CN103338701B - 包含用于检测血象参数的检测装置的臂带 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种臂带，该臂带包括一个用于检测手臂血管中血液的血象参数的检测装置以及一个用于调节该臂带在手臂上的预定接触压力的调节装置。

Description

包含用于检测血象参数的检测装置的臂带
本发明涉及检测血液组分(例如流过血管的血液中的糖)的浓度的领域。
为了确定一种血像参数(例如，举例来说，一种血液成分的浓度)，可以用侵入方式采集血液。然后，可以借助于标准化试纸条使用采集到的血液来确定该血像参数，试纸条的电阻值取决于血液成分(例如，血糖)的浓度。举例而言，可以使用一个血糖测量仪来检测相应电阻值，该血糖测量仪执行直流电阻测量来检测试纸条的电阻值。基于血糖浓度与电阻值之间的关系(本身是已知的)，可以将电阻值转换成血糖浓度。为了得到高检测精确性，每一根试纸条上都有校准数据，举例来说有一个参考电阻值或者有一个对应代码，其结果是试纸条特性的变化可以得到补偿。但是，侵入性方法的不足之处是必须采集血液，因而会伤害到患者。此外，持续检测血液成分的浓度以便(举例来说)确立该浓度的昼夜变化曲线是很复杂的。此外，使用侵入性方法不可能准确地检测出进食与例如血糖升高之间的时间延迟。此外，尤其是在血液中血糖的浓度较低的情况下，不能准确地确定给患者施用胰岛素的时间。
为了以非侵入方式确定血像参数(例如，举例来说，血液中的一种物质浓度或一种物质组份)，可以使用微波波谱方法。用于检测血像参数的微波波谱法的基础是将微波信号连入到血液流通的组织中，并且检测连入的微波能量的、依赖于频率的吸收度。
Andreas Caduff等人所著的文章“对I型糖尿病患者的非侵入性葡萄糖监测：组合用于皮肤电介质和光学表征的传感器的多传感器系统(Non-invasive glucose monitoring in patients with Type 1diabetes:Amulti-sensor system combining sensors for dielectric and opticalcharacterization of skin)”(《生物传感器和生物电子学》(Biosensors andBioelectronics 24)(2009)2778-2784)描述了一种用于基于微波确定血像参数的多电极安排。该多电极安排包括具有不同电极间距的多个电极对，借助于这些电极对，可以实现微波信号的不同穿透深度。借助于阻抗测量(即借助于单端口测量)检测血像参数，因而在可能发生阻抗失调的情况下血像参数容易出现误差。由于穿透深度不同，有时无法区分毛细管血液和静脉血液，这样可能弄错测量结果。总的来说，使用静脉血液测量血像参数比使用毛细管血液测量血像参数更精确，这是因为(举例来说)毛细管血液中的血糖变化与静脉血液相比有所延迟。
Buford Randal Jean等人所著的文章“用于非侵入性血糖测量的微波频率传感器(A microwave frequency sensor for non-invasive blood-glucosemeasurement)”(SAS 2008-IEEE传感器应用论坛(SAS 2008-IEEE SensorsApplications Symposium)，Atlanta，GA，2008年2月12-14)和M.McClung2008年5月的拜勒大学硕士论文“微波型非侵入性葡萄糖传感器的校准方法(Calibration methodology for a microwave non-invasive glucose sensor)”描述了另一种用于确定血糖浓度的电极安排。此处利用的是，血液的介电质特性取决于血糖含量。通过将拇指按压到该微波传感器上，通过谐振器的失谐来测量拇指的相对介电率的变化。但是，拇指的接触压力会使血液移位，并且这可能导致弄错测量结果。此外，测量不能持续进行。此外，用于确定血糖含量的测量数据的评估取决于相应患者，因而对于其他患者不能再现。此外，此方法不能控制微波功率的穿透深度，因此无法区分毛细管血液和静脉血液。此外，相对介电率的变化是在单端口测量的基础上进行的，而单端口测量很容易发生失配。
本发明的目标在于开发一种用于基于微波的非侵入性确定流过血管的血液中的血象参数(特别是血糖浓度)的可重现概念。
独立权利要求的特征可以实现这个目的。从属权利要求项的主题是有利的改进方式。
本发明是基于以下发现：如果在测量期间用预定或指定接触压力将具有检测装置的臂带压在手臂上，那么就可以用可重现的方式通过该具有检测装置的臂带测量或检测血象参数。为了提供预定接触压力，除了该检测装置以外，该臂带另外配备有设定装置。该设定装置通过一种方式加以配置，该种方式使得它可以至少在用该检测装置检测血象参数期间设定该预定或指定接触压力。
具有该检测装置和该设定装置的该臂带被配置成应用于患者的手臂，特别是他的手腕区域。
明确地说，手腕的此位置不会影响患者移动的自由度。此外，已经针对患者为常规血压测量仪器确立了此位置。将该臂带放置在手腕上的另一个优点是以下事实：通常在此位置上感受到脉搏，皮肤较薄，并且因此可以减少误差源。此外，通过在检测血像参数期间在臂带上按压，可以避免气隙，而气隙可能会改变检测装置的微波技术调节。通过用预定接触压力在臂带上按压，臂带可以与相应患者的解剖学形态匹配。
