Способ и устройство для измерения концентрации целевых веществ в крови - RU2745294C2

Чертежи

Показать все 14 чертежа(ей)

Описание

Данное изобретение относится к способу и устройству для измерения концентрации целевых веществ в крови. В частности, изобретение относится к неинвазивному способу и устройству для измерения уровней сахара в крови или даже более того - концентрации других требуемых целевых веществ, таких как алкоголь крови, холестерин и так далее.

Сахарный диабет (диабет) представляет собой заболевание, при котором организм не продуцирует или должным образом не использует инсулин. Проще говоря, инсулин - это гормон, который организм использует для превращения сахара и углеводов в энергию. Другими словами, инсулин является гормоном, который разблокирует клетки организма, позволяя глюкозе проникать в эти клетки с целью обеспечения питанием для того, чтобы поддерживать их жизнеспособность.

Люди, страдающие диабетом, известны как диабетики, и диабетики страдают в связи с тем, что поскольку глюкоза (сахар в крови) не может нормально проникать в клетки их организма, концентрации глюкозы в организме (и, в частности, в крови) нарастают. Без надлежащего и своевременного вмешательства/лечения клетки в организме могут погибнуть от истощения.

Таким образом, многие врачи считают измерение уровня глюкозы в крови одним из самых важных измерений в современной медицине в связи с очень большими осложнениями диабета для здоровья населения. Диабет часто упоминается как одна из ведущих причин инвалидности и смерти во всем мире.

Для того чтобы предотвратить возникновение и прогрессирование осложнений, связанных с диабетом, страдающим диабетом типа I и типа II лицам рекомендуется внимательно следить за концентрацией глюкозы в их сосудистом русле. Если концентрация находится вне нормального здорового диапазона, пациент должен отрегулировать свою дозировку инсулина или потребление сахара для того, чтобы оказывать противодействие риску диабетических осложнений.

Рекомендация медицинских работников заключается в том, чтобы инсулинозависимые пациенты практиковали самостоятельный контроль уровней глюкозы в крови, а затем, исходя из измеренного уровня глюкозы в крови, пациенты имеют возможность делать корректировки доз инсулина для инъекции. Эти корректировки являются чрезвычайно важными в связи с тем, что уровни глюкозы в крови изменяются в течение дня в зависимости от целого ряда причин, например, стресс, физические упражнения, виды съеденной пищи, скорость поглощения пищи, длительные периоды без пищи и гормональные изменения.

Традиционные способы контроля уровня глюкозы в крови включают инвазивные или минимально инвазивные способы.

Исторически, и в определенных ситуациях, мониторинг глюкозы может быть достигнут путем анализа мочи. Этот способ имеет тенденцию вызывать затруднение (так как пациенту необходимо дождаться мочеиспускания до того, как тест может быть выполнен, а процедура забора мочи может быть неприятной и негигиеничной) и может не отражать текущий статус уровня глюкозы в крови из-за того, что глюкоза появляется в моче только после значительного периода повышенного уровня глюкозы в крови. Этот способ, по сути, использовался врачами прошлого в тех случаях, когда диагноз был поставлен путем пробы мочи пациента на вкус. В патенте США номер US 6021339 подробно описывается современное устройство, которое используется для тестирования мочи.

В самом распространенном способе измерения уровня глюкозы в крови в настоящее время требуется взятие крови у пациента. Обычная процедура включает в себя прокалывание пальца или другой части тела для взятия крови, а затем нанесение одной или более капель на полоску носителя реагента, имеющую находящееся на ней вещество для контроля глюкозы. Вещества для анализа меняют цвет или затенение в ответ на обнаруженное количество глюкозы в крови. Затем используется цветная диаграмма для определения связанной с ней числовой величины количества глюкозы в крови. Одним из технических недостатков этого способа является то, что чувствительность измерения в некоторой степени ограничена в связи с ограниченным диапазоном цветов и разделяющим интервалом.

Процедура прокалывания является в некоторой степени неприятной и болезненной, особенно если пациенту приходится повторять процедуру несколько раз в течение дня. В частности, дети, страдающие диабетом, во многих случаях неохотно проходят регулярное тестирование сахара в крови. Некоторые пациенты склонны к брезгливости при виде крови, особенно в тех случаях, когда кровь принадлежит им. В результате этого соблюдение рекомендуемого режима тестирования может быть затруднено в силу того, что пациенты во многих случаях избегают дополнительных исследований и боли, связанной с этой инвазивной процедурой, что приводит к чрезмерному дозированию или недостаточному дозированию инсулина, что в свою очередь может привести к осложнениям (иногда серьезным).

Кроме того, некоторые очень старые и неуклюжие люди считают, что процедура прокола пальца и взятия крови является сложной для выполнения, что опять же может привести к тому, что измерение не выполняется, и к связанным с этим осложнениям.

Еще одной группой лиц, которые могут отказываться от тестирования, являются подростки, которые считают процедуру неудобной или социально неприемлемой, то есть они стесняются проводить тест перед своими друзьями или социальным окружением.

Еще один недостаток этой процедуры заключается в том, что техника прокалывания, как правило, выполняется с помощью иглы, которая должна быть стерильной перед использованием, хотя во многих случаях бывает, что пациенты, по неосторожности или не принимая во внимание, не стерилизуют иглу, тем самым приводя к риску заражения, и даже в случае использования стерилизованной иглы создается рана, которая может стать инфицированной.

Дополнительное неудобство, связанное с техникой и способами прокалывания пальца и отбора мочи, заключается в том, что они требуют таких принадлежностей для выполнения тестирования, как сосуды для сбора (контейнеры или емкости), шприцы и наборы для тестов. Многие из этих материалов являются одноразовыми и, следовательно, требуются специальные способы для утилизации.

Таким образом, существует потребность в решении одной или более из вышеупомянутых проблем и/или в альтернативе традиционному тесту с прокалыванием пальца.

Другой инвазивный технический способ включает использование имплантируемых медицинских устройств для измерения сердечных импульсов. В одном из таких изобретений уровни глюкозы в крови определяются на основании амплитуды волны Т и интервала QT. После того как уровень глюкозы в крови обнаружен, имплантированное устройство сравнивает уровень глюкозы в крови с верхними и нижними приемлемыми границами, и в тех случаях, когда уровни выходят за пределы этих границ, генерируются соответствующие сигналы предупреждения.

Недостатком этого способа является то, что инструмент должен быть введен внутрь человеческого тела, и поэтому может потребоваться выполнение сложной медицинской процедуры. Кроме того, пациент должен быть госпитализирован и, возможно, должен оставаться на несколько дней. Кроме того, это устройство будет классифицироваться как медицинское устройство класса III, потому что оно вводится внутрь организма. Медицинское устройство класса III классифицируется как устройство с высоким уровнем риска и должно пройти через строгие процедуры тестирования и проверки, прежде чем будет предоставлено официальное утверждение регулирующими органами по медицинским устройствам, чтобы оно могло быть введено для регулярного использования.

Очевидно, что имплантированные устройства являются, как правило, нежелательными, и поэтому существует альтернатива этой системе.

Широко предлагается использовать носимое устройство для проведения непрерывных или периодических измерений концентрации целевого вещества в крови. Носимые устройства включают такие предметы, как устройства, которые носят вокруг шеи (устройства типа ожерелья); которые носят вокруг запястья или лодыжки (устройства подобные часам), и т.д. Тем не менее, когда измерение целевого вещества включает сложную или высокочувствительную технику измерения, например, технику измерения радиочастот, такие устройства должны быть в значительной степени или полностью защищены от внешних переменных, таких как местоположение/размещение датчика во время процедуры тестирования.

Например, устройство подобное часам может плотно надеваться некоторыми пользователями или с большим зазором другими пользователями. Если устройство типа часов носится с большим зазором, это может создать ряд значимых переменных, таких как местоположение устройства (место, где оно расположено относительно анатомии пользователя) во время теста. Установленное с большим зазором устройство подобное часам может располагаться дальше вверх или вниз по запястью в разное время; или сверху, в сторону или под запястьем в разное время - и этот вариант неизбежно повлияет на радиочастотные свойства теста в данный момент.

Во-вторых, контактное давление между антенной (в случае теста на основе радиочастот) окажет существенное влияние на результаты процедуры теста на основе радиочастот. Более высокое контактное давление, вероятно, приведет к лучшей радиочастотной связи между антенной (антеннами) и кожей пользователя; а также (в месте, где кожа слегка прижата/деформирована, большая площадь контакта тоже - по сравнению с аналогичным тестом, проведенным при более низком контактном давлении.

В-третьих, необходимо учитывать анатомические размеры/результаты измерения пользователя, чтобы избежать расхождений между идентичным тестом, проведенным с другими аналогичными пользователями, но с разными диаметрами, например, запястья. Это фактор является особой проблемой, когда должны быть использованы измерения передачи или отражения радиочастот.

Например, когда радиочастотный сигнал должен быть передан через запястье пользователя и обнаружен приемной антенной, расположенной на противоположной стороне запястья, необходимо обеспечить последовательное и воспроизводимое выравнивание между передающей и приемной антеннами от одного использования до следующего. Если передающая и приемная антенны не связаны последовательно друг с другом по размеру, то существует вероятность того, что переданный радиочастотный сигнал может «пропустить» приемная антенна и он может не быть обнаружен.

Аналогичным образом, когда радиочастотный сигнал должен быть передан в запястье пользователя и отражен от радиочастотного отражателя, расположенного на противоположной стороне запястья, необходимо обеспечить последовательное и воспроизводимое совмещение между передающей/приемной антенной (антеннами) на одной стороне запястья, относительно радиочастотного отражателя, расположенного на другой стороне запястья. Если передающая/приемная антенна (антенны) не связаны последовательно с радиочастотным отражателем, то существует вероятность того, что радиочастотный сигнал может «пропустить» радиочастотный отражатель и он может не быть обнаружен приемной антенной.

По этой причине существует потребность в решении одной из вышеперечисленных проблем, и/или улучшенном и/или альтернативном переносном измерительном устройстве для измерения концентрации целевого вещества в крови пациента.

В нашем собственном более раннем патенте ЕР 1949084 (Orsus Medical Ltd, WO 2007/003955, опубликованном 11 января 2007 г.) описывается неинвазивная техника измерения для определения концентрации глюкозы в крови. В этом патенте описан технический способ радиочастотного измерения, в котором анализируется передаваемый и/или отраженный радиочастотный сигнал, который был модифицирован структурой биологической ткани. Вариации амплитуды и фазы обнаруженного сигнала (по сравнению с выходным сигналом) коррелируют с концентрацией сахара в крови, что дает результат, который указывает на концентрацию сахара в крови. Эта ранняя работа обеспечивает основу, на которой строится данное изобретение.

Научная литература также изобилует исследованиями, которые очевидным образом демонстрируют сильную корреляцию между радиочастотными свойствами крови и концентрацией в ней сахара. Такие исследования основаны на тестировании in vitro, когда образец крови извлекается из тела пациента и тестируется изолированно, т.е. капля крови помещается на радиочастотную антенну и затем анализируется. В случае тестирования in vitro корреляция между концентрацией сахара в крови и радиочастотными свойствами тестируемого образца крови оказалась довольно сильной, но эта корреляция, к сожалению, была найдена и действует в отношении только отдельного пациента и/или для анализа крови in vitro, и не может быть обобщена для популяций или для тестирования in vitro.

Другими словами, это представляет собой вариацию радиочастотных свойств крови от человека к человеку, что затрудняет разработку и коммерциализацию неинвазивного устройства для тестирования сахара в крови по той простой причине, что точное соотношение (согласованность, если можно так сказать) между концентрацией сахара в крови и радиочастотными свойствами (например, затуханием, сдвигом фазы), по-видимому, являются уникальными для каждого отдельного пациента, и поэтому нет единого соответствия, которое можно было бы надежно использовать для всех популяций пациентов. Это индивидуальное изменение от человека к человеку может быть связано с разными пациентами, имеющими разные свойства крови (например, количество эритроцитов, количество лейкоцитов, группа крови, уровень холестерина, заболевание и т.д.), все из которых, или некоторые из них, могут неизбежно изменять радиочастотные свойства крови одного человека относительно другого человека.

В дополнение к этому, даже принимая во внимание описание нашего собственного более раннего патента (ЕР 1949084), существуют другие факторы, которые вступают в игру просто потому, что при тестировании in-vivo (в отличие от in-vitro) существует сложная биологическая структура, которая сильно варьирует от одного пациента к другому. Даже при выполнении измерений достаточно «стандартной» анатомической части (например, дольки ушной раковины), существуют огромные (процентные) изменения в размерах, содержании жира, толщине кожи, объеме потока и т.д., которые все оказывают большое влияние на радиочастотные свойства «структуры биологической ткани», и поэтому любые изменения в радиочастотных свойствах не могут быть легко объяснены изменениями концентрации сахара в крови (целевого вещества), где существуют так много других факторов, которые могут влиять и влияют на полученные показания. Эти вариации подробно описаны в нашем собственном более раннем патенте (ЕР 1949084).

Другие известные испытательные устройства или способы описаны в следующих опубликованных патентных заявках: US 2009/275814 A1 [WATANABE SHINSUKE [JP] и др., 5 ноября 2009 г.]; US 5508203 A [FULLER MILTON Е [US] и др., 16 апреля 1996 г.], US 2004/147819 A1 [CADUFF ANDREAS [CH] и др., 29 июля 2004 г.]; GB 1193577 А [POLSKA AKADEMIA NAUK ZAKLAD [PL], 3 июня 1970 г.]; ЕР 2168518 А2 [VIVANT MEDICAL INC [US], 31 марта 2010 г.]; US 5661404 A [YANAGAWA KOICHI [JP] и др., 26 августа 1997 г.]; US 2007/029989 A1 [HARUTA MASATO [JP] и др., 8 февраля 2007 г.]; US 2015/112170 A1 [AMERSON III ROBERT LEE [US] и др., 23 апреля 2015 г.]; US 2013/085356 A1 [SCHLOTTAU FRISO [US] и др., 4 апреля 2013 г.]; US 2013/289375 A1 [FISCHER GEORG [DE], 31 октября 2013 г.]; WO 2014/207733 A1 [SENSIBLE MEDICAL INNOVATIONS LTD [IL], 31 декабря 2014 г.]; US 2013225960 [PORCH, 29 августа 2013 г.]; и US 2014/378812 [SAROKA, 25 декабря 2014 г.].

