CN103347444B - 用于检测血像参数的检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于检测血管中的血液的血象参数的检测装置，包括：一个发射器（101），该发射器具有用于发射至少一个发射信号的多个发射天线；一个接收器（105），该接收器具有用于接收至少一个接收信号的多个接收天线；一个处理器（109），该处理器被配置为选择一个第一检测配置，该第一检测配置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（207）中的一个接收天线，并且选择一个第二检测配置，该第二检测配置包括该多个发射天线（203）中的一个发射天线和该多个接收天线中的一个接收天线（207）；以及一个损耗检测器（107），该损耗检测器被配置成当选择了该第一检测配置来发射一个发射信号时基于该发射信号和一个接收信号来检测一个第一损耗量，并且当选择了该第二检测配置来发射一个发射信号时基于该发射信号和一个接收信号来检测一个第二损耗量，其中该处理器被配置为选择具有较低损耗量的检测配置来检测该血象参数。
Description
本发明涉及检测血液成分的浓度的领域，所述血液成分例如是流过血管的血液中的糖分。
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 Type1diabetes:Amulti-sensor system combining sensors for dielectric and opticalcharacterization of skin）”（《生物传感器和生物电子学》（Biosensors andBioelectronics24）（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）”（SAS2008-IEEE传感器应用论坛（SAS2008-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。
因而，本发明的目的是研发一种用于检测血像参数（举例来说，血液中的血糖浓度）的更精确的方法。
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。
本发明是基于这样一个认识：如果微波直接发射到血管中从而可以基于静脉血液来确定血像参数，则可以根据微波来精确地确定该血像参数。
为此目的，利用另一项认识：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，横向电波和横向磁波都能在该系统中传播。为了实现将微波有目标地接入到血管中，举例来说，可以在发射侧提供多个发射天线，并且在接收侧提供多个接收天线。借助于所有天线组合的排列，举例来说，可以选择一个天线对，该天线对包括围绕接收天线的发射天线，以最小连入损耗来连接。于是，可以使用该选定天线对来对血像参数进行基于微波的检测。
根据一个方面，本发明涉及一种用于检测血管中的血液的一个血像参数的检测装置，包括：一个发射器，该发射器具有用于发出至少一个发射信号的多个发射天线；一个接收器，该接收器具有用于接收至少一个接收信号的多个接收天线；一个处理器，该处理器被配置成选择一个第一检测配置，该第一检测配置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，并且选择一个第二检测配置，该第二检测配置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；一个损耗检测器，该损耗检测器被配置成如果选择了用于发出一个发射信号的该第一检测配置，则基于该发射信号和一个接收信号来检测一个第一损耗量，并且如果选择了用于发出一个发射信号的该第二检测配置，则基于该发射信号和一个接收信号来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该血像参数。
该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。
根据一个实施方案，如果选择了该第一检测配置，则该发射器被配置成借助于该第一检测配置的该发射天线发出该发射信号，其中，在选择了该第一检测配置时，则该接收器被配置成借助于该第一检测配置的该接收天线接收该接收信号，其中，在选择了该第二检测配置时，则该发射器被配置成借助于该第二检测配置的该发射天线发出该发射信号，并且其中，在选择了该第二检测配置时，则该接收器被配置成借助于该第二检测配置的该接收天线接收该接收信号，并且其中，该损耗检测器被配置成基于该第一检测配置的该发射信号和该接收信号检测该第一损耗量，并且基于该第二检测配置的该发射信号和该接收信号检测该第二损耗量。
根据一个实施方案，该处理器被配置成将该第一损耗量与该第二损耗量进行比较，以便确定这两个损耗量中的较小损耗量。
根据一个实施方案，该检测装置包括一个切换矩阵，尤其是一个可以由该处理器控制的切换矩阵，该切换矩阵被配置成将该多个接收天线中的一个接收天线的一个输出端对应地与该损耗检测器连接。
根据一个实施方案，该发射器包括一个发射信号产生器，其中该发射信号产生器的一个输出端可以借助于一个切换矩阵对应地连接到该多个发射天线中的一个发射天线上，尤其是借助于可以由该处理器控制的一个切换矩阵。