通过使用具有检测装置和设定装置的臂带，可以持续监测血像参数。如上文解释，此血像参数的一个实例是血糖浓度。由于选择了对血糖浓度的持续监测，便可以确定进食与血糖升高之间的延迟时间。此外，可以对患者的日常例程的变化做出极快速的反应。尤其，在糖分过多或糖分过少的情况下，可以用及时的方式触发警报。
根据本发明的一个方面，提出一种臂带，该臂带包括一个用于检测手臂血管中的血液的血象参数的检测装置和一个用于设定该臂带在手臂上的预定接触压力的设定装置。
根据一个实施例，该设定装置被配置成至少在用该检测装置检测血象参数期间将该臂带的接触压力设定成该预定接触压力。
根据一个实施例，该设定装置包括一个用于测量该臂带在手臂上的当前接触压力的传感器设备和一个用于取决于所测量的当前接触压力来设定该预定接触压力的控制设备。
根据一个实施例，该传感器设备被配置在该臂带的内侧上。
根据一个实施例，该臂带被配置为一个可充气的臂带。
根据一个实施例，该设定装置包括一个气泵，该气泵被配置成对该臂带进行充气以便设定该预定接触压力。
根据一个实施例，该设定装置包括一个用于测量该臂带在手臂上的当前接触压力的传感器设备、一个用于取决于所测量的当前接触压力而提供控制信号的控制设备和一个借助于所提供的控制信号而得以控制的用于对该臂带进行充气的气泵。
根据一个实施例，该检测装置包括多个电极，这些电极被配置成将至少一个无线电频率信号连入(Einkopplung)到血管中。
根据一个实施例，该设定装置被配置成将这些电极在手臂上的接触压力设定成该预定接触压力。
根据一个实施例，该设定装置被配置成在用该检测装置检测血象参数期间使该臂带的接触力在手臂上均匀地分布。
根据一个实施例，该设定装置被配置成在用该检测装置检测血象参数期间提供该臂带的均匀贴放(Anliegen)。
根据一个实施例，该设定装置被配置成在用该检测装置检测血象参数期间保持该臂带的接触压力恒定。
根据一个实施例，该臂带另外包括一个用于提供该预定接触压力的存储器。
有利的是，可以设定存储在该存储器中的预定接触压力。于是可以针对不同的患者预定不同的接触压力。
根据一个实施例，该至少一个血象参数包括血液中的葡萄糖浓度、血液中的乳酸盐浓度或血液中的氧浓度。
根据一个实施例，该检测装置具有一个发射器、一个接收器、一个损耗检测器和一个处理器。该发射器被配置成将一个具有第一频率的第一发射信号和一个具有第二频率的第二发射信号连入到血管中。该接收器被配置成接收一个处于该第一频率下的第一接收信号和一个处于该第二频率下的第二接收信号。该损耗检测器被配置成基于该第一发射信号和该第一接收信号确立一个第一损耗量。该损耗检测器另外被配置成基于该第二发射信号和该第二接收信号确立一个第二损耗量。该处理器被配置成取决于具有较大损耗量的频率来确定血液组分的弛豫时间常数(τ)。
该处理器尤其被配置成在该第一损耗量不小于该第二损耗量的情况下取决于该第一频率来确定血液组分的弛豫时间常数(τ)，或在该第二损耗量不小于该第一损耗量的情况下取决于该第二频率来确定血液组分的弛豫时间常数(τ)。
根据一个实施例，该检测装置包括一个发射器，该发射器被配置成将一个具有第一频率的第一发射信号和一个具有第二频率的第二发射信号连入到血管中；一个接收器，该接收器被配置成接收一个处于该第一频率下的第一接收信号和一个处于该第二频率下的第二接收信号；和一个损耗检测器，该损耗检测器被配置成基于该第一发射信号和该处于该第一频率下的第一接收信号确定一个第一损耗量以及基于该第二发射信号和该处于该第二频率下的第二接收信号确定一个第二损耗量；以及一个处理器，该处理器被配置成确定该第一损耗量相对于一个第一参考损耗量的一个第一频率偏移、确定该第二损耗量相对于一个第二参考损耗量的一个第二频率偏移，并且基于该第一频率偏移和该第二频率偏移确定血象参数。
举例来说，可以基于实验或测量提前确定该第一参考损耗量和该第二参考损耗量。举例来说，如果该第一损耗量和该第二损耗量为吸收线，那么该第一参考损耗量和该第二参考损耗量可以例如是含预定浓度的血液组分(例如血糖)的参考水溶液的吸收线。
根据一个实施例，本发明涉及一种用于检测血管中血液的血象参数的检测装置，该检测装置包括一个发射器，该发射器具有多个发射天线用于发射至少一个发射信号；一个接收器，该接收器具有多个接收天线用于接收至少一个接收信号；一个处理器，该处理器被配置成选择一个包括该多个发射天线中的一个发射天线和该多个接收天线中的一个接收天线的第一检测配置和选择一个包括该多个发射天线中的一个发射天线和该多个接收天线中的一个接收天线的第二检测配置；一个损耗检测器，该损耗检测器被配置成在选择该第一检测配置来发射一个发射信号的情况下基于该发射信号和一个接收信号检测一个第一损耗量，和在选择该第二检测配置来发射一个发射信号的情况下基于该发射信号和一个接收信号检测一个第二损耗量，其中该处理器被配置成选择具有较小损耗量的检测配置来检测血象参数。
在选择相应的检测配置时，优选的是血管被激励，其中这些发射信号优选地在血管的方向上被发出。基于接收信号(是发射信号的接收到的版本)以及基于发射信号，举例来说，可以选择包括一个发射天线和一个接收天线的天线对，作为以最小连入损耗连接的检测配置。举例来说，可以基于前述损耗量(举例来说，吸收线或衰减)的比较来检测连入损耗。。
