基于自適應免疫-最小一乘算法的生物電阻抗特征參數提取

黃經緯，曹樂，闞秀，李敏

上海工程技術大學電子電氣工程學院，上海201620

前言

生物阻抗特性是指生物組織的電學參數（電阻值和電容值）隨著加載激勵電信號頻率的變化而發生顯著變化［1］。近年來生物電阻抗技術發展迅速，目前已廣泛應用于早期疾病診斷、生物組織液檢測和生理狀態評估等領域［2-5］。為了更好地研究生物阻抗，Cole等［6-7］建立了生物阻抗特征方程，即Cole-Cole方程，并提出4 個生物組織特征參數（Cole-Cole 參數）。隨后，越來越多的研究者投入到提取Cole-Cole參數的工作中［8-11］，目前最常用的方式是通過擬合Cole-Cole 圓弧間接提取。Macdonald 等［12］首次將非線性最小二乘法（LS）用于Cole-Cole 參數的提取。Chen 等［13-14］采用Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno（BFGS）方法降低了算法復雜度，同時利用最小一乘法（LAD）提取Cole-Cole參數，并與LS算法的提取結果進行對比，結果表明當含有多種誤差數據時，LAD算法可以獲得更為準確的Cole-Cole 參數。Gholami-Boroujeny 等［15］將細菌覓食算法（BFO）與LAD 算法結合，將參數擬合問題轉化為參數值的組合問題，規避了BFGS 中近似Hessian 矩陣的求解，進一步簡化了算法。受生物免疫系統的啟發，免疫算法作為一種新型智能搜索算法被提出。近年來，免疫算法已廣泛應用于非線性最優化、組合優化、控制工程、機器人、故障診斷、圖形處理等諸多領域［16-20］。本文針對提取Cole-Cole參數提出了一種將最小一乘法與自適應免疫算法相結合的新方法，該方法具有結構簡單、魯棒性強、收斂速度快的特點。其中，自適應免疫算法在免疫算法的基礎上設計了多種自適應算子，并通過借鑒遺傳算法精英保留的思想，增設記憶單元，從而提高了算法的全局收斂速度、增強了局部尋優能力。……