根据一个实施方案，该发射器被配置成在选择了该第一检测配置时和选择了该第二检测配置时发出相同频率的发射信号，尤其是1GHz到15GHz的频率范围中的一个频率，或者发出相同模式或相同波类型的发射信号，尤其是一个横电模式或一个横磁模式。
根据一个实施方案，该发射器包括至少两个发射天线，该接收器包括至少两个接收天线。发射天线和接收天线可以是偶极天线或框形天线或贴片天线。
根据一个实施方案，该损耗检测器包括一个网络分析器，尤其是一个标量或矢量网络分析器，或者是一个功率检测器。
根据一个实施方案，为了检测该血像参数，该发射器被配置成使用该选定检测配置的该发射天线将具有一个第一频率的一个第一发射信号和具有一个第二频率的一个第二发射信号连入到该血管中。该接收器被配置成使用该选定检测配置的该接收天线来接收该第一频率下的一个第一接收信号和该第二频率下的一个第二接收信号。该损耗检测器被配置成基于该第一频率下的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，并且基于该第二频率下的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。该处理器被配置成相对于一个第一参考损耗量确定该第一损耗量的一个第一频率偏移，相对于一个第二参考损耗量来确立该第二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来确立该血像参数。
根据一个实施方案，为了检测该血像参数，该发射器被配置成使用该选定检测配置的该发射天线将具有一个第一频率的一个第一发射信号和具有一个第二频率的一个第二发射信号连入到该血管中。该接收器被配置成使用该选定检测配置的该接收天线来接收该第一频率下的一个第一接收信号和该第二频率下的一个第二接收信号。该处理器被配置成基于该第一发射信号和该第一接收信号来确立一个第一电损耗量，基于该第二发射信号和该第二接收信号来确立一个第二电损耗量，依据具有较大电损耗量的频率来确定一种血液成分的一个弛豫时间常数，并且基于该弛豫时间常数与该血像参数之间的先前已知关系来确立该血像参数。
根据一个实施方案，该损耗检测器被配置成为了确定该第一损耗量和该第二损耗量而进行一个双端口测量，尤其借助于该双端口测量来在每种情况下确定一个前向发射因数S21。
根据一个实施方案，该损耗检测器被配置成基于下式分别确定该第一损耗量和该第二损耗量：
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（Eingangsreflexionsfaktor），S21表示前向发射因数。
根据一个实施方案，该发射器被配置成作为一个模式或一个波类型来连入该发射信号，尤其作为一个横向电（TE）波或一个横向磁（TM）波或一个横向电磁（TEM）波或一个HE波，尤其相对于该血管的长度或相对于血液流向在切线方向或横向方向上连入该发射信号。
根据一个实施方案，该血像参数是一种血液成分的浓度，尤其是例如葡萄糖的一种糖分、乳酸盐或乳酸或氧的浓度。
根据另一方面，本发明涉及一种用于使用一个具有用于发出至少一个发射信号的多个发射天线的发射器和一个具有用于接收至少一个接收信号的多个接收天线的接收器来检测血管中的血液的一个血像参数的方法，包括以下步骤：选择一个第一检测配置，包括选择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；在选择了用于发出一个发射信号的该第一检测配置时，则基于该发射信号和一个接收信号来检测一个第一损耗量；选择一个第二检测配置，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；在选择了用于发出一个发射信号的该第二检测配置时，则基于该发射信号和一个接收信号来检测一个第二损耗量；并且选择具有较小损耗量的检测配置来检测该血像参数。
进一步的方法步骤直接从该检测装置的功能性得出。
将参看附图解释其他实施例。在附图中：
图1示出了检测装置的框图；
图2示出了检测装置的框图；
图3示出了人前臂的横截面的模型；
图4A到图4D示出了天线；
图5示出了电偶极天线；
图5B示出了一种激励安排；
图6A、图6B示出了一些激励安排；
图7A示出了一个环形天线601；
图7B示出了一种激励安排；
图8示出了一种激励安排；
图9示出了一种激励安排；
图10示出了一种激励安排；
图11示出了一种激励安排；
图12示出了一个检测装置的基本电路图；
图13示出了最大吸收度的频率偏移；
图14示出了发射行为；
图15示出了频率偏移；
图16示出了用于图解说明取决于频率的实数相对介电率ε'和复数相对介电率ε"的图；
图17示出了用于图解说明弛豫时间常数（τ）与血液中的葡萄糖浓度之间的关系的图；
图18示出了带有通信装置的检测装置的示意性框图；
图19示出了一根臂带的示意性框图；
图20示出了臂带的一个区段的示意性框图；
图21示出了一个区段臂带的示意性框图；以及
图22示出了该检测装置的电极的安排的示意性框图。
图1示出了用于检测一项血像参数（例如，举例来说，血糖浓度）的检测装置100的框图。该检测装置包括一个发射器101，该发射器被配置来将至少一个发射信号（举例来说一个微波信号）连入到图1中示意性地图解说明的血管103中。
此外，该检测装置100包括一个接收器105，该接收器被配置成接收至少一个接收信号。
此外，该检测装置100包括一个损耗检测器107，该损耗检测器可以（举例来说）包括一个功率检测器。该损耗检测器107连接到该发射器101和该接收器105上。
