所有样本类型中,平均绝对误差始终低于3.5毫米.
- 在油水混合物,猪肉和牛肉中证明了精确的量化,在复杂的生物组织中变化更高.
结论:
- 开发的微波系统为脂肪和肌肉组成分析提供了一个便携式,时间效率高,非侵入性的解决方案.
- 它的低成本和多样本能力使其适用于农业食品质量控制和点诊断.
- 该系统可以在没有样品预处理或麻醉的情况下进行快速,非破坏性的测量.
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