根据本发明的一个方面，提出一种操作臂带的方法，该臂带具有一个用于检测手臂血管中的血液的血象参数的检测装置，其中该臂带在手臂上的预定接触压力是设定的。
将参考附图更详细地说明其他示例性实施例。在附图中：
图1示出了一个臂带的示意性框图；
图2示出了一个臂带的一个区段的示意性框图；
图3示出了一个臂带的一个区段的示意性框图；
图4示出了该检测装置的这些电极的安排的示意性框图；
图5示出了一种用于操作臂带的方法的示意性流程图；
图6示出了一种检测装置的一个示例性实施例的示意性框图；
图7示出了展示实数相对介电率ε'和复数相对介电率ε"取决于频率的图解；
图8示出了展示弛豫时间常数(τ)与血液中的葡萄糖浓度之间的关系的图解；
图9示出了一种具有一个通信装置的检测装置的一个示例性实施例的示意性框图；
图10示出了一种用于检测血管中的血液的血象参数的方法的一个示例性实施例的示意性流程图；
图11示出了一种检测装置的框图；
图12示出了人前臂的横截面的一个模型；
图13A到图13D示出了多种天线；
图14A示出了一种电偶极天线；
图14B示出了一种激励安排；
图15A、图15B示出了多种激励安排；
图16A示出了一种环形天线；
图16B示出了一种激励安排；
图17示出了一种激励安排；
图18示出了一种激励安排；
图19示出了一种激励安排；
图20示出了一种激励安排；
图21示出了一种检测装置的框图；
图22示出了最大吸收的频率偏移；
图23示出了一种发射行为；
图24示出了多个频率偏移；
图25示出了一种用于检测血象参数的方法的图解；和
图26示出了一种检测装置的框图。
具体实施方式
图1示出了具有一个检测装置101和一个设定装置103的一个臂带100的一个示例性实施例的框图。该检测装置101被配置成检测手臂血管中的血液的血象参数。待检测的血象参数的一个实例为血液中的葡萄糖浓度。
该设定装置103被配置成设定该臂带100在手臂上的可预定的接触压力。通过设定臂带100的预定接触压力，设定装置103可以确保检测装置101对血象参数的可重现检测。为此，设定装置103尤其被配置成在正在用检测装置101检测血象参数时将臂带100的接触压力设定成该可预定的接触压力。
具体地说，臂带100被具体化为一个可充气的臂带100。此处，设定装置103特别地具有一个气泵，该气泵被配置成对臂带100进行充气以便设定该预定接触压力。
详细来说，检测装置101特别地包括多个电极，这些电极被配置成将至少一个无线电频率信号连入到血管中。该无线电频率信号被配置成提供一个参数来检测血象参数。此类参数的一个实例是由血象参数的弛豫时间常数τ形成的。此处，设定装置103更特别地被设计成将这些电极在手臂上的接触压力设定成该预定接触压力。
另外，设定装置103可以通过如下方式实施，该种方式使得在正在用检测装置101检测血象参数时使臂带100的接触力在手臂上均匀地分布。另外，设定装置103优选地通过如下方式加以配置，该种方式使得它在正在用检测装置101检测血象参数时确保臂带100的均匀贴放。
图2示出了一个臂带200的一个示例性实施例的一部分的框图。该臂带200具有一个检测装置201和一个设定装置203。该检测装置201和该设定装置203被实施成至少类似于图1的检测装置101和设定装置103。另外，图2的设定装置203具有一个传感器设备205和一个控制设备207。该传感器设备205被配置成测量臂带200在手臂上的当前接触压力。取决于所测量的当前接触压力，该控制设备207设定在手臂上的预定接触压力。
图3示出了一个臂带300的另一个示例性实施例的一部分的框图。该臂带300具有一个检测装置301和一个设定装置303。该设定装置303具有一个传感器设备305、一个控制设备307和一个气泵311。该传感器设备305测量臂带300在手臂上的当前接触压力。该控制设备307取决于所测量的当前接触压力提供一个控制信号。借助于所提供的控制信号，控制该气泵311以对臂带300进行充气。
图4展示了一种用于检测手臂血管中的血液的血象参数的检测装置的电极403、405的安排400的示意性框图。
在不失普遍性的情况下，该安排400仅示出了两个电极403和405。具体地说，安排400为该检测装置的一部分，并且例如具体化为一个具有5cm×2cm的示例性尺寸的板。电极403、405例如具有5mm×5mm的底面积。举例来说，电极403、405之间的距离为1cm到2cm。由此首先获得了足够强的发射，并且其次确保了在人体中的足够深的穿透深度。
图5示出了一种用于操作具有检测装置的臂带的方法的示意性流程图。
在步骤501中，该臂带装备有用于检测手臂血管中的血液的血象参数的检测装置。举例来说，该检测装置是根据图1、图2或图3的示例性实施例之一进行配置。
在步骤503中，该臂带在手臂上的预定接触压力是设定的。因此，该检测装置确保可重现地检测血象参数。
图6示出了一种用于检测血象参数(如血糖或葡萄糖浓度)的检测装置600的框图。该检测装置600包括一个发射器601，该发射器被配置成将一个具有第一频率的第一发射信号和一个具有第二频率的第二发射信号连入到图6中所示意性展示的血管603中。该第一发射信号和该第二发射信号可以例如一起产生一个宽带信号。该发射器601可以另外被配置成将该第一发射信号和该第二发射信号一个接一个地顺次连入到血管603中。为此，发射器601可以具有一个或多个发射天线，这些发射天线例如被形成为偶极天线。