Таким образом, существует потребность в решении, которое обеспечивает надежное, неинвазивное тестирование in vivo целевого вещества (например, сахара) в крови, которое обеспечивает обобщающее решение, которое может быть применено к популяциям, вместо того, чтобы быть «откалиброванным» «к переменным» отдельного пациента.

Различные аспекты изобретения изложены в прилагаемой формуле изобретения.

Таким образом, настоящее изобретение относится к неинвазивному испытательному устройству для определения концентрации целевого вещества, (такого как сахар крови, алкоголь крови, холестерин и т.д.) в крови пациента. Устройство и способ включают в себя применение выходного радиочастотного сигнала к коже пациента через антенну и измерение амплитуды и фазы ответного сигнала, который является функцией выходного радиочастотного сигнала, модифицированного взаимодействием с кровью пациента. Изобретение принимает результаты измерения на различных выходных радиочастотах и отображает ответ как функцию частоты. Изобретение по существу характеризуется получением различных производных параметров из формы полученных графиков, а именно любого или более из следующего: сдвиг резонансной частоты; Q-фактор (добротность) резонанса; групповая задержка; фазовый сдвиг; изменение амплитуды; форм-фактор графика; и градиент графика на разных частотах. В изобретении используются модели производных параметров в зависимости от концентрации целевого вещества в крови для определения последнего. Также описаны в данном документе новая схема для получения измерений амплитуды и фазы, устройство калибровки и различные улучшения, которые относятся к носимому неинвазивному испытательному устройству.

В соответствии с одним аспектом изобретения предлагается неинвазивное испытательное устройство для определения концентрации целевого вещества в крови пациента, при этом неинвазивное испытательное устройство содержит: генератор радиочастотного сигнала, выполненный с возможностью, при использовании, вывода выходного радиочастотного сигнала; процессор; и по меньшей мере одну антенну, функционально соединенную, при использовании, с кровью пациента, по меньшей мере одну антенну, функционально соединенную с генератором радиочастотного сигнала и процессором, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью, при использовании: измерения ответного сигнала за счет использования по меньшей мере одной из антенн, причем ответный сигнал является функцией выходного радиочастотного сигнала, модифицированного взаимодействием с кровью пациента, измерения амплитуды и фазы ответного сигнала на множестве частот выходного радиочастотного сигнала; расчета измеренной амплитуды и фазы ответного сигнала в зависимости от выходных частот радиочастотного сигнала; используя график, определения любого одного или более производных параметров ответного сигнала из группы, содержащей: сдвиг резонансной частоты; Q-фактор (добротность) резонанса; групповую задержку; фазовый сдвиг; изменение амплитуды; форм-фактор графика; и градиент графика на разных частотах; сравнения любого одного или более из полученных параметров с моделью соответствующих производных параметров в зависимости от концентрации целевого вещества в крови; и определения концентрации целевого вещества в крови пациента на основе корреляции между производным параметром или параметрами и соответствующими значениями концентрации целевого вещества в крови пациента в модели.

В отличие от предшествующего уровня техники изобретение, при попытке определить, что представляет собой концентрация целевого вещества, связано главным образом с производными параметрами, а не с абсолютными значениями, полученными в результате испытания. Причиной этого является то, что абсолютные значения, как было установлено, изменяются от пациента к пациенту или в динамике по времени - даже для одного и того же пациента, тогда как производные параметры, которые основаны на форме графика, как было найдено, дают более надежные результаты. Причина этого заключается в том, что, хотя местоположение или масштабирование графика амплитуды/фазы в зависимости от частоты может меняться от теста к тесту, искажение графика, другими словами, нормализованное относительное перемещение точек, представляющих интерес на графиках, согласуется с их соответствующими моделями производных параметров в зависимости от концентрации целевого вещества от пациента к пациенту и в динамике по времени. Таким образом, изобретение в определенных вариантах реализации обеспечивает точный результат теста независимо от физиологии пациента и/или времени тестирования. Это открытие и практическое применение этого открытия в изобретении представляет собой скачок вперед в области неинвазивного анализа крови.

Для того чтобы повысить надежность теста, процессор соответствующим образом выполнен с возможностью: определения множества производных параметров; сравнения множества полученных параметров с соответствующими моделями соответствующих производных параметров в зависимости от концентрации целевого вещества в крови; определения для каждого производного параметра концентрации целевого вещества в крови пациента на основе корреляции между соответствующим производным параметром и соответствующими значениями концентрации целевого вещества в крови пациента в соответствующей модели; и применения статистической модели к полученным в результате определенным концентрациям целевого вещества в крови пациента на основе каждого производного параметра для того, чтобы получить единую общую концентрацию целевого вещества в крови пациента. Это приводит, по сути, к «средневзвешенному значению» или «наилучшему соответствию» общего результата, который может быть более правдоподобным и/или надежным, чем если полагаться на единственный результат из одного производного параметра.

Модель может принимать различные формы, несмотря на то, что будет понятно, что каждая модель может содержать справочную таблицу производных параметров и их соответствующих концентраций целевого вещества в крови пациента, и при этом процессор выполнен с возможностью определения ближайшего соответствия с данными в справочной таблице или интерполирования данных в справочной таблице для того, чтобы достичь определенной концентрации целевого вещества в крови пациента. Дополнительно или в качестве альтернативы, каждая модель может содержать уравнение, определяющее взаимосвязь между производным параметром и концентрацией целевого вещества в крови пациента, и в которой процессор выполнен с возможностью использования производного параметра в качестве аргумента уравнения для получения значения, которое представляет собой концентрацию целевого вещества в крови пациента.

В отличие от предшествующего уровня техники и даже нашего собственного более раннего патента (ЕР 1949084) изобретение рассматривает радиочастотные свойства, вместо того, чтобы пытаться подгонять определенные измеренные параметры к определенному уравнению. К примеру, в патентной заявке ЕР 1949084 амплитуда и фаза ответного сигнала изображаются на графике в зависимости от частоты, а положение и амплитуда наблюдаемых резонансов коррелируют с известной, ранее определенной зависимостью между концентрацией сахара в крови и амплитудой; и концентрацией сахара в крови и фазой. Измеренные точки данных эффективно отображаются на модели для того, чтобы получить результат теста, указывающий на концентрацию сахара в крови. Тем не менее это измерение может быть выполнено для отдельного пациента, и оно по-прежнему требует определенной «стандартной» формы для этого пациента, которая получается, например, путем проведения ряда тестов при прокалывании пальца перед этим для того, чтобы определить взаимосвязь между концентрацией сахара в крови и амплитудой и/или концентрацией сахара в крови и фазой для этого отдельного человека.

Изобретение, в противоположность этому, делает больше, чем просто получение серии измерений амплитуды и фазы на разных частотах: оно рассматривает общую форму измеренной зависимости между входной частотой и амплитудой ответного сигнала и/или входной частотой и фазой ответного сигнала. Таким образом, измеренные взаимные соотношения могут быть более тонко проанализированы и более надежно приспособлены к модели, из которой можно получить данные о концентрации сахара в крови.

В соответствии с одним аспектом данного изобретения предлагается неинвазивное испытательное устройство, содержащее аппарат, содержащий основную часть, содержащую по меньшей мере одну антенну, функционально связанную, при использовании, с кожей пациента; и корпус, содержащий по меньшей мере одну приемную антенну и/или отражатель, также функционально соединенные, при использовании, с кожей пациента; при этом находящийся в использовании корпус находится на противоположной анатомической стороне пациента к основной части; регулируемый ремень, соединяющий основную часть с корпусом, при этом ремень выполнен в виде ременной передачи, прикрепленной на одном конце к основной части или корпусу, которая намотана вокруг соответствующих роликов основной части и корпуса, и которая имеет свободный конец, при этом ременная передача сконфигурированы для центрирования корпуса относительно основной части таким образом, что натяжение свободного конца ремня уменьшает расстояние между основной частью и корпусом, сохраняя при этом практически постоянную соосность между основной частью и корпусом.

Соответственно, по существу, постоянное выравнивание между основной частью и корпусом является таким, что линия, проходящая под прямым углом к центру антенны, поддерживается в практически постоянной связи с линией, проходящей под прямым углом к центру приемной антенны и/или отражателя. Предпочтительно, линия, проходящая под прямым углом к центру антенны, поддерживается в соответствии с линией, проходящей под прямым углом к центру приемной антенны и/или отражателя.

Преимущество этой конфигурации в некоторых вариантах реализации изобретения заключается в том, что ремень самостоятельно центрирует основную часть и/или корпус на теле пациента, тем самым обеспечивая согласованную геометрию измерения (или по меньшей мере способствуя этому) каждый раз, когда осуществляется измерение целевого вещества. Посредством выравнивания корпуса и основной части передаваемый сигнал может воспроизводиться с основной части на корпус и/или быть отраженным радиочастотным отражателем обратно на основную часть, что улучшает воспроизводимость теста.

Соответственно, ремень изготовлен из гибкого материала, такого как эластомер, такого как силиконовый каучук. Соответственно, основная часть, корпус и ремень изготавливаются из гипоаллергенных материалов, таких как силиконовый каучук, который не содержит латекса; пластмассы; и/или металлов с низким содержанием никеля или других материалов, которые, как известно, вызывают раздражение и/или аллергические реакции.

Соответственно, шкивы представляют собой ролики, которые прикреплены с возможностью вращения к основной части и корпусу. Ремень, который обычно представляет собой полосу, может проходить вокруг шкивов для достижения целей изобретения. В одном варианте реализации изобретения ремень прикрепляется на одном конце к основной части и проходит вокруг запястья пользователя или другой части тела к первому ролику, расположенному на одной стороне корпуса. Затем ремень сгибается вокруг своей оси и проходит вокруг той же стороны запястья или части тела пользователя обратно к основной части. Затем он перекрещивается и проходит вокруг противоположной стороны запястья или части тела пользователя ко второму ролику, расположенному на противоположной стороне корпуса. Затем свободный конец ремня может быть закреплен или он может проходить вокруг той же стороны запястья пользователя к основной части, где он закреплен. А значит, из этого следует, что вышеупомянутая конфигурация обеспечивает две (но критически равные) длины ремня с обеих сторон запястья пользователя, в результате чего при потягивании свободного конца ремня происходит равномерное перемещение корпуса относительно основной части. Это является целесообразным для удерживания длины ремня с обеих сторон запястья или части тела пользователя по существу равной или одинаковой, а значит, из этого следует, что происходит самоцентрирование корпуса и основной части.

В еще одном аспекте изобретения представлено неинвазивное испытательное устройство, содержащее аппарат, содержащий основную часть, содержащую по меньшей мере одну антенну, имеющую переднюю поверхность, функционально соединенную, при использовании, с кожей пациента и регулируемый ремень, соединенный с основной частью и проходящий, при использовании, вокруг части тела пациента для того, чтобы удерживать антенну, прилегающую вплотную к коже пациента, при этом неинвазивное испытательное устройство дополнительно содержит: цилиндр для воздуха и средства для наполнения цилиндра для воздуха для того, чтобы заставить переднюю поверхность антенны прижиматься вплотную к коже пациента с заданным усилием.

Соответственно, средство для наполнения цилиндра накачивает цилиндр для воздуха до предварительно заданного давления воздуха, что в свою очередь заставляет переднюю поверхность антенны прижиматься вплотную к коже пациента с заданным усилием. Путем обеспечения того, чтобы передняя поверхность антенны прижималась вплотную к коже пациента с одним и тем же предварительно заданным усилием каждый раз при проведении теста, можно повысить воспроизводимость теста.

Средство для наполнения цилиндра для воздуха, как правило, содержит насос, который может представлять собой электрический насос. Тем не менее, для удобства и для того, чтобы уменьшить потребности в энергии батареи, средства для наполнения цилиндра для воздуха предпочтительно представляют собой ручной насос, такой как сжимаемый цилиндр с односторонним клапаном, который может быть нажат один раз или несколько раз для того, чтобы наполнить цилиндр для воздуха.

Предусмотрены средства для обеспечения того, чтобы передняя поверхность антенны прижималась вплотную к коже пациента с предварительно заданным усилием, что означает, что может быть представлен клапан для сброса давления, расположенный между насосом и цилиндром для воздуха. Такая конфигурация при установлении клапана для сброса давления для определенной настройки давления, может гарантировать, что цилиндр для воздуха не перегружается. Средства, например, датчик давления воздуха, могут быть предусмотрены для обеспечения того, чтобы насос использовался/работал до тех пор, пока давление воздуха внутри цилиндра для воздуха не достигнет по меньшей мере предварительно заданного давления воздуха, которое обеспечит достижение требуемого предварительно заданного усилия.

За счет использования цилиндра для воздуха давление внутри него может быть гидростатическим, что соответственно обеспечивает равномерное давление по всей поверхности антенны.

Соответственно, цилиндр для воздуха располагается между основной частью и задней поверхностью антенны.

Соответственно, по меньшей мере одна антенна функционально соединена с задающим устройством и процессором, при этом при использовании: указанное или каждое; задающее устройство выполнено с возможностью, при использовании, вывода выходного сигнала через по меньшей мере одну из антенн; и при этом процессор выполнен с возможностью, при использовании, измерения ответного сигнала через по меньшей мере одну из антенн, причем ответный сигнал является функцией выходного сигнала, модифицированного взаимодействием с кровью пациента, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью анализа ответного сигнала и определения из анализа концентрации целевого вещества в крови пациента.

В соответствии с другим аспектом изобретения предлагается неинвазивное испытательное устройство, содержащее по меньшей мере одну антенну, функционально соединенную с задающим устройством и процессором, при этом при использовании: указанная или каждая антенна функционально соединена с кожей пациента; при этом задающее устройство выполнено с возможностью, при использовании, вывода выходного сигнала через по меньшей мере одну из антенн; и при этом процессор выполнен с возможностью, при использовании, измерения ответного сигнала через по меньшей мере одну из антенн, причем ответный сигнал является функцией выходного сигнала, модифицированного взаимодействием с кровью пациента, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью анализа ответного сигнала и определения из анализа концентрации целевого вещества в крови пациента.

Соответственно, по меньшей мере одна антенна является функционально соединенной с кожей пациента и, следовательно, с кровью пациента.

В соответствии с другим аспектом изобретения предлагается неинвазивный способ тестирования, включающий в себя этапы: использования задающего устройства, вывода выходного сигнала через по меньшей мере одну антенну на кожу пациента; измерение, используя процессор, ответного сигнала через по меньшей мере одну антенну, при этом ответный сигнал является функцией выходного сигнала, модифицированного взаимодействием с кровью пациента; причем способ отличается этапом анализа ответного сигнала и определения из анализа концентрации целевого вещества в крови пациента.

