基于遗传算法的宽频带生物组织介电谱研究.pdf

《基于遗传算法的宽频带生物组织介电谱研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、《自动化与仪器仪表》2017年第1期(总第207期)∗基于遗传算法的宽频带生物组织介电谱研究田瑞(兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州，730070)摘要:生物组织介电谱的研究是生物电磁学的一个重要课题,通过遗传算法应用４阶Cole－Cole模型,在10Ｈz－100GＨz宽频范围内进行数据拟合和参数提取,得到宽频范围内肌肉组织、脑灰质和脑白质组织的介电谱。结果显示,应用遗传算法曲线拟合的参数与文献中的参数能较好的吻合。本文验证了该算法对于多参数以及参数之间数量级跨度大的Cole－Cole模型的有效性和正确性。关键词

2、:遗传算法,介电谱,生物组织,曲线拟合中图分类号:TP31;TM15４文献标识码:ADOI编码:10．1４016/j．cnki．1001－9227．2017．01．001Abstract:Itisanimportanttopictostudydielectricspectroscopyofbiologicaltissue．In10Ｈz－100GＨzfrequencyrange，thegeneticalgorithmwasappliedtodatafittingtoextracttheparametersoffourthorderCo

3、le－Colemodel．Andthesedielectricspectroscopyofthemuscleandthebraingreyandwhitematterweregained．Theresultsshowedthattheparametersofthecurvefittingwerefitwellwiththeparametersoftheliteraturebythegeneticalgorithm．Inthispaper，theresultsconfirmedthevalidityandcorrectnessofth

4、ealgorithm，whichwaseffectiveformulti－parametersandthegreatorderofmagnitudebetweentheparametersinCole－Colemodel．Keywords:geneticalgorithm;dielectricspectrum;biologicaltissue;curvefitting[9]环”现象使迭代无法进行。传统上参数提取、曲线拟合0引言多采用最小二乘法，但是最小二乘法首先需要初值，其次研究电磁环境下生物组织介电参数的方法是具有非再对曲线进行拟

5、合。而本研究需要拟合1４个参数，这些－210常重要的意义，这不仅仅关系到电阻抗成像，而且对于一参数中有的数量级在10，有的参数数量级在10，从而些其它的医学领域，例如射频和微波的热疗等以及应用脉形成了参数之间的数量级跨度太大这一事实。那么在这冲电场和磁场促进组织和骨骼的康复都是有其重要意种情况下，其他方法求取参数、进行曲线拟合，由于训练的[1－3]义。生物组织暴露在电磁场中对人体健康的影响以敏感度和准确性不能兼得，则会出现很大的误差。然而，及其机理的研究目前是生物电磁学的热点。生物组织介遗传算法能很好的克服了这个缺点，并且遗传算法可

6、以在电参数模型的研究方法对于生物物理学和电磁生物医学没有初始值的情况下，进行参数提取和曲线拟合。[４－6]提供了切实的理论支持。2．2遗传算法生物组织在宽频带范围内往往会发生四种主要的色遗传算法(GA)是模拟生物在自然环境下的遗传和进[7]散现象，它们分别被称为为α、β、δ和γ色散。因此研究化过程而形成的一种自适应全局优化概率搜索方法。其者们常采用４阶Cole－Cole数学模型来描述生物组织的介采纳了自然进化模型，从代表问题可能潜在解集的一种群[8]电谱，如公式1所示。开始，种群由经过基因编码的一定数目的全体组成。每个４∗Δεσi个

7、体实际上是染色体带有特征的实体;初始种群产生后，ε=ε+∑+(1)¥n=1(1－jωτ)βnjωε0按照适者生存和优胜略汰的原理，逐渐演化产生出越来越∗其中，ε复介电常数;ε光频处的相对介电常数值;[10]¥好的解。遗传算法流程图如图1所示。ε=8.85×10－12F/m真空中的介电常数值;Δε相对介电0常数增量;τ弛豫时间;β弛豫分布系数;σ为离子电导ni率，单位S/m。本文在文献[8]的基础上，利用遗传算法建立了肌肉组织、脑灰质、脑白质组织的介电参数模型和数值拟合曲线。这为临床疾病诊断和治疗提供了很好的理论依据。2原理与方法2．

8、1数值算法数值方法求解这一问题的主要手段是迭代运算。一般的迭代方法容易陷入局部优化的陷阱，从而出现“死循收稿日期:2016－09－12∗基金项目:兰州交通大学青年基金(201200４);光电技术与智能控制教育部重点实验室(兰州交通大学