检测装置600另外包括一个接收器605，该接收器被配置成接收一个处于该第一频率下的第一接收信号和一个处于该第二频率下的第二接收信号。为此，该接收器605可以具有一个或多个接收天线。
另外，检测装置600具有一个损耗检测器607，该损耗检测器被例如偶联到发射器601和接收器605，并且被提供用于基于该第一发射信号和该第一接收信号来确定一个第一损耗量以及基于该第二发射信号和该第二接收信号来确定一个第二损耗量。
检测装置600另外具有一个处理器609，该处理器被偶联到该损耗检测器607，并且被提供用于取决于具有较大损耗量的频率来确定血象参数的弛豫时间常数τ。
举例来说，该处理器609在该第一损耗量大于该第二损耗量的情况下将取决于该第一频率来确定血象参数的弛豫时间常数。相对应地，处理器609在该第二损耗量大于该第一损耗量的情况下将取决于该第二频率来确定血象参数的弛豫时间常数(τ)。
图6中所展示的检测装置600利用这样一个认识：举例来说，人的前臂的血管、皮肤层和血管周围的脂肪组织可以被视为一个介电波导系统。举例来说，Netter,F.N.的“Atlas der Anatomie”[Anatomical Atlas(解剖图)]，Thieme Verlag，2006中描述了人的前臂的结构。人的前臂是由两根骨头组成，骨头的周围是肌肉组织。肌肉组织周围分布着表皮静脉，即血管。这些骨头、肌肉组织和静脉被脂肪组织包裹起来，脂肪组织被皮肤上层覆盖。这些表皮静脉相对接近皮肤上层，并且脂肪组织将表皮静脉与皮肤上层分开。
举例而言，如果图6中图解说明的该发射器601和该接收器605被放置到皮肤上层上，则发射器601可以用于将例如横向电(TE)波或横向磁(TM)波发射到由血管、脂肪组织和皮肤层形成的该介电波导系统中。此处，可以将皮肤层和脂肪组织理解成一个薄膜波导。
如上文已经说明，损耗检测器607被配置成基于该第一发射信号和该第一接收信号确立一个第一损耗量和基于该第二发射信号和该第二接收信号确立一个第二损耗量。如果使用另外的发射信号和接收信号对，那么损耗检测器607将相应地确立另外的损耗量。
具体地说，损耗检测器607被配置成通过二端口测量来确定这些损耗量。举例来说，损耗检测器607包括一个网络分析器或一个功率检测器。
另外，损耗检测器607被配置成在每种情况下确定前向发射因数S21和输入反射因数S11以便确定这些损耗量。
此处，该损耗检测器将借助于以下公式计算相应的损耗量P损耗：P损耗＝1-|S11|2-|S21|2。
具体地说，损耗检测器607被配置成确立复数相对介电率ε"以便确定相应的损耗量。
为此，图7示出了展示实数相对介电率ε'和复数相对介电率ε"取决于频率f的图解。
此处，图7示出了在实数部分ε'从较高水平转变为较低水平的频率范围中由复数相对介电率ε"表示的损耗增加。损耗的这些增加在波谱学中也称为吸收线。在此情况中可以利用的影响是，损耗的超量部分达到ε"的局部最大值的频率随着糖分含量的浓度而移位。。
举例而言，人体由80％的水组成。水具有(举例来说)19GHz和50GHz下的吸收线。可以对照糖分含量确定和标绘其吸收线的失调。ε"下的共振频率的失调，如图7中图解说明，比ε'的平台区中的变化更容易检测。明确地说，连接的变化有利地不会使ε”的最大值的频率偏移。其结果是，通过观察ε"来确定糖分浓度明显地不像观察ε'或其中的水平变化那样容易发生误差。
因为图7中的此类曲线在多种物质中叠加，所以更容易通过观察虚数相对介电率ε"来对物质进行分离，因为每种物质可以与特定的最大吸收度相关联。但是，在实数相对介电率ε'的情况下，仅可以观察所有涉及的物质的所有实数相对介电率ε'的总和。
如上文已经解释，处理器609被配置成依据具有较大或最大损耗量的频率来确定血像参数的弛豫常数τ。此外，处理器609被配置成依据确定的弛豫时间常数来确立血像参数，例如血液中的葡萄糖浓度。
为此目的，图8示出了一个用于图解说明弛豫时间常数(τ)与血液中的葡萄糖浓度C/mol L-1之间的关系的图。此处，图8中的参考符号801表示的区域示出了一个临界血糖范围。
此外，明确地说，处理器609被配置成基于公式来计算弛豫时间常数(τ)，其中fA表示所确立的损耗量是最大值时的频率。
有利的是，处理器609于是被配置成确定复数相对介电率ε"的虚数部分是最大值时的频率，并且依据该确定的频率来确定将确立弛豫时间常数(τ)时的频率。然后处理器609使用此确定的频率来确定血像参数，例如葡萄糖浓度。
图9示出了一种检测装置900的示意性框图。该检测装置900具有一个臂带901、一个连接到该臂带901的传感器阵列903、一个微处理器905、一个用于产生多个发射信号的微波电路907和一个通信装置909。
举例来说，该传感器阵列903具有一个微波传感器、一个温度传感器和一个湿度传感器。
举例来说，该微处理器905被配置成类似于图6中的处理器609。
该通信装置909被配置成用于在检测装置900与另一个通信装置911之间提供通信链路。举例来说，通信装置909包括一个蓝牙接口。举例来说，该另外的通信装置911为移动无线电装置、智能手机或基于GPS的设备。
图10展示了一种用于检测血管中的血液的血象参数(如葡萄糖浓度)的方法的一个示例性实施例的示意性流程图。
在步骤1001中，将一个具有第一频率的第一发射信号和一个具有第二频率的第二发射信号连入到血管中。