В некоторых вариантах реализации изобретения неинвазивное испытательное устройство содержит антенну, через которую посылается выходной сигнал, и принимается ответный сигнал.

В других вариантах реализации изобретения неинвазивное испытательное устройство содержит первую антенну, через которую посылается выходной сигнал, и вторую антенну, через которую принимается ответный сигнал.

Ответный сигнал может представлять собой любой из двух или оба: переданный сигнал (то есть при этом первая и вторая антенны размещены на противоположных сторонах целевой части тела, такой как долька ушной раковины) и/или отраженный сигнал (то есть при этом антенна, или первая и вторая антенны располагаются на одной стороне части тела, а выходной сигнал отражается от структуры внутри части тела назад к антенне или второй антенне). В части, касающейся передаваемого сигнала, первая и вторая антенны могут быть размещены в непосредственной близости друг от друга на одной стороне целевой части тела цели, но коэффициент усиления (чувствительность антенны в определенном направлении, как схематически показано лепестками на Фиг. 4) первой и второй антенн соответствующим образом сконфигурирован (в соответствии с конструкцией антенны) для направления таким образом, что выходной сигнал направляется на вторую антенну и таким образом, что коэффициент усиления (направленность или направление повышенной чувствительности) второй антенны смещается/наклоняется в направлении первой антенны.

Способность использовать одну или более антенн на одной стороне части тела является особенно преимущественной по многим причинам, главной из которых является удаление переменных, таких как размеры части тела.

Задающее устройство соответственно содержит задающее сигнал устройство, выполненное с возможностью вывода сигналов в диапазоне от 8 ГГц до 30 ГГц. В одном варианте реализации изобретения задающее устройство выполнено с возможностью вывода сканирующего выходного сигнала. В еще одном варианте реализации изобретения задающее устройство выполнено с возможностью вывода серии выходных сигналов на дискретных частотах или частотных диапазонах. Вывод выходных сигналов по непрерывному диапазону частот или по частотным шагам позволяет проводить спектроскопический анализ крови пациента.

Дополнительно или в качестве альтернативы, задающее устройство соответствующим образом сконфигурировано для вывода короткого (как правило, от 1 до 10 мс) пакетного сигнала. В такой ситуации процессор соответствующим образом адаптирован для транспонирования ответного сигнала от временной области к частотной области (например, с использованием Z-преобразования) для получения частотного спектра. Такая конфигурация может значительно сократить время, затрачиваемое на анализ крови пациента.

Дополнительно или в качестве альтернативы, устройство может содержать множество антенн с частотным соответствием, другими словами, антенны, настроенные на конкретные полосы пропускания. В такой ситуации задающее устройство может быть сконфигурировано для вывода соответствующего множества выходных сигналов с узкой полосой частот на каждую из согласованных по частоте антенн. Такая конфигурация обеспечивает ряд очевидных преимуществ: путем согласования частоты антенн с относительно узкой полосой пропускания может быть получено улучшенное разрешение сигнала и отзывчивость; и возможно мультиплексировать сигналы, в результате чего квазиспектр получается в гораздо более быстрое время, то есть путем одновременного вывода и приема множества дискретных полос пропускания.

Процессор может быть интегрирован в неинвазивный испытательное устройство или может быть физически или логически отделен от него. В некоторых вариантах реализации изобретение содержит интерфейс ввода/вывода, который функционально связывает задающее устройство и процессор с дополнительным блоком обработки информации, который может быть расположен, например, в выделенном блоке обработки информации, смартфоне, планшетном ПК или устройстве типа ПК. Таким образом, сложные функции обработки данных могут выполняться во встроенном программном обеспечении или приложении более мощного устройства отдельно от основной части самого неинвазивного испытательного устройства. Следует принимать во внимание, что такая конфигурация также может позволить размещение блока дополнительной обработки данных на облачном сервере, например, через Интернет, что позволяет нескольким пользователям (например, пациенту, врачу, родственникам и так далее) доступ к результатам тестирования в режиме реального времени или впоследствии.

В соответствии с данным изобретением указанная или каждая антенна функционально соединены с кожей пациента. Соответственно, это может быть выполнено с помощью указанной или каждой антенны, содержащей ровную, плоскую или прямоугольную микрополосковую антенну, которая может быть расположена в непосредственном контакте с кожей пользователя. Дополнительно или в качестве альтернативы, связующая среда может быть расположена между указанной или каждой антенной и кожей пациента, например, это могут быть гель или крем, которые наносятся на кожу или антенну до проведения теста. В некоторых вариантах реализации изобретения вышележащий материал («надложка») инкапсулирует антенны, причем этот материал обеспечивает сопряжение с кожей.

В соответствии с настоящим изобретением и в дополнение к вышеизложенному, процессор, при использовании, адаптирован для измерения ответного сигнала через по меньшей мере одну из антенн. Процессор может быть сконфигурирован для записи ответного сигнала и передачи его на блок дополнительной обработки данных, такой как, например, описанный выше. Дополнительно или в качестве альтернативы, процессор неинвазивного испытательного устройства сам по себе может быть адаптирован для анализа ответного сигнала и определения из анализа концентрации целевого вещества в крови пациента.

Неинвазивное испытательное устройство предпочтительно содержит один или более человеко-машинных интерфейсов (HID), таких как кнопка запуска/остановки для запуска и/или завершения теста. Кнопка запуска/остановки в некоторых вариантах реализации изобретения может быть встроена в корпус неинвазивного испытательного устройства, например, в виде скользящего переключателя, расположенного между двумя относительно подвижными частями корпуса для неинвазивного испытательного устройства. С помощью таких средств пользователь может нажать на корпус неинвазивного испытательного устройства на коже, тем самым инициируя и/или завершая тест. HID может дополнительно содержать индикаторные средства, такие как светодиод и/или звуковой сигнал для обеспечения обратной связи с пользователем, такой как «инициированный тест», «текущий тест», «завершение теста», «ошибка теста» и т.д. Следует понимать, что для обозначения различных статусов неинвазивного испытательного устройства можно использовать различные комбинации цветов светодиодов и мигающих последовательностей или звуковых комбинаций.

Дополнительно или в качестве альтернативы, HID содержит экран дисплея, который может использоваться для отображения различных статусов неинвазивного испытательного устройства и/или результата теста.

Неинвазивное испытательное устройство может дополнительно содержать запоминающее устройство для хранения предыдущих результатов теста, которые могут быть отображены на экране дисплея HID, по желанию, но это является необязательным, хотя и предпочтительным, признаком настоящего изобретения. В вариантах реализации изобретения также может иметься возможность напрямую или косвенным образом подключаться через интерфейсный кабель к ПК, ноутбуку, планшетному устройству и т.д. для того, чтобы впоследствии данные могли быть загружены, например, для автономного анализа.

Конкретная проблема, которая существует в связи с выполнением радиочастотных измерений, как это предусмотрено вышеприведенным вариантом (вариантами) реализации изобретения, является необходимостью точной генерации сигнала и обработки сигнала для того, чтобы иметь возможность анализировать результаты теста. В частности, когда антенна используется для передачи радиочастотного сигнала в образец, и ответ обнаруживается одновременно/впоследствии, требуется большая обработка сигнала для того, чтобы получить показания параметров тестового образца.

Для того чтобы достичь этого, как правило, необходимо использовать устройство типа сетевого анализатора, которое имеет сложный компонент генерации сигнала, а также сложный компонент обработки сигналов. Сетевой анализатор является чрезвычайно чувствительным устройством и, как правило, является очень дорогостоящим, что делает его в целом непригодным для использования в качестве переносного и/или недорогого устройства.

Более того, сетевой анализатор может быть очень сложным в настройке и может быть очень восприимчивым к физическим переменным, таким как маршрутизация кабеля и/или конфигурация и т.д. В результате этого может оказаться чрезвычайно трудным получить точные, воспроизводимые и/или согласованные результаты теста в радиочастотных системах.

Особую озабоченность, в контексте изобретения, представляет собой воспроизводимость теста у конкретного пациента от одного времени к другому. Одной из причин этого является использование гибких выводов для, чтобы соединить сетевой анализатор с передающими/приемными антеннами. Даже несмотря на то, что гибкие выводы могут быть хорошо экранированы и эффективно соединены с антеннами, перемещение гибких выводов во время процедуры теста может привести к возникновению ошибок. Поэтому является крайне важным, чтобы испытуемый предмет/образец полностью оставался неподвижным во время теста, что может быть неудобным.

Тем не менее, что еще более важно, так это то, что воспроизводимость теста на основе радиочастот может быть затруднена из-за различий в физической настройке системы от одного теста к другому. В силу того что невозможно точно воспроизвести точную физическую конфигурацию сетевого анализатора и испытуемого от одного теста к другому (т.е. тесты, выполненные в разное время, даже с одним и тем же пациентом), результаты теста оказались подверженными ошибкам, что может быть связано, в частности, с изменениями радиочастотных свойств испытуемого, а также с точки зрения физической настройки во время теста.

К сожалению, нелегко различать внутренние изменения (например, изменения уровня сахара в крови испытуемого пациента) и внешние факторы (такие как различия в конфигурации гибких выводов, радиочастотные помехи и т.д.). Это приводит к тому, что тестирование на основе радиочастот в некоторой степени может быть восприимчиво к ошибкам и ложным результатам.

Поэтому существует потребность в решении этой проблемы.

В еще одном дополнительном аспекте изобретения предлагается схема, содержащая: генератор радиочастотного сигнала, адаптированный, при использовании, для обеспечения на его выходе радиочастотного сигнала, при этом генератор выходного радиочастотного сигнала подключается к входному узлу, при этом входной узел сконфигурирован, при использовании, для разделения радиочастотного сигнала на устойчиво равные первый и второй сигналы, причем первый сигнал подключается к тестовому выходу через тестовый образец, а второй сигнал подключается к эталонному выходу через регулируемую эталонную схему, при этом тестовый и эталонный выходы подключаются к соответствующим входам компаратора, причем компаратор используется для вывода на выходе компаратора разности между тестовым выходом и эталонным выходом, при этом схема дополнительно содержит микропроцессор, содержащий: вход микропроцессора, подключенный, при использовании, к выходу компаратора; и управляющий выход, соединенный, при использовании, с эталонной схемой; при этом эталонная схема содержит переменный аттенюатор и переменный фазовращатель, управляемый при использовании выходным сигналом управления микропроцессора, и при этом микропроцессор адаптирован, при использовании, для: регулировки его выходного сигнала управления и, таким образом, регулировки амплитуды и фазы эталонной схемы для того, чтобы довести выход компаратора до нуля или, по существу, нуля, посредством чего регулируемая эталонная схема регулируется таким образом, что она является аналогом испытываемого образца; и для вывода сигнала данных, указывающих амплитуду и фазу эталонной схемы, где выход компаратора равен нулю или практически равен нулю.

Разделив радиочастотный сигнал в узле на два компонента в узле, а именно: на первый компонент, который анализирует образец, и на второй компонент, который проходит через эталонную схему, а затем путем регулировки эталонной схемы таким образом, что разница между тестом и эталонными компонентами является равной нулю, устройство эффективно становится невосприимчивым ко многим внешним переменным теста. Более того, путем проведения теста таким образом генератор сигналов может быть значительно упрощен, как и анализ сигнала, который может выполняться микропроцессором, а не устройством типа сетевого анализатора.

Соответственно, генератор радиочастотного сигнала содержит схему стабильного резонатора, способную выдавать радиочастотный сигнал, имеющий по существу постоянную амплитуду, частоту и фазу. Генератор радиочастотного сигнала может в определенных вариантах реализации изобретения содержать средства для выборочной регулировки любого одного или более из следующих элементов: амплитуды, частоты и фазы радиочастотного сигнала на его выходе. Предпочтительно генератор радиочастотного сигнала адаптирован при использовании для непрерывной регулировки (развертки) любой одной или более частоты, амплитуды и фазы радиочастотного сигнала на его выходе; или в некоторых вариантах реализации изобретения, для дискретной регулировки (смены шага) любого одного или более из следующих элементов: частоты, амплитуды и фазы радиочастотного сигнала на его выходе. Это значительно упрощает генерацию радиочастотного сигнала по сравнению с использованием сетевого анализатора.

В некоторых вариантах реализации изобретения генератор радиочастотного сигнала содержит кварцевый кристаллический резонатор; или множество кварцевых кристаллических резонаторов, каждый из которых выполнен с возможностью вывода различной частоты, амплитуды и/или фазы радиочастотного сигнала. Соответственно предлагается средство переключения для избирательного подключения выбранного одного из множества кварцевых резонаторов к выходному сигналу генератора радиочастотных сигналов, в результате чего генератор радиочастотного сигнала может выборочно выводить радиочастотный сигнал, имеющий выбранную частоту, амплитуду и/или фазу.

Предпочтительно, эффективные длины пути сигнала проводников, несущих первый и второй сигналы между входным узлом и входами компаратора, являются равными или устойчиво равными. Эта конфигурация уменьшает любую изменчивость, основанную на передаче сигнала через устройство, и, в связи с этим, изначально присущие различия в выходах двух путей сигнала.

В предпочтительном варианте реализации изобретения первый сигнал связывается с испытуемым образцом при помощи одной или более антенн. Антенна или антенны могут иметь любую подходящую конфигурацию, но особенно любую конфигурацию, которая описана выше и в данном документе.

В некоторых вариантах реализации изобретения компаратор содержит схему мостового типа, такую как мост Уитстона. Мостовая схема обеспечивает относительно простые аналоговые средства для получения разности между (и, необязательно, суммой) двух сигналов на ее входах. Мостовые схемы представляют собой относительно недорогие, надежные и простые устройства, что является преимуществом в портативном устройстве.

Схема может дополнительно содержать радиочастотный демодулятор, расположенный между выходом компаратора и микропроцессорным входом, и, необязательно, низкочастотный демодулятор, расположенный между выходом компаратора и микропроцессорным входом. Демодулятор (демодуляторы), если это предусмотрено, соответствующим образом выполнен с возможностью обеспечения сигнала постоянного тока или ШИМ-сигнала на входе микропроцессора, которые являются пропорциональными разности между первым и вторым сигналами.

Сигнал передачи данных, указывающий амплитуду и фазу эталонной схемы, где выход компаратора равен нулю, или, по существу равен нулю, является предпочтительно, представленным на устройстве отображения, таком как экран дисплея, ЖК-панель, или на одной или более шкалах. Этот дисплей может быть цифровым или графическим. Предпочтительно предусмотрены средства для отображения концентрации целевого вещества на основе значений фазы и амплитуды, необходимых для того, чтобы эталонная схема была равна/уравновешивала тестовую схему.

