姓名：张甫
学历：工学博士（湖南大学，哈佛大学联合培养博士）
职位：副教授，硕士研究生导师
邮箱：fuzhang@hunnu.edu.cn
研究方向：生物医学信号智能检测与康复仪器研发
通讯地址：湖南省长沙市岳麓区湖南师范大学工程与设计学院前栋411
个人简介：
张甫，男，陕西勉县人，湖南师范大学副教授，工学博士，硕士研究生导师。读博期间师从湖南大学滕召胜教授/哈佛大学Seward Rutkove教授，对生物电阻抗测量技术与建模理论进行了深入研究，首次提出基于正弦全响应（瞬态+稳态响应）的瞬时电阻抗测量技术，并创立了基于单频正弦激励的常用生物电阻抗整数阶、分数阶等效模型特征参数时域分析方法。博士毕业加入湖南师范大学以来，主要聚焦生物医学信号智能检测与评估，并先后主持国家自然科学基金青年项目、湖南省自然科学基金面上项目和青年项目，参与湖南省重点研发、广州市重点研发等项目，在IEEE T INSTRUM MEAS, IEEE SENS J,物理学报，电子与信息学报等国内外知名期刊发表论文20余篇。此外，研究团队与湖南省人民医院（湖南师范大学附属第一医院）联合成立了“慢病诊断与康复医工交叉研究中心”（https://bioz.hunnu.edu.cn），重点围绕吞咽障碍的诊断技术及仪器开发等方向进行了深入合作研究，合作开发了用于环咽肌失迟缓康复治疗的自动化冰水循环及导管球囊扩张系统，实现对球囊扩张和释放、球囊制冷及冰水循环的自动化控制，先后获得2022年华中区吞咽障碍病例竞赛一等奖，2023年第四届湖南省医学技能创新创业大赛二等奖等。
教育及工作经历：
2022.12-至今 湖南师范大学工程与设计学院,电子工程系 副教授，秘书
2020.8-2022.12 湖南师范大学工程与设计学院,电子工程系 讲师
2017.9—2019.8 哈佛医学院，神经电生理学，国家公派博士联合培养
2015.9—2020.7 湖南大学，电路与系统，工学博士
2012.9—2015.7 西安理工大学，测试计量技术及仪器，工学硕士（保送）
2008.9—2012.7 西安理工大学，测控技术与仪器，工学学士
主持/参与科研项目：
1. 国家自然科学基金青年项目：时域电阻抗检测新方法及其在隐性误吸风险定量评估中的应用研究，32201134，2023.01-2025.12，30万元，在研，主持
2. 湖南省自然科学基金面上项目：基于颈部电阻抗成像的导管球囊扩张术实时监测及其在环咽肌失弛缓症闭环康复治疗中的应用研究, 2025JJ50156，2025.01-2027.12, 5万元，在研，主持
3. 湖南省自然科学基金青年项目：生物电阻抗各向异性谱测量理论及“问题肉”快速检测新方法研究，2021JJ40359，2021.01-2023.12，5万元，已结题，主持
4. 南京医科大学附属江宁医院医工融合实验室开放课题：基于电阻抗肌动描记技术的神经肌肉疾病早期诊断方法研究，JNYYZXKY202106，2022.01-，8万，在研，主持
5. 湖南省重点研发计划：心血管疾病风险模型构建及转化应用研究，2023SK2059，2023.07-2025.12，80万元，在研，参与
6. 国家自然科学基金面上项目：基于生物电阻抗技术的糖尿病下肢动脉病变早期诊断新方法，32171366，2022.01-2025.12，58万元，在研，参与
7. 湖南省部门联合基金，卒中后吞咽障碍的镜像刺激联合吞咽想象对脑功能网络的重塑机理研究，2023JJ60024, 2023.01-2025.12，5万元，在研，参与
8. 湖南省自然科学基金面上项目：基于BIS+BIA测量的新型阻抗式人体血糖无创检测方法2021JJ30014，2021.01-2023.12，10万元，已结题，参与
社会任职：
湖南省康复医学会吞咽障碍专委会常务委员、康复治疗学组副组长，湖南省仪器仪表学会理事等。
招生情况：
电子科学与技术：信号处理与智能系统、生物医学电子与图像处理方向
电子信息：新一代电子信息技术（含量子技术等）
获奖情况：
2024年湖南师范大学24届青年课堂教学竞赛一等奖
2024年湖南省电子信息类课程案例大赛三等奖
2023年湖南省医学技能创新创业大赛二等奖（排序4）
2023年 湖南师范大学优秀共产党员
2019年 第17届国际生物阻抗年会最佳海报奖（唯一获奖参赛作品）
近期论文及专利：
详细参考：ResearchGate:https://www.researchgate.net/profile/Fu-Zhang-8/research
【1】Fu Zhang, Fulin Liu, Wensheng Li, Jiaxing Ye, Haijun Lin, Yuxiang Yang, Multi-frequency Electrical Impedance Tomography System with Multisine Excitation for Real-time Spectral Imaging,IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement, 2025, 74: 1-12.
