CN108882849B - 一种测量血液中目标物质浓度的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于确定患者血液中目标物质，诸如血糖，血液酒精，胆固醇等的浓度的非侵入性测试装置涉及经由天线(20)将输出RF信号(102)施加到患者的皮肤，并且测量响应信号的振幅和相位，其为通过与患者血液的相互作用而修改的输出RF信号(102)的函数。在不同的输出RF频率(310)下进行测量，并且绘制响应(300)作为频率(310)函数的曲线。各种参数(552，554，556，550，408，410)从得到的曲线的形状导出，即以下中的任何一个或多个：共振频率偏移；共振的Q因子；群延迟；相移；振幅变化；曲线的形状因子；和在不同频率下的曲线的斜率。导出的作为血液中目标物质的浓度的函数的参数的模型用于实现后者的确定。另外的元件是用于获得振幅和相位测量的电路(1000)，校准装置(5008)，用于使用滑轮带将装置附接到患者的身体的系统(3000)，以及用于确保适当的传感器接触的可充气囊系统(4000)。

Description

一种测量血液中目标物质浓度的装置

本发明涉及一种用于测量血液中目标物质的浓度的方法和装置。特别地，本发明涉及一种用于测量血糖水平，或实际上其他期望的目标物质，诸如血液酒精(醇类)、胆固醇等等的浓度的非侵入性方法和装置。

糖尿疾病(糖尿病)是一种身体不能产生或适当地使用胰岛素的疾病。简而言之，胰岛素是身体用来将糖和淀粉转化为能量的激素。换句话说，胰岛素是开启身体细胞的激素，允许葡萄糖进入这些细胞以提供食物以使它们保持存活。

患有糖尿病的人被称为糖尿病患者，并且糖尿病患者遭受痛苦，因为葡萄糖(血糖)不能正常地进入他们身体的细胞，身体内(并且特别是血液中)的葡萄糖浓度增加。没有适当和及时的干预/治疗，身体内的细胞最终可能被饿死。

因此，许多医疗从业者认为血液葡萄糖的测量或许是现代医学中最重要的测量之一，因为糖尿病的巨大的公共健康意义。糖尿病通常被看作是全世界残疾和死亡的主要原因之一。

为了预防与糖尿病相关联的并发症的发生和发展，建议I型和II型糖尿病两者的患者密切监测他们血流中的葡萄糖的浓度。如果浓度在正常的健康范围之外，患者需要调节他或她的胰岛素剂量或糖摄入量以抵消糖尿病并发症的风险。

医学界推荐胰岛素依赖型患者实行血液葡萄糖水平的自我监测，并且然后，基于测量的血液葡萄糖水平，患者能够在注射前进行胰岛素剂量调节。这些调节极其重要，因为血液葡萄糖水平在一天时间中由于各种原因而变化，例如，压力、运动、所吃的食物的类型、食物的吸收率、长时间没有食物和激素变化。

监测血液葡萄糖水平的传统方法涉及侵入性或微创技术。

在历史上，并且在某些情况下，可以通过尿液分析来实现葡萄糖监测。这种方法往往不方便(因为患者需要在测试可以执行之前等待排尿，并且尿液捕获程序可能是混乱的和不卫生的)并且可能由于只有在血液葡萄糖水平升高的相当一段时间后，葡萄糖才会出现在尿液中的事实而不能反映血液葡萄糖水平的当前状态。事实上，这种方法由过去的医师使用，其中通过品尝患者的尿液来进行诊断。专利号US6021339详细描述了用于尿液测试的现代装置。

现在最常用的测量血液葡萄糖水平的方法需要从患者抽取血液。常规程序涉及刺破手指或其他身体部位以抽取血液，并且然后将一滴或多滴滴在其上具有葡萄糖测试物质的试剂载体条上。测试物质响应于检测到的血液葡萄糖的量而改变颜色或色差。然后使用颜色图表来确定血液葡萄糖的相关数值。该技术的技术缺陷之一是由于有限范围的颜色和边界间距，测量灵敏度有点受限。

刺破程序有点麻烦和痛苦，特别是如果患者必须在一天期间多次重复该程序。特别是糖尿病儿童通常不愿经受定期的血糖测试。有些患者往往一看到血液就容易受惊，特别是当血液是他们自己的时。因此，可能难以实现对推荐的测试方案的遵守，因为患者通常放弃与这种侵入性程序相关联的麻烦和疼痛，从而导致胰岛素的剂量过量或剂量不足，这可能导致(有时严重的)并发症。

并且，一些非常年老的和笨拙的人发现手指刺破和血液抽取程序难以执行，这可能再次导致没有发生测量和相关的并发症。

可能放弃测试的另一组人是青少年，他们发现该程序不方便或在社交上不可接受，即他们不好意思在他们的朋友或社交熟人面前进行测试。

该程序的另一个缺点是刺破技术通常在针的帮助下完成，该针在使用前应该是无菌的，然而通常情况是患者由于疏忽或忽视未能对针进行灭菌，从而导致感染的风险，并且，即使在灭菌针的情况下，也会产生可能被感染的伤口。

与手指刺破和尿液取样技术和方法相关联的另一个不便在于它们需要测试供应品，诸如收集容器(器皿或盛器)、注射器和测试试剂盒。许多这些供应品是一次性的并且，因此需要特殊的处理方法。

因此，存在对于一个或多个上述问题的解决方案，和/或对于传统的手指刺破测试的替代的需要。

另一种侵入性技术涉及使用可植入医疗设备来测量心脏信号。在一个这样的发明中，基于T波振幅和QT间期确定血液葡萄糖水平。一旦检测到血液葡萄糖水平，植入设备就将血液葡萄糖水平与可接受的上限和下限相比较，并且当水平落在这些界限之外时生成合适的警告信号。

该方法的缺点是仪器必须插入人体内，并且因此可能需要执行复杂的医疗程序。而且，患者需要住院并可能需要停留几天。此外，该设备将被归类为“III类”医疗设备，因为它被插入身体内。III类医疗设备被分类为高风险设备，并且在由医疗设备监管机构准予批准之前需要经过严格的测试和验证程序才能使其投入常规使用。

显然，植入设备通常是不受期望的并且因此存在对该系统的替代的需要。

已经广泛提出使用可穿戴设备来进行血液中目标物质的浓度的连续或周期性的测量。可穿戴设备包括诸如佩戴在颈部周围的设备(项链型设备)、佩戴在腕部或脚踝周围的设备(手表式设备)等等之类的物品。然而，在目标物质的测量涉及复杂或高灵敏度的测量技术的情况下，例如，RF测量技术，这种设备需要在很大程度上或完全地不受外来变量的影响，诸如在测试程序的过程期间传感器的位置/配合的影响。

例如，手表型设备可能会被一些使用者紧密地佩戴，或者其他使用者宽松地佩戴。在宽松地佩戴手表型设备的情况下，这可以产生许多显著变量，诸如在测试期间设备的位置(其相对于使用者的解剖结构定位)。宽松配合的手表型设备可以在不同时间位于腕部的更上方或更下方；或者在不同时间位于腕部的顶部，侧面或下面——并且在那时这种变化将不可避免地影响该测试的RF特性。

其次，天线之间的接触压力(在基于RF的测试的情况下)将对基于RF的测试程序的结果具有显著影响。较高的接触压力可能导致(一个或多个)天线与使用者的皮肤之间更好的RF耦合；以及(在皮肤轻微地压入/变形的情况下，接触面积也更大——与在较低接触压力下实施的类似测试相比。

第三，需要考虑使用者的解剖尺寸/测量以避免在例如其他类似的但具有不同的腕部直径的使用者上进行的相同测试之间的差异。在要使用发射(传输，透射)或反射RF测量的情况下，这种考虑是特别关注的。

例如，当RF信号被发射通过使用者的腕部并且由位于腕部的相对侧的接收器天线检测到时，在从一次使用到下一次，发射和接收天线之间需要一致且可再现的对准。如果发射和接收天线在尺寸上相对于彼此不一致，那么有发射的RF信号可能“错过”接收天线而不被检测到的可能性。

同样地，在将RF信号发射到使用者的腕部中并且从位于腕部的相对侧的RF反射器反射回来的情况下，相对于位于腕部的另一侧的RF反射器，在腕部的一侧上的发射/接收天线之间需要一致且可再现的对准。如果发射/接收天线在尺寸上相对于RF反射器不一致，那么有RF信号可能“错过”RF反射器并且不被接收天线检测到的可能性。

因此，存在对一个或多个上述问题的解决方案和/或改进的和/或替代的用于测试患者血液中目标物质的浓度的可穿戴RF测量设备的需要。

我们自己的早期专利EP1949084[Orsus Medical Ltd(欧洛萨斯医疗有限公司)，WO2007/003955，2007年1月11日公开]描述了用于确定血液中葡萄糖的浓度的非侵入性测量技术。该专利描述了一种RF测量技术，其中分析了已通过生物组织结构修改的发射和/或反射的RF信号。检测信号的振幅和相位的变化(与输出信号相比)与血糖浓度有关，从而产生指示血糖浓度的结果。该早期工作提供了本发明构建的基础。

科学文献也充满了研究，明显地示出血液的RF特性与其糖浓度之间很强的相关性。这些研究基于体外测试，其中从患者的身体内提取血液样品并单独测试，即将一小滴血液置于RF天线上并然后分析。在体外测试的情况下，已发现血糖浓度与测试的血液样品的RF特性之间的相关性相当强，但遗憾的是，这种相关性已被发现仅适用于个体患者和/或用于体外血液测试，而不能推广用于群体或用于体外测试。

