CN103298399B - 使用微波的体内监测 - Google Patents
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Abstract
一种用于活体内血糖水平的无创性、体内特性的血糖监测器，该监测器包括：微波共振器，其对于输入微波具有共振响应，并被设计为使得所述响应将经受邻近或接触所述共振器的活体的扰动；以及检测装置，其用于检测所述共振响应中的变化，从所述变化能够表征所述水平。
Description
技术领域
本发明涉及使用微波的血糖水平的体内监测。
背景技术
监测通常为人的活体中的血糖水平是众所周知的诊断测试。如果人们患有糖尿病，则他们可能需要认真地监测他们的血糖水平。
存在多种已知类型的血糖水平监测设备。普通种类的血糖水平监测设备为“血条计(blood strip meter)”。血条计对与设备对接的一次性的、条状载体上获取的非常小量的血液进行测量，以执行分析。通过将该条擦拭***口来获得血液。
发明内容
本发明由随附权利要求书限定，现在将对所述权利要求书进行参考。现在将描述本发明的一些实施方式的一些特征。
在特定实施方式中，共振器被设计为特征化第一共振和第二共振，其中所述第一共振经受邻近或接触该共振器的活体的扰动(perturbation)，以及所述第二共振不经受这种扰动。实际上，在实际的实施方式中，第二共振实际上可以小程度地展现这种扰动，所述小程度与第一共振经受的扰动相比是可忽略的。第一共振和第二共振可以根据应用而例如是波峰或波谷。检测装置可以被设置为测量这些共振中的一个或两个的高度；该高度可以是到波峰的顶点或到波谷的谷底的高度。
在权利要求书中提到的环或多个环优选为圆形，但不是必须如此。在存在多个环的情况下，环的形状可以彼此不同。该环或多个环可以安装在由电绝缘材料制成的柱或支撑体上。
检测装置通常包括用于测量穿过共振器的微波的功率-频率的装置。
通常，穿过共振器的微波的频率被扫频(sweep)或阶梯化(step)，并且在多个频率处测量穿过共振器的微波的功率。
在共振器包括两个环的情况下，每个环将使得共振器的共振响应中的相应波峰出现。可使用对一个波峰进行的测量，以提供作为对在其它波峰进行的测量的参考点，使得能够避免例如那些由于温度或湿度改变引起的***误差。
本发明的至少一些实施方式提供了如下优点中的一个或更多个：
●无创性地进行监测。这意味着不存在使用例如血条计的设备可能发生的结疤的风险。
●可以连续地进行监测。本发明的无创性非常有利于连续监测。也就是说，根据本发明的监测器可以(例如，通过带子或粘合剂)附接至对象，以在延长的时间间隔定期地(例如，在72小时的时段内每10分钟)评估血糖水平。
●对放置相对不敏感。也就是，实施本发明的特定监测器不需要安装在特定的身体部位和/或给定身体部位的相同位置处。
●对监测器施加给对象的压力相对不敏感。也就是说，实施本发明的特定监测器产生血糖测量结果，其中，监测器按压对象身体的程度对于所述血糖测量结果不会带来偏差。
附图说明
仅通过示例，现在将参照附图对本发明的特定实施方式进行描述，其中：
图1是无创性血糖监测器的示意框图；
图2是图1所示的传感器的截面图；
图3是从图1的传感器获得的频谱；
图4是从图1的传感器获得的另一频谱；以及
图5是图3频谱的进一步表示。
具体实施方式
图1示出根据本发明实施方式的无创性血糖监测器(NIGBM)10。NIGBM 10包括传感器12、矢量网络分析仪(VNA)16、同轴导线18和20、USB导线22以及膝上型电脑24。