【2】 付卓志，吴亚岑，李媚希，尹平平，林海军，张甫*，杨宇祥*. 阻塞性睡眠呼吸暂停严重度评估参数及诊断技术[J].生物化学与生物物理进展(Progress in Biochemistry And Biophysics), 2025, 52(1):147-161.
【3】 Wu Jiahao, Wenqi Bai, Luping Zhang, Xinyi Zhang, Haijun Lin, Houde Dai, Jinjin Liu,Fu Zhang*, Yuxiang Yang*. Design of a portable electrochemical impedance spectroscopy measurement system based on AD5941 for lithium-ion batteries [J].Journal of Energy Storage, 2024, 84, 110856.
【4】Fu Zhang, Shuangshuang Wu, Ye Li, Haijun Lin, Wenqi Bai, JinJin Liu, Yuxiang Yang*. Parameter identification of Randles impedance model using sweep-phase measurements and non-iterative least squares estimation[J].IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2024, 73:1000711.
【5】 Li Wensheng, Hong Shi, Luping Zhang, Wenqi Bai, Shuangshuang Wu,Fu Zhang*, Yuxiang Yang*. Bioimpedance spectroscopy measurement method based on multisine excitation and integerperiod undersampling[J].Measurement Science and Technology, 2023, 34(11): 115701.
【6】Fu Zhang, Pingbo Chen, Haijun Lin, Wenqi Bai, Shuangshangu Wu, and Jianmin Li, Yuxiang Yang*. Analysis of time‐domain response of series‐parallel fractional‐orderRCαandRLβcircuits based on Cole distribution function[J].International journal of circuit theory and applications, 2023, 51(7): 3093-3104.
【7】 Luis M. Vela,Henry Crandall,Taehwan Lim,Fu Zhang, Austin Gibbs, Andrew R. J. Mitchell, Adrian Condon, Lisa M. Diamond, Huanan Zhang and Benjamin Sanchez*. IoMT-enabled stress monitoring in a virtual reality environment and at home[J].IEEE Internet of Things Journal, 202310(12), 10649-10661.
【8】 白世展，李文胜，林海军，李建闽，张甫*，杨宇祥*.基于径向基函数神经网络的肺部加权频差电阻抗成像方法[J].生物化学与生物物理进展(Progress in Biochemistry And Biophysics), 2023, 50(7): 1755-1766.
【9】 杨宇祥,余绍帅,林海军,李建闽,张甫*.基于复阻抗咽造影的吞咽事件检测与智能识别方法[J].电子与信息学报, 2022,44(11),3998-4007.
【10】Fu Zhang, Shaoshuai Yu, Pingbo Chen, Chengjun Li, Haijun Lin, Jianmin Li, Yacen Wu and Yuxiang Yang*.Swallowing Events Recognition Method Based on Complex Impedance Pharyngography and Nyquist Plots [J].IEEE Sensors Journal, 2022, 22(18), 18076-18084.
【11】Chengjun Li,Yacen Wu,Haijun Lin,Jianmin Li,Fu Zhang* andYuxiang Yang*. ECG denoising method based on an improved VMD algorithm[J].IEEE Sensors Journal, 2022, 22(23), 22725-22733.
【12】 郑亚星,吴亚岑*,杨宇祥,张甫,李华桦,陈爱连,胡婷婷.咽腔电刺激在吞咽障碍康复治疗中的研究进展.咽腔电刺激在吞咽障碍康复治疗中的研究进展[J].中国康复,2022,37(11):684-687.
【13】 杨宇祥,白世展,林海军,李建闽*,张甫*.基于multisine激励与整周期采样的多频电阻抗成像系统设计[J].物理学报, 2022, 71(5):058703.