换句话说，它是来自人与人之间血液RF特性的变化，这阻碍了非侵入性血糖测试装置的开发和商业化，原因很简单，因为血糖浓度和RF特性(例如衰减，相移)之间精确的关系(方程式，可以这么说)似乎对每个个体患者都是独一无二，并且因此没有可以跨患者群体可靠地使用的单一的对应关系。这种人与人之间的变化可归因于具有不同血液特性(例如红细胞计数，白细胞计数，血型，胆固醇水平，疾病等等)的不同患者，其中一些或全部可能不可避免地改变一个个体的血液相对于另一个个体的血液的RF特性。

此外，即使考虑到我们自己的早期专利(EP1949084)的公开，还有其他发挥作用的因素，仅仅因为在体内测试(而不是体外)时，涉及了复杂的生物结构，其从一名患者到另一名患者改变非常大。即使采用合理的“标准”解剖部位(例如耳垂)，在尺寸，脂肪含量，皮肤厚度，洪流等等有巨大的(百分比)变化，其全部都对“生物组织结构”的RF特性具有很大影响，并且因此RF特性的任何变化都不能轻易地归因于血糖浓度(目标物质)的变化，其中有许多其他因素可能并且会影响所获得的读数。我们自己的早期专利(EP1949084)详细描述了这些变化。

在以下公开的专利申请中描述了其他已知的测试设备或技术：US 2009/275814A1[WATANABE SHINSUKE[JP]ET AL，2009年11月5日]；US 5 508 203 A[FULLER MILTON E[US]ET AL，1996年4月16日]，US 2004/147819 A1[CADUFF ANDREAS[CH]ET AL，2004年7月29日]；GB 1 193 577 A[POLSKA AKADEMIA NAUK ZAKLAD[PL]，1970年6月3日]；；EP 2 168518 A2[VIVANT MEDICAL INC[US]，2010年3月31日]；US 5 661 404 A[YANAGAWA KOICHI[JP]ET AL，1997年8月26日]；US 2007/029989 A1[HARUTA MASATO[JP]ET AL，2007年2月8日]；US 2015/112170 A1[AMERSON III ROBERT LEE[US]ET AL，2015年4月23日]；US 2013/085356 A1[SCHLOTTAU FRISO[US]ET AL，2013年4月4日]；US 2013/289375 A1[FISCHERGEORG[DE]，2013年10月31日]；WO 2014/207733 A1[SENSIBLE MEDICAL INNOVATIONS LTD[IL]，2014年12月31日]；US2013225960[PORCH，2013年8月29日]；和US2014/378812[SAROKA，2014年12月25日]。

因此，存在对一种解决方案的需要，其允许对血液中的目标物质(例如糖)进行可靠的，非侵入性的体内测试，这提供了可应用于群体的推广解决方案，而不是必须对个体患者的“变量”“校准”。

在所附权利要求中阐述了本发明的各个方面。

总之，本发明是或者涉及一种用于确定患者血液中目标物质(诸如血糖，血液酒精，胆固醇等等)的浓度的非侵入性测试装置。该装置和方法涉及经由天线将输出RF信号施加到患者的皮肤，并测量响应信号的振幅和相位，该响应信号为通过与患者血液的相互作用而修改的输出RF信号的函数。本发明在不同的输出RF频率下进行测量，并绘制响应作为频率函数的曲线。本发明的基本特征在于从得到的曲线的形状导出各种导出的参数，即；共振频率偏移；共振的Q因子；群延迟；相移；振幅变化；曲线的形状因子；以及在不同频率下的曲线的斜率中的任何一种或多种。本发明利用作为血液中目标物质的浓度函数的导出的参数的模型实现后者的确定。本文还公开了一种用于获得振幅和相位测量的新型电路，校准设备以及与可穿戴非侵入性测试装置有关的各种改进。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定患者血液中目标物质的浓度的非侵入性测试装置，该非侵入性测试装置包括：RF信号发生器，其在使用中适于输出输出RF信号；处理器；和至少一个天线，其在使用中可操作地耦合到患者的血液，该或者至少一个天线可操作地连接到RF信号发生器和处理器，其特征在于处理器在使用中适于：经由天线中的至少一个测量响应信号，响应信号为通过与患者血液的相互作用而修改的输出RF信号的函数，在多个输出RF信号频率下测量响应信号的振幅和相位；绘制响应信号的测量的振幅和相位作为输出RF信号频率函数的曲线；使用该曲线，确定响应信号的任何一个或多个导出的参数，其来自包括以下的组：共振频率偏移；共振的Q因子；群延迟；相移；振幅变化；曲线的形状因子；以及在不同频率下的曲线的斜率；将任何一个或多个导出的参数与各自的作为血液中目标物质的浓度函数的导出的参数的模型相比较；并且基于导出的一个或多个参数与模型中患者血液中目标物质的浓度的对应值之间的相关性来确定患者血液中目标物质的浓度。

与现有技术形成对比，当试图确定目标物质的浓度时，本发明主要关注于导出的参数，而不是从测试中获得的绝对值。其原因在于，已发现绝对值在患者和患者之间改变，或随时间改变——即使对于相同的患者也是如此，而已发现基于曲线的形状的导出的参数产生更可靠的结果。其原因在于尽管振幅/相位相对于频率的曲线的位置或比例可能会在测试和测试之间偏移，曲线的失真，也就是说，曲线中感兴趣的点的归一化的，相对移动似乎与他们各自的导出的参数相对于在患者和患者之间以及随时间推移的目标物质浓度的模型是一致的。因此，在某些实施方式中，本发明能够独立于患者的生理机能和/或测试时间提供准确的测试结果。该发现以及该发现在本发明中的实际应用代表了非侵入性血液测试领域的飞跃。

为了提高测试的稳健性，处理器合适地适于：确定多个导出的参数；将多个导出的参数与作为血液中目标物质的浓度的函数的各自的导出的参数的各自的模型相比较；基于各自的导出的参数与各自的模型中患者血液中目标物质的浓度的对应值之间的相关性，针对每个导出的参数，确定患者血液中目标物质的浓度；并且基于每个导出的参数将统计模型应用于患者血液中目标物质的得到的确定浓度，以得出患者血液中目标物质的单一的，总体的确定浓度。这实际上导致“加权平均”或“最佳拟合”总体结果，其可以比依赖来自单一导出的参数的单一结果更可靠和/或更稳健。

该模型可以采取各种形式，但是应当理解，该模型或每个模型可以包括导出的参数及其在患者血液中目标物质的对应浓度的查找表，并且其中处理器适于识别与查找表中的数据最接近的匹配，或者在查找表中的数据之间进行内插，以得出患者血液中目标物质的确定浓度。附加地或替代地，该模型或每个模型可以包括定义导出的参数与患者血液中目标物质的浓度之间的关系的方程式，并且其中处理器适于使用导出的参数作为方程式的自变量以产生是患者血液中目标物质的浓度的值。

与现有技术以及甚至我们自己的早期专利(EP1949084)不同，本发明从整体上考虑RF特性，而不是试图将某些测量参数拟合到特定方程式。例如，在EP1949084中，绘制响应信号的振幅和相位作为频率函数的曲线，并且观察到的共振的位置和振幅与血糖浓度和相位；以及血糖浓度和振幅之间的已知的，先前确定的关系有关。将测量的数据点有效地映射到模型上以产生作为血糖浓度的指示的测试结果。然而，对于个体患者，该测量可能是准确的，其仍然需要针对该患者的某种形式的“标准”，其通过例如事先采取一系列手指刺破测试导出以确定对于该个体的血糖浓度与振幅，和/或血糖浓度与相位之间的关系。

相比之下，本发明不仅仅获得一系列在不同频率下的振幅和相位的读数：它考虑了输入频率与响应信号的振幅和/或输入频率与响应信号的相位之间的测量关系的总体形状。通过这样做，测量关系可以更精细地分析并且更可靠地拟合到模型，从其中可以导出血糖浓度。

根据本发明的一个方面，提供了一种非侵入性测试设备，该设备包括装置，该装置包括主体，该主体包括至少一个天线，其在使用中可操作地耦合到患者的皮肤；和壳体，该壳体包括至少一个接收器天线和/或反射器，其在使用中也可操作地耦合到患者的皮肤；在使用中，壳体位于对于主体的患者的解剖结构的相对侧；可调节的带，将主体连接到壳体，其中带形成为一端附着在主体或壳体上的滑轮带，其缠绕在主体和壳体的各自的滚轮上，并且其具有自由端，其中滑轮带和滚轮配置为使壳体相对于主体居中，以使拉动带的自由端减小主体和壳体之间的距离，同时维持主体和壳体之间的基本恒定的对准。

合适地，主体和壳体之间的基本恒定的对准使得垂直于天线中心的线维持与垂直于接收器天线和/或反射器的中心的线的基本恒定的关系。优选地，垂直于天线中心的线维持与垂直于接收器天线和/或反射器的中心的线对准。

在某些实施方式中，这种构造的优点在于，带将主体和/或壳体自我居中在患者的身体上，从而每次进行目标物质的测量时确保或至少支持一致的测量几何形状。通过对准壳体和主体，发射的信号可以可再现地从主体发送到壳体，和/或从RF反射器反射回主体，这提高了测试的再现性。

