使用自适应射频电路和天线设计监测包含葡萄糖在内的血液的新型非侵入性生物、化学标志物和示踪剂监测装置制造方法及图纸

该装置无需抽血即可测量血液中的葡萄糖浓度。该装置是一种用于测量葡萄糖的射频和天线电路与系统的非侵入性方法。该装置是可穿戴设备，其可以以瞬时方式和连续方式无创地测量血糖水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用自适应射频电路和天线设计监测包含葡萄糖在内的血液的新型非侵入性生物、化学标志物和示踪剂监测装置
本专利技术主要涉及用于处理从传感器接收的数据的系统和方法。
技术介绍
糖尿病(DM：DiabetesMellitus)在世界范围内以前所未有的速度增长。国际糖尿病联盟(IDF：InternationalDiabetesFederation)估计，糖尿病患者将从2013年的3.82亿激增至2030年的5.92亿。世界卫生组织已宣布它为全球流行病。糖尿病管理的年度成本将从2013年的约3760亿美元增加到2030年的4900亿美元。DM的管理涉及严格的血糖控制，目标HbAlc为7％，以减少并发症。对血糖的自我监控和对每日血糖的自我了解提高了对药物和生活方式措施的依从性，并为实现目标HbAlc提供了更高的机会。血糖的自我监测对无症状低血糖高危的1型糖尿病患者也很重要，因此可以及时采取适当的措施。DM患者的正常血糖浓度在4-8mmol/L范围内，而病理生理性血糖浓度在2-30mmol/L范围内。当前，主要通过自我监测血糖(SMBG)系统来进行血糖浓度的监测，该系统涉及到用户为每次估计都刺破手指。连续葡萄糖监测系统(CGMS)也用于监测血糖，特别是对于使用胰岛素泵的患者。几乎所有的SMBG系统都使用具有成本效益的电化学生物传感器，他们建议使用自动采血针装置刺破手指以获取血液样本，这可能是痛苦的，因为DM患者每天需要频繁监测血糖达4至7次。CGMS系统尽管具有微创性，但在患者不舒服、对连续校准的要求以及对生物结垢的高度敏感性方面受到限制。当前用于血葡萄糖自我监测的技术往往是侵入性的、痛苦且成本高。CGMS被引入作为微创的解决方案，其利用细胞间隙液(ISF：interstitialfluid)来估计血糖(BG：bloodglucose)值。这种侵入性技术被1型和2型糖尿病患者广泛接受并广泛使用，以每天持续监测其血糖水平。本专利技术试图解决这些问题以及其他问题。
技术实现思路
本文提供了用于使用RF电路和天线设计监测包含葡萄糖在内的血液的非侵入性生物、化学标志物和示踪剂监测装置中的系统、方法和装置。监测装置通常包括：体域网，其可操作地耦合到多个装置天线阵列；所述体域网包括多个传感器，并且所述多个装置天线阵列包括多个圆形天线阵列；每个圆形天线阵列包括在毫米波范围内工作的第一组天线阵列和在微波范围内工作的第二组天线阵列；在微波范围内，至少两个天线元件对称地相对放置在装置的圆周上；所述多个装置天线阵列还包括滤波器元件和耦合器，所述耦合器包括对介质敏感的功能。公开了一种监测方法，该监测方法通常包括：可操作地将体域网耦合到多个装置天线阵列；所述体域网包括多个传感器，并且所述多个装置天线阵列包括多个圆形天线阵列；使每个圆形天线阵列与第一组天线阵列在毫米波范围内工作，并且使第二组天线阵列在微波范围内工作；以及在微波范围内，将至少两个天线元件对称地相对放置在装置的圆周上；包括滤波器元件和耦合器，所述耦合器包括对介质敏感的功能。方法、系统和装置的一部分在下面的描述中阐述，并且部分将从描述中变得显而易见，或者可以通过实践方法、装置和系统而获知。该方法、装置和系统的优点将通过所附权利要求中特别指出的元件和组合来实现和获得。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并且不限制所要求保护的方法、装置和系统。附图说明在附图中，在本专利技术的几个优选实施方式中的相同的元件以相同的附图标记标注。图1A是由一个、两个或多个传感器组成的体域网。体域网将从不同的传感器位置收集信息，这些位置基于患者特定的静脉检测而最佳选择。来自不同传感器的数据将允许对葡萄糖监测进行建模，同时排除由于传感器之一的误读、传感器之一的场故障或异常值引起的错误，从而保留了设计的可靠性。图1B是示出一个部件或系统的示意图。图2A是根据一个实施方式的具有4个元件的天线阵列的透视图；图2B是示出最佳波束转向的角度θ和表示天线与皮肤之间的距离h的示意图；以及图2C是线性排列中天线元件阵列的示意图，其导致方向由(θ，φ)确定的主波束。图3是示出根据一个实施方式的毫米波天线阵列排列的示意图。图4A是示出根据一个实施方式的毫米波天线阵列排列的示意图；图4B是示出能够覆盖不同点的光束转向能力的图；图4C是配备有光学传感器以检测密集的毛细管位置和深度的位置的天线的示意图，因此该反馈可以用于检测波束转向所需的相位并确定不同患者和装置位置时所需的功率水平。静脉检测传感器将用于皮下静脉检测，并可以利用图像感应和患者生理学的现有知识来内插或估计静脉深度。此属性保留了设计的适应性。波束转向还可以用于从同一天线装置获得不同的读数；图4D是以具有矩形栅格的30×30URA平面阵列作为阵列的顶视图；图4E是表示矩形栅格的方向性为31.55dBi的图；图4F是用于方位角切割的宽边转向(θ＝0，φ＝0)的图；图4G是表示仰角切割时的角度θ＝60、φ＝0时的转向的图；图4H是二维极性方向性图，其示出均匀分布与三角形分布和方向性；图4I是示出均匀的三维阵列方向性的图；以及图4J是示出三角形锥形分布的图；图4K是示出在目标的给定位置(x，y，z)的情况下的自适应均匀线性阵列结构的示意图；图4L是示出使用天线阵列的波达方向估计的流程图。图5是根据一个实施方式的微波天线阵列的示意图。图6是根据一个实施方式的微波天线阵列的示意图。图7是检测方向耦合器的示意图。图8是带通滤波器的俯视图。图9是要馈电到装置的RF信号生成的示意图。具体实施方式通过以下的结合附图的示例性实施方式的详细描述，本专利技术的前述和其他特征和优点将变得显而易见。详细描述和附图仅是对本专利技术的说明而不是限制，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。现在将参考附图描述本专利技术的实施方式，其中，相同的附图标记始终表示相同的元件。本文中所给出的描述中使用的术语并不旨在以任何限制或限制性方式进行解释，仅仅因为它与本专利技术的某些特定实施方式的详细描述结合使用。此外，本专利技术的实施方式可以包括几个新颖的特征，没有任何一个特征单独地负责其期望的属性或者对于实施本文所述的专利技术是必不可少的。本文使用近端和远端这两个词来表示本文所述仪器的部件的特定端。近端是指在使用仪器时仪器指向身体外部的一端。远端指的是远离操作员并朝着患者身体的受监测区域接触的部件的一端。在描述本专利技术的上下文中，术语“一”、“一个”、“该”、“上述”和“所述”以及类似指代的使用应解释为涵盖单数和复数，除非本文另有说明或上下文明显矛盾。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”和/或“具备”指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其组的存在或添加。除非另有说明，本文中数值范围的列举仅旨在用作分别指代落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监测装置，包括：/n体域网，其可操作地耦合到多个装置天线阵列；/n所述体域网包括多个传感器，并且所述多个装置天线阵列包括多个圆形天线阵列；/n每个圆形天线阵列包括在毫米波范围内工作的第一组天线阵列和在微波范围内工作的第二组天线阵列；/n在微波范围内，至少两个天线元件对称地相对放置在装置的圆周上；/n所述多个装置天线阵列还包括滤波器元件和耦合器，所述耦合器包括对介质敏感的功能。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171005 US 62/568,6581.一种监测装置，包括：
体域网，其可操作地耦合到多个装置天线阵列；
所述体域网包括多个传感器，并且所述多个装置天线阵列包括多个圆形天线阵列；
每个圆形天线阵列包括在毫米波范围内工作的第一组天线阵列和在微波范围内工作的第二组天线阵列；
在微波范围内，至少两个天线元件对称地相对放置在装置的圆周上；
所述多个装置天线阵列还包括滤波器元件和耦合器，所述耦合器包括对介质敏感的功能。