Один или более гибких выводов могут использоваться для подключения любого одного или более из следующего: генератора радиочастотного сигнала и входного узла; выхода компаратора и входа микропроцессора; и управляющего выхода микропроцессора и эталонной схемы. Гибкий вывод или гибкие выводы, если это предусмотрено, могут содержать съемные соединительные элементы.

Предпочтительно, эталонная схема содержит как грубо регулируемые, так и тонко регулируемые переменные аттенюаторы и переменные фазовращатели. Возможное преимущество этой конфигурации состоит в том, что грубые настройки могут быть установлены (приблизительно) на настройки ранее выполненного теста, в результате чего настройки переменного аттенюатора и переменного фазовращателя приблизительно соответствуют началу в последующем тесте. Это может значительно ускорить процедуру тестирования, если, например, настройки переменного аттенюатора и переменных фазовращателей являются приблизительно правильными в начале теста.

В другом возможном варианте реализации изобретения передающие и/или приемные антенны встроены в самоклеящееся устройство пластырного типа, которое может быть прикреплено к коже пациента. Преимущество этой конфигурации заключается в том, что при условии, что устройство пластырного типа не удаляется и/или не перемещается между тестами, испытания будут проводиться постоянно на одной и той же части тела, что устраняет многие из внешних переменных, описанных в данном документе, которые часто создают проблему в радиочастотном и/или неинвазивном тестировании. Тем не менее, в случае когда вся тестовая схема (генератор сигналов, процессор для обработки сигналов, дисплей/выход) также не будет включена в устройство пластырного типа (которое могло бы/было бы неэкономичным и сложным для применения на практике), тогда для подключения устройства пластырного типа к генератору радиочастотного сигнала и анализатору необходимы гибкие выводы. Тем не менее, использование гибких выводов, как описано в данном документе, может быть проблематичным в связи с тем, что они имеют свойство вводить в систему передачи сигналов трудно определяемые и/или неустойчивые, и/или не поддающиеся количественному определению переменные, то есть в часть схемы между генератором радиочастотного сигнала и антенной (антеннами) и/или между антенной (антеннами) и анализатором сигналов.

Поэтому существует потребность в средствах для определения и в связи с этим факторизации переменных в системе передачи сигналов.

С учетом вышесказанного в другом аспекте изобретения предлагается устройство для калибровки, содержащее: антенну, соединенную с соединительным элементом, имеющим вход, подключенный, при использовании, к генератору радиочастотных сигналов и/или анализатору; и средство переключения, расположенное между выходом соединительного элемента и антенной, при этом средство переключения имеет вход, подключенный к выходу соединительного элемента, первый выход, подключенный к антенне (антеннам), второй выход, подключенный к разомкнутой схеме, третий выход, соединенный с землей, и четвертый выход, соединенный с эталонной нагрузкой, при этом средство переключения может быть приведено в действие для того, чтобы подключить соединительный элемент к каждому из четырех выходов по отдельности, в результате чего при использовании, антенна может быть откалибрована по отношению к системе передачи сигнала, подключенной на вход соединительного элемента.

Средство переключения может быть любого подходящего типа, такого как реле, механический переключатель, переключатель на основе микроэлектромеханической системы (МЭМС), транзистор, полевой МОП-транзистор и т.д. Тем не менее является предпочтительным, чтобы средство переключения содержало полупроводниковый переключатель, что является преимуществом, поскольку он не имеет перемещающихся частей и, по этой причине, с меньшей вероятностью изменит калибровку в связи с физическим перемещением, образованием электрической дуги, вибрацией, скачками напряжения и т.д.

Соответственно, устройство для калибровки вводится в тестер типа зажимного устройства, который может быть зафиксирован на части тела, такой как долька ушной раковины пациента. Тестер типа зажимного устройства соответственно содержит противолежащие антенны (передающую и приемную антенну), и, по этой причине, для каждой из антенн предусмотрено устройство для калибровки.

В предпочтительном варианте реализации изобретения эталонная нагрузка содержит нагрузку 50 Ω.

Для того чтобы калибровать антенну средство переключения, может приводиться в действие для циклического включения входного радиочастотного сигнала на каждый из четырех его выходов, а именно в разомкнутую схему, напрямую замкнутую цепь, эталонную нагрузку и антенну, а измеренный ответный сигнал можно проанализировать на каждом из четырех положений переключателя. Затем может быть применен калибровочный алгоритм (например, калибровочная матрица) для калибровки антенны, и этот фактор исключает любые переменные, которые связаны с передающей системой. При размещении устройства для калибровки непосредственно перед антенной (антеннами), все переменные в системе передачи могут (во многих случаях) учитываться, что повышает надежность и/или воспроизводимость процедуры тестирования.

Когда устройство для калибровки встроено в тестер типа зажимного устройства, как описано выше, средства переключения могут дополнительно содержать пятый выход/положение, которое соединяет выход первого соединительного элемента (связанного с первой антенной) с выходом второго соединительного элемента (связанного со второй антенной). Это обеспечивает «байпасный» или «транзитный» путь сигнала, который обходит обе антенны и, таким образом, позволяет откалибровать систему передачи независимо от антенн и от любого тестируемого образца между ними.

Следует понимать, что устройство для калибровки может быть легко миниатюризировано и является относительно недорогим, и поэтому оно может быть встроено в одноразовое антенное устройство пластырного типа, которое может использоваться на пациенте.

Антенну пластырного типа с соединительным элементом можно носить под устройством типа наручных часов, содержащим генератор радиочастотного сигнала, анализатор радиочастотного сигнала и/или дисплей, как описано в данном документе.

Различные варианты реализации данного изобретения теперь будут описаны только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:

На Фиг. 1 проиллюстрирован схематический вид в перспективе варианта реализации изобретения неинвазивного испытательного устройства в соответствии с данным изобретением;

На Фиг. 2 проиллюстрирован вид в перспективе неинвазивного испытательного устройства, изображенного на Фиг. 1 в режиме калибровки;

На Фиг. 3 проиллюстрирован вид в перспективе неинвазивного испытательного устройства, изображенного на Фиг. 1, в процессе эксплуатации;

На Фиг. 4 проиллюстрирован схематический вид в поперечном разрезе Фиг. 3 на IV-IV;

На Фиг. 5 проиллюстрирован схематический вид в перспективе первого альтернативного варианта реализации изобретения неинвазивного испытательного устройства в соответствии с данным изобретением;

На Фиг. 6 проиллюстрирован схематический вид в перспективе второго альтернативного варианта реализации изобретения неинвазивного испытательного устройства в соответствии с данным изобретением;

На Фиг. 7 проиллюстрирован график амплитуды в зависимости от частоты для переданных и отраженных сигналов, полученных в соответствии с данным изобретением;

На Фиг. 8А проиллюстрирована корреляционная диаграмма передаваемых и отраженных сигналов в соответствии с Фиг. 7;

На Фиг. 8В проиллюстрирован схематический график, показывающий корреляцию между измерениями S21/S11 и концентрацией глюкозы в крови;

На Фиг. 9 проиллюстрирован схематический вид набора антенн с частотным соответствием для неинвазивного испытательного устройства в соответствии с данным изобретением;

На Фиг. 10 проиллюстрирована принципиальная схема для первой схемы, воплощающей данное изобретение;

На Фиг. 11 проиллюстрирована принципиальная схема, иллюстрирующая, как можно получить настройки аттенюатора и фазовращателя для схемы, изображенной на Фиг. 10;

На Фиг. 12 проиллюстрировано схематическое поперечное сечение известного переносимого устройства, приспособленного к первому размеру;

На Фиг. 13 проиллюстрировано схематическое поперечное сечение известного переносимого устройства, изображенного на Фиг. 12, приспособленного ко второму размеру;

На Фиг. 14 проиллюстрировано схематическое поперечное сечение варианта реализации изобретения переносимого устройства в соответствии с данным изобретением, приспособленного к первому размеру;

На Фиг. 15 проиллюстрировано схематическое поперечное сечение переносимого устройства, изображенного на Фиг. 14, приспособленного к первому размеру;

На Фиг. 16 проиллюстрировано схематическое поперечное сечение варианта реализации изобретения еще одного варианта реализации изобретения переносимого устройства в соответствии с данным изобретением, установленного свободно;

На Фиг. 17 проиллюстрировано схематическое поперечное сечение переносимого устройства, изображенного на Фиг. 17, в наполненном состоянии, готовом к использованию;

На Фиг. 18 проиллюстрирован вид снизу в перспективе наклеенной прямоугольной микрополосковой антенны в соответствии с вариантом реализации изобретения данного изобретения;

На Фиг. 19 проиллюстрирован вид сверху в перспективе наклеенной прямоугольной микрополосковой антенны, изображенной на Фиг. 18;

На Фиг. 20 проиллюстрирована схематическая принципиальная электрическая схема первого устройства для калибровки в соответствии с данным изобретением;

На Фиг. 21 проиллюстрирована схематическая принципиальная электрическая схема второго устройства для калибровки в соответствии с данным изобретением;

На Фиг. 22 проиллюстрирован схематический вид сбоку тестового датчика, пригодного для использования со второй схемой калибровки, изображенной на Фиг. 21.

Ссылаясь на Фиг. 1-3, вариант реализации изобретения неинвазивного испытательного устройства 10 в соответствии с данным изобретением содержит основную часть корпуса 12, образованную из первой, в целом, цилиндрической части 14, и вторую, в целом, цилиндрическую часть 16, вложенную и скользящую внутри первой части 14. Вторая часть 16 имеет, в целом, плоскую торцевую поверхность 18, на которой расположены три прямоугольные микрополосковые антенны 20, 22, 24, которые при использовании находятся в соприкосновении с кожей пациента. Неинвазивное испытательное устройство 10 дополнительно содержит торцевую крышку 24, которая надевается на вторую часть 16 в тех случаях, когда неинвазивное испытательное устройство 10 не используется, для защиты прямоугольных микрополосковых антенн 20, 22, 24.

Первая часть 14 основной части 12 содержит экран дисплея 26, светодиодный индикатор 28, устройство звуковой сигнализации 30 и ручную кнопку нажимного действия 32, функции которых должны быть описаны ниже. Основная часть 12 содержит схему возбуждения (не показана) и процессор (не показан), которые функционально соединены с прямоугольными микрополосковыми антеннами 20, 22, 24.

Для использования неинвазивного испытательного устройства 10 пациент помещает торцевую крышку 24 поверх второй части 16 и нажимает на кнопку 32 для того, чтобы запустить последовательность калибровки. Торцевая крышка 24 содержит вставку 25, которая выполнена из любого одного или более стандартных материалов (предпочтительно трех стандартных материалов), имеющих известные свойства. Когда торцевая крышка 24 установлена на основной части, как проиллюстрировано на Фиг. 2, вставка 25 контактирует с прямоугольными микрополосковыми антеннами 20, 22, 24, позволяя задающему устройству (не показано) и процессору (не показано) запускать последовательность калибровки.

Торцевая крышка 24 содержит кольцевой металлический ободок 34, который образует электрическое соединение в тех случаях, когда помещается на основную часть 12 между парой электродов 36, расположенных на опорной кромке 37 первой части 14 основной части 12. Формирование соединения между электродами 36 означает для процессора (не показан), что торцевая крышка 24 правильно установлена на основной части 12, при этом вставка 25 контактирует с прямоугольными микрополосковыми антеннами 20, 22, 24.

Во время последовательности калибровки экран дисплея 26 показывает символ калибровки 38, а индикатор хода выполнения процесса 40 производит отсчет в обратном направлении последовательности калибровки. После того как последовательность калибровки будет завершена, светодиод 28 загорится зеленым цветом, и устройство звуковой сигнализации 30 подаст звуковой сигнал для того, чтобы обозначить это пациенту.

Затем торцевая крышка 24 может быть удалена, а неинвазивное испытательное устройство 10 будет готово к использованию.

Как проиллюстрировано на Фиг. 3 в графических материалах, пациент прижимает 39 прямоугольные микрополосковые электроды 20, 22, 24 к коже, а вторая часть 16 основной части 12 убирается против действия пружины в первую часть 14. Внутренний микропереключатель (не показан) обнаруживает тот момент, когда вторая часть 16 полностью вжимается в первую часть 14, тем самым инициируя начало теста.

На данном этапе задающее устройство (не показано) отправляет один или более выходных сигналов к одной или более прямоугольных микрополосковых антенн 20, 22, 24, а процессор (не показан) контролирует ответ (ответы). Процессор (не показан) анализирует ответы и вычисляет концентрацию целевого вещества (например, уровень сахара в крови) и указывает это в виде числового значения 42 на экране дисплея 26. Во время теста светодиод 28 загорается желтым цветом и во время расчета светодиод 28 мигает желтым цветом, а индикатор хода выполнения процесса 40 прокручивает информацию на экране дисплея. После того как результат был рассчитан, светодиод 28 загорится зеленым цветом, и устройство звуковой сигнализации 30 подаст звуковой сигнал для того, чтобы обозначить это пациенту. Символ подтверждения 44 может также отображаться на экране дисплея 26 для того, чтобы показать достоверность теста, то есть следует ли повторять тест.

Другой целесообразной особенностью неинвазивного испытательного устройства 10 является то, что оно также может считывать импульсы и отображать это для пациента во время выполнения или после выполнения теста.

В вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 1-3, описанных выше, имеются три прямоугольные микрополосковые антенны 20, 22, 24, которые выполнены на поверхности 18 второй части 16 устройства 10. Первая из прямоугольных микрополосковых антенн содержит передающую антенну 20, которая является функционально соединенной с задающим устройством 80. В то же самое время вторая из прямоугольных микрополосковых антенн содержит приемную антенну 24, которая является функционально соединенной с процессором 82. Третья прямоугольная микрополосковая антенна 22 расположена между передающей 20 и приемной 24 антеннами.

На Фиг. 4 в графических материалах может быть видно, что описанная выше конфигурация рассматривает три антенны 20, 22, 24, размещенные в непосредственной близости друг от друга и находящиеся в соприкосновении с кожей 92 пациента. Антенны 20, 22, 24 являются инкапсулированными в согласованный материал 90, который соответствует поверхности 18 второй части 16 с кожей 92 пациента.