合适地，带由柔性材料制成，诸如像硅橡胶的弹性体。合适地，主体，壳体和带由低过敏性材料制成，诸如硅橡胶，其是不含乳胶的、是塑料、和/或是镍或其他已知的引起刺激和/或过敏反应的材料含量低的金属。

合适地，滑轮是可旋转地附着到主体和壳体上的滚轮。带通常是带状物，可以绕过滑轮以实现本发明的目的。在一个实施方式中，带的一端锚定到主体上，并绕过使用者的腕部或其他身体部位到位于壳体一侧的第一滚轮。然后，带在自身折回并绕过使用者的腕部或身体部位的相同侧向主体返回。然后它穿过并围绕使用者的腕部或身体部位的相对侧延伸到位于壳体相对侧的第二滚轮。然后可以固定带的自由端，或者它可以绕过使用者的腕部的相同侧返回到固定的主体。因此，前述的构造在使用者的腕部的两侧上提供两个(但很大程度上相等数量的)带长度，以使拉动带的自由端引起壳体相对于主体的相等移动。这有效地保持了使用者的腕部或身体部位的两侧上的带长度相等或基本上相等，从而自我居中壳体和主体。

本发明的另一方面提供了一种非侵入性测试设备，该设备包括装置，该装置包括主体，该主体包括至少一个天线，其具有在使用中可操作地耦合到患者的皮肤的前表面和连接到主体并在使用中围绕患者的身体的部位延伸以将天线保留在患者的皮肤附近的可调节的带，该非侵入性测试设备还包括：气囊，以及用于使气囊充气以引起天线的前表面用预设的力压靠在患者的皮肤上的装置。

合适地，用于使囊充气的装置使气囊充气到预设的气压，这反过来引起天线的前表面用预设的力压靠在患者的皮肤上。通过确保每次进行测试时以相同的预设的力将天线的前表面压靠在患者的皮肤上，可以提高测试的再现性。

用于使气囊充气的装置合适地包括泵，其可以是电动泵。然而，为了方便，并且为了减少对电池电力的需要，用于使气囊充气的装置优选地是手动泵，诸如具有单向阀的可压缩囊，其可以被压下一次或多次，以使气囊充气。

合适地提供用于引起天线的前表面以预设的力压靠在患者的皮肤上的装置，该装置可以是介于泵和气囊之间的减压阀。通过将减压阀设定到一定的压力设定，这种构造可以确保气囊不会过度充气。可以提供装置，例如空气压力传感器，以确保使用/操作泵直到气囊内的空气压力达到至少预设的空气压力，其确保实现所需要的预设的力。

通过使用气囊，其内部的压力可以是流体静力的，这合适地确保跨天线表面施加均匀的压力。

合适地，气囊介于主体和天线的后表面之间。

合适地，至少一个天线可操作地连接到驱动器和处理器，其中，在使用中：该或每个；在使用中，驱动器适于经由天线中的至少一个输出输出信号；并且其中处理器在使用中适于经由天线中的至少一个测量响应信号，响应信号为通过与患者血液的相互作用而修改的输出信号的函数，其特征在于处理器适于分析响应信号并根据分析确定患者血液中目标物质的浓度。

根据本发明的另一方面，提供了一种非侵入性测试装置，其包括可操作地连接到驱动器和处理器的至少一个天线，其中，在使用中：该天线或每个天线可操作地耦合到患者的皮肤；在使用中，驱动器适于经由至少其中一个天线输出输出信号；并且其中处理器在使用中适于经由天线中的至少一个测量响应信号，响应信号为通过与患者血液的相互作用而修改的输出信号的函数，其特征在于处理器适于分析响应信号并根据分析确定患者血液中目标物质的浓度。

合适地，至少一个天线可操作地耦合到患者的皮肤，并因此耦合到患者血液。

根据本发明的另一方面，提供了一种非侵入性测试方法，该方法包括以下步骤：使用驱动器，经由至少一个天线将输出信号输出到患者的皮肤；使用处理器，经由至少一个天线测量响应信号，响应信号为通过与患者血液的相互作用而修改的输出信号的函数；该方法的特征在于分析响应信号并根据分析确定患者血液中目标物质的浓度的步骤。

在本发明的某些实施方式中，非侵入性测试装置包括经由其发送输出信号，并且接收响应信号的天线。

在本发明的其他实施方式中，非侵入性测试装置包括经由其发送输出信号的第一天线，和经由其接收响应信号的第二天线。

响应信号可以是以下之一或两者：发射(透射)信号(即，其中第一和第二天线置于目标身体部位的相对侧上，比如耳垂)和/或反射信号(即，其中天线，或者第一和第二天线置于身体部位的一侧上，并且输出信号从身体部位内的结构反射回天线或第二天线)。在发射信号的情况下，第一和第二天线可以并排置于目标身体部位的一侧上，但是第一和第二天线的增益(天线在某个方向上的灵敏度，如在图4中由波瓣示意性地指示的)合适地构造(借助于天线设计)为定向的，以使输出信号被指向第二天线，并且使得第二天线的增益(定向性，或灵敏度增加的方向)偏置/倾斜于第一天线的方向。

在身体部位的一侧使用一个或多个天线的能力由于许多原因是特别有利的，其中主要的是去除了变量，诸如身体部位的尺寸。

驱动器合适地包括适于输出8GHz至30GHz范围内的信号的信号驱动器。在本发明的一个实施方式中，驱动器适于输出扫描输出信号。在本发明的其他实施方式中，驱动器适于以离散频率或频率范围输出一系列输出信号。通过在连续频率范围或频率阶跃上输出输出信号，可以对患者血液实行光谱分析。

附加地或替代地，驱动器合适地配置为输出短持续时间(通常为1至10ms)的突发信号(色同步信号，脉冲串信号)。在这种情况下，处理器合适地适于将响应信号从时域转置到频域(例如，使用Z变换)以获得频谱。这样的构造可以大大缩短执行患者血液分析所花费的时间。

附加地或替代地，该装置可以包括多个频率匹配的天线，也就是说，调谐到特定带宽的天线。在这种情况下，驱动器可以被配置为向频率匹配的天线中的每个输出对应的多个窄带宽输出信号。这种构造提供了许多明显的优点：通过将天线频率匹配到相对窄的带宽，可以获得提高的信号分辨率和响应性；并且可以多路复用信号，以使在更快的时间内获得准谱，也就是说，通过在多个离散带宽同时输出和接收。

处理器可以集成到非侵入性测试装置中，或者其可以在物理上或逻辑上与其分离。在某些实施方式中，本发明包括I/O接口，其可操作地将驱动器和处理器连接到辅助处理单元，其可以位于例如，专用处理单元，智能电话，平板PC或PC型设备中。通过这种配置，复杂数据处理功能可以在与非侵入性测试装置本身的主体分离的更高功率设备的固件或应用中进行。应当理解，这样的构造还可以使辅助处理单元能够位于基于云的服务器上，例如，经由因特网，从而使许多使用者(例如，患者，医疗从业者，亲属等等)能够实时或随后访问测试结果。

根据本发明，该天线或每个天线可操作地耦合到患者的皮肤。合适地，这可以通过包括平坦，平面或贴片天线的该天线或每个天线来完成，其可以置于与使用者的皮肤直接接触。附加地或替代地，耦合介质可以介于该天线或每个天线与患者的皮肤之间，例如，在进行测试之前应用于皮肤或天线的凝胶或乳膏。在本发明的某些实施方式中，覆板材料封装天线，该材料提供与皮肤的匹配。

根据本发明，并且还根据前述内容，处理器在使用中适于经由天线中的至少一个测量响应信号。处理器可以被配置为记录响应信号并将其传递给辅助处理器，如上所述。附加地或替代地，非侵入性测试装置本身的处理器可以适于分析响应信号并且根据分析确定患者血液中目标物质的浓度。

非侵入性测试装置合适地包括一个或多个人机接口设备(HID)，诸如用于启动和/或终止测试的开始/停止按钮。在某些实施方式中，开始/停止按钮可以纳入到非侵入性测试装置的壳体中，例如，作为滑动开关介于用于非侵入性测试装置的壳体的两个相对可移动部分之间。通过这种装置，使用者可以将非侵入性测试装置的外壳压在皮肤上，从而启动和/或终止测试。HID可以附加地包括指示器装置，诸如LED和/或蜂鸣器，以向使用者提供反馈，诸如“测试启动”，“测试进行中”，“测试完成”，“测试错误”等等。应当理解，不同的LED颜色和闪烁顺序的组合或蜂鸣声组合可用于表示非侵入性测试装置的不同状态。

附加地或替代地，HID包括显示屏，其可用于显示不同的非侵入性测试装置状态和/或测试结果。

非侵入性测试装置可以附加地包括用于存储先前测试结果的存储器，其可以根据需要显示在HID的显示屏上，但是这是本发明的任选的特征，尽管其是优选的特征。本发明的实施方式还可以具有经由接口线缆直接或间接地连接到PC，膝上型电脑，平板设备等的设施，以使可以下载数据，例如，用于随后离线分析。

存在与进行RF测量有关的特定问题，诸如本发明的前述实施方式所预期的，是对于准确的信号生成和信号处理以能够分析测试结果的需要。特别地，当使用天线将RF信号发射到样品中时，并且同时/随后检测响应时，需要进行大量的信号处理以便获得测试样品的参数的读数。

为了实现这一点，经常有必要使用网络分析器型设备，其具有复杂的信号生成组件以及复杂的信号处理组件。网络分析器是一种极其敏感的设备并且通常非常昂贵，这使得它通常不适合用作便携式和/或低成本设备。