此外，该检测装置包括一个处理器109，该处理器连接到该损耗检测器107上。
该检测装置100可以任选地具有一个存储器111，（举例来说）该处理器109和（任选地）该损耗检测器107可以访问该存储器。
举例来说，该发射器101可以具有一个或多个发射天线，用于发出一个或多个发射信号，这些天线可以（举例来说）被配置为偶极天线或框形天线或贴片天线。与此类似，该接收器105可以具有一个或多个发射天线，用于接收一个或多个接收信号。该处理器109优选被配置成顺序地选择多个检测配置。此处，每个检测配置都包括单个发射天线和单个接收天线，其中这些发射天线可以彼此隔开，这些接收天线也可以彼此隔开。当选择了一种检测配置时，该发射器101激励相关的发射天线发出一个发射信号，而该接收器105使用相应的接收天线来接收一个接收信号。
举例来说，该损耗检测器107可以基于该发射信号和该接收信号确定一个电磁损耗量，例如能量吸收度。在下一个步骤中，使用另一个检测配置来发出一个发射信号，并且检测到另一个损耗量。用上述方式依据次序或以任何顺序使用多个检测配置将一个发射信号连入到血管103中，并且借助于每个检测配置中的损耗检测器107来确定一个损耗量。举例而言，该处理器109可以比较这些损耗量，并且选择以最小损耗量连接的检测配置。使用该选定检测配置来检测血像参数，如下文所描述。
图2示出了一个检测装置，该检测装置可以是图1中图解说明的检测装置100的一个实施方式。该检测装置包括一个发射器201，该发射器可以（举例来说）具有一个可调振荡器202和多个发射天线203。此外，该检测装置包括一个损耗检测器205，该损耗检测器可以（举例来说）具有一个功率检测器。此外，提供一个具有多个接收天线207的接收器206。
该可调振荡器202的一个输出端可以（举例来说）依据次序地或以任何顺序用可切换方式（举例来说借助于切换矩阵209）连接到每个天线输入端上。与此类似，该多个接收天线207中的一个接收天线的每个输出端可以借助于一个切换矩阵211连接到该损耗检测器205上。
这些切换矩阵209、211可以具有开关，尤其是晶体管开关。
举例而言，该切换矩阵211和该切换矩阵209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2中示意性地图解说明的血管213中。借助于这些切换矩阵209和211，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215开始。
在接收侧上，该切换矩阵211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217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219，同样借助于该损耗检测器基于发射信号和该接收天线219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221，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223，并且基于该发射信号和该接收天线223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209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2中图解说明的实例中，举例来说，预期具有发射天线215和接收天线221的检测配置具有最小连入损耗，因为天线215、221直接放置在血管上方，因而使得信号能够被发射到血管213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215测试所有或一些接收天线207。
发射天线203或接收天线207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209和211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2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2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213上方的激励装置。因此，借助于相应切换矩阵209和211，可以选择能够将微波能量最大程度上发射到血管213中的激励装置。
下文中，用示范性方式基于图1中图解说明的检测装置100来描述对血像参数的确定。但是，下文的解释类似地也适用于图2中图解说明的检测装置。
为了确定血像参数，根据一个实施方案，例如图1中示意性地图解说明的血管103，发射器101可以用第一频率连入第一发射信号并且用第二频率连入第二发射信号。举例而言，第一发射信号和第二发射信号可以一起产生一个宽带信号。该发射器101可以被配置成（举例来说）借助于频率扫描而先后发出该第一发射信号和该第二发射信号。为此目的，发射器101可以具有一个或多个发射天线，这些发射天线（举例来说）可以体现为偶极天线或框形天线或贴片天线。
此外，该检测装置100包括接收器105，该接收器可以被配置成接收第一频率下的第一接收信号和第二频率下的第二接收信号。为此目的，该接收器可以具有一个或多个接收天线。