【14】Fu Zhang, Fulin Liu, Haowen Zhong, Jianmin Li, Haijun Lin and, Yuxiang Yang*. A novel time-domain fitting method for estimating Fricke-Morse model parameters based on single-frequency sinusoidal complete response measurements[J].Journal of Instrumentation, 2022, 17(09), P09010.
【15】Fu Zhang, Zhaosheng Teng*, Yuxiang Yang, Haowen Zhong, Jianmin Li, Seward B. Rutkove, Benjamin Sanchez*, A Novel Method for Estimating the Fractional Cole Impedance Model Using Single-Frequency DC-Biased Sinusoidal Excitation[J].Circuits, Systems, and Signal Processing, 2021, 40(2): 543-558.
【16】 Badria Munir, Ethan K Murphy, Akashleena Mallick, Hilda Gutierrez,Fu Zhang, Sarah Verga, Christy Smith, Sean Levy, Courtney McIlduff, Pandeya Sarbesh and Seward B Rutkove*. A robust and novel electrical impedance metric of pulmonary function in ALS patients[J].Physiological Measurement, 2020, 41(4), 044005.
【17】 潘喜福、滕召胜*、张甫、钟浩文、刘博隽.基于肌电和肌阻抗的吞咽信号同步测量方法[J].仪器仪表学报, 2020, 41(10):178-186.
【18】Fu Zhang*, Zhaosheng Teng, Seward B. Rutkove, Yuxiang Yang and Jianmin Li. A simplified time-domain fitting method based on fractional operational matrix for Cole parameter estimation[J],IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2019, 69(4):1566-1575.
【19】Fu Zhang*, Benjamin Sanchez, Seward B. Rutkove, Yuxiang Yang, Haowen Zhong, Jianmin Li and Zhaosheng Teng*. Numerical estimation of Fricke–Morse impedance model parameters using single-frequency sinusoidal excitation[J],Physiological measurement, 2019, 40(9): 09NT01
【20】Fu Zhang, Zhaosheng Teng, Yuxiang Yang, Jianmin Li, Haowen Zhong and Jiangyan Sang."Near-binary multisine design with arbitrary sparse spectrum for fast bioimpedance spectroscopy measurement[J]".IET Science, Measurement & Technology,2018, 2(4):448-455.
【21】Fu Zhang, Zhaosheng Teng, Haowen Zhong, Yuxiang Yang, Jianmin Li and Jiangyan Sang."Wideband mirrored current source design based on differential difference amplifier for electrical bioimpedance spectroscopy[J]"．Biomedical Physics & Engineering Express, 2018, 4(2):25-32.