此外，网络分析器可能非常难以构造并且在获得结果时可能非常易受物理变量的影响，诸如线缆路由和/或构造等等。因此，在基于RF的系统中获得准确的，可再现的和/或一致的测试结果可能极其困难。

在本发明的上下文中，特别关注的是给定患者在一次与另一次之间的测试再现性。其中一个原因是使用飞线将网络分析器与发射/接收天线互相连接。即使飞线可以被良好屏蔽并且有效地耦合到天线，但是在测试程序期间飞线的移动可能导致错误发生。因此，在测试期间测试对象/样本必须保持完全静止，这可能是不方便的。

然而，更重要的是，由于系统一次测试与另一次测试之间的物理布置的差异，基于RF的测试的再现性可能难以实现。因为不可能精确地再现网络分析器和测试对象从一次测试到另一次测试的确切的物理构造(即在不同时间进行的测试，即使是相同的患者)，测试结果已被发现是易于出错的并且经受相当大的漂移，这可能部分地归因于测试对象的RF特性的改变，但也在于测试期间的物理布置。

遗憾的是，区分内在变化(例如测试患者的血糖水平的改变)和外在因子(诸如飞线构造的差异，RF干扰等等)并不容易。这导致基于RF的测试有点易受误差和错误的结果的影响。

因此存在对于该问题的解决方案的需要。

本发明的又另外的方面提供了一种电路，包括：RF信号发生器，在使用中适于在其输出处提供RF信号，RF信号发生器的输出在使用中连接到输入节点，该输入节点在使用中被配置为将RF信号分成可持续相等的第一和第二信号，第一信号经由测试样本连接到测试输出，第二信号经由可调参考电路连接到参考输出，该测试和参考输出在使用中连接到比较器的各自的输入，该比较器在使用中适于在比较器输出处输出测试输出和参考输出之间的差值，该电路还包括微处理器，该微处理器包括：微处理器输入，在使用中连接到比较器输出；和控制输出，在使用中连接到参考电路；其中参考电路包括可变衰减器和可变移相器，其在使用中可通过微处理器的控制输出控制，并且其中微处理器在使用中适于：调节其控制输出，并且从而调节参考电路的振幅和相位，以使比较器输出为零或基本为零，从而调节可调参考电路，以使其为测试样本的模拟；并且输出指示比较器输出为零或基本为零情况下的参考电路的振幅和相位的数据信号。

通过将节点处的RF信号分成节点处的两个分量，即：分析样本的第一分量，以及通过参考电路的第二分量，并且然后通过调节参考电路以使测试和参考分量之间的差值为零，该装置有效地免受测试的许多外在变量的影响。此外，通过以这种方式进行测试，信号发生器可以大大简化，信号分析也是如此，信号分析可以通过微处理器而不是通过网络分析器型设备进行。

合适地，RF信号发生器包括稳定的谐振器电路，其能够输出具有基本恒定的振幅，频率和相位的RF信号。在某些实施方式中，RF信号发生器可以包括用于选择性地调节在其输出处的RF信号的振幅，频率和相位中的任何一个或多个的装置。优选地，RF信号发生器在使用中适于连续调节(扫描)在其输出处的RF信号的频率，振幅和相位中的任何一个或多个；或者在某些实施方式中，递增地调节(阶跃变化)在其输出处的RF信号的频率，振幅和相位中的任何一个或多个。与使用网络分析器相比，这大大简化了RF信号的生成。

在某些实施方式中，RF信号发生器包括石英晶体谐振器；或多个石英晶体谐振器，每个被配置为输出不同的频率，振幅和/或相位RF信号。合适地提供开关装置，用于选择性地将多个石英晶体谐振器中选择的一个连接到RF信号发生器的输出，以使RF信号发生器可以选择性地输出具有所选择的频率，振幅和/或相位的RF信号。

优选地，在输入节点和比较器的输入之间承载第一和第二信号的导体的有效信号路径长度相等或可持续地相等。这种构造减少了任何基于通过装置的信号传输的可变性，并且因此减少了两个信号路径的输出中的固有差异。

在本发明的优选实施方式中，第一信号经由一个或多个天线耦合到测试样本。一个或多个天线可以是任何合适的构造，但尤其是如先前和本文所述的任何构造。

在本发明的某些实施方式中，比较器包括桥式电路，诸如惠斯登桥(Wheatstonebridge)。桥接电路提供相对简单的模拟装置，用于获得在其输入处的两个信号之间的差值(和任选地获得总和)。桥接电路是相对便宜，可靠并且设备简单，这在便携式设备中是优点。

该电路可以还包括介于比较器输出和微处理器输入之间的RF解调器，以及任选地介于比较器输出和微处理器输入之间的低频解调器。所提供的(一个或多个)解调器合适地适于在微处理器的输入处提供DC信号或PWM信号，其与第一和第二信号之间的差值成比例。

指示比较器输出为零或基本为零情况下的参考电路的振幅和相位的数据信号优选地表现在显示设备上，诸如显示屏，LCD面板或一个或多个刻度盘。这种显示可以是数字的或图形的。优选地，提供用于基于引起参考电路等于/平衡于测试电路所需的相位和振幅值来显示目标物质的浓度的装置。

一个或多个飞线可用于连接以下任何一种或多种：RF信号发生器和输入节点；比较器输出和微处理器输入；和微处理器的控制输出和参考电路。一个或多个飞线(如果提供)可包括可拆卸的连接器。

优选地，参考电路包括可粗调和可微调可变衰减器和可变移相器两者。这种构造的可能的优点是可以将粗调节设置(粗略地)为先前进行的测试的设置，以使可变衰减器和可变移相器设置在随后的测试开始时近似正确。这可以显著加快测试程序，例如，如果可变衰减器和可变移相器的设置在测试开始时近似正确。

在本发明的另一个可能的实施方式中，发射和/或接收天线纳入到自粘式贴膏型设备中，其可以粘附到患者的皮肤上。这种构造的优点在于，如果贴膏型设备未在测试之间去除和/或重新定位，则测试将在身体的相同部位上持续进行，这去除了经常使RF和/或非侵入性测试麻烦的本文所述的许多外在变量。然而，除非整个测试电路(信号发生器，信号处理器，显示/输出)也要纳入贴膏型设备中(这在实践中可能/将是不经济的和困难的)，否则需要用飞线将贴膏型设备连接到RF信号发生器和分析器。然而，如本文所述，飞线的使用可能是有问题的，因为它们倾向于将难以量化的和/或可变的和/或不可量化的变量引入信号传输系统——也就是说，在RF信号发生器与(一个或多个)天线之间和/或在(一个或多个)天线与信号分析器之间的电路部分。

因此，存在对于一种用于确定信号传输系统中的变量并因此将其分解出来的装置的需要。

因此，本发明的另一方面提供了一种校准装置，包括：连接到连接器的天线，该连接器具有在使用中连接到RF信号发生器和/或分析器的输入；和开关装置，介于连接器的输出和天线之间，开关装置具有连接到连接器的输出的输入，连接到(一个或多个)天线的第一输出，连接到开路的第二输出，接地的第三输出，和连接到参考负载的第四输出，其中可以致动开关装置以将连接器单独地连接到四个输出的每一个，以使在使用中，天线可以相对于连接到连接器的输入的信号传输系统校准。

开关装置可以是任何合适的类型，诸如继电器，机械开关，MEMS开关，晶体管，MOSFET等等。然而，优选地，开关装置包括固态开关，这是有利的，因为它没有运动部件并且，因此不太可能由于物理移动，电弧，振动，电涌等等改变校准。

合适地，校准装置纳入到夹钳型测试器中，其可以夹在身体部位上，诸如患者的耳垂。夹钳型测试器合适地包括相对的天线(发射和接收天线)，并且因此对天线中的每一个合适地提供校准装置。

在本发明的优选实施方式中，参考负载包括50Ω负载。

为了校准天线，可以开动开关装置以将输入RF信号循环到其四个输出的每一个，即到开路，衬衫电路，参考负载和天线，并且可以在四个开关位置的每一个处分析测量的响应。然后，可以应用校准算法(诸如校准矩阵)来校准天线并且这将与传输系统相关联的任何变量分解出来。通过将校准装置紧接在(一个或多个)天线之前放置，传输系统中的所有变量都可以(在很多情况下)被考虑在内，从而提高测试程序的可靠性和/或再现性。

在校准装置纳入到夹钳型测试器中的情况下，如前所述，开关装置可还包括第五输出/位置，其将第一连接器(与第一天线相关联)的输出连接到第二连接器的输出(与第二天线相关联)。这提供了“绕开”或“通过”信号路径，其绕开两个天线，并且因此使传输系统能够独立于天线和其间的任何测试样本校准。