此外，该检测装置100包括损耗检测器107，该损耗检测器可以（举例来说）连接到该发射器101和该接收器105上，并且可以用于基于第一发射信号和第一接收信号来确定第一损耗量，并且还基于第二发射信号和第二接收信号来确定第二损耗量。
此外，该检测装置100包括处理器109，该处理器可以连接到该损耗检测器107上，并且可以用于相对于第一参考损耗量来确定第一损耗量的第一频率偏移，并且相对于第二参考损耗量来确定第二损耗量的第二频率偏移。此外，该处理器109可以被配置成基于这两个频率偏移来确定该血像参数。
此外，该检测装置100可以具有存储器111，（举例来说）该处理器109和（任选地）该损耗检测器107可以访问该存储器。举例而言，第一和第二参考损耗量或多个参考损耗量存储在该存储器111中。举例而言，这些参考损耗量可以是含有血液成分（举例来说，血糖）的水溶液的吸收度或吸收线。基于频率偏移检测到的这些损耗量可以是频率偏移后的吸收度或吸收线，从而可以基于这些频率偏移来确立血像参数（例如，举例来说，血糖浓度）。
图1或图2中图解说明的检测装置100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1中图解说明的该发射器101和该接收器105被放置到皮肤上层上，则发射器101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。
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101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103中。发射器101和接收器105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103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3A到图3C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3A中图解说明，该模型包括一个皮肤层301、一个血管303和该血管303（例如静脉）周围的脂肪组织305。图3A中图解说明的模型形成一个介电波导系统，该系统包括图3B中图解说明的介电波导和图3C中图解说明的电薄膜波导。
图3B中图解说明的介电波导包括血管303和血管周围的脂肪组织305。相比之下，图3C中的电薄膜波导包括皮肤层301和脂肪组织305。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301、脂肪组织305和血管303上。此处，将放置在顶部的血管303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3C中图解说明的薄膜波导，该薄膜波导是由皮肤上层301形成的。
发射器101的发射天线和接收器105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303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303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3B激发初级模式，从而避免了在薄膜波导中根据图3C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303中具有场集中的模式类型比在皮肤层301中场集中的那些模式优选。基于图3B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303中的那些模式。
图4A到图4D用示范性方式图解说明一些天线，这些天线可以用作发射天线，即激励装置，或者用作接收天线。
图4A中图解说明的天线401被配置为一个电偶极，这个电偶极具有第一天线区段403和第二天线区段405。天线区段403和405彼此隔开一段距离，并且（举例来说）相对于血管407的长度横向安排。天线401可以由供电线408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4B示出了天线409，该天线可以是框形天线。举例而言，该框形天线可以具有四边形或圆形形状。在图4B中图解说明的框形天线409相对于血管407的安排中，例如激励一个磁场H切向，该磁场的指向方向横跨血管407的长度或者横跨血液流向。天线409可以由供电线410激励。
图4C示出了天线411，该天线形成一个电偶极，该电偶极具有第一天线区段413和第二天线区段415。天线区段413和415彼此隔开一段距离，并且由图4C中图解说明的供电线417激励。天线411形成的电偶极用区段413和415平行于血管407的长度而安排的方式相对于血管407的长度安排。其结果是，激励了具有场分量E纵向的电场，该电场的指向方向是血管长度的方向。
图4D示出了一个框形天线419，该天线可以（举例来说）用四边形或圆形框架的形式形成，该框架形成一个环形天线。借助于供电线320激励框形天线419，并且如图4D中图解说明，该框形天线419用磁场具有一个指向方向在血管407的长度的方向上的分量H纵向的方式相对于血管407的长度或相对于血液流向而安排。