Передающие 20 и приемные 24 прямоугольные микрополосковые антенны сконструированы таким образом, чтобы иметь коэффициент направленного действия, как схематически показано лепестками 84, 85 на Фиг. 4. В альтернативных вариантах реализации изобретения (не показаны) прямоугольные микрополосковые антенны 20, 24 могут быть расположены под углом относительно поверхности 18 для получения аналогичного эффекта. Таким образом, сигнал 86 испускается в кожу пациента из передающей антенны 20 под углом, а коэффициент усиления 85 приемной антенны 24 направлен на передаваемый сигнал 86 для его приема. А значит, из этого следует, что процессор 82 способен выполнять процесс сравнивания 88 разницы между переданным сигналом 87 и принятым сигналом 89 для проведения анализа крови внутри кожи 92 пациента.

В определенных ситуациях кожа 92 может содержать подкожные структуры 100, такие как кость, которые отражают передаваемый сигнал. Третья антенна 22 является функционально соединенной с процессором 82, и является сконфигурированной для приема сигналов 102, которые отражаются от структур, аналогичных структуре 100. Третья антенна 22 может в определенных вариантах реализации изобретения служить как в качестве передающей антенны, так и в качестве приемной антенны, и в этом случае она функционально подключается процессом 106, 108 к задающему устройству 80 и процессору 82 для анализа отраженных сигналов 110.

Еще один альтернативный вариант реализации изобретения проиллюстрирован на Фиг. 5 графических материалов, на которой неинвазивное испытательное устройство 10 содержит контактное гнездо датчика 150, в которое может быть вставлен вилочный контакт 152 гибкого вывода 154. Гибкий вывод 154 несет на своем свободном конце зажимное устройство 156, содержащее противостоящие прокладки 158, каждая из которых содержит передающую антенну 20 и приемную прямоугольную микрополосковую антенну 24. Зажимное устройство 156 может быть закреплено на мочке уха или на кончике пальца, скажем, пациента, а тест выполняется аналогично тому, как описано выше.

В этой конфигурации устройство может измерять характеристики передачи и отражения части тела, которая не имеет естественной отражающей внутренней структуры, такой как, но не ограничивается только этим, кость или хрящ.

В этом примере зажимное устройство 156 может быть закреплено на выступе 158, изготовленном из калибровочного материала, при этом выступ выходит из торцевой крышки 24 для того, чтобы обеспечить выполнение калибровочной последовательности.

В еще одном варианте реализации изобретения, как проиллюстрировано на Фиг. 6 в графических материалах, неинвазивное испытательное устройство 10 выполнено в виде устройство жезлового типа 109, которое может быть размещено, например, на запястье 111 руки пользователя 220. В этом варианте реализации изобретения прямоугольные микрополосковые антенны направленного действия (не видны) расположены сбоку устройства 10. Это позволяет применять устройство, но не ограничивается запястьем и предплечьем. Неинвазивное испытательное устройство 10 имеет одну или более антенн (не видны) на его нижней стороне, которые вступают в контакт, при использовании, с кожей пациента. Пользуясь этой конфигурацией, можно эффективно использовать относительно высокий кровоток, который имеется под кожей в области запястья (область пульсации лучевой артерии), а также наличие костной ткани высокой плотности (локтевая кость и лучевая кость), которая расположена близко к поверхности кожи.

В вариантах реализации изобретения антенны 20, 22, 24 функционируют как в режиме передачи, так и в режиме отражения. Таким образом измеряются сигналы S21 (передача) и S11 (отраженные). Получена корреляция между уровнем глюкозы в крови и параметром S11 вместе с параметрами S21, такими как сдвиг резонансной частоты, Q фактор (добротность) резонанса, групповая задержка, фаза и амплитуда. Таким образом, в тех случаях, когда данные S21 и S11 используются вместе, рассчитывается более точное значение уровня глюкозы в крови.

На Фиг. 7 в графических материалах проиллюстрирован нормализованный график величины 300 принятых переданных сигналов 302, 304 и принятых сигналов 402, 404 в зависимости от частоты 310 при различных уровнях глюкозы в крови. Как можно видеть, наблюдая переданные сигналы 302, 304 в области значений S21, существуют характерные прогибы 308, позиции которых движутся в зависимости от концентрации сахара в крови. Таким образом, процессор адаптирован для контроля точек перегиба, то есть их величины и частоты, и для сравнения этих измеренных значений с данными в предварительно заполненной справочной таблице, из которой может быть получена концентрация сахара в крови. Кроме того, следует обратить внимание на то обстоятельство, что величина 312 графика S21 на определенных частотах 314 изменяется в зависимости от концентрации сахара в крови, и процессор может быть сконфигурирован для поиска величины 312 на этих целевых частотах 314 в предварительно заполненной справочной таблице для определения концентрации сахара в крови.

Как видно из Фиг. 7 в области значений S21 некоторые определенные прогибы 316 появляются при определенных концентрациях сахара в крови. Опять же, отслеживая появление этих прогибов 316, концентрацию сахара в крови можно получать посредством ссылки на справочные таблицы.

Более подробный анализ участка S21 графиков 302, 304 может выявлять более тонкую структурную информацию, такую как форма и ширина прогибов 308, 316, а также их частота и амплитуды. Более подробный анализ может быть использован для подтверждения того, что наблюдаемые эффекты согласуются с целевым веществом в крови (например, сахаром в крови), в отличие от другого загрязнения (например, алкоголя в крови), при котором форма наблюдаемых прогибов 308, 316 может быть другой.

В области значений S11 (отраженный сигнал) анализ является более тонким и требуется, чтобы процессор анализировал общую форму 406, 408 графиков 402, 404. Из Фиг. 7 видно, что в области значений S11 существуют части 410 величины 300 - частота 310 графика, которые в значительной степени не зависят от концентрации целевого вещества (например, сахара в крови), в то время как другие части 412, 414 являются зависимыми от концентрации целевого вещества (например, сахара в крови). Опять же эти изменения в зависимости от концентрации целевого вещества могут быть использованы для получения концентрации целевого вещества (например, сахара в крови) с использованием, например, расчетов или справочных таблиц.

Одним из преимуществ использования как анализа 302, 304 переданного сигнала, так и анализа 402, 404 отраженного сигнала является возможность перекрестной проверки результатов для получения более точных показаний или обеспечения защитной меры от неправильной интерпретации присутствия загрязняющих веществ. На Фиг. 8А, например, представлен схематический график рассеяния, показывающий корреляцию между данными 500 участков S21 и S11, и если результат 502 теста выходит за пределы статистически приемлемых границ 504, то в таком случае достоверность результата теста может быть подвергнута сомнению, например, с указанием того, что требуется выполнить повторный тест или предупредить пациента о возможности другого загрязнения.

Тем не менее, как можно видеть на Фиг. 8В в графических материалах, которая представляет график по вертикальной оси результата измерения S21 или S11 в зависимости от концентрации глюкозы в крови по горизонтальной оси на трех разных частотах (f1, f2, f3), наблюдается корреляция между измеренными значениями S21 или S11 и концентрацией глюкозы в крови. На Фиг. 8В, которая является схематичной, также включены линии общего направления, которые соответствуют полиномиальным моделям или уравнениям для концентрации глюкозы в крови на каждой из частот. Можно видеть, что из этого легко идентифицируются статистические выбросы и могут быть проигнорированы из определенных результатов теста.

На Фиг. 9 в графических материалах проиллюстрировано, как частотная специфичность, которая проиллюстрирована на Фиг. 7 в графических материалах, может быть капитализирована путем использования некоторого количества относительно узкополосных антенн, например, каждая из которых настроена на конкретные узкие полосы частот 550, 552, 554, 556, 558, в которых требуются целевые наблюдения. Использование набора относительно узкополосных антенн позволяет проводить наблюдения на многочисленных частотах одновременно, а значит из этого следует, что сокращается время, затрачиваемое на сканирование/спектроскопический анализ; а также происходит увеличение чувствительности антенн в их частотных диапазонах, вместо того, чтобы использовать менее чувствительную широкополосную антенну.

Схемы развертки частоты, передатчика и детектора могут генерироваться, как определено в патенте США №8,882,670 и его производных/аналогах.

В еще одном варианте реализации изобретения может быть сгенерирован импульсный сигнал в биологическую ткань и выполнено быстрое преобразование Фурье по принятому/обнаруженному сигналу для того, чтобы получить частотную характеристику системы.

Как проиллюстрировано на Фиг. 10 в графических материалах, схема 1000 содержит генератор 1002 радиочастотного сигнала, адаптированный для использования в качестве радиочастотного сигнала на его выходе 1004. Генератор 1002 радиосигналов соединен при помощи гибкого вывода 1006 с тестовым устройством 1008 в соответствии с одним аспектом данного изобретения. Гибкий вывод 1006 подключается к входу 1010 тестового устройства 1008, который соединяется с входным узлом 1012, который разделяет радиочастотный сигнал в равной степени на тестовый компонент 1014 и эталонный компонент 1016. Резистор 1018 используется для того, чтобы сбалансировать тест 1014 и эталонные компоненты 1016.

Тестовый компонент 1014 передается в образец 1020 для анализа. Передача тестового компонента 1014 в образец 1020, как правило, осуществляется с помощью передающей и/или приемной антенн (не проиллюстрированы), которая соединяет тестовый компонент 1014 радиочастотного сигнала с образцом 1020 и принимает ответный сигнал 1022.

В то же самое время эталонный компонент 1016 радиочастотного сигнала проходит через регулируемую эталонную схему 1024, которая содержит один или более переменных аттенюаторов 1026, 1028 и один или более переменных фазовращателей 1030, 1032.

Выход 1034 регулируемой эталонной схемы 1024, вместе с выходным сигналом 1022 тестового компонента 1014 радиочастотного сигнала предоставлен в качестве входных сигналов на компаратор 1036. Как правило, компаратор 1036 содержит аналоговую схему мостового типа, такую как мостовое устройство Уитстона, которое имеет суммирующий выход 1038, который не имеет отношения к этому изобретению, и выход разности 1040, который имеет отношение к этому изобретению. Выход разности 1040 представляет собой разность между выходным сигналом 1022 тестового компонента 1014 радиочастотного сигнала и выходным сигналом 1034 регулируемой эталонной схемы 1024.

Если выходной сигнал 1022 тестового компонента 1014 радиочастотного сигнала равен выходу 1034 регулируемой эталонной схемы 1024, то в таком случае разница 1040 на выходе компаратора 1036 будет равна нулю. Таким образом, если регулируемая эталонная схема 1024 может быть отрегулирована таким образом, чтобы ее амплитуда и фаза соответствовали тестируемому образцу 1020, то в таком случае регулируемая эталонная схема 1024 будет по существу аналогом тестового образца 1020, а выход разности 1040 компаратора 1036 будет равен нулю. По этой причине ключ к настоящему изобретению представляет собой регулировку регулируемой эталонной схемы 1024 для того, чтобы соответствовать этим критериям.

Для достижения этого ниже по потоку от выхода разности 1040 предоставляется радиочастотный демодулятор 1042, который соединяется при помощи гибкого вывода 1044 с микропроцессором 1046. Устройство 1048 для обработки сигнала (усилитель/демодулятор) может быть расположено между выходом разности 1040 и микропроцессором 1046, а детали этого устройства 1048 выходят за рамки настоящего описания, так как они будут легко поняты опытным читателем. Тем не менее, следует понимать, что разность 1040 компаратора 1036 обеспечивает вход 1050 для микропроцессора 1046, который представляет соответствующий сигнал постоянного тока, который является пропорциональным разности 1040 на выходе компаратора 1036; и/или ШИМ-сигнал, который представляет собой разность 1040 на выходе компаратора 1036.

Микропроцессор 1046 имеет выход 1052, который, как правило, соединяется при помощи гибкого вывода 1054 с регулируемой эталонной схемой 1024. Выход 1052 микропроцессора 1046 содержат сигналы, которые могут быть использованы для настройки параметров переменных аттенюаторов 1026, 1028 и фазовращателей 1030, 1032.

Микропроцессор эффективно выполняет алгоритм, который регулирует переменные аттенюаторы 1026, 1028 и фазовращатели 1030, 1032 с дискретностью или непрерывно до тех пор, пока не будет выполнен режим нулевой полезной мощности 1040 на выходе компаратора 1036.

Существуют различные способы его достижения на практике, и они будут очевидны для специалиста в данной области техники. Тем не менее, и только для целей пояснения в одном возможном варианте реализации изобретения переменные аттенюаторы 1026, 1028 регулируются (вверх/вниз) до тех пор, пока выход 1040 компаратора не будет минимизирован (т.е. достигнет минимума); то в таком случае фазовращатели 1030, 1032 также могут быть таким же образом отрегулированы (вверх/вниз) до тех пор, пока выход 1040 компаратора 1036 опять же не будет сведен к минимуму. Этот процесс можно повторять снова и снова до тех пор, пока выход 1040 компаратора 1036 не достигнет минимума, который в идеале равен нулю. Если в тех случаях, когда получается нулевой выход или, по существу, нулевой выход 1040 компаратора, то в таком случае амплитуда и фаза регулируемой эталонной схеме 1024, по существу, представляют собой аналог тестируемого образца 1020. Таким образом, параметры настройки регулируемой эталонной схемы являются эквивалентными амплитуде и фазе, и, в связи с этим, являются репрезентативными относительно параметров тестируемого образца 1020. Эти параметры могут выводиться 1056 на дисплей 1058, и поэтому можно установить амплитудную и фазовую эквивалентность тестируемого образца.

В идеале эти параметры не представляются пользователю в «сыром» состоянии, но обрабатываются таким образом, чтобы обеспечить указание концентрации целевого вещества, что в конечном итоге представляет собой информацию, которую хочет получить/в которой нуждается конечный пользователь. Это может быть представлено графически и/или в числовом виде и/или в акустическом виде (последнее имеет особенную практическую значимость для незрячих пациентов и/или там, где изображение может быть не очень легко видимым).

Следует иметь в виду, что из-за входного узла тестовый компонент 1014 и эталонный компонент 1016 радиочастотного сигнала являются равными, и в силу того, что они сравниваются сразу же после теста образца 1022 и сразу же после регулируемой эталонной схемы 1024, они являются эффективно независимыми от остальных факторов схемы, а именно, от гибких выводов и т.д.

Следует также принять во внимание, что в практических вариантах реализации изобретения три гибких вывода 1006, 1054, 1044 могут быть объединены (или будут) в один гибкий вывод, но это не является существенным.

Тем не менее, следует понимать, что изобретение, которое описано в данном документе, значительно упрощает радиочастотное измерение, поскольку оно позволяет избежать необходимости в создании сложных устройств генерации сигналов и обработки сигналов, таких как сетевые анализаторы. Оно также не зависит от физической конфигурации устройства и, следовательно, является более защищенным от посторонних изменений в результатах его тестирования.