在步骤1003中，在该第一频率下接收一个第一接收信号，并且在该第二频率下接收一个第二接收信号。
在步骤1005中，基于该第一发射信号和该第一接收信号确立一个第一损耗量。
在步骤1007中，基于该第二发射信号和该第二接收信号确立一个第二损耗量。
在步骤1009中，取决于具有较大损耗量的频率来确定血象参数的弛豫时间常数。然后可以取决于所确定的弛豫时间常数来确定例如血液中的葡萄糖浓度。
图11示出了一种用于检测血象参数(如血糖浓度)的检测装置1100的框图。该检测装置1100包括发射器1101，该发射器被配置成将一个具有第一频率的第一发射信号和一个具有第二频率的第二发射信号连入到图11中所示意性展示的血管1103中。举例来说，该第一发射信号和该第二发射信号可以一起产生一个宽带信号。该发射器1101可以被配置成一个接一个地发射该第一发射信号和该第二发射信号，例如通过频率扫描。为此，发射器1101可以具有一个或多个发射天线，这些发射天线可以例如被具体化为偶极天线或框形天线或贴片天线。
检测装置1100另外包括一个接收器1105，该接收器被配置成接收一个处于该第一频率下的第一接收信号和一个处于该第二频率下的第二接收信号。为此，该接收器1105可以具有一个或多个接收天线。
检测装置1100另外包括一个损耗检测器1107，该损耗检测器例如被耦联到发射器1101和接收器1105，并且被提供用于基于该第一发射信号和该第一接收信号来确定一个第一损耗量以及基于该第二发射信号和该第二接收信号来确定一个第二损耗量。
该检测装置另外包括一个处理器1109，该处理器被偶联到该损耗检测器1107，并且被提供用于确定该第一损耗量相对于一个第一参考损耗量的一个第一频率偏移和该第二损耗量相对于一个第二参考损耗量的一个第二频率偏移。该处理器1109可以另外被配置成基于这两个频率偏移来确定血象参数。
检测装置1100可以另外具有一个存储器1111，该存储器可以被例如处理器1109和任选地被损耗检测器1107访问。举例来说，第一参考损耗量和第二参考损耗量或多个参考损耗量被存储在该存储器1111中。举例来说，这些参考损耗量可以是含血液组分(例如血糖)的水溶液的多个吸收或多个吸收线。基于这些频率偏移检测的这些损耗量可以是多个频移吸收或吸收线，这样使得可以基于这些频率偏移来确立血象参数(如血糖浓度)。
图11中所展示的检测装置1100利用另一项认识：例如血管、血管周围的脂肪组织和皮肤层可以被视为一个介电波导系统。举例来说，如果图11中所展示的发射器1101和接收器1105被放到表皮层上，那么发射器1101就可以用于将例如横向电(TE)波或横向磁(TM)波连入到由血管、脂肪组织和皮肤层形成的介电波导系统中。此处，皮肤层和脂肪组织可以被理解为薄膜波导。
举例而言，如果使用一个微波测量头(可以用于确定材料的复数相对介电率)，则由此可以对由皮肤、脂肪组织和静脉组成的物质混合体进行表征。
为了检测一个血像参数，基本上只检测静脉血液是有利的。为此目的，该发射器1101可以被配置成将该发射信号用电磁波形式直接发射到血管中。发射器1101和接收器1105可以各自具有多个天线，因而为了将电磁波发射到血管中和将电磁波从血管导出(Auskopplung)，在每种情况下可以选择以最小耦合损耗连接的发射天线和接收天线。
图12图解说明人的前臂(例如手腕)的横截面的简化模型，这个模型(举例来说)可以用来进行现场仿真或用于为一个介电波导系统建立模型。如图12中的A图解说明，该模型包括一个皮肤层1201、一个血管1203和该血管1203(例如静脉)周围的脂肪组织1205。图12中的A图解说明的模型形成一个介电波导系统，该系统包括图12中的B图解说明的介电波导和图12中的C图解说明的电薄膜波导。
图12中的B图解说明的介电波导包括血管1203和血管周围的脂肪组织1205。相比之下，图12中的C中的电薄膜波导包括皮肤层1201和脂肪组织1205。在每种情况下，相应复数相对介电率的不同色散(即取决于频率的)行为可以附着到皮肤层1201、脂肪组织1205和血管1203上。此处，将放置在顶部的血管1203解释为一个介电波导，其中取决于频率，能够传播不同模式或波类型(举例来说，TE波、TM波、TEM波或HE波)。一个额外波导机构附加到该介电波导中的波导机构，该额外波导机构的形式是图12中的C图解说明的薄膜波导，该薄膜波导是由皮肤上层1201形成的。
发射器1101的发射天线和接收器1105的接收天线可以优选地被配置成使得这些天线用专用方式将微波功率连入到血管1203中，并且在(举例来说)几厘米之后再次将所述微波功率导出。此处，血管1203充当一个测量段，并且因而应当被视为分布式元件而不再是集中式元件。损耗量的测量优选地是基于双端口测量而进行。此处，尤其当将检测装置连接到手腕上时，可以在介电波导中根据图12中的B激发初级模式，从而避免了在薄膜波导中根据图12中的C激发薄膜波导模式，其结果是可以更准确地检测血像参数。
为了在介电波导系统中激发初级模式，可以考虑到，取决于发射信号的选定频率，不同模式可以占支配地位。优选的是，在血管1203中具有场集中的模式类型比在皮肤层1201中场集中的那些模式优选。基于图12中的B中图解说明的介电波导的介电特性而示出的是，对于某些类型的模式，纵向分量E纵向、H纵向在传播方向上(即，在血管长度方向上)比横向分量E横向、H横向(即，横向于血管长度)更强。因而，优选地在有待检测的频率范围中激发能够将微波功率最大程度上发射到血管1203中的那些模式。