应当理解，校准装置可以容易地小型化，并且相对便宜，并且因此可以纳入到可以用于患者的一次性贴膏型天线设备中。

具有连接器的贴膏型天线可以佩戴在腕表型设备下面，该设备包含如本文所述的RF信号发生器，RF信号分析器和/或显示器。

通过参考所附附图现在将仅通过示例的方式描述本发明的各种实施方式，其中：

图1是根据本发明的非侵入性测试装置的实施方式的示意性透视图；

图2是处于校准模式的图1的非侵入性测试装置的透视图；

图3是使用中的图1的非侵入性测试装置的透视图；

图4是图3在IV-IV上的示意性截面；

图5是根据本发明的非侵入性测试装置的第一替代实施方式的示意性透视图；

图6是根据本发明的非侵入性测试装置的第二替代实施方式的示意性透视图；

图7是对于根据本发明获得的发射和反射信号的振幅对频率的图；

图8A是图7的发射和反射信号数据的相关性散点图；

图8B是示出S21/S11测量值与血液葡萄糖浓度之间的相关性的示意性图；

图9是用于根据本发明的非侵入性测试装置的一组频率匹配天线的示意性图；

图10是体现本发明的第一电路的示意性简图；

图11是示出如何可获得用于图10的电路的衰减器和移相器设置的示意性简图；

图12是调节到第一大小的已知可穿戴设备的示意性截面；

图13是调节到第二大小的图12的已知可穿戴设备的示意性截面；

图14是根据本发明的调节到第一大小的可穿戴设备的实施方式的示意性截面；

图15是调节到第二大小的图14的可穿戴设备的示意性截面；

图16是根据本发明的宽松地配合的可穿戴设备的另一实施方式的示意性截面；

图17是在准备使用的充气状况下的图17的可穿戴设备的示意性截面；

图18是根据本发明的实施方式的粘贴式天线贴片的透视下侧视图；

图19是图18的粘贴式天线贴片的透视顶视图；

图20是根据本发明的第一校准装置的示意性电路简图；

图21是根据本发明的第二校准装置的示意性电路简图；

图22是适用于图21的第二校准电路的测试探针的示意性侧视图；以及

参照附图的图1至3，根据本发明的非侵入性测试装置10的实施方式包括主体部分12，该主体部分12由第一大致圆柱形部件14和嵌套的并且在第一部件14内滑动地可接收的第二大致圆柱形部件16形成。第二部件16具有大致平面的端面18，在其上安置三个贴片天线20，22，24，其在使用中放置成与专利的皮肤接触。非侵入性测试装置10还包括端盖24，其在非侵入性测试装置10不使用时配合在第二部件16上，以保护贴片天线20，22，24。

主体12的第一部件14包括显示屏26，LED指示器28，蜂鸣器30和手动按钮32，其功能将在下面描述。主体12容置驱动电路(未示出)和处理器(未示出)，其可操作地连接到贴片天线20，22，24。

为了使用非侵入性测试装置10，患者将端盖24置于第二部件16上并按压按钮32以开始校准序列。端盖24包括插入件25，插入件25由具有已知特性的任何一种或多种标准材料(优选三种标准材料)形成。当端盖24配合到主体上时，如图2所示，插入件25接触贴片电极20，22，24，使驱动器(未示出)和处理器(未示出)能够开始校准序列。

端盖24包括环形金属边34，当置于主体12上时，在位于主体12的第一部件14的邻接边缘37上的一对电极36之间形成电连接。对于处理器(未示出)，在电极36之间形成连接表示端盖24正确地安放在主体12上，插入件25与贴片电极20，22，24接触。

在校准序列期间，显示屏26示出校准符号38，并且进度指示器40对校准序列进行倒计时。一旦校准序列完成，LED 28点亮绿色并且蜂鸣器30蜂鸣以向患者表示这一点。

然后可以去除端盖24，并且非侵入性测试装置10准备好使用。

如附图的图3所示，患者将贴片电极20，22，24压靠39在他/她的皮肤上，并且主体12的第二部件16抵抗弹簧的作用而缩回到第一部件14中。内部微动开关(未示出)检测第二部件16何时已完全压入第一部件14中，从而触发测试的开始。

此时，驱动器(未示出)将一个或多个输出信号发送到贴片天线20，22，24中的一个或多个，并且处理器(未示出)监测(一个或多个)响应。处理器(未示出)分析响应并且计算目标物质(例如血糖)的浓度并且在显示屏26上将其指示为数值42。在测试期间，LED 28点亮琥珀色，并且在计算期间LED 28闪烁琥珀色并且进度指示器40滚动。一旦计算出结果，LED 28点亮绿色并且蜂鸣器30蜂鸣以向患者表示这一点。验证符号44也可以示出在显示屏26上，以指示测试的置信度，即是否应该重复测试。

非侵入性测试装置10的另一个有用特征是它还可以获得脉搏读数并且在测试期间或之后将其显示给患者。

在上述图1至3的实施方式中，有三个贴片天线20，22，24形成在装置10的第二部件16的表面18上。贴片天线中的第一个包括发射器天线20，其可操作地连接到驱动器80。同时，贴片天线中的第二个包括接收天线24，其可操作地连接到处理器82。第三贴片天线22介于发射20和接收24天线之间。

现在参照附图的图4，可以看出，先前描述的构造看到三个天线20，22，24并排放置并与患者的皮肤92接触。天线20，22，24封装在匹配材料90中，其使第二部件16的表面18与患者的皮肤92匹配。

设计发射20和接收24贴片天线以便具有定向的增益，如图4中的波瓣84，85示意性所示。在替代实施方式(未示出)中，贴片天线20，24可以相对于表面18成角度以获得类似的效果。因此，信号86以一定角度从发射天线20发出到患者的皮肤中，并且接收器天线24的增益85指向发射的信号86以接收它。因此，处理器82能够比较88发射的信号87和接收的信号89之间的差异，以执行患者的皮肤92内的血液的分析。

在某些情况下，皮肤92可包括皮下结构100，诸如骨骼，其反射发射的信号。第三天线22可操作地连接到处理器82，并且被配置为拾取从这样的结构100反射的信号102。在某些实施方式中，第三天线22可以用作发射和接收天线两者，在这种情况下，第三天线22可操作地连接106，108到驱动器80和处理器82以分析反射的信号110。

在附图的图5中示出了本发明的另外替代实施方式，其中非侵入性测试装置10包括探针插孔150，飞线154的插头152可以插入探针插孔。飞线154在其自由端承载夹子设备156，其包括可相对的垫158，每个垫包括发射20和接收24贴片天线。夹子设备156可以夹在例如患者的耳垂或指尖上，并且以与先前描述的方式类似的方式执行测试。

在这种构造中，该设备可以测量不具有自然反射内部结构，如同但不限于骨骼或软骨，的身体的部位的发射和反射特征。

在该示例中，夹子设备156可以夹在校准材料制成的突出物158上，该突出物从端盖24延伸，以使能够执行校准序列。

在本发明的又另外实施方式中，如附图的图6所示，非侵入性测试装置10形成为棒型设备109，其可以置于例如使用者的手220的腕部111上。在该实施方式中，定向的贴片天线(不可见)位于设备10的侧面。这使该设备能够应用，但不限于腕部和前臂。非侵入性测试装置10在其下侧上具有一个或多个天线(不可见)，其在使用中与患者的皮肤接触。有用地，这种构造可利用腕部区域(桡动脉脉动区域)中的皮肤下存在的相对高的血流量，以及位于靠近皮肤表面的硬骨结构(尺骨和桡骨)的存在。

在本发明的实施方式中，天线20，22，24在发射和反射模式中都起作用。以这种方式，测量S21(发射)和S11(反射)信号两者。导出血液葡萄糖水平与S11参数之间的相关性，连同S21参数，诸如共振频率偏移，共振的“Q”因子，群延迟，相位和振幅变化。以这种方式，当S21和S11数据两者一起使用时，计算更准确的血液葡萄糖水平值。

附图的图7是在不同血液葡萄糖水平下作为频率310函数的所接收的发射的302，304和接收的402，404信号的幅度300的归一化曲线。通过观察S21域中的发射的信号302，304可以看出，存在特性低谷308，其位置随着血糖浓度的变化而移动。因此，处理器适于监测拐点，即它们的幅度和频率，并将这些测量值与预先填充的查找表中的那些相比较，从中可以导出血糖浓度。另外，应当注意的是，在某些频率314处，S21曲线的幅度312依赖血糖浓度而改变，并且处理器可以被配置为在预先填充的查找表中的这些目标频率314处查找幅度312以确定血糖浓度。

从图7还可以看出，在S21域中，某些特性低谷316出现在某些血糖浓度下。此外，通过观察这些低谷316的出现，可以通过参考查找表观察血糖浓度。

对S21曲线302，304的更详细的分析可以揭示更精细的纹理信息，诸如来自低谷308，316的形状和宽度，以及它们的频率和振幅。更详细的分析可用于验证观察到的效果与血液中的目标物质(例如血糖)一致，而不是其他污染(例如血液酒精)，其中观察到的低谷308，316的形状可能不同。

在S11域(反射的信号)中，分析更加细致，并且需要处理器分析曲线402，404的总体形状406，408。从图7中可以明显看出，在S11域中，存在幅度300-频率310曲线的部分410，其在很大程度上不依赖目标物质(例如血糖)的浓度，然而其他部分412，414是依赖目标物质(例如血糖)的浓度的。此外，这些根据目标物质的浓度的改变可用于使用例如计算或查找表来获得目标物质(例如血糖)的浓度。

使用发射的信号302，304分析和反射的信号402，404分析两者的一个优点是能够交叉检查结果以获得更高精确度的读数，或提供故障保护以防止错误地解释污染物的存在。例如，图8A是示出S21和S11数据500之间的相关性的示意性散点图，并且如果测试结果502落在统计上可接受的边界504之外，那么可以质疑测试结果的置信度，例如，指示需要重新测试，或提醒患者其他污染的可能性。