В некоторых вариантах реализации изобретения генератор радиочастотного сигнала 1002 содержит генератор сигналов, который выполнен с возможностью вывода радиочастотного сигнала 1004 на его выходе, который имеет определенную частоту, фазу и амплитуду. В некоторых вариантах реализации изобретения это может быть достигнуто с использованием кварцевого кристаллического резонатора, настроенного на определенную частоту, несмотря на то, что другие технологии генерации радиочастотных сигналов находятся в пределах объема данного изобретения. Тем не менее, следует иметь в виду, что параметры регулируемой эталонной схемы 1024 можно регулировать с помощью микропроцессора 1046 для того, чтобы получить аналог образца при тестировании 1020 для конкретного радиочастотного сигнала 1004, выданного от генератора радиочастотного сигнала. Как только результат теста был получен и, возможно, выдан 1058, генератор радиочастотного сигнала 1002 может быть настроен для обеспечения другого радиочастотного сигнала, например, с другой частотой, амплитудой и/или фазой. Процедура тестирования может быть повторена для этого нового радиочастотного сигнала и дополнительного набора полученных параметров.

Генератор радиочастотного сигнала 1002 может быть сконфигурирован таким образом, чтобы охватывать конкретный диапазон частот, то есть непрерывно изменять частоту выхода, и в этом случае микропроцессор 1046 должен быть способен следовать за таким охватом и определять параметры регулируемой эталонной схемы 1024 практически в режиме реального времени. В качестве альтернативы, генератор радиочастотного сигнала 1002 может быть выполнен с возможностью шага через ряд дискретных частот и микропроцессор 1046, таким образом, может быть выполнен с возможностью получения параметров регулируемой эталонной схемы 1024 для каждого приращения выходного сигнала 1004 генератора радиочастотного сигнала 1002. В любом случае можно получить «спектральный» анализ образца во время теста 1020 и, таким образом, получить радиочастотные свойства образца во время теста 1020.

Со ссылкой на Фиг. 11 в графических материалах проиллюстрирован способ, посредством которого микропроцессор 1046 получает параметры переменных аттенюаторов 1026, 1028 и переменных фазовращателей 1030, 1032 для достижения нулевого выхода разности 1040. На Фиг. 11 разность (Δ) на выходе 1040 изображается на вертикальной оси, а затухание (А) и фаза (θ) нанесены на горизонтальные оси. Микропроцессор 1046 изменяет параметры переменных аттенюаторов 1026, 1028 и переменных фазовращателей 1030, 1032, как указано путем 1060, до тех пор, пока разность (Δ) не достигнет нуля 1062 или не будет сведена к минимуму как можно больше. Очевидно, что любой реальный поверхностный график разности (Δ) по сравнению с амплитудой (А) и фазой (θ) не будет таким, как проиллюстрировано на Фиг. 11, но на Фиг. 11 всего лишь просто указывается, как микропроцессор может «искать» минимум 1062 путем изменения вместе или последовательно настроек переменных аттенюаторов 1026, 1028 и переменных фазовращателей 1030, 1032 эталонной схемы 1024.

Обращаясь теперь к Фиг. 12 и 13 в графических материалах, известное носимое устройство 2000 содержит основную часть 2002, в которой имеется ремень 2004, который проходит вокруг запястья 2006 пользователя. Основная часть 2002 имеет передающую/приемную антенну 2008 на своей нижней стороне, в контакте с кожей пациента. Передающая/приемная антенна 2008 передает радиочастотный сигнал 2010, который обнаруживается приемной антенной 2012, выполненной в корпусе 2014, расположенном на противоположной стороне запястья пользователя. Затухание и/или фаза передаваемого сигнала 2010 обнаруживается устройством 2000 и таким образом происходит считывание.

Дополнительно или в качестве альтернативы, корпус 2014 содержит радиочастотный отражатель, который отражает переданный сигнал 2016 назад к передающей приемной антенне 2008 основной части 2002. Опять же, различия в затухании и/или фазе отраженного сигнала 2018 захватываются передающей/приемной антенной 2008 носимого устройства 2000 и таким образом можно получить считывание показаний.

Из схематической иллюстрации на Фиг. 12 следует понимать, что для известного носимого устройства 2000 требуется, чтобы корпус 2014 находился в фиксированном положении относительно основной части 2002, в результате чего передаваемый сигнал 2010 может быть захвачен приемником 2012 корпуса 2014; или так, чтобы передаваемый сигнал 2016 мог отражаться от отражателя корпуса 2014 назад к передающей/приемной антенне 2008 основной части 2002. Для достижения этого требуется определенная форма предварительно заданного совмещения 2020 между основной частью 2002 и корпусом 2014.

Тем не менее, ссылаясь на Фиг. 13 в графических материалах, если ремень 2004 отрегулирован, например, для приспосабливания к разному размеру запястья 2006, то в таком случае совмещение основной части 2002 относительно корпуса 2014 в данных обстоятельствах нарушается. Это может привести к тому, что переданный сигнал 2010 «пропускает» приемник 2012, включенный в корпус 2014; или к отказу отражателя корпуса 2014 отражать обратно переданный сигнал 2016 способом, описанным выше.

По этой причине следует понимать, что регулировка ремня на запястье 2004 для соответствия различным размерам запястья пользователя может привести к тому, что известное носимое устройство 2000 станет неэффективным.

Со ссылкой на Фиг. 14 и 15 в графических материалах, описано носимое устройство 3000 в соответствии с данным изобретением. В этом случае носимое устройство 3000 содержит основную часть 3002, которая содержит передающую/приемную антенну 3004, которая передает сигнал передачи 3006 в приемник 3008, встроенный в корпус 3010, расположенный напротив основной части 3002.

Дополнительно или в качестве альтернативы, антенна 3004 передачи/приема может посылать сигнал 3012, который отражается от отражателя, встроенного в корпус 3010 для того, чтобы отражать сигнал 3014 обратно к передающей/приемной антенне 3004 основной части. Можно видеть, что основная часть 3002 и корпус 3010 расположены по одной линии или на одной прямой, и расположены на осевой линии 3016, которая, в идеале, проходит через центры основной части 3002 и корпуса 3010 и, предпочтительно, еще под прямым углом к обоим.

Носимое устройство 3000 содержит ремень 3020, который имеет фиксированный конец 3022, который проходит вокруг левой стороны (в графических материалах) запястья пользователя 2016 вокруг шкива/ролика 3024, соединенного с левой стороной (в графических материалах) корпуса 3010 и обратно вокруг запястья пользователя 2016. Ремень 3020 проходит под поверхностью (в проиллюстрированном варианте реализации изобретения, хотя он может проходить сверху) основной части 3002 вокруг дополнительного набора дополнительных направляющих роликов 3026, а затем вокруг правой стороны (в проиллюстрированном варианте реализации изобретения) запястья пользователя 2016 к дополнительному ролику 3028. Затем ремень 3020 возвращается назад вокруг правой стороны запястья пользователя (в проиллюстрированном варианте реализации изобретения) и заканчивается свободным концом 3030, который может быть надежно закреплен 3032. Соответственно, по меньшей мере одна антенна является функционально соединенной с кожей пациента и, следовательно, с кровью пациента.

Следует понимать, что ремень 3020 имеет две части 3024, 3026 ремня приблизительно одинаковой длины по обе стороны от запястья пользователя 2016. Такая конфигурация «типа шкива» означает, что когда свободный конец 3030 ремня 3020 натягивается, ремень будет укорачиваться одинаково по обе стороны от запястья пользователя 2016, в результате чего корпус 3010 тянется по направлению к основной части 3002, по существу, по прямой линии, тем самым поддерживая требуемое совмещение между основной частью 3002 и корпусом 3010.

Как проиллюстрировано на Фиг. 15 в графических материалах, можно видеть, что одно и то же носимое устройство 3000 установлено на запястье 2016 другого размера, и что совмещение основной части 3002 относительно корпуса 3010 сохраняется. Будет понятно, сравнивая изобретение на Фиг. 15 с предыдущей версией уровня техники, которая проиллюстрирована на Фиг. 13, что в этом случае регулировка ремня 3020 не приводит к нарушению необходимого совмещения корпуса 3010 относительно основной части 3002 и поэтому переданные сигналы 3006 и отраженные сигналы 3012, 3014 не «пропускаются» своими соответствующими мишенями, а именно приемником/отражателем корпуса 3010, расположенными на противоположной стороне запястья 2016 к основной части 3002.

Поэтому носимое устройство 3000 в соответствии с данным изобретением может быть надежно установлено при разных размерах запястья и по-прежнему сохраняет свою функциональность, в отличие от известных носимых устройств 2000 (например, которые проиллюстрированы на Фиг. 12 и 13), в которых регулировка ремня 2004 может приводить к смещению корпуса 2014 по отношению к основной части 2002, или, другими словами, к неравному расстоянию на противоположных сторонах запястья между основной частью 2002 и корпусом 2012.

Со ссылкой на Фиг. 16 и 17 в графических материалах еще один вариант реализации изобретения носимого устройства 4000 в соответствии с некоторыми аспектами изобретения схематически представлен в поперечном сечении. Как и в предыдущем примере, носимое устройство 4000 содержит основную часть 4002, которая удерживается на запястье пользователя 4004 с помощью регулируемого ремня 4006. Ремень может быть отрегулирован с помощью застежки 4008, пряжки или другого подходящего устройства.

На Фиг. 16 может быть видно, что носимое устройство 4000 является свободно надетым с зазором на запястье 4004 и, следовательно, имеется небольшой воздушный зазор 4010 между нижней стороной основной части 4002 и поверхностью 4012 кожи непосредственно под ним. Основная часть 4002 содержит радиочастотную антенну 4014, которая для правильной работы должна эффективно соединяться с поверхностью 4012 кожи пользователя. С носимым устройством 4000, установленным свободно с зазором, как проиллюстрировано на Фиг. 16, это является невозможным или невоспроизводимым в связи с воздушным зазором 4010 между антенной 4014 и кожей пользователя 4012.

Для решения этой проблемы носимое устройство 4000 содержит наполняемый цилиндр для воздуха 4016, который расположен между задней поверхностью 4018 антенны 4014 и основной частью 4002. Цилиндр для воздуха 4016 может накачиваться с использованием насоса, который в проиллюстрированном варианте реализации изобретения содержит небольшой мешок 4020, который может быть нажат повторно для того, чтобы вытеснить воздух в цилиндр для воздуха 4016 через небольшую трубку 4022.

Со ссылкой на Фиг. 17 в графических материалах может быть видно, что мешок 4020 многократно нажимали 4024 и воздух внутри него выпускался через трубку 4022 в цилиндр для воздуха 4016, который теперь стал накачанным. Между мешком 4020 и цилиндром для воздуха 4016 расположен односторонний/предохранительный клапан 4026, который обеспечивает, с одной стороны, то, что воздух, вытесненный из мешка 4020, направляется в цилиндр для воздуха 4016; и который также предотвращает чрезмерное наполнение цилиндра для воздуха. Настройка предохранительного клапана 4026 может быть отрегулирована (или установлена на заводе) таким образом, чтобы внутреннее давление воздуха 4028 внутри цилиндра для воздуха 4016 было достаточным для обеспечения того, чтобы усилие 4030, приложенное антенной 4014 к поверхности кожи 4012 пользователя представляло собой по меньшей мере предварительно заданное усилие нажатия.

Следует понимать, что поскольку цилиндр для воздуха 4016 накачивается с использованием воздушного давления, внутреннее давление 4028 будет гидростатическим, то есть равномерно прикладываться к задней поверхности 4018 антенны 4014 и, таким образом, усилие 4030 нажима на антенну 4014 на поверхность 4012 кожи будет по существу равным даже по всей поверхности антенны 4014.

На графических материалах не проиллюстрирован электронный датчик давления воздуха, расположенный в цилиндре для воздуха 4016, который излучает слышимый и/или визуальный сигнал через дисплей/звуковой выход носимого устройства 4000 в тех случаях, когда внутреннее давление воздуха 4028 в цилиндре для воздуха 4016 является ниже предварительно заданного давления. Таким образом, пользователь может, в тех случаях, когда-либо предупрежден, либо желает выполнить тест, раздуть цилиндр для воздуха 4016, используя мешок 4020, нажимая 4020 неоднократно на него. Воздух из мешка 4020 будет вытеснен в цилиндр для воздуха 4016 для того, чтобы надуть его, и - до достижения минимального требуемого давления будет звучать/отображаться звуковой и/или визуальный сигнал, указывая на то, что пользователь продолжает нажимать мешок 4020. После достижения желаемого внутреннего давления 4028 клапан для сброса давления 4026 будет работать для предотвращения поступления воздуха, и, таким образом, предотвращения чрезмерного наполнения цилиндра для воздуха. В то же время датчик давления воздуха запускает носимое устройство 4000 для того, чтобы прекратить излучать сигнал «продолжать накачивание», и, таким образом, пользователь может быть уверен, что цилиндр для воздуха был правильно заполнен, и требуемое усилие 4030 нажатия было достигнуто. Затем может быть начат радиочастотный тест описанным в данном документе способом с использованием антенны 4014.

Следует понимать, что вариант реализации изобретения, проиллюстрированный на Фиг. 16 и 17, позволяет носить носимое устройство 4000 свободно или в соответствии с предпочтением пользователя в течение большей части времени, но легко позволяет прикрепить антенну 4014 на кожу пользователя 4012 с заданным и легко воспроизводимым усилием, обеспечивая, таким образом, воспроизводимость радиочастотного теста, выполненного с использованием антенны 4014. В конце теста цилиндр для воздуха 4016 может быть опустошен, и в этот момент возвращается «комфортная настройка» ремня 4006 до состояния перед тестированием, и пользователь может продолжать свои действия.

Обращаясь теперь к Фиг. 18 и 19 в графических материалах, проиллюстрирована самоклеящаяся прямоугольная микрополосковая антенна 5000 в соответствии с вариантами реализации изобретения, которая имеет на своей нижней стороне одну или более антенн 20, 22, 24, как описано выше со ссылкой на Фиг. 1, 2 и 9 и т.д. выше. Антенна или антенны работают таким образом, как описано выше, для того, чтобы получить результат радиочастотного теста. Нижняя сторона самоклеящейся прямоугольной микрополосковой антенны 5000 содержит центральную область 5002, которая не является адгезивной, или в значительной степени является неадгезивной, окруженной самоклеящейся областью 5004, которая покрыта водостойким, чувствительным к давлению клеем, - как это будет хорошо понятно для опытного читателя.