图13A到图13D以示例性方式展示了一些天线，这些天线可以被用作发射天线(即，激励装置)或者用作接收天线。
图13A中图解说明的天线1301被配置为一个电偶极，这个电偶极具有第一天线区段1303和第二天线区段1305。天线区段1303和1305彼此隔开一段距离，并且(举例来说)相对于血管1307的长度横向安排。天线1301可以由供电线1308激励。以此方式安排的电偶极可以(举例来说)产生电场E切向，该电场的指向方向横跨该血管的长度或者横跨血液流向。
图13B展示一种天线1309，该天线可以是框形天线。举例来说，该框形天线可以具有四边形或圆形的形状。在图13B中所展示的框形天线1309相对于血管1307的安排中，例如，激励一个磁场H切向，该磁场指向横跨血管1307的长度方向或横跨血流方向。该天线1309可以用供电线1310来激励。
图13C展示一种天线1311，该天线形成具有一个第一天线部分1313和一个第二天线部分1315的电偶极。这些天线部分1313和1315彼此间隔并且是借助于图13C中所展示的供电线1317来激励。由天线1311形成的电偶用区段1313和1315平行于血管1307的长度而安排的方式相对于血管1307的长度安排。其结果是，具有场分量E纵向的电场被激励，该电场指向血管的长度方向。
图13D示出了一种框形天线1319，该框形天线可以例如被形成为四边形或圆形框架的形式，该框架形成环形天线，例如作为贴片天线。该框形天线1319是借助于供电线1320来激励的，并且如图13D中所展示通过一种方式相对于血管1307的长度方向或相对于血流方向加以安排，该种方式使得磁场具有一个指向血管1307的长度方向的分量H纵向。
举例而言，应当检测每种情况下有待测量的频率范围符合哪些光谱线，即哪些吸收线。举例而言，可以观测一种物质的特性吸收线，或者是特定的血液成分对水或含有一定浓度的血液成分的水溶液的吸收线的影响。
图13A到图13D中所展示的这些天线是电偶极或磁性框形天线。另外，还可以使用贴片天线。电偶极主要沿电偶极的轴线产生一个电场。这个轴线可以如图13A中所展示相对于血管1307或血流方向切向对准，或如图13C中所展示在血管1307的方向上或在血流方向上对准。如果应该主要产生磁场，那么框形天线可以被用作激励装置。如果形成框形天线的框架所跨越的表面上的表面矢量横跨血管1307或横跨血流方向对准，那么磁场也横跨血管1307对准，如图13B中所展示。相反，如果表面矢量指向血管1307的方向，那么磁场也在血管1307的方向上对准，如例如图13B中所展示。选择图13A到13D中所展示的激励装置则产生例如主要激励模式或波类型。
图14A示出了一种电偶极天线1401，该电偶极天线可以被用作发射天线或用作接收天线。该电偶极天线1401包括偶极天线部分1403和1405，这些偶极天线部分被安排在基板1408中或上，并且可以借助于供电线1407来激励。偶极子天线1401可以被用作发射天线或用作接收天线。
图14B示出了发射器的发射天线1409和接收器的接收天线1411在皮肤层1415下方的血管1413的长度方向上的激励安排。该发射天线1409和该接收天线1411是例如根据图14A的电偶极天线。在图14B中所展示的安排中，产生在血管1413的长度方向上或在血流方向上具有场分量的电场。
图15A示出了一种包括发射器的发射天线1501和接收器的接收天线1503的激励安排，该激励安排横跨位于皮肤层1507下方的血管1505的长度方向，即，横跨血流方向。发射天线1501和接收天线1503各自可以由例如图14A中所展示的电偶极天线形成。在图15B中，相对于血流方向更详细地展示了这些偶极子天线部分1403和1405的安排。
图16A示出了一种环形天线1601，该环形天线具有一个环形框架1603和用于激励该环形框架1603的多个供电线1605。该环形天线1601可以例如被用作发射天线或用作接收天线。该环形框架1603和这些供电线1605可以被安排在基板中或上。
图16B示出了一种具有发射器的发射天线1607和接收器的接收天线1609的激励安排，这些天线可以被形成为根据图16A的环形天线。举例来说，这些环形天线1607、1609被安排成使得这些圆形框1603安排在血管1611上方，并且这些供电线1605的指向方向横跨血管1611的长度，即横跨血液流向。其结果是，在发射器侧产生一个磁场，该磁场具有指向方向横跨血管1611的长度的磁场分量H。
图17示出了发射器的发射天线1701和接收器的接收天线1703相对于血管1705的一种激励安排。举例来说，该发射天线1701和该接收天线1703可以是具有图16A中所展示的那种形状的环形天线。这些天线被安排成使得圆形框1603对应地安排在血管1705上方，并且这些供电线1605的延伸方向平行于血管1705的长度而彼此远离。其结果是，产生一个垂直于血管1705的长度的磁场分量H，该磁场分量指向圆形框1603所跨越的表面的法线方向。
图18示出了一种具有发射器的发射天线1801的激励安排，该发射天线具有例如图16A中所展示的环形天线的形状。举例来说，发射天线1801相对于血管1803被安排成使得框1603所跨越的表面的法线指向血管1803的长度的方向。举例而言，可以在血管1803的弯曲处实现此安排。其结果是，产生指向血管1803的长度的方向的磁场分量H。