然而，从附图的图8B可以看出，这是S21或S11测量值的竖直轴对水平轴上的血液葡萄糖浓度在三个不同频率(f1，f2，f3)下的曲线，在测量的S21或S11值与血液葡萄糖浓度之间存在相关性。图8B是示意性的，还包括趋势线，其对应于对于每个频率下的血液葡萄糖浓度的“多项式模型”或方程式。可以看出，统计的异常值很容易从中识别，并且可以从某些测试结果中忽略。

附图的图9示出了如何能够通过使用许多相对窄带的天线来利用附图的图7中所示的频率特异性，例如，每个天线被调谐到特定的窄频带550，552，554，556，558，其中需要目标观察。使用一组相对窄带的天线使得能够同时在众多频率下进行观察，从而减少扫描/光谱分析所花费的时间；以及增加天线在其频带中的灵敏度，而不是采用灵敏度较低的宽带天线。

可以如专利US 8,882,670及其衍生专利/专利族中所定义的生成频率扫描，发射器和检测器电路。

在另一个实施方式中，可以将脉冲信号生成到生物组织中，并且对接收的/检测到的信号执行快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform)以导出系统的频率响应。

参照附图的图10，电路1000包括RF信号发生器1002，其在使用中适于在其输出1004处提供RF信号。根据本发明的一个方面，RF信号发生器1002经由飞线1006连接到测试设备1008。飞线1006连接到测试设备1008的输入1010，其连接到将RF信号均等地分成测试分量1014和参考分量1016的输入节点1012。电阻器1018用于平衡测试1014和参考1016分量。

将测试分量1014发射到样品1020中用于分析。将测试分量1014发射到样品1020中通常经过发射和/或接收天线(未示出)完成，其将RF信号的测试分量1014耦合到样品1020并接收响应信号1022。

同时，RF信号的参考分量1016通过可调参考电路1024，其包括一个或多个可变衰减器1026，1028，和一个或多个可变移相器1030，1032。

可调参考电路1024的输出1034与RF信号的测试分量1014的输出1022一起被提供作为比较器1036的输入。通常，比较器1036包括模拟桥式电路，诸如惠斯登桥式设备(Wheatstone bridge-type device)，其具有与本公开无关的求和输出1038，以及与本公开相关的差值输出1040。差值输出1040是RF信号的测试分量1014的输出1022与可调参考电路1024的输出1034之间的差值。

如果RF信号的测试分量1014的输出1022等于可调参考电路1024的输出1034，那么比较器1036的输出处的差值1040将为零。因此，如果可以调节可调参考电路1024以使其振幅和相位与在测试中的样本1020匹配，那么可调参考电路1024将基本上是测试样本1020的模拟，并且比较器1036的差值输出1040将为零。因此，本发明的关键是调节可调参考电路1024以满足这些条件。

为了实现这一点，RF解调器1042在差值输出1040的下游提供，并且经由飞线1044连接到微处理器1046。放大器/解调器/信号处理设备1048可介于差值输出1040和微处理器1046之间，并且该1048的细节超出了本公开的范围，因为技术人员读者将容易理解它们。然而，应当理解，比较器1036的差值1040为微处理器1046提供输入1050，其合适地是与在比较器1036的输出处的差值1040成比例的DC信号；和/或代表比较器1036的输出处的差值1040的PWM信号。

微处理器1046具有输出1052，其通常经由飞线1054连接到可调参考电路1024。微处理器1046的输出1052包含可用于调节可变衰减器1026，1028和移相器1030，1032的参数的信号。

微处理器有效地实行算法，其递增地或连续地调节可变衰减器1026，1028和移相器1030，1032，直到满足比较器1036的输出处的零输出条件1040。

在实践中可以有各种方式实现它，并且对于本领域技术人员它们是显而易见的。然而，并且仅出于澄清的目的，在本发明的一个可能的实施方式中，可变衰减器1026，1028被调节(向上/向下)直到比较器的输出1040最小化(即达到最小值)；然后，同样可以调节(向上/向下)移相器1030，1032，直到比较器1036的输出1040再次最小化。该过程可以一遍又一遍地重复，直到比较器1036的输出1040达到最小值，其在理想情况下为零输出。如果/当获得比较器的零输出或基本上零输出1040时，那么可调参考电路1024的振幅和相位基本上是测试样本1020的模拟。因此，可调参考电路的调节设置等同于测试样本1020的参数的振幅和相位，并且因此代表了测试样本1020的参数。这些参数可以输出1056到显示器1058并且因此可以查明在测试中的样本的振幅和相位等效性。

理想情况下，这些参数不会以“原始”状态呈现给使用者，而是以提供目标物质的浓度的指示的方式处理，这最终是终端用户想要/需要的信息。这可以图形地和/或数字地和/或听觉地呈现(后者对于无视力患者和/或显示可能不容易看到的情况有益)。

应当理解，由于输入节点，RF信号的测试分量1014和参考分量1016是相等的并且因为它们紧接在样本测试1022之后并且紧接在可调参考电路1024之后比较，它们有效地不依赖于电路的其余条件，即飞线等。

还应当理解，在本发明的实际的实施方式中，三个飞线1006，1054，1044可以/将组合成单一飞线，但这不是必需的。

然而，应当理解，如本文所述的本发明大大简化了RF测量，因为它避免了对复杂信号生成和信号处理设备，诸如网络分析器的需要。它也不依赖于布置的物理构造，并且因此更不受其测试结果中的外来变化的影响。

在本发明的某些实施方式中，RF信号发生器1002包括信号发生器，其适于在其输出处输出RF信号1004，其具有特定的频率，相位和振幅。在某些实施方式中，这可以通过使用调谐到特定频率的石英晶体谐振器来实现，尽管其他RF信号生成技术也在本公开的范围内。然而，应当理解，可调参考电路1024的参数可以通过微处理器1046调节，以获得在测试中的样品1020的模拟，用于从RF信号发生器输出的1004特定RF信号。一旦测试结果已经获得，并且任选地输出1058，就可以调节RF信号发生器1002以提供不同的RF信号，例如具有不同的频率，振幅和/或相位。可以对于该新RF信号重复测试程序并进一步获得一组参数。

RF信号发生器1002可以被配置为“扫描”特定频率范围，也就是说连续地改变输出的频率，在这种情况下，微处理器1046必须能够“跟随”该扫描并几乎实时地确定可调参考电路1024的参数。替代地，RF信号发生器1002可以被配置为通过一系列离散频率阶跃，并且微处理器1046因此可以被配置为对于RF信号发生器1002的输出信号1004的每个增量获得可调参考电路1024的参数。在任一种情况下，都可以获得在测试中的样品1020的“谱”分析，并且从而产生在测试中的样品1020的RF特性。

现在参照附图的图11，示出了微处理器1046获得可变衰减器1026，1028和可变移相器1030，1032的参数以实现零差值输出1040的方法。在图11中，输出1040处的差值(Δ)绘制在竖直轴上，并且衰减(A)和相位(θ)绘制在水平轴上。微处理器1046改变可变衰减器1026，1028和可变移相器1030，1032的参数，如路径1060所示，直到差值(Δ)达到零1062，或尽可能地最小化。显然，差值(Δ)对振幅(A)和相位(θ)的任何真实曲面图将不会如图11所示，但图11仅示出微处理器如何通过一起或顺序地改变参考电路1024的可变衰减器1026，1028和可变移相器1030，1032的设置来“寻找”最小值1062。

现在转到附图的图12和13，已知的可穿戴设备2000包括主体2002，其具有绕过佩戴者的腕部2006的带2004。主体2002在其下侧上具有发射/接收天线2008，与患者的皮肤接触。发射/接收天线2008发射RF信号2010，其通过形成在位于使用者的腕部的相对侧的壳体2014中的接收天线2012检测。通过设备2000检测发射的信号2010的衰减和/或相位，并且从而获得读数。

附加地或替代地，壳体2014包括RF反射器，其将发射的信号2016反射回主体2002的发射/接收天线2008。此外，通过可穿戴设备2000的发射/接收天线2008拾取反射的信号2018的衰减和/或相位的差异，并且从而可以获得读数。

从图12的示意图中可以理解，已知的可穿戴设备2000需要壳体2014相对于主体2002处于固定位置，以使发射的信号2010可以通过壳体2014的接收器2012拾取；或以使发射的信号2016可以从壳体2014的反射器反射回主体2002的发射/接收天线2008。为实现这一点，在主体2002和壳体2014之间需要某种形式的预设的对准2020。

然而，参照附图的图13，如果调节带2004，例如以容纳不同大小的腕部2006'，那么主体2002相对于壳体2014的对准现在被打破。这可能导致发射的信号2010“错过”纳入到壳体2014中的接收器2012；或者壳体2014的反射器没能以前述方式反射回发射的信号2016。

因此，应当理解，调节腕带2004以配合不同使用者的腕部大小可导致已知的可穿戴设备2000变得无效。

现在转到附图的图14和15，描述了根据本发明的可穿戴设备3000。在这种情况下，可穿戴设备3000包括主体3002，其包括发射/接收天线3004，发射/接收天线将发射信号3006发送到纳入到与主体3002相对放置的壳体3010中的接收器3008。

附加地或替代地，发射/接收天线3004可以发出信号3012，其被纳入到壳体3010中的反射器反射，以将信号3014反射回主体的发射/接收天线3004。可以看出，主体3002和壳体3010对准并位于中心线3016上，中心线在理想情况下通过主体3002和壳体3010的中心，并且优选地仍然与两者成直角。