2.根据权利要求1所述的监测装置，其中，
所述多个圆形天线阵列以圆形方式布置；
所述多个装置天线阵列还包括在UHF范围的环形天线阵列；
所述多个装置天线阵列包括至少四个圆形天线阵列，所述至少四个圆形天线阵列在约60GHz下工作并且可操作地耦合到基于波导的馈电网络；
所述多个装置天线阵列包括至少三个元件，所述至少三个元件允许至少8个天线阵列缠绕在人体肢体周围。


3.根据权利要求2所述的监测装置，其中，
所述多个装置天线阵列的所述至少三个元件之间的间隔为约一半波长，以使得波束方向性至少为31.55dBi。


4.根据权利要求3所述的监测装置，其中，所述天线阵列以毫米波工作，并且每个天线阵列在毫米波内的不同信道上工作。


5.根据权利要求3所述的监测装置，其中，所述多个装置天线阵列在直径上相对，彼此发送信号，并且在相同信道上工作，从而导致至少4个专用信道。


6.根据权利要求3所述的监测装置，其中，
与发射/接收阵列相邻的所述至少三个元件捕获耦合的电磁场。


7.根据权利要求6所述的监测装置，其中，
所述基于波导的馈电网络被均匀地馈电并且遵循分布参数，其包括P1-P8：表示来自所述不同天线阵列在特定工作信道上的输入的反射系数Sii；以及P9-P16：表示传输系数Sij、Sji，其针对每对对向天线阵列表示两个，其中传输系数是相对于对向天线阵列信道而测量的；以及P17-P25表示每个天线阵列接收的功率，间接表示增益。


8.根据权利要求2所述的监测装置，其中，
所述多个装置天线阵列包括多个天线阵列，所述多个装置天线阵列的阵列元件之间的间隔被改变，所述阵列元件的多个辐射方向图被改变，并且反射和透射参数的多个灵敏性覆盖人体的替代位置。


9.根据权利要求8所述的监测装置，其中，
使多个所述间隔在波长之上或等于波长，以产生多个栅瓣；并且，所述多个装置天线阵列的阵列数减少到4。


10.根据权利要求8所述的监测装置，其中，
所述多个装置天线阵列的相位阵列用于波束转向以覆盖身体的不同位置，并且第二分布参数定义如下：P26-P29：表示来自不同天线阵列在特定阵列操作信道上的输入的反射系数Sii；P30-P42：表示传输系数Sij、Sji，其针对每对对向天线阵列表示两个，具有b，c，d(6个参数)；152b具有c，d(4个参数)；152...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·科斯坦丁，鲁瓦达·肯吉，阿萨德·伊迪，
申请(专利权)人：美国贝鲁特大学，
类型：发明
国别省市：美国;US