图19示出了一种具有发射天线1601的激励安排，该发射天线例如为具有图16A中所展示的形状的环形天线并且可以被安排在基板1901(例如聚合物基板)中。该发射天线1601被安排在血管1903上方，使得环形框架1603所跨越的表面的法线指向血管1903的长度方向。其结果是，产生一个磁场，该磁场具有一个指向血管1903的长度方向，即，血流方向的场分量H。
图20示出了一种具有发射天线2001的激励安排，该发射天线可以是具有一个贴片天线表面2003和多个供电线2005的贴片天线。该贴片天线表面2003被例如安排在血管2007上方，这样做的结果是产生了一个电场，该电场具有一个指向血管2007的长度方向，即，血流方向的电场分量E。
根据一个实施例，损耗检测器1107被配置成进行例如标量或矢量测量或功率测量。为了确定损耗量，可以进行简单的光谱测量，其中检测测量参数S21的绝对值。
举例来说，可以借助于图21中所展示的检测装置来测量|S21|。该检测装置包括一个发射器，该发射器具有一个发射信号产生器2101，该发射信号产生器可以是可调谐的振荡器。该发射信号产生器2101的输出端被连接到一个发射天线2103。该检测装置另外包括一个接收器，该接收器具有一个接收天线2105，该接收天线的输出被连接到一个损耗检测器2107。举例来说，该损耗检测器可以包含一个功率检测器。如图21中所展示，该发射天线2103和该接收天线2105被安排在血管2109的上方。该发射器可以对应于发射器1101的特征，该接收器可以对应于接收器1105的特征，并且该损耗检测器2107可以对应于损耗检测器1107的特征。
然而，通过进一步测量测量参数S11的绝对值可以进一步提高在确定这些损耗量，即，波导中的损耗时的准确性。举例来说，可以基于以下公式确定这些损耗量：
P损耗＝1-|S11|2-|S21|2，
其中P损耗表示相应的损耗量，并且其中S11表示输入反射因数并且S21表示前向发射因数。
为了检测血象参数，例如血糖浓度，可以例如检查含糖水溶液的吸收线的频率偏移。举例来说，图22示出了在第一血糖浓度下的最大吸收2201的频率偏移与在第二血糖浓度下的最大吸收2203的频率偏移的比较，该第二血糖浓度高于该第一血糖浓度。此处，以示例性方式检测大约6GHz处的传输作为损耗量。
可以考虑最大吸收度的频率偏移是血像参数(举例来说，血糖水平)的衡量标准。通过观察含有糖分的水溶液的多个吸收度的频率偏移，可以更进一步提高测量可靠性。
图23以示例性方式示出了手腕中的静脉血的宽带发射行为。此处，特征曲线2301和2303阐明了在不同血糖浓度下多个吸收线的不同频率位置。为了检测血像参数(例如，举例来说，血糖浓度)，举例来说可以用有目标的方式检测吸收度A、B、C、D、E、F和G的频率偏移。因而，举例来说，可以针对最大吸收度和/或最小吸收度的每个频率观测取决于血糖水平的较高或较低频率(举例来说，在2GHz到12GHz的频率范围内)的方向的偏移。
图24针对具有6mm直径的血管和针对具有3.4mm直径的血管以示例性方式示出了图23中所展示的这些吸收A、B、C、D、E、F和G的频率偏移。可以识别出，糖分水平变化的吸收度可以具有正负两个方向的频率偏移。因而，检测多个吸收度或吸收线使得可以更精确地检测一个血像参数，举例来说，血糖水平。
图25示出了一种用于检测血管中的血液的血象参数的方法的图解。该方法包括将一个具有第一频率的第一发射信号连入2501到血管中；将一个具有第二频率的第二发射信号连入2503到血管中；在该第一频率下接收2505一个第一接收信号；在该第二频率下接收2507一个第二接收信号；基于该第一发射信号和在该第一频率下的该第一接收信号确立2509一个第一损耗量；基于该第二发射信号和在该第二频率下的该第二接收信号确立2511一个第二损耗量；确定2513该第一损耗量相对于一个第一参考损耗量的一个第一频率偏移；确定2515该第二损耗量相对于一个第二参考损耗量的一个第二频率偏移；并且基于该第一频率偏移和该第二频率偏移确定2517血象参数。
举例来说，图25中所展示的方法可以用图11中所展示的检测装置来执行。
图26示出了一种具有一个发射器2601的检测装置，该检测装置例如包括一个可调谐的振荡器2602和多个发射天线2603。该检测装置另外包括一个损耗检测器2605，该损耗检测器可以例如具有一个功率检测器。另外，提供一个接收器2606，该接收器具有多个接收天线2607。
该可调谐的振荡器2602的一个输出端可以通过一种可切换的方式，例如借助于一个切换矩阵2609连接到每一个天线输入，例如接连地或以任何顺序。与此相类似的是，该多个接收天线2607中的一个接收天线的每一个输出都可以借助于一个切换矩阵2611连接到损耗检测器2605。
举例而言，该切换矩阵2611和该切换矩阵2609可以用于选择一个天线对，该天线对包括一个发射天线和一个接收天线，能够将微波信号最优地接入到图26中示意性地图解说明的血管2613中。借助于这些切换矩阵2609和2611，依据次序选择这些天线对，举例来说，从用于发出一个发射信号的第一发射天线2615开始。这些切换矩阵2609、2611可以具有开关，例如晶体管开关。