【22】 Jianmin Li, Zhaosheng Teng, Yong Wang,Fu Zhangand Xiaoju Li."A Digital Calibration Approach for Reducing Phase-shift of Electronic Power Meter Measurement[J]".IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2018, 67(7):1638-1645.
专利：
【1】张甫,李晔,杨宇祥,吴亚岑,唐强。一种基于智能手机的可穿戴喉部麦克风吞咽能力智能筛查系统，发明专利申请号：202410789658.9，申请公布日2024. 06. 19。
【2】 杨宇祥，张甫，李建闽，林海军，余绍帅，曹远远。一种基于复阻抗咽造影的吞咽事件检测与智能识别方法及系统，发明专利申请号202210649242.8，申请公布号CN 115040105 A，申请公布日2022. 09. 13。
【3】 杨宇祥，张甫，唐锋，吴亚岑，胡婷婷.一种用于吞咽障碍康复治疗的环咽肌球囊扩张冰水循环自动控制装置，实用新型专利：ZL202322172491.5，授权公告号：CN 221154485 U,授权公告日：2024年06月18日。
【4】 杨宇祥*，张甫，滕召胜。一种低波峰因数多频率正弦信号的合成方法，发明专利号：ZL201510072876.1，2017年07月28日授权。
主要研究方向：
1．吞咽功能智能化检测与康复研究
（1）多模态可穿戴设备研发
临床上吞咽障碍评估常用方法为吞咽造影（VFSS）和纤维内镜（FEES），虽然能够提供详细的吞咽功能信息，但具有侵入性或辐射性，因此无法长期连续监测。本人自2017年在哈佛医学院国家公派联合培养以来，一直从事吞咽功能智能检测与评估相关研究，近些年带领团队通过不断努力，成功实现对吞咽过程颈部电阻抗、肌电、声音、压力、加速度等不同模态信号的准确获取，并研制了一系列无创、连续的新型吞咽功能单模态、双模态、多模态可穿戴检测系统，实现吞咽过程生理与病理变化的实时监测与评估。
（2）吞咽相关事件智能分类算法设计
在上述研究基础上，团队还开发了一系列基于机器学习/深度学习的吞咽相关事件智能识别方法。首先，通过构建整周期数字锁相放大理论及相关技术，实现对吞咽相关的复阻抗幅值（|Z|）与相位（Ψ）信号快速准确的解调；随后，通过连续小波变换/Nyquist图变换等方法将与吞咽相关事件的一维时间序列转换为二维图像；最后，通过GoogleNet网络、残差网络（ResNet）、通用回归网络（GRNN）等方法构建分类模型，实现对喝水、咳嗽、吞咽、吃酸奶和吃面包等吞咽相关事件的准确识别。
近期，研究团队还开发了一种基于智能手机与可穿戴喉部麦克风的吞咽功能在线筛查系统，通过开发的安卓应用程序在线收集、可视化和分析来自可穿戴喉部麦克风采集的声音，同时在手机上部署迁移学习网络S-YAMNet对咳嗽、吞咽等相关的事件进行实时分类，用于吞咽事件监测相关的临床任务，比如洼田饮水实验，从而实现在线智能的吞咽能力筛查。
在上述基础上，团队开发了一套基于游戏控制的吞咽功能康复训练系统，通过可穿戴传感器实时监测吞咽波形与特征，基于机器学习算法对采集信号进行在线分类，若检测到为吞咽信号，则控制游戏人物跳跃，从而实现吞咽功能康复个性化训练。
（3）球囊扩张与冰水循环自动控制系统
冰刺激和导管球囊扩张是目前临床上两种常用的环咽肌失弛缓康复治疗方法。然而，传统以冰棉棒为主的冰刺激在康复治疗过程中存在冰棉棒制作耗时费力、易滋生细菌，容易融化导致误吸等缺点；而传统以导尿管为主的导管球囊也存在材质过软，扩张范围有限、注水不便等缺陷。基于上述问题，团队创新性的研制了环咽肌球囊扩张与冰水循环自动控制系统，用于精确的冰水循环和球囊扩张控制，通过半导体制冷片实现降温，取代了传统的制冰环节，减少了制冰过程滋生细菌的风险；通过电机控制水泵直接为球囊充盈或释放，从而避免了采用传统人工注射剂反复调节操作繁琐、主观性强等缺陷，实现了自动化的球囊内水量调节。临床实验验证获得了较好的预期成果，该仪器目前在中山大学附属第三医院康复医学科、湖南省人民医院（湖南师范大学附属第一医院）康复科临床试用，已获批实用新型专利（ZL 2023 2 2172491.5），并先后获得2022年华中区吞咽障碍康复病例大赛唯一的一等奖、2023年获得第四届湖南省医学技能创新创业大赛二等奖等。
2.生物电阻抗快速检测研究基础
（1）构建了基于Multisine激励的生物电阻抗谱（BIS）超快测量理论与技术。
传统扫频检测法耗时较长，无法适用于动态BIS测量，多频率激励信号源是实现BIS快速测量的关键，之前的学者多采用MLBS序列、Chirp脉冲等，但能量分散、且易造成频谱泄露，极大的影响了测量的准确性。对此，团队发掘了Multisine信号优势，并对其进行了开拓性的创新研究，形成了一套完整的BIS快速测量方法，主要包括：