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4A到图4D中图解说明的天线是电偶极或磁性框形天线。此外，还可使用贴片天线。电偶极主要沿电偶极的轴线产生一个电场。此轴线可能如图4A中图解说明相对于血管407或血液流向沿切线方向对准，或者如图4C中图解说明，在血管407的方向上或在血液流向中对准。如果主要应当产生磁场，则可以将框形天线用作激励装置。如果形成框形天线的框所跨越的表面上的表面矢量横跨血管407或横跨血液流向而对准，则该磁场还横跨血管407对准，如图4B中图解说明。相比之下，如果该表面矢量的指向方向是血管407的方向，则该磁场还在血管407的方向上对准，如同举例来说图4B中的图解说明。于是，图4A到图4D中图解说明的激励装置的选择会得到（举例来说）主要激励模式或波类型。
图5A示出了电偶极天线501，该天线可以用作发射天线或接收天线。电偶极天线501包括偶极天线区段503和505，这些区段安排在基板508上或基板508中，并且可以由供电线507激励。该偶极天线501可以用作发射天线或接收天线。
图5B示出了发射器的发射天线509和接收器的接收天线511在皮肤层515下方的血管513的长度方向上的激励安排。举例来说，发射天线509和接收天线511是根据图5A的电偶极天线。在图5B中图解说明的安排中，产生一个电场，该电场具有一个在血管513的长度方向或血液流向上的场分量。
图6A示出了一种包括发射器的发射天线601和接收器的接收天线603的激励安排，该安排横跨血管605的长度的方向（即横跨血液流向），该血管处于皮肤层607下方。发射天线601和接收天线603可以都是由例如图5A中图解说明的电偶极天线形成的。在图6B中，在血液流向方面更详细图解说明偶极天线区段503和505的安排。
图7A示出了一个环形天线701，该环形天线具有一个圆形框703和一些用于激励该圆形框703的供电线705。举例来说，该环形天线701可以用作发射天线或接收天线。该圆形框703和这些供电线705可以安排在一个基板中或一个基板上。
图7B示出了一种具有发射器的发射天线707和接收器的接收天线709的激励安排，这些天线可以根据图7A形成为环形天线。举例而言，这些环形天线707、709被安排成使得这些圆形框703安排在血管711上方，并且这些供电线705的指向方向横跨血管711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711的长度的磁场分量H。
图8示出了发射器的发射天线801和接收器的接收天线803相对于血管805的激励安排。举例而言，发射天线801和接收天线803可以是具有图7A中图解说明的形状的环形天线。举例而言，这些天线被安排成使得圆形框703对应地安排在血管705上方，并且这些供电线705的延伸方向平行于血管805的长度而彼此远离。其结果是，产生一个垂直于血管805的长度的磁场分量H，该磁场分量指向圆形框803所跨越的表面的法线方向。
图9示出了具有发射器的发射天线901的一种激励安排，该发射天线举例来说具有图7A中图解说明的环形天线的形状。举例而言，发射天线901相对于血管903被安排成使得框703所跨越的表面的法线指向血管903的长度的方向。举例而言，可以在血管903的弯曲处实现此安排。其结果是，产生指向血管903的长度的方向的磁场分量H。
图10示出了具有发射天线701的一种激励安排，举例来说，该天线是一个具有图7A中图解说明的形状的环形天线，并且可以安排在基板1001（举例来说，聚合物基板）中。发射天线701安排在血管1003上方，使得圆形框703所跨越的表面的法线指向血管1003的长度的方向。其结果是，产生一个磁场，该磁场具有一个指向该血管1003的长度的方向（即血液流向）的场分量H。
图11示出了具有发射天线1101的一种激励安排，该发射天线可以是具有一个贴片天线表面1103和一些供电线1105的贴片天线。贴片天线表面1103（举例来说）安排在血管1107上方，其结果是产生一个电场，该电场具有一个指向血管1107的长度的方向（即血液流向）的电场分量E。
根据一个实施方式，该损耗检测器107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，可以进行简单的波谱测量，其中检测测量参数S21的绝对值。
举例而言，可以借助于图12中图解说明的检测装置来测量|S21|。该检测装置包括一个具有发射信号产生器1201的发射器，该发射信号产生器可以是可调振荡器。该发射信号产生器1201的输出端连接到一个发射天线1203上。此外，该检测装置包括一个具有接收天线1205的接收器，该接收天线的输出端连接到一个损耗检测器1207上。举例而言，该损耗检测器可以包括一个功率检测器。如图12中图解说明，该发射天线1203和该接收天线1205安排在血管1209上方。该发射器可以对应于发射器101的特征，该接收器可以对应于接收器105的特征，并且该损耗检测器1207可以对应于损耗检测器107的特征。
但是，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损耗量（即波导中的损耗）时的精确性。举例而言，可以基于下式确定损耗量：
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。
为了检测血像参数（举例来说，血糖浓度），举例来说，可以检验含有糖分的水溶液的吸收线的频率偏移。