Таким образом, самоклеящаяся антенна 5000 может фиксироваться на коже пациента (не проиллюстрировано) и оставаться на ней в течение определенного периода времени. Таким образом, в течение времени, когда самоклеящаяся прямоугольная микрополосковая антенна 5000 прилипает к коже пациента, любые результаты теста, полученные с использованием антенны (антенн), не зависят от изменений местоположения антенн по отношению к телу пациента. Это преодолевает многие внешние переменные, связанные с получением радиочастотных показаний у пациента, который много движется.

Верхняя сторона самоклеящейся прямоугольной микрополосковой антенны 5000, которая проиллюстрирована на Фиг. 19 в графических материалах и содержит соединительный элемент 5006 типа кнопки, который обеспечивает один или более электрических контактов для тестовой схемы (не проиллюстрирована), расположенной между соединителем 5006 и антеннами на нижней стороне самоклеящейся антенны 5000 представляют собой схему калибровки 5008, которая должна быть описана ниже.

Как проиллюстрировано на Фиг. 20 в графических материалах, схема калибровки 5008 расположена между соединителем 5006 и антенной, схематически обозначенной ссылочной позицией 20 на Фиг. 20, 21 и 22, несмотря на то, что следует понимать, что на самом деле антенны 20 больше похожи на те, которые проиллюстрированы в графических материалах на Фиг. 18. Соединительный элемент 5006 содержит сигнальную линию 5010, на которую подается тестовый радиочастотный сигнал 5012 с помощью генератора/анализатора сигналов 5014, соединенного посредством гибкого вывода 5016 с взаимодополняющим соединительным элементом 5018 на его свободном конце. Гибкие выводы соединительного элемента 5018 электрически соединяются с соединительным элементом 5006 самоклеящейся антенны 5000 таким образом, который будет легко понятным. Гибкий вывод 5016 экранирован заземляющей оболочкой 5020, которая заземлена 5022 способом, который будет легко понят квалифицированному читателю.

Следовательно, тестовый сигнал 5010 может быть отправлен на антенну 20 через гибкий вывод 5016 и схему калибровки 5008.

Схема калибровки 5008 содержит полупроводниковый переключатель, который представляет собой однополюсный переключатель на четыре положения с четырьмя выходными выводами. Первый из выходных выводов 5024 не подключен ни к чему, и, таким образом, является подключением к разомкнутой схеме. Второй из выходных выводов 5026 подключается к антенне 20. Третий из выходных выводов 5028 соединен с землей 5022 через эталонную нагрузку 5030 (как правило, нагрузка составляет 50 Ом). Наконец, четвертый выходной вывод 5032 соединяется непосредственно с землей 5022.

Входной полюс 5034 полупроводникового переключателя 5022, таким образом, может быть подключен к любому из четырех выходных выводов 5024, 5026, 5028, 5032 для проведения процедуры калибровки разомкнутой схемы, процедуры теста закрытой схемы и теста эталонный нагрузки. Поставив эти результаты испытаний в подходящую матрицу, система передачи, другими словами, гибкий вывод 5016 и соединительные элементы 5018, 5016, могут быть откалиброваны, и, таким образом, реальный радиочастотный сигнал ответа антенны может быть более точно измерен независимо от относящейся к данному моменту конфигурации гибкого вывода 5016 и соединительных элементов 5018, 5006.

Следует понимать, что возможность отмены любых ошибок в системе передачи представляет собой большой шаг вперед в измерении радиочастот, потому что переменные, связанные с физической настройкой тестового устройства, могут быть эффективно исключены с использованием устройства для калибровки in-situ (в месте нахождения). Кроме того, поскольку устройство для калибровки 5008 in-situ является относительно простым и недорогим, является возможным сделать его «одноразовой» частью самоклеящейся прямоугольной микрополосковой антенны 5000, что в свою очередь облегчает ее массовое производство.

Само собой разумеется, что описанное ранее встроенное/in-situ устройство для калибровки может быть использовано в системе приема-передачи, такой как зажимное устройство, как проиллюстрировано на Фиг. 5 в графических материалах. Со ссылкой на Фиг. 5 в графических материалах, датчик с фиксатором 156 содержит передающую антенну 20 на одной стороне мочке уха 90 и приемную антенну 24, расположенную на противоположной стороне мочки уха 90.

Датчик 156 подключается через гибкий вывод 154 к анализатору генератора радиочастотного сигнала и, является, следовательно, потенциально восприимчивым к значительным количествам внешних переменных. Тем не менее путем включения встроенного устройства для калибровки в каждую из антенн 20, 24 можно откалибровать любые такие внешние переменные описанным выше способом.

В целях полноты изложения материала проиллюстрировано типичное устройство для калибровки 5008, подходящее для использования в сочетании с датчиком 156, изображенным на Фиг. 5. По существу, устройство для калибровки содержит два устройства для калибровки, как проиллюстрировано на Фиг. 20, но с добавлением параллельно включенного проводника 5050, который обходит передающую антенну 20 и приемную антенну 24, и, таким образом, сигнал 5010 может быть передан от передатчика 5014 через гибкий вывод 5016/соединительные элементы 5018, 5006 через параллельно включенный проводник 5050 и обратно к генератору/анализатору сигналов 5014 через тот же самый или другой гибкий вывод 5016. Следует понимать, что в этом варианте реализации изобретения средство для переключения 5022 содержит пятое положение переключения 5052, которое позволяет тестовому сигналу 5010 передавать через параллельно включенный проводник 5050 непосредственно обратно в генератор/анализатор радиочастотных сигналов 5014 и, следовательно, откалибровать гибкий вывод 5016 и соединительные элементы 5018, 5006 системы.

Также следовало бы понимать, что любой из переключателей 5002 может быть установлен в ранее описанные положения, а именно разомкнутой или замкнутой схемы, а также эталонной нагрузки для калибровки каждой из антенн 20, 24 независимо друг от друга. Следует понимать, что изобретение, таким образом, преодолевает многие практические ограничения проблемы, связанные с использованием способов радиочастотных измерений в ситуациях, когда предметное и/или испытательное оборудование могут значительно перемещаться.

Наконец, ссылаясь на Фиг. 22 в графических материалах, самоклеящаяся прямоугольная микрополосковая антенна 5000 прикрепляется к коже 4012 пациента на запястье 4004 пациента аналогично тому, как проиллюстрировано в графических материалах на Фиг. 16 и 17. Тем не менее вместо того, чтобы натягивать ремень 4006 или надувать цилиндр для воздуха 4016 для того, чтобы получить требуемый контакт между антеннами и кожей 4012 запястья 4004 пациента, это почти неизменно достигается с помощью самоклеящейся прямоугольной микрополосковой антенны. Соединительный элемент 5006 содержит соединительный элемент кнопочного типа, который входит в контакт с взаимодополняющей гнездовой частью соединителя 5060, предусмотренной на нижней стороне носимого устройства 4000. Таким образом, носимое устройство 4000 может обеспечить откалиброванное соединение с самоклеящейся прямоугольной микрополосковой антенной 5000, в то же время гарантируя, что самоклеящаяся прямоугольная микрополосковая антенна всегда остается в том же месте относительно запястья 4004 пациента от одного теста к другому.

Варианты реализации изобретения могут позволить проводить измерения, которые должны быть переданы на внешние устройства для контроля уровня содержания глюкозы в крови при использовании домашнего компьютера или смартфона, или подобного устройства, и для обеспечения возможности удаленного контроля уровней глюкозы в крови. Эта функция может оказаться наиболее полезной для тщательного контроля состояния пожилых пациентов и предоставления врачам помощи в случае необходимости оказания экстренной помощи, если уровни у пациента станут чрезмерно высокими или низкими. Удаленный мониторинг и регистрация данных также могут быть использованы для предоставления полезного инструмента для пациента или врача/медицинского работника для разработки плана реагирования для оказания помощи в лечении заболевания.

Следующие положения не являются формулой изобретения, но относятся к различным возможным признакам изобретения:

Положение 1. Неинвазивное испытательное устройство для определения концентрации целевого вещества в крови пациента, при этом неинвазивное испытательное устройство содержит: генератор радиочастотного сигнала, выполненный с возможностью, при использовании, вывода выходного радиочастотного сигнала; процессор; и по меньшей мере одну антенну, функционально соединенную, при использовании, с кровью пациента, по меньшей мере одну антенну, функционально соединенную с генератором радиочастотного сигнала и процессором, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью, при использовании: измерения ответного сигнала за счет использования по меньшей мере одной из антенн, причем ответный сигнал является функцией выходного радиочастотного сигнала, модифицированного взаимодействием с кровью пациента, измерения амплитуды и фазы ответного сигнала на множестве частот выходного радиочастотного сигнала; расчета измеренной амплитуды и фазы ответного сигнала в зависимости от выходных частот радиочастотного сигнала; используя график, определения любого одного или более производных параметров ответного сигнала из группы, содержащей: сдвиг резонансной частоты; Q-фактор (добротность) резонанса; групповую задержку; фазовый сдвиг; изменение амплитуды; форм-фактор графика; и градиент графика на разных частотах; сравнения любого одного или более из полученных параметров с моделью соответствующих производных параметров в зависимости от концентрации целевого вещества в крови; и определения концентрации целевого вещества в крови пациента на основе корреляции между производным параметром или параметрами и соответствующими значениями концентрации целевого вещества в крови пациента в модели.

Положение 2. Устройство по положению 1 отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью: определения множества производных параметров; сравнения множества полученных параметров с соответствующими моделями соответствующих производных параметров в зависимости от концентрации целевого вещества в крови; определения для каждого производного параметра концентрации целевого вещества в крови пациента на основе корреляции между соответствующим производным параметром и соответствующими значениями концентрации целевого вещества в крови пациента в соответствующей модели; и применения статистической модели к полученным в результате определенным концентрациям целевого вещества в крови пациента на основе каждого производного параметра для того, чтобы получить единую общую концентрацию целевого вещества в крови пациента.

Положение 3. Устройство по положению 1 или положению 2, отличающееся тем, что каждая модель может содержать справочную таблицу производных параметров и их соответствующих концентраций целевого вещества в крови пациента, и при этом процессор выполнен с возможностью определения ближайшего соответствия с данными в справочной таблице или интерполирования данных в справочной таблице для того, чтобы достичь определенной концентрации целевого вещества в крови пациента.

Положение 4. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что каждая модель содержит уравнение, определяющее взаимосвязь между производным параметром и концентрацией целевого вещества в крови пациента, и в которой процессор выполнен с возможностью использования производного параметра в качестве аргумента уравнения для получения значения, которое представляет собой концентрацию целевого вещества в крови пациента.

Положение 5. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что ответный сигнал содержит переданный ответный сигнал.

Положение 6. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что ответный сигнал содержит отраженный ответный сигнал.

Положение 7. Неинвазивное испытательное устройство для определения концентрации целевого вещества в крови пациента, при этом неинвазивное радиочастотное испытательное устройство, содержит схему, содержащую: генератор радиочастотного сигнала, адаптированный, при использовании, для обеспечения на его выходе радиочастотного сигнала, при этом генератор выходного радиочастотного сигнала подключается, при использовании, к входному узлу, при этом входной узел сконфигурирован, при использовании, для разделения радиочастотного сигнала на устойчиво равные первый и второй сигналы, причем первый сигнал подключается к тестовому выходу по меньшей мере одной антенной, соединенной с частью тела пациента, содержащей кровь, подлежащую анализу для определения целевого вещества, а второй сигнал подключается к эталонному выходу через регулируемую эталонную схему, при этом тестовый и эталонный выходы подключаются к соответствующим входам компаратора, причем компаратор используется для вывода на выходе компаратора разности между тестовым выходом и эталонным выходом, при этом схема дополнительно содержит микропроцессор, содержащий: вход микропроцессора, подключенный, при использовании, к выходу компаратора; и управляющий выход, соединенный, при использовании, с эталонной схемой; при этом эталонная схема содержит переменный аттенюатор и переменный фазовращатель, управляемый при использовании выходным сигналом управления микропроцессора, и при этом микропроцессор адаптирован, при использовании, для: регулировки его выходного сигнала управления и, таким образом, регулировки амплитуды и фазы эталонной схемы для того, чтобы довести выход компаратора до нуля или, по существу, нуля, посредством чего регулируемая эталонная схема регулируется таким образом, что она является аналогом части тела пациента, содержащей кровь, подлежащую анализу для определения целевого вещества; и для вывода сигнала данных, указывающих амплитуду и фазу эталонной схемы, где выход компаратора равен нулю или практически равен нулю.

Положение 8. Устройство по любому из положений 1-6, содержащее схему по положению 7, отличающееся тем, что измеренные амплитуда и фаза ответного сигнала получены из сигнала данных, указывающих на амплитуду и фазу эталонной схемы, где выход компаратора равен нулю, или практически равен нулю.

Положение 9. Устройство по положению 7 или положению 8, отличающееся тем, что эффективные длины пути сигнала проводников, несущих первый и второй сигналы между входным узлом и входами компаратора, являются равными или, по существу, равными.

Положение 10. Устройство по положениям 7, 8 или 9, отличающееся тем, что компаратор содержит схему мостового типа.

Положение 11. Устройство по любому из положений 7-10, дополнительно содержащее средство для преобразования выходного сигнала компаратора в сигнал DC или PWM на микропроцессорном входе, при этом сигнал DC или PWM является пропорциональным выходному сигналу компаратора.

Положение 12. Устройство по любому из положений 7-11, отличающееся тем, что сигнал передачи данных, указывающий амплитуду и фазу эталонной схемы, где выход компаратора равен нулю, или, по существу равен нулю, является представленным на устройстве отображения, таком как экран дисплея, ЖК-панель, или на одной или более шкалах.

Положение 13. Устройство по любому из предшествующих положений, содержащее гибкий вывод для подключения любого одного или более из следующего: генератора радиочастотного сигнала и входного узла; выхода компаратора и входа микропроцессора; управляющего выхода микропроцессора и эталонной схемы; генератора радиочастотного сигнала и процессора; и антенны и процессора.

Положение 14. Устройство по положению 13, отличающееся тем, что каждый гибкий вывод содержит съемный соединительный элемент.