可穿戴设备3000包括带3020，其具有固定端3022，其绕过使用者的腕部2016的左手侧(在附图中)，围绕连接到壳体3010的左手侧(在附图中)的滑轮/滚轮3024并且围绕使用者的腕部2016返回。带3020在主体3002的下面(在所示实施方式中，虽然它可以是上面)通过，围绕另一组任选的引导滚轮3026并且然后围绕使用者的腕部2016的右手侧(在所示实施方式中)到另一个滚轮3028。然后带3020绕过使用者的腕部的右手侧(在所示实施方式中)返回并终止于自由端3030，其可以被固定，3032返回。合适地，至少一个天线可操作地耦合到患者的皮肤，并因此耦合到患者的血液。

应当理解，带3020在使用者的腕部2016的两侧上具有两个长度近似相等的带部分3024，3026。这种“滑轮式”构造意味着当拉动带3020的自由端3030时，带将在使用者的腕部2016的两侧上均等地缩短，导致壳体3010基本上以直线向主体3002牵拉——从而维持主体3002和壳体3010之间的所需对准。

转到附图的图15，可以看出，相同的可穿戴设备3000已经配合到不同大小的使用者的腕部2016'，并且保持了主体3002相对于壳体3010的对准。通过将图15的本发明与如图13所示的现有技术相比将会理解，在这种情况下，带3020的调节不会导致打破壳体3010相对于主体3002的必要的对准，并且因此发射的3006和反射的3012 3014信号不会“错过”它们各自的目标，即位于相对于主体3002的腕部2016的相对侧的壳体3010的接收器/反射器。

因此，根据本发明的可穿戴设备3000可以可靠地配合到不同的腕部大小并且仍然维持其功能性，不像已知的可穿戴设备2000(例如，如图12和13所示)，其中对带2004的调节可以导致壳体2014相对于主体2002的未对准，或者换句话说——在主体2002和壳体2012之间的腕部的相对侧上的不等间距。

现在转到附图的图16和17，示意性地以截面示出了根据本发明的某些方面的可穿戴设备4000的另一实施方式。此外，可穿戴设备4000包括主体4002，其使用可调节的带4006保持在使用者的腕部4004上。可以使用搭扣4008，带扣或其他合适的设备来调节带。

在图16中可以看出，可穿戴设备4000宽松地佩戴在腕部4004周围并且因此在主体4002的下侧和其正下方的皮肤表面4012之间存在小的空气间隙4010。主体4002包括RF天线4014，为了正确地工作，RF天线需要有效地耦合到使用者皮肤的表面4012。在宽松地配合可穿戴设备4000的情况下，如图16所示，由于天线4014和使用者的皮肤4012之间的空气间隙4010，这是不可能的或不可再现的。

为了解决这个问题，可穿戴设备4000包括可充气气囊4016，其介于天线4014的后表面4018和主体4002之间。可以使用泵对气囊4016充气，在所示实施方式中，泵包括可以被反复按压以经由小管4022将空气排出到囊4016中的小囊腔4020。

现在参照附图的图17，可以看出，囊腔4020已经被反复按压4024，并且其中的空气已经经由管4022排放到现在已经变得充气的囊4016中。介于囊腔4020和气囊4016之间的是单向/减压阀4026，其一方面确保从囊腔4020排出的空气直接进入囊4016；并且其也防止气囊的过度充气。可以调节(或工厂设置)减压阀4026的设置，以使气囊腔4016内的内部气压4028足以确保由天线4014施加到使用者皮肤4012的表面上的力4030至少是预设的压迫力。

应当理解，因为气囊4016使用气压充气，所以内部压力4028将是流体静力的，也就是说均匀地施加到天线4014的后表面4018并且因此天线4014的在皮肤表面4012上的压迫力4030也将基本上均匀地跨过天线4014的整个表面。

附图中未示出位于气囊4016内的电子气压传感器，当在气囊4016中的内部气压4028低于预设压力时，其经由可穿戴设备4000的显示/听觉输出发出听觉和/或视觉信号。因此，当被提醒或希望进行测试时，使用者可以使用囊腔4020通过在其上反复按压4020使囊4016充气。来自囊腔4020的空气将被排出到囊4016中以使其充气，并且——直到已达到最小需要的压力的点，听觉和/或视觉信号将发出声音/显示指示使用者继续按压囊腔4020。在达到所需内部压力4028时，减压阀4026将运转以防止进一步的空气进入并且因此防止气囊过度充气。同时，气压传感器将触发可穿戴设备4000以停止发出“保持泵送”信号并且因此使用者可以肯定的是气囊已被正确充气，并且已得到需要的压迫力4030。然后可以以本文所述的方式开始使用天线4014的RF测试。

应当理解，图16和17中所示的本发明的实施方式使可穿戴设备4000能够在大多数时间宽松地/根据使用者的偏好佩戴，但是通过预设的并且易于再现的力容易使天线4014能够压在使用者的皮肤4012上，从而确保使用天线4014进行的RF测试的再现性。在测试结束时，气囊4016可以放气，此时带4006的“舒适设置”返回其测试前状态并且使用者可以继续。

现在转到附图的图18和19，示出了根据本发明的实施方式的自粘式天线贴片5000，其在其下侧上具有一个或多个天线20，22，24，如先前参考以上图1，2和9等等所述。一个或多个天线以先前所述的方式工作以获得RF测试结果。自粘式天线贴片5000的下侧包括中心区域5002，该中心区域是无粘附性或基本上无粘附性的，其被覆盖有防水的压敏粘合剂的自粘式区域5004包围——这对技术人员读者是很好理解的。

因此，自粘式天线5000可以粘贴在患者的皮肤(未示出)上并且在那里停留一段时间。这样，在自粘式天线贴片5000粘附到患者的皮肤上的时间期间，使用(一个或多个)天线获得的任何测试结果将不依赖与患者的身体相关的天线位置的变化。这克服了许多与在移动很多的患者上获得RF读数相关联的外在变量。

自粘式天线贴片5000的顶侧在附图的图19中示出，并且包括按钮型连接器5006，其为介于连接器5006与天线之间的测试电路(未示出)提供一个或多个电触点，并且自粘式天线5000下侧上是校准电路5008，下面将对其进行描述。

参照附图的图20，校准电路5008介于连接器5006和天线之间，在图20，21和22中示意性地示出为20，但是应当理解，事实上，天线20更像是附图的图18中所示的那些。连接器5006包括信号线5010，通过信号发生器/分析器5014向其施加测试RF信号5012，该信号发生器/分析器经由飞线5016在其自由端处连接到互补连接器5018的。飞线的连接器5018以容易理解的方式电连接到自粘式天线5000的连接器5006。飞线5016通过接地护套5020屏蔽，其以技术人员读者容易理解的方式接地5022。

因此，测试信号5010可以经由飞线5016和校准电路5008发送到天线20。

校准电路5008包括固态开关，其是具有四个输出端子的单刀四掷开关。输出端子中的第一个5024没有连接到任何东西并且因此是开路连接。输出端子中的第二个5026连接到天线20。输出端子中的第三个5028经由参考负载5030(通常为50欧姆负载)接地5022。最后，第四输出端子5032直接接地5022。

因此，固态开关5022的输入极5034可以连接到四个输出端子5024，5026，5028，5032中的任何一个，以进行开路校准进程，闭路测试进程和参考负载测试进程。通过将这些测试结果放入合适的矩阵中，可以校准出传输系统，即飞线5016和连接器5018，5016并且因此可以更准确地测量天线的真实RF信号响应，而不管飞线5016和连接器5018，5006的瞬时构造。

应当理解，能够抵消传输系统中的任何误差代表了RF测量中的向前迈出的一大进步，因为可以使用原位校准设备有效地排除与测试装置的物理布置相关联的变量。另外，因为原位校准设备5008相对简单并且便宜，所以可以使其成为自粘式贴片天线5000的“一次性”部件，这又促进了它的大规模生产。

当然，先前描述的板载/原位校准装置可以用在发射-接收系统上，诸如附图的图5中所示的夹持式设备。参照附图的图5，夹持式探针156包括在耳垂90一侧的发射天线20和位于耳垂90的相对侧的接收天线24。

探针156经由飞线154连接到RF信号发生器分析器并且因此可能易受大量外在变量的影响。然而，通过将板载校准设备纳入天线20，24中的每一个，可以以前述的方式校准出任何这样的外在变量。

为了完整起见，示出了适合于我们的典型校准设备5008连同图5的探针156。基本上，该校准设备包括两个校准设备，如图20所示，但是添加了绕开发射20和接收天线24的绕开导体5050，并且因此可以经由飞线5016/连接器5018，5006从发射器5014发射信号5010，通过绕开导体5050并且经由相同或不同的飞线5016返回信号发生器/分析器5014。应当理解，在该实施方式中，开关装置5022包括第五投掷位置5052，其使测试信号5010能够经由绕开导体5050直接发射回RF信号发生器/分析器5014并且因此将飞线5016和连接器5018,，5006校准出系统。

还应当理解，开关5002中的任一个可以被设置为先前描述的位置，即开路闭路和参考负载，以同样独立地校准天线20，24中的每一个。应当理解，本发明因此克服了在对象和/或测试器材可以显著移动的情况下与使用RF测量技术相关联的许多实际限制/问题。