传感器12应用到将被执行血糖监测的活体14。经由同轴导线18和20将矢量网络分析仪16连接到传感器12。VNA 16通过导线18将微波发送到传感器12，并且通过导线20接收已穿过传感器12的微波。VNA 16对其输入到传感器12的微波的频率进行扫频，并以数字形式记录从传感器接收到的微波的功率-频谱。膝上型电脑24经由USB导线22从VNA 16获取所述频谱，并对所述频谱进行测量，以评估活体14(下面称为“对象(subject)”)的血糖水平。稍后将参照图5描述这些测量。
传感器12主要为圆柱体，图2以穿过包含圆柱体的轴的平面的横截面示出所述传感器。当将传感器应用于对象时，圆柱体的轴基本上垂直于对象。传感器12包括设置有曲壁的黄铜外壳26和所述圆柱体的一个面。圆柱体的另一个面由对微波透明的绝缘材料(例如，诸如PTFE的材料)的窗口28提供。因此，外壳26限定了具有对微波而言由窗口28提供的开口的空间30。
空间30包含绝缘材料(例如，PTFE)的圆柱形柱32，该圆柱形柱32用作窗口28与黄铜外壳26的平面之间的支柱(brace)。柱32的直径被阶梯化，以使得该柱的部分32a具有比部分32b小的直径。柱32的轴与圆柱形外壳26的轴基本重合。两个金属环34和36分别紧贴地安装在柱32上、部分32a和32上。因此，应当明显的是，环34和36是圆形的，并且环34具有比环36小的直径。环34和36的轴与柱32和外壳26的轴重合。环34和36沿着柱32的轴间隔开。环34和36为不连续的。即，环34和36中的每一个断开小的间隙。
沿直径对置的端口设置在外壳26的曲壁中，并且同轴线缆18和20穿过这些端口中的相应端口和短程(short way)延伸到空间30。因此，线缆18将微波传送至空间30，并且线缆20从该空间接收微波。环34和36主要负责将微波从线缆18耦合到线缆20，并且表述(dictate)了从传感器12获得的频谱的主要特征。同轴线缆18的中心导体在突出到空间30的线缆的端部形成为环(loop)18a。同样地，同轴线缆20的中心导体在突出到空间30的线缆的端部形成为环20a。
该传感器实质上为微波共振器。图3示出在没有对象时从传感器12获得的典型频谱。该频谱示出分别在频率f1和f2处的两个主要共振波峰38和40。波峰38是由环34引起，并且波峰40是由环36引起。
图4示出当窗口28抵靠对象放置时来自传感器12的频谱所发生的情况。为了有助于比较，图3的频谱在图4中被显示为虚线。从图4明显的是，波峰40基本不变，并且波峰38已变得更低和更宽且在频率上下移至f3。波峰38的高度、宽度和中心频率取决于对象的与传感器相邻的那部分的组织中的血液的血糖水平。因此，为了识别对象的血糖水平的变化，可以通过定期地重新获取传感器12的功率-频谱来监测波峰38的高度、宽度和中心频率。
另一方面，因为通过比较图4中的f2的区域中的实线轨迹部分和虚线轨迹部分可以看出，与传感器12相邻的对象的存在或不存在很大程度上不改变波峰40的特征，所以波峰40用作参考波峰。这种不灵敏是因为以下事实：与波峰40对应的环36位于距对象足够远(环36比环34距窗口28更远)，使得为不受对象扰动。相反，从环34来看，对象的组织成为受作为传感器12的微波共振器影响的部分。尽管波峰40不受对象影响，但它仍然受到影响环34和36二者的***因素的影响。这些***因素的示例为由于相邻的对象或由于广泛环境的条件所导致的传感器的直接环境中的温度和湿度变化。
借助于图5，我们现在将更详细地讨论对频谱所做的测量，其中，由计算机24从VNA 16获得所述频谱。实际上，图5复制了图3的频谱，尽管图5现在叠加有各种测量参数，所述测量参数为：
●Δf，其为在由环34引起的共振波峰38的频率f1和由环36引起的共振波峰40的频率f2之间的频率差。
●h1，其为波峰38的高度。
●h2，其为波峰40的高度。
●w1，其为波峰38及其半高的全宽。
●w2，其为波峰40及其半高的全宽。