Положение 15. Устройство для калибровки, содержащее: антенну, соединенную с соединительным элементом, имеющим вход соединительного элемента, подключенный, при использовании, к соответствующему соединительному элементу гибкого вывода или другого устройства; и средство переключения, расположенное между выходом соединительного элемента и антенной, при этом средство переключения имеет вход, подключенный к выходу соединительного элемента, первый выход, подключенный к антенне, второй выход, подключенный к разомкнутой схеме, третий выход, соединенный с землей, и четвертый выход, соединенный с эталонной нагрузкой, при этом средство переключения может быть приведено в действие, при использовании, для того, чтобы избирательно подключить соединительный элемент к каждому из четырех выходов по отдельности, в результате чего при использовании, антенна может быть откалибрована по отношению к системе передачи сигнала, подключенной на вход соединительного элемента.

Положение 16. Устройство по любому из положений 1-14, содержащее устройство для калибровки по положению 15.

Положение 17. Устройство по положению 15 или положению 16, отличающееся тем, что средство переключения содержит полупроводниковый переключатель.

Положение 18. Устройство по положениям 15, 16 или 17, отличающееся тем, что эталонная нагрузка содержит нагрузку по существу 50 Ω.

Положение 19. Устройство по любому из положений 15-18, отличающееся тем, что средство переключения выполнено с возможностью циклического перемещения входного радиочастотного сигнала на каждый из его четырех выходов таким образом, что измеренные отклики для каждой позиции переключателя могут быть проанализированы и использованы в калибровочном алгоритме или матрице для калибровки антенны и, тем самым, без учета переменных, связанных с подключенной системой передачи сигналов.

Положение 20. Устройство по любому из положений 15-19, отличающееся тем, что средства переключения дополнительно содержат пятое положение выхода, которое соединяет выход первого соединительного элемента, связанного с первой антенной, с выходом второго соединительного элемента, связанного со второй антенной.

Положение 21. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что генератор радиосигналов выполнен с возможностью выдачи выходных сигналов в диапазоне от 8 ГГц до 30 ГГц.

Положение 22. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что генератор радиочастотного сигнала содержит схему стабильного резонатора, способную выдавать радиочастотный сигнал, имеющий по существу постоянную амплитуду, частоту и фазу.

Положение 23. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что генератор радиочастотного сигнала содержит средства для выборочной регулировки любого одного или более из следующих элементов: амплитуды, частоты и фазы радиочастотного сигнала на его выходе.

Положение 24. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что генератор радиочастотного сигнала выполнен с возможностью непрерывной регулировки любого одного или более из следующих элементов: амплитуды, частоты и фазы радиочастотного сигнала на его выходе.

Положение 25. Устройство по положениям 1-23, отличающееся тем, что генератор радиочастотного сигнала выполнен с возможностью дискретной регулировки любого одного или более из следующих элементов: амплитуды, частоты и фазы радиочастотного сигнала на его выходе.

Положение 26. Устройство по положению 25, отличающееся тем, что генератор радиочастотного сигнала содержит множество резонаторов, каждый из которых выполнен с возможностью вывода различной частоты, амплитуды и/или фазы радиочастотного сигнала, и средства переключения для избирательного подключения выбранного одного из множества резонаторов к выходному сигналу генератора радиочастотных сигналов, в результате чего генератор радиочастотного сигнала может выборочно выводить радиочастотный сигнал, имеющий выбранную частоту, амплитуду и/или фазу.

Положение 27. Устройство по положению 26, содержащее множество согласованных по частоте антенн, причем каждая согласованная по частоте антенна настраивается на конкретную полосу частот и при этом генератор радиочастотного сигнала сконфигурирован для вывода соответствующего множества выходных сигналов с узкой полосой частот на каждую из согласованных по частоте антенн.

Положение 28. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что генератор радиочастотных сигналов сконфигурирован для выдачи пакетного сигнала от 1 до 10 мс, и при этом процессор выполнен с возможностью транспонирования ответного сигнала от временной области к частотной области для получения частотного спектра из пакетного сигнала.

Положение 29. Устройство по положению 28, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью применения Z-преобразования для получения ответного сигнала частотного спектра.

Положение 30. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что процессор измеряет амплитуду и фазу ответных сигналов на множестве частот и определяет амплитуду и частоту точек перегиба кривой, соответствующих резонансным прогибам.

Положение 31. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью анализа, по отношению к отраженному ответному сигналу, общей формы амплитудно-частотного отношения; получения форм-фактора для общей формы в областях, где амплитудно-частотное соотношение изменяется в зависимости от концентрации целевого вещества, и определения концентрации целевого вещества по наблюдаемому форм-фактору в этих областях.

Положение 32. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью проверки точности полученной концентрации целевого вещества путем построения графика отраженного ответного сигнала по сравнению с переданным ответным сигналом и путем проверки того, что точка данных для полученной концентрации целевого вещества находится в пределах статистически приемлемой области калиброванной диаграммы рассеяния концентрации целевого вещества.

Положение 33. Устройство по любому из предшествующих положений, содержащее антенну, через которую посылается выходной сигнал, и через которую принимается переданный и отраженный ответные сигналы.

Положение 34. Устройство по любому из предшествующих положений, содержащее первую антенну, через которую посылается выходной сигнал, и вторую антенну, через которую принимается переданный и отраженный ответные сигналы.

Положение 35. Устройство по положению 34, отличающееся тем, что первая и вторая антенны размещены в непосредственной близости друг от друга на одной стороне целевой части тела.

Положение 36. Устройство по положению 35, отличающееся тем, что первая и вторая антенны являются направленными антеннами, в результате чего при использовании выходной сигнал направляется на вторую антенну и таким образом, что коэффициент усиления второй антенны смещается в направлении первой антенны.

Положение 37. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что каждая антенна содержит прямоугольную микрополосковую антенну.

Положение 38. Устройство по любому из предшествующих положений, дополнительно содержащее связующую среду, расположенную, при использовании, между каждой антенной и кожей пациента.

Положение 39. Устройство по положению 37 или положению 38, отличающееся тем, что каждая прямоугольная микрополосковая антенна расположена на нижней стороне самоклеящейся подложки и при этом соединительный элемент, соединенный с антенной или каждой антенной, расположен на верхней поверхности самоклеящейся подложки.

Положение 40. Устройство по положению 39, отличающееся тем, что генератор радиочастотного сигнала и процессор включены в основную часть устройства типа наручных часов, в котором один или каждый дополнительный соединительный элемент представлен на ее нижней стороне, и при этом устройство типа наручных часов дополнительно содержит дисплей для отображения определенной концентрации целевого вещества в крови пациента.

Положение 41. Устройство по положению 37 или положению 38, отличающееся тем что прямоугольная микрополосковая антенна представлена на нижней стороне устройства типа наручных часов, содержащего генератор радиочастотного сигнала и процессор, и дисплей для отображения определенной концентрации целевого вещества в крови пациента, при этом прямоугольная микрополосковая антенна устройства типа наручных часов удерживается в контакте с кожей пациента с помощью ремня устройства типа наручных часов.

Положение 42. Неинвазивное испытательное устройство для определения концентрации целевого вещества в крови пациента, содержащее основную часть, содержащую: по меньшей мере одну антенну, функционально связанную, при использовании, с кожей пациента; и корпус, содержащий по меньшей мере одну приемную антенну и/или отражатель, также функционально соединенные, при использовании, с кожей пациента; при этом находящийся в использовании корпус находится на противоположной анатомической стороне пациента к основной части; регулируемый ремень, соединяющий основную часть с корпусом, при этом ремень выполнен в виде ременной передачи, прикрепленной на одном конце к основной части или корпусу, которая намотана вокруг соответствующих роликов основной части и корпуса, и которая имеет свободный конец, при этом ременная передача сконфигурированы для центрирования корпуса относительно основной части таким образом, что натяжение свободного конца ремня уменьшает расстояние между основной частью и корпусом, сохраняя при этом практически постоянную соосность между основной частью и корпусом.

Положение 43. Неинвазивное испытательное устройство по положению 41, содержащее центратор по положению 42.

Положение 44. Устройство по положениям 42 или 43, отличающееся тем, что ролики прикреплены с возможностью вращения к основной части и корпусу.

Положение 45. Устройство по положениям 42, 43 или положению 44, отличающееся тем, что ремень прикрепляется на одном конце к основной части и проходит вокруг запястья пользователя или другой части тела к первому ролику, расположенному на одной стороне корпуса, при этом ремень сгибается вокруг своей оси и проходит вокруг той же стороны запястья или части тела пользователя обратно к основной части, причем ремень проходит вокруг противоположной стороны запястья или части тела пользователя ко второму ролику, расположенному на противоположной стороне корпуса, в результате чего обеспечивается равные длины ремня с обеих сторон запястья пользователя, в результате чего при потягивании свободного конца ремня происходит равномерное перемещение корпуса относительно основной части, посредством чего длины ремня с обеих сторон запястья или части тела пользователя являются, по существу, равными или одинаковыми.

Положение 46. Неинвазивное испытательное устройство для определения концентрации целевого вещества в крови пациента, содержащее основную часть, которая содержит по меньшей мере одну антенну, имеющую переднюю поверхность, функционально соединенную, при использовании, с кожей пациента и регулируемый ремень, соединенный с основной частью и проходящий, при использовании, вокруг части тела пациента для того, чтобы удерживать антенну, прилегающую вплотную к коже пациента, при этом неинвазивное испытательное устройство дополнительно содержит: цилиндр для воздуха и средства для наполнения цилиндра для воздуха для того, чтобы заставить переднюю поверхность антенны прижиматься вплотную к коже пациента с предварительно заданным усилием.

Положение 47. Неинвазивное испытательное устройство по положению 41, содержащее систему центратора или цилиндра для воздуха по любому из положений 42-46.

Положение 48. Устройство по положению 46 или положению 47, отличающееся тем, что средства для наполнения цилиндра для воздуха содержат насос.

Положение 49. Устройство по положению 48, отличающееся тем, что насос содержит ручной насос.

Положение 50. Устройство по положению 49, отличающееся тем, что ручной насос содержит сжимаемую камеру с выпускным отверстием, соединенным посредством одноходового клапана с впускным отверстием цилиндра для воздуха.

Положение 51. Устройство по любому из положений 46-50, отличающееся тем, что средства для обеспечения того, чтобы передняя поверхность антенны прижималась вплотную к коже пациента с предварительно заданным усилием, содержат клапан для сброса давления, расположенный между насосом и цилиндром для воздуха.

Положение 52. Устройство по любому из положений 46-51, дополнительно содержащее датчик давления воздуха, выполненный с возможностью, при использовании, указания, когда давление воздуха в цилиндре для воздуха является ниже давления воздуха, соответствующего предварительно заданному усилию.

Положение 53. Устройство по любому из положений 46-52, отличающееся тем, что цилиндр для воздуха располагается между основной частью и задней поверхностью антенны.

Положение 54. Устройство по положению 34, дополнительно содержащее зажимное устройство, содержащее первую и вторую зажимные части, выполненные с возможностью, при использовании, входить в зацепление с противоположными сторонами части корпуса; при этом первая и вторая антенны встроены в зажимные части таким образом, что при использовании сигнал проходит через часть корпуса между первой и второй антеннами.

Положение 55. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что зажимное устройство расположено на конце гибкого вывода.

Положение 56. Устройство по положению 55, отличающееся тем, что зажимное устройство содержит устройство для калибровки по любому из положений 10-15.

Положение 57. Устройство по любому из предшествующих положений, отличающееся тем, что процессор интегрирован в основную часть корпуса неинвазивного испытательного устройства.

Положение 58. Устройство по любому из положений 1-56, отличающееся тем, что процессор физически или логически отделен от основной части неинвазивного испытательного устройства.

Положение 59. Устройство по положению 58, содержащее интерфейс ввода/вывода, который функционально связывает, при использовании, задающее устройство и процессор с дополнительным блоком обработки информации.

Положение 60. Устройство по положению 59, отличающееся тем, что блок дополнительной обработки данных расположен в любой одной или более группе, содержащей: выделенный наружный блок обработки информации; устройство в виде смартфона; планшетное компьютерное устройство; персональный компьютер; и на облачном компьютерном сервере.

Положение 61. Устройство по любому из предшествующих положений, дополнительно содержащее человеко-машинный интерфейс, при этом человеко-машинный интерфейс содержит любую одну или более групп, содержащую: кнопку запуска/остановки; светодиод; устройство звуковой сигнализации; экран дисплея.

Положение 62. Устройство по любому из предшествующих положений, дополнительно содержащее запоминающее устройство для хранения любого из двух или обоих вместе - предыдущих результатов теста и справочных таблиц.

Положение 63. Устройство по любому из положений 1-38, содержащее основную часть корпуса, образованную из первой, в целом, цилиндрической части, и вторую, в целом, цилиндрическую часть, вложенную и скользящую внутри первой части, средство переключения, расположенное между первой и второй частями основной часть корпуса, приводимое в действие при относительном перемещении первой и второй частей, и при этом вторая часть содержит, в целом, плоскую торцевую поверхность, на которой расположены три прямоугольные микрополосковые антенны.

Положение 64. Устройство по положению 63, дополнительно содержащее торцевую крышку, приспособленную для установки поверх второй части, при этом торцевая крышка содержит вставку, выполненную из стандартного материала, имеющего известные свойства, причем вставка выполнена с возможностью входить в зацепление с прямоугольными микрополосковыми антеннами при размещении поверх второй части.

Положение 65. Устройство по положению 64, отличающееся тем, что торцевая крышка содержит электрически проводящую часть ободка, которая образует электрическое соединение в тех случаях, когда она размещается на второй части с вставкой, находящейся в контакте с антеннами, между парой электродов, расположенных на опорной кромке первой части основной части.

Изобретение не ограничивается деталями вышеприведенных вариантов реализации изобретения, которые представляют собой всего лишь иллюстрацию изобретения.

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике. Описано неинвазивное испытательное устройство для определения концентрации целевого вещества (такого как сахар крови, алкоголь крови, холестерин и т.д.) в крови пациента. Устройство включает в себя применение выходного радиочастотного сигнала к коже пациента через антенну и измерение амплитуды и фазы ответного сигнала, который является функцией выходного радиочастотного сигнала, модифицированного взаимодействием с кровью пациента. Устройство принимает результаты измерения на различных выходных радиочастотах и отображает ответ как функцию частоты. Изобретение по существу характеризуется получением различных производных параметров из формы полученных графиков, а именно любого или более из следующего: сдвиг резонансной частоты; Q-фактор (добротность) резонанса; групповая задержка; фазовый сдвиг; изменение амплитуды; форм-фактор графика; и градиент графика на разных частотах. В изобретении используются модели производных параметров в зависимости от концентрации целевого вещества в крови для определения последнего. 19 з.п. ф-лы, 22 ил.

Формула