举例而言，图13示出了第一血糖浓度下的最大吸收度1401的频率偏移与第二血糖浓度下的最大吸收度1403的频率偏移的比较，第二血糖浓度高于第一血糖浓度。此处，用示范性方式将6GHz左右的发射检测为损耗量。
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14用示范性方式示出了手腕中的静脉血液的宽带发射行为。此处，曲线1401和1403阐述不同血糖浓度下的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15用示范性方式示出了具有6mm的直径的血管和具有3.4mm的直径的血管的在图14中图解说明的吸收度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。
根据一个实施方案，可以体现图1中示出的检测装置100的发射器101以将具有第一频率的第一发射信号和具有第二频率的第二发射信号接入到图1中示意性地图解说明的血管103中。举例而言，第一发射信号和第二发射信号可以一起产生一个宽带信号。此外，该发射器101可以被配置成将第一发射信号和第二发射信号先后循序连入到该血管103中。该接收器105可以类似地被配置成接收第一频率下的第一接收信号和第二频率下的第二接收信号。该损耗检测器可以用于基于第一发射信号和第一接收信号来确定第一损耗量，并且还基于第二发射信号和第二接收信号来确定第二损耗量。该处理器可以用于依据具有较大损耗量的频率来确定该血像参数的弛豫时间常数τ。如果使用更多的发射信号和接收信号对，则损耗检测器107将相应地确立更多的损耗量。
举例而言，如果第一损耗量大于第二损耗量，则处理器109将依据第一频率来确定血像参数的弛豫时间常数。所以，如果第二损耗量大于第一损耗量，则处理器109将依据第二频率确定血像参数的弛豫时间常数（τ）。此处使用的是这样一个发现：可以通过检测血液成分的弛豫时间常数来确立血像参数。举例而言，如果有待确定的血像参数是血液中的血糖浓度，则含有糖分的水溶液的弛豫时间常数是血糖浓度（即血糖水平）的一个衡量标准。
此外，该损耗检测器可以经过设计来确立用于确定相应损耗量的复数相对介电率ε"。
为此目的，图16示出了用于图解说明取决于频率f的实数相对介电率ε'和复数相对介电率ε"的图。
此处，图16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16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16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109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109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17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17中的参考符号1701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109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109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109使用此确定的频率来确定血像参数，例如葡萄糖浓度。
图18示出了检测装置1800的示意性框图。检测装置1800具有一个臂带1801、一个附接到该臂带1801上的传感器阵列1803、一个微处理器1805、一个用于产生发射信号的微波电路1807和一个通信装置1809。
举例而言，该传感器阵列1803具有一个微波传感器、一个温度传感器和一个湿度传感器。
举例而言，微处理器1805的配置与图1中的处理器109相同。
通信装置1809被配置用于提供检测装置1800与另一个通信装置1811之间的通信链路。举例而言，通信装置409包括一个蓝牙接口。举例而言，该另一个通信装置1811是移动无线电装置、智能电话或基于GPS的设备。
如果在测量期间使用预定或规定的接触压力将具有前述检测装置中的一种检测装置的一根臂带按压到手臂上，则可以用可重现的方式通过这根带有检测装置的臂带来提供对血像参数的测量或检测。为了提供预定接触压力，除了检测装置之外，还给该臂带配备一个设定装置。该设定装置被配置成使得该设定装置可以至少在用检测装置检测血像参数时设定该预定或规定的接触压力。
具有该检测装置和该设定装置的臂带被配置成被施用到患者的手臂上，尤其施用到他的手腕区域上。
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。
根据另一个方面，提出一种臂带，该臂带具有一个用于检测手臂中的血管中的血液的血像参数的检测装置，和一个用于设定手臂上的臂带的预定接触压力的设定装置。该检测装置可以具有前述检测装置的特征。
根据一个实施方式，用宽带方式而不是窄带方式进行测量。举例而言，发射信号可以借助于频率扫描或作为宽带发射信号的一个部分信号而发射到血管中。S参数的优选的矢量检测的结果是，现在可以评估复数相对介电率而不是只有它的实数部分。通过观察多个吸收线的频率偏移，可以更精确地确定血像参数。这优选地是借助于双端口测量而不是单端口测量来进行。