①开发了Multisine信号合成算法，所合成的Multisine信号具有业界最小的波峰因数。Multisine信号由多个频率、幅值、相位各异的纯正弦信号叠加而成，具有频谱成分干净、幅值谱任意等优点，但是由传统随机相位合成的Multisine通常拥有较高的波峰因数（CF，信号峰值与有效值之比）而严重减损系统的信噪比。本人提出基于相位迭代优化的Multisine合成算法，该算法可以按用户所需合成任意幅值谱分布的Multisine信号，并具有业界最小的CF值，可显著提高测量系统的信噪比。相关成果已在《IET. Sci. Meas. Technol》《Physiol. Meas》上发表，累计被引50余次。
②构建了基于差分差动负反馈闭环控制的恒流源设计方法，并设计了高性能的新型宽频镜像恒流源。宽频恒流源是生物电阻抗谱测量仪器的关键激励部件，但目前尚无理想解决方案。本人在模拟集成运算放大器领域进行了深入研究，设计了基于集成差分差动放大器（DDA）的新型镜像恒流源，该恒流源可满足2MHz频率范围内生物阻抗测量的要求，比传统的Howland电流泵或基于AD844的恒流源的性能更优，在提高输出阻抗的同时，可减小负载两端共模信号与非线性偶次谐波干扰。相关成果在生物医学仪器测量领域重点期刊《Biomed. Phys. Eng. Expr》上发表，累计被引20余次。
③提出了Multisine整周期（欠）采样理论，并基于此理论实现了基于Multisine激励的生物电阻抗谱（BIS）超快测量。构建了基于Multisine信号的整周期（欠）采样理论及实现方法体系，首次从理论上证明了Multisine信号整周期采样不会产生频谱泄露，并从实践上提出了基于FPGA的整周期采样及FFT运算实现方案；建立了基于FPGA整周期采样的BIS、超快测量方法，该方法只需一个Multisine信号基波周期的整周期采样即可完成一次全频测量，实现了1毫秒1000个频率点的BIS测量。相关成果已在《物理学报》《Meas. Sci. Technol》上发表。
基于上述研究成果，团队还研制出全球首台BIS超快测量仪，目前已作为科研仪器销售给中国科学院深圳先进研究院、南京航空航天大学、华东师范大学、浙江师范大学等多家研究机构。
（2）原创性地开辟了基于正弦全响应分析的生物电阻抗测量与建模新方法。
传统的生物电阻抗频域检测方法主要基于扫频测量，虽然准确，但测量耗时较长，无法实现动态检测，而传统的生物电阻抗时域检测方法主要基于阶跃响应测量，虽然测量速度快，但无标准仪器，且易受测量噪声、器件影响，因此无法广泛使用。本人在实验中首次发现正弦激励信号在通过生物体时类似于阶跃激励信号，其响应也可分解为瞬态和稳态响应，由此提出了一种基于正弦激励的全响应（瞬态+稳态响应）生物电阻抗测量新技术，主要包括：
①理论推导并实验验证了正弦激励信号的全响应（时域瞬态+频率稳态）现象，在此基础上提出了基于正弦全响应分析的生物电阻抗检测与数据处理方法。本人通过理论推导和实验验证，发现正弦波在生物电阻抗测量中同时包含时域（瞬态）响应和频域（稳态）响应，受此现象启发，创造性地提出基于正弦激励的全响应（瞬态响应+稳态响应）生物电阻抗检测与数据处理方法，同时兼具时域阻抗检测的快速性和频域阻抗检测的准确性，使得用低成本的正弦全响应测量替代高成本的多频阻抗谱测量成为可能，从而简化了电阻抗测量系统的硬件电路，为研制低成本、动态的生物阻抗测量仪器奠定了理论基础。相关成果在期刊《Int. J. Circ. Theor. App》《IEEE. T. Instrum. Meas》等上发表。
②建立了一系列以单频正弦全响应分析为核心的生物电阻抗特征提取方法，实现快速、简洁的常用整数阶/分数阶生物电阻抗等效模型参数辨识。传统的生物电阻抗参数辨识方法主要基于阻抗谱测量数据进行最小二乘迭代拟合，耗时较长且易受优化算法及初值选取不当影响辨识结果，而基于阶跃响应测量数据的时域解析求解方法虽然辨识时间短，计算过程简单，但由于辨识过程仅用了少量测量特征点，易受测量噪声影响。本人充分利用正弦全响应的时域瞬态特征和频域稳态特征，在此基础上构建基于（含偏置）单频正弦激励的整数阶/分数阶生物电阻抗等效模型参数数值解析方法，在保留时域电阻抗参数辨识方法便捷性的基础上，同时实现了类似频域电阻抗参数辨识的功能，使得仅用单频正弦激励提取多频阻抗参数成为可能。上述方法已成功用于生物电阻抗常用整数阶Fricke-Morse等效模型、Randles等效模型、分数阶Cole等效模型的特征参数辨识，对研发低成本生物电阻抗分析仪器具有重要的实用价值，相关成果在生物电阻抗及测量领域权威期刊《Physiol. Meas》《IEEE. T. Instrum. Meas》《Circ. Syst. Signal. Pr》等上发表。