在接收侧上，该切换矩阵2611用于依据次序地选择这些接收天线，举例来说，从用于接收对应接收信号的接收天线2617开始，其中基于该发射信号和该接收信号来检测损耗量。在下一个步骤中，举例来说选择接收天线2619，同样借助于该损耗检测器基于发射信号和该接收天线2619接收到的接收信号来检测一个损耗量。举例来说，在此之后，选择接收天线2621，其中基于发射信号和接收信号来检测另一个损耗量。在下一个步骤中，选择接收天线2623，并且基于该发射信号和该接收天线2623接收到的一个接收信号来确定另一个损耗量。在下一个步骤中，举例来说，该切换矩阵2609可以选择另一个发射天线，其中可以重复前述步骤。通过比较所确立的这些损耗量，举例来说，确立最小损耗量。在图26中图解说明的实例中，举例来说，预期具有发射天线2615和接收天线2621的检测配置具有最小连入损耗，因为天线2615、2621直接放置在血管上方，因而使得信号能够被发射到血管2613中。举例而言，可以用选定检测配置来检测血像参数。可以用任何顺序进行上述选择步骤。因而，举例来说，可以针对发射天线2615测试所有或一些接收天线2607。
发射天线2603或接收天线2607可能在位置方面和/或应主要激励的场分量方面有不同。此处，切换矩阵2609和2611确保了可以针对相应选择的频率来选择最优激励类型(举例来说，环形天线、电偶极天线、贴片天线)或者激励位置。
举例而言，图26中图解说明的检测装置可以集成在可膨胀臂带中。在对损耗量的检测(举例来说，通过测量控制参数而进行)之间，可以允许空气从该臂带中逸出，从而使得皮肤能透气，并且不会出汗。在此情况下，测量之间的时间间隔可以变化。举例来说，可以用10分钟的间隔进行测量。但是，根据需要而定，可以进行更频繁的测量，其中举例来说可以根据进食时间来确定测量频率。
因为放置在皮肤上并且可能由一个电极板形成的发射或接收天线可能滑动(尤其是在测量之间的暂停期)，所以对于图26中图解说明的多个激励装置的选择可以确保选择放置在血管2613上方的激励装置。因此，借助于相应切换矩阵2609和2611，可以选择能够将微波能量最大程度上发射到血管2613中的激励装置。

Claims (13)

1.一种臂带(100、200、300)，包括：
一个用于检测手臂血管中的血液的血象参数的检测装置(101、201、301,401)；和
一个用于设定该臂带在手臂上的预定接触压力的设定装置(103、203、303)，
其中该设定装置(203、303)包括一个用于测量该臂带(200、300)在手臂上的当前接触压力的传感器设备(205、305)和一个用于取决于所测量的当前接触压力来设定该预定接触压力的控制设备(207、307)；
其中该传感器设备(205、305)被安排在该臂带(200、300)的内侧(209、309)上；
其中所述检测装置(101，201，301,401)被配置成从多对天线中选择放置在血管之上的一对天线，以将微波能量最大程度地发射到血管中，其中该一对天线包括一个发射天线和一个接收天线。
2.如权利要求1所述的臂带，其中该设定装置(103、203、303)被配置成至少在用该检测装置(101、201、301,401)检测该血象参数期间将该臂带的接触压力设定成该预定接触压力。
3.如权利要求1或2所述的臂带，其中该臂带(100、200、300)被配置为一个可充气的臂带。
4.如权利要求1或2所述的臂带，其中该设定装置(303)包括一个气泵(311)，该气泵被配置成对该臂带(300)进行充气以便设定该预定接触压力。
5.如权利要求1或2所述的臂带，其中该设定装置(303)包括一个用于测量该臂带(300)在手臂上的当前接触压力的传感器设备(305)、一个用于取决于所测量的当前接触压力而提供一个控制信号的控制设备(307)和一个借助于所提供的控制信号而得以控制的、用于对该臂带(300)进行充气的气泵(311)。
6.如权利要求1或2所述的臂带，其中该检测装置(401)包括多个电极(403、405)，这些电极被配置成将至少一个无线电频率信号发射到血管中。
7.如权利要求6所述的臂带，其中该设定装置(103、203、303)被配置成将这些电极(403、405)在手臂上的接触压力设定成该预定接触压力。
8.如权利要求1或2所述的臂带，其中该设定装置(103、203、303)被配置成在用该检测装置(101、201、301,401)检测该血象参数期间使该臂带(100、200、300)的接触力在手臂上均匀地分布。
9.如权利要求1或2所述的臂带，其中该设定装置(103、203、303)被配置成在用该检测装置(101、201、301,401)检测该血象参数期间提供该臂带(100、200、300)的均匀贴放。
10.如权利要求1或2所述的臂带，其中该设定装置(103、203、303)被配置成在用该检测装置(101、201、301,401)检测该血象参数期间保持该臂带(100、200、300)的接触压力恒定。
11.如权利要求1或2所述的臂带，该臂带另外包括一个用于提供该预定接触压力的存储器。
12.如权利要求1或2所述的臂带，其中该血象参数包括血液中的葡萄糖浓度、血液中的乳酸盐浓度、血液中的乳酸盐浓度或血液中的氧浓度。
13.一种用于操作臂带的方法，该臂带为权利要求1所述的臂带，该方法包括设定(503)该臂带在手臂上的预定接触压力。
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