图19示出了具有检测装置1901和设定装置1903的臂带1900的示范性实施方式的框图。该检测装置1901被配置成检测手臂的血管中的血液的血像参数。有待检测的血像参数的一个实例是血液中的葡萄糖浓度。
该设定装置1903被配置成设定该臂带1900在手臂上的可预定的接触压力。通过设定该臂带1900的预定接触压力，设定装置1903可以确保通过检测装置1901对血像参数进行可再生的检测。为此目的，尤其，设定装置1903被配置成在检测装置1901正在检测血像参数时将臂带1900的接触压力设定为可预定的接触压力。
尤其，臂带1900体现为一个可膨胀臂带1900。此处，设定装置1903尤其具有一个气泵，该气泵被配置成给臂带1900充气，用于设定预定接触压力。
尤其，检测装置1901包括多个电极，这些电极尤其被配置成将至少一个射频信号发射到血管中。该射频信号被配置成提供一个用于检测血像参数的参数。此参数的一个实例是由血像参数的弛豫时间常数τ形成。此处，该设定装置1903更具体地说经过设计将电极在手臂上的接触压力设定为预定接触压力。
此外，设定装置1903可以实施成使得该设定装置在检测装置1901正在检测血像参数时将臂带1900的接触力均匀地分布在手臂上。此外，设定装置1903优选地配置成使得该设定装置确保在检测装置1901正在检测血像参数时臂带1900的均匀接触。
图20示出了臂带2000的一个示范性实施方案的一个区段的框图。该臂带2000具有一个检测装置2001和一个设定装置2003。检测装置2001和设定装置2003至少与图19的检测装置1901和设定装置1903相同地体现。此外，图20的设定装置2003具有一个传感器设备2005和一个控制设备2007。传感器设备2005被配置成测量臂带2000在手臂上的当前接触压力。依据测量到的当前接触压力，控制设备2007设定手臂上的预定接触压力。
图21示出了臂带2100的另一个示范性实施方案的一个区段的一个框图。臂带2100具有一个检测装置2101和一个设定装置2103。该设定装置2103具有一个传感器设备2105、一个控制设备2107和一个气泵2111。该传感器设备2105测量臂带2100在手臂上的当前接触压力。该控制设备2107依据测量到的当前接触压力提供一个控制信号。借助于提供的控制信号，对气泵2111进行控制来给臂带2100充气。
图22图解说明用于检测手臂血管中的血液的血像参数的检测装置的电极（即天线2203、2205）的安排2200的示意性框图
不失一般性地，该安排2200仅示出了两个电极2203和2205。尤其，该安排2200是检测装置的一部分，并且，举例来说，体现为一个具有示范性尺寸5cm乘2cm的板。举例来说，电极2203、2205具有一个5mm乘5mm的底座区域。举例而言，电极2203与2205之间的距离是1cm到2cm。这首先获得一个足够强的发射，并且其次确保到身体中的足够深的穿透深度。
Claims (25)
1.一种用于检测血管中的血液的一个血像参数的检测装置，包括：
一个发射器(101)，该发射器具有用于发出至少一个发射信号的多个发射天线(203)；
一个接收器(105)，该接收器具有用于接收至少一个接收信号的多个接收天线(207)；
一个处理器(109)，该处理器被配置成：选择一个第一检测配置，该第一检测配置包括该多个发射天线(203)中的一个发射天线和该多个接收天线(207)中的一个接收天线；并且选择一个第二检测配置，该第二检测配置包括该多个发射天线(203)中的一个发射天线和该多个接收天线中的一个接收天线(207)；
一个损耗检测器(107)，该损耗检测器被配置成，
在选择了用于发出一个发射信号的该第一检测配置时，则基于该发射信号和一个接收信号来检测一个第一损耗量，并且
在选择了用于发出一个发射信号的该第二检测配置时，则基于该发射信号和一个接收信号来检测一个第二损耗量；其中
该处理器(109)被配置成在第一步骤中选择具有较小损耗量的该检测配置用于检测该血像参数，并且在第二步骤中基于所选择的检测配置来检测该血像参数。
2.如权利要求1所述的检测装置，其中，
在选择了该第一检测配置时，则该发射器(101)被配置成借助于该第一检测配置的该发射天线发出该发射信号，并且其中，在选择了该第一检测配置时，则该接收器(105)被配置成借助于该第一检测配置的该接收天线接收该接收信号，其中
在选择了该第二检测配置时，则该发射器(101)被配置成借助于该第二检测配置的该发射天线发出该发射信号，并且其中，在选择了该第二检测配置时，则该接收器(105)被配置成借助于该第二检测配置的该接收天线接收该接收信号，并且其中
该损耗检测器(107)被配置成基于该第一检测配置的该发射信号和该接收信号检测该第一损耗量，并且基于该第二检测配置的该发射信号和该接收信号检测该第二损耗量。
3.如权利要求1或2所述的检测装置，其中该处理器(109)被配置成将该第一损耗量与该第二损耗量进行比较，以便确定这两个损耗量中的较小损耗量。
4.如权利要求1或2所述的检测装置，该检测装置此外还包括一个切换矩阵(211)，该切换矩阵被配置成将该多个接收天线中的一个接收天线的一个输出端对应地与该损耗检测器(107)连接。
5.如权利要求4所述的检测装置，其中该切换矩阵(211)是一个可以由该处理器(109)控制的切换矩阵(211)。
6.如权利要求1或2所述的检测装置，其中该发射器(101)包括一个发射信号产生器(202)，并且其中该发射信号产生器(202)的一个输出端可以借助于一个切换矩阵(209)对应地连接到该多个发射天线中的一个发射天线上。