计算机24在接收的频谱中测量这些参数。然后，为了去除由于早先提及的多种***误差引起的偏差，计算归一化的波峰高度hn＝h1/h2以及宽度差Δw＝w1-w2。此外，对于波峰38计算修正过的Q因子，Q＝f1/Δw。然后一起使用值Δf、hn、Δw和Q以在计算机24的存储器中对查找表(LUT)进行寻址，从而在捕获频谱时获取对象的血糖水平值。
当然，在不脱离本发明的范围的情况下，以上描述的实施方式的多种变型是可以的。现在将描述这些变型中的一些。
在一个变型中，仅通过Δf值对LUT进行寻址，以返回血糖水平读数。在其它实施方式中，可以使用Δf、hn、Δw、和Q的其它子集以对LUT进行寻址。
对于另一类的实施方式，根据本发明的NIBGM为商业用途被小型化或“产品化”或被封装。通常，这涉及采用VNA 16和计算机24二者的功能并且将所述功能实现为更小的电子封装，如果不是由单个集成电路提供所有的功能，则由所述单个集成电路提供大多数功能，其中VNA 16确定传感器12的微波频谱，计算机24用于从所捕获的频谱确定血糖水平。在同样的情形(vein)中，通常会提供小且简单的用户界面，以使得用户能触发ad hoc血糖水平测量并且例如从小的LCD屏幕读取最近确定的血糖水平。
在其它类别的变型中，作为传感器12的共振器的形状和/或尺寸可以改变。例如，如果***误差的补偿是不重要的或可通过其它方式实现，则可以去除参考环36。
Claims (14)
1.一种用于活体内的血糖水平的无创性、体内特性的血糖监测器，该监测器包括：
a.微波共振器，其对于输入微波具有共振响应，并被设计为使得所述响应将经受邻近或接触所述共振器的活体的扰动；以及
b.检测装置，其用于检测所述共振响应中的变化，从所述变化能够表征所述水平，
其中所述共振器被设计为特征化第一共振和第二共振，其中所述第一共振将经受邻近或接触所述共振器的活体的扰动，并且所述第二共振将不经受邻近或接触所述共振器的活体的扰动。
2.根据权利要求1所述的监测器，其中所述第一共振和所述第二共振的一个或二者在所述响应中表现为波峰。
3.根据权利要求1或2所述的监测器，其中所述第一共振经受所述扰动而表现为频率、相位和幅度中一个或更多个的变化。
4.根据权利要求1或2所述的监测器，其中所述共振器包括限定具有开口的空间的外壳，所述活体能被提供至所述开口，所述外壳包括输入到所述空间的微波、从所述空间输出的微波和位于所述空间内以产生所述第一共振的第一导电环。
5.根据权利要求4所述的监测器，其中所述外壳包括位于所述空间内以产生所述第二共振的第二导电环。
6.根据权利要求5所述的监测器，其中所述第一导电环和所述第二导电环的轴基本相同。
7.根据权利要求5或6所述的监测器，其中所述第一导电环和所述第二导电环的轴均指向所述开口。
8.根据权利要求5或6所述监测器，其中所述第二导电环比第一导电环距离所述开口更远。
9.根据权利要求1所述的监测器，其中所述共振器为双环共振器，以使得所述共振响应表示所述第一共振和所述第二共振。
10.根据权利要求9所述的监测器，其中所述共振器具有开口，所述活体能够被提供到所述开口以便于所述扰动。
11.根据权利要求1或2所述的监测器，其中所述检测装置被设置为评估所述第一共振的参数的变化到所述第二共振的相同参数的变化。
12.根据权利要求1或2所述的监测器，其中所述检测装置被设置为测量在所述响应中的共振的共振频率、宽度、Q因子和高度中的一个。
13.根据权利要求1或2所述的监测器，其中所述检测装置被设置为测量在所述响应中的共振的共振频率、宽度、Q因子和高度中的两个或更多个。
14.根据权利要求13所述的监测器，其中所述检测装置被设置为测量在所述响应中的共振的共振频率以及所述共振的频率宽度、Q因子和高度中一个或更多个。
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