7.如权利要求6所述的检测装置，其中该发射信号产生器(202)的一个输出端可以借助于可以由该处理器(109)控制的一个切换矩阵(209)对应地连接到该多个发射天线中的一个发射天线上。
8.如权利要求1或2所述的检测装置，其中该发射器(101)被配置成在使用该第一检测配置时和使用该第二检测配置时发出相同频率的发射信号，或者发出相同模式的发射信号。
9.如权利要求8所述的检测装置，其中所述相同频率的发射信号的频率是1GHz到15GHz的频率范围中的一个频率。
10.如权利要求8所述的检测装置，其中所述相同模式的发射信号的模式是一个横电模式或一个横磁模式。
11.如权利要求1或2所述的检测装置，其中该发射器(101)包括至少两个发射天线(203)，或者其中该接收器包括至少两个接收天线(207)。
12.如权利要求11所述的检测装置，其中该发射天线(203)和该接收天线(207)是偶极天线或框形天线或贴片天线。
13.如权利要求1或2所述的检测装置，其中该损耗检测器(107)是一个网络分析器，或者是一个功率检测器。
14.如权利要求13所述的检测装置，其中该损耗检测器(107)是一个矢量或标量网络分析器。
15.如权利要求1或2所述的检测装置，其中，为了检测该血像参数
该发射器(101)被配置成使用所选定的第一检测配置和第二检测配置的该发射天线将具有一个第一频率的一个第一发射信号和具有一个第二频率的一个第二发射信号连入到该血管中；
该接收器(105)被配置成使用所选定的第一检测配置和第二检测配置的该接收天线来接收该第一频率下的一个第一接收信号和该第二频率下的一个第二接收信号；
该损耗检测器(107)被配置成基于该第一频率下的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，并且基于该第二频率下的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；并且
该处理器(109)被配置成相对于一个第一参考损耗量确定该第一损耗量的一个第一频率偏移，相对于一个第二参考损耗量来确立该第二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来确立该血像参数。
16.如权利要求1或2所述的检测装置，其中，为了检测该血像参数
该发射器(101)被配置成使用所选定的第一检测配置和第二检测配置的该发射天线将具有一个第一频率的一个第一发射信号和具有一个第二频率的一个第二发射信号连入到该血管中；
该接收器(105)被配置成使用所选定的第一检测配置和第二检测配置的该接收天线来接收该第一频率下的一个第一接收信号和该第二频率下的一个第二接收信号；并且其中
该处理器(109)被配置成基于该第一发射信号和该第一接收信号来确立一个第一损耗量，基于该第二发射信号和该第二接收信号来确立一个第二损耗量，依据具有较大损耗量的频率来确定一种血液成分的一个弛豫时间常数，并且基于该弛豫时间常数与该血像参数之间的先前已知关系来确立该血像参数。
17.如权利要求1或2所述的检测装置，其中该损耗检测器(107)被配置成为了确定该第一损耗量和该第二损耗量而进行一个双端口测量。
18.如权利要求17所述的检测装置，其中该损耗检测器(107)被配置成借助于该双端口测量来在每种情况下确定一个前向发射因数S21。
19.如权利要求1或2所述的检测装置，其中该损耗检测器(107)被配置成基于下式分别确定该第一损耗量和该第二损耗量：
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。
20.如权利要求1或2所述的检测装置，其中该发射器(101)被配置成将该发射信号作为一个模式或一个波类型来连入。
21.如权利要求20所述的检测装置，其中该发射器(101)被配置成将该发射信号作为一个横向电(TE)波或一个横向磁(TM)波或一个横向电磁(TEM)波或一个HE波来连入。
22.如权利要求20所述的检测装置，其中该发射器(101)被配置成相对于该血管的长度或相对于血液流向而在切线方向或横向方向上接入该发射信号。
23.如权利要求1或2所述的检测装置，其中该血像参数是一种血液成分的浓度。
24.如权利要求23所述的检测装置，其中该血像参数是葡萄糖的一种糖分或氧的浓度。
25.一种用于使用一个具有用于发出至少一个发射信号的多个发射天线的发射器和一个具有用于接收至少一个接收信号的多个接收天线的接收器来检测血管中的血液的一个血像参数的方法，包括以下步骤：
选择一个第一检测配置，包括选择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；
在选择了用于发出一个发射信号的该第一检测配置时，则基于该发射信号和一个接收信号来检测一个第一损耗量，
选择一个第二检测配置，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；
在选择了用于发出一个发射信号的该第二检测配置时，则基于该发射信号和一个接收信号来检测一个第二损耗量；并且
在第一步骤中选择具有较小损耗量的检测配置用于检测该血像参数，并且在第二步骤中基于所选择的检测配置来检测该血像参数。
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