最后，参照附图的图22，自粘式天线贴片5000以与附图的图16和17中所示的类似的方式粘贴在患者腕部4004上的患者的皮肤4012上。然而，不是必须收紧带4006，或者使气囊4016充气以获得天线与患者腕部4004的皮肤4012之间需要的接触，而是通过使用自粘式天线贴片半永久地实现这一点。连接器5006包括按钮型连接器，其与设置在可穿戴设备4000的下侧上的互补插座5060接合。因此，可穿戴设备4000能够实现与自粘式贴片天线5000的校准连接，同时确保自粘式贴片天线从一次测试到下一次始终相对于患者的腕部4004停留在相同位置。

本发明的实施方式可以允许将所得到的测量值发射到外部设备，以在使用他们的家用计算机或智能电话或类似设备的同时监测他们的血液葡萄糖水平并且允许远程记录血液葡萄糖水平。此特征可能证明对于仔细监测老年患者的状况是最有用的，并且如果患者的水平变得过高或过低，此特征能够使医疗从业者提供紧急帮助。远程监测和数据记录还可用于为患者或医生/医护专业人员提供有用的工具，以制定响应计划以协助疾病的管理。

以下声明不是权利要求，而是涉及本发明的各种可能特征：

声明1.一种用于确定患者血液中目标物质的浓度的非侵入性测试装置，该非侵入性测试装置包括：RF信号发生器，其在使用中适于输出输出RF信号；处理器；和至少一个天线，其在使用中可操作地耦合到患者血液，该或者至少一个天线可操作地连接到RF信号发生器和处理器，其特征在于处理器在使用中适于：经由天线中的至少一个测量响应信号，响应信号为通过与患者血液的相互作用而修改的输出RF信号的函数，在多个输出RF信号频率下测量响应信号的振幅和相位；绘制响应信号的测量的振幅和相位作为输出RF信号频率函数的曲线；使用该曲线，确定响应信号的任何一个或多个导出的参数，其来自包括以下的组：共振频率偏移；共振的Q因子；群延迟；相移；振幅变化；曲线的形状因子；以及在不同频率下的所述曲线的斜率；将导出的参数中的任何一个或多个与作为血液中目标物质的浓度函数的各自的导出的参数的模型相比较；并且基于导出的一个或多个参数与模型中患者血液中目标物质的浓度的对应值之间的相关性来确定患者血液中目标物质的浓度。

声明2.声明1的装置，其中，该处理器适于：确定多个导出的参数；将该多个导出的参数与作为血液中目标物质的浓度函数的各自的导出的参数的各自的模型相比较；基于各自的导出的参数与各自的模型中患者血液中目标物质的浓度的对应值之间的相关性，针对每个导出的参数，确定患者血液中目标物质的浓度；并且基于每个导出的参数将统计模型应用于患者血液中目标物质的得到的确定浓度，以得出该患者血液中目标物质的单一的，总体的确定浓度。

声明3.声明1或声明2的装置，其中，该或每个模型包括导出的参数的查找表和它们在患者血液中目标物质的对应浓度，并且其中，该处理器适于识别与查找表中的数据最接近的匹配或者在查找表中的数据之间进行内插，以得出患者血液中目标物质的确定浓度。

声明4.任何前述声明的装置，其中，该或每个模型包括定义导出的参数与患者血液中目标物质的浓度之间的关系的方程式，并且其中，该处理器适于使用导出的参数作为方程式的自变量以产生是患者血液中目标物质的浓度的值。

声明5.任何前述声明的装置，其中，响应信号包括发射的响应信号。

声明6.任何前述声明的装置，其中，响应信号包括反射的响应信号。

声明7.一种用于确定患者血液中目标物质的浓度的非侵入性测试装置，该非侵入性RF测试装置包括电路，该电路包括：RF信号发生器，在使用中适于在其输出处提供RF信号，RF信号发生器的输出在使用中连接到输入节点，该输入节点被配置为在使用中将RF信号分成可持续相等的第一和第二信号，第一信号连接到测试输出，至少一个天线耦合到包含待分析目标物质的血液的患者的身体部位，第二信号经由可调参考电路连接到参考输出，该测试和参考输出在使用中连接到比较器的各自的输入，该比较器在使用中适于在比较器输出处输出测试输出和参考输出之间的差值，该电路还包括微处理器，该微处理器包括：微处理器输入，在使用中连接到比较器输出；和控制输出，在使用中连接到参考电路；其中参考电路包括可变衰减器和可变移相器，可在使用中通过微处理器的控制输出控制，并且其中微处理器在使用中适于：调节其控制输出，并且从而调节参考电路的振幅和相位，以使比较器输出为零或基本为零，从而调节可调参考电路，以使其为包含待分析目标物质的血液的患者的身体部位的模拟；并且输出指示比较器输出为零或基本为零情况下的参考电路的振幅和相位的数据信号。

声明8.声明1至6中任一项的装置，包括声明7的电路，其中，响应信号的测量的振幅和相位是从指示比较器输出为零或基本为零的参考电路的振幅和相位的数据信号导出的。

声明9.声明7或声明8的装置，其中，在输入节点和比较器的输入之间承载第一和第二信号的导体的有效路径长度是相等的或基本相等的。

声明10.声明7，8或9的装置，其中，比较器包括桥式电路。

声明11.声明7至10中任一项的装置，还包括用于在微处理器输入将比较器输出转化成DC或PWM信号的装置，该DC或PWM信号与比较器输出成比例。

声明12.声明7至11中任一项的装置，其中，指示比较器输出为零或基本为零情况下的参考电路的振幅和相位的数据信号表现在显示设备上，诸如显示屏，LCD面板或一个或多个刻度盘。

声明13.根据任何前述声明的装置，包括飞线，其连接以下任何一种或多种：RF信号发生器和输入节点；比较器输出和微处理器输入；微处理器的控制输出和参考电路；RF信号发生器和天线；以及天线和处理器。

声明14.声明13的装置，其中，该或每个飞线包括可拆卸的连接器。

声明15.一种校准装置，包括：天线，其连接到具有在使用中可连接到飞线或其他设备的对应的连接器的连接器输入的连接器；和开关装置，其介于连接器的输出和天线之间，开关装置具有连接到连接器的输出的输入，连接到天线的第一输出，连接到开路的第二输出，接地的第三输出，和连接到参考负载的第四输出，其中，在使用中开关装置是可致动的以选择性地将连接器单独地连接到四个输出中的每一个，以使在使用中，天线能够相对于连接到连接器的输入的信号传输系统校准。

声明16.声明1至14中任一项的装置，包括声明15的校准装置。

声明17.声明15或声明16的装置，其中，开关装置包括固态开关。

声明18.声明15，16或17的装置，其中，参考负载包括基本上50置的负载。

声明19.声明15至18中任一项的装置，其中，开关装置适于使输入RF信号依次循环到其四个输出中的每一个，以使可以分析对于每个开关位置的测量的响应并且用于校准算法或矩阵中以校准天线并且从而将与连接的信号传输系统相关联的变量分解出来。

声明20.声明15至19中任一项的装置，其中，开关装置还包括第五输出位置，其将与第一天线相关联的第一连接器的输出连接到与第二天线相关联的第二连接器的输出。

声明21.根据任何前述声明的装置，其中，RF信号发生器适于输出8GHz至30GHz范围内的信号。

声明22.根据任何前述声明的装置，其中，RF信号发生器包括能够输出具有基本恒定的振幅、频率和相位的RF信号的稳定的谐振器电路。

声明23.根据任何前述声明的装置，其中，RF信号发生器包括用于选择性地调节在其输出处的RF信号的振幅、频率和相位中的任何一个或多个的装置。

声明24.根据任何前述声明的装置，其中，RF信号发生器适于连续地调节在其输出处的RF信号的频率、振幅和相位中的任何一个或多个。

声明25.声明1至23的装置，其中，RF信号发生器适于递增地调节在其输出处的RF信号的频率，振幅和相位中的任何一个或多个。

声明26.声明25的装置，其中，RF信号发生器包括多个谐振器，每个谐振器被配置为输出不同的频率、振幅和/或相位RF信号，和用于选择性地将多个谐振器中的选择的一个连接到RF信号发生器的输出的开关装置，以使RF信号发生器可以选择性地输出具有选择的频率、振幅和/或相位的RF信号。

声明27.声明26的装置，包括多个频率匹配的天线，每个频率匹配的天线被调谐到特定的带宽并且其中，RF信号发生器被配置为向频率匹配的天线中的每一个输出对应的多个窄带宽输出信号。

声明28.根据任何前述声明的装置，其中，RF信号发生器被配置为输出1至10ms的突发信号，并且其中，处理器适于将响应信号从时域转置到频域中，以从突发信号获得频谱。

声明29.声明28的装置，其中，处理器适于应用Z变换以从响应信号导出频谱。

声明30.根据任何前述声明的装置，其中，处理器在多个频率下测量响应信号的振幅和相位，并且确定对应于共振低谷的拐点的振幅和频率。

声明31.根据任何前述声明的装置，其中，处理器，对于反射的响应信号，适于分析振幅-频率关系的总体形状；导出在振幅-频率关系根据目标物质的浓度而改变的区域中的总体形状的形状因子，并且根据这些区域中观察到的形状因子确定目标物质的浓度。

声明32.根据任何前述声明的装置，其中，处理器适于通过将反射的响应信号对发射的响应信号绘图，并且通过检查导出的目标物质浓度的数据点落入校准的目标物质浓度散点图的统计上可接受的区域内来验证目标物质的导出的浓度的精确度。

声明33.根据任何前述声明的装置，包括天线，经由其发送输出信号，并且经由其接收发射的和反射的响应信号。

声明34.根据任何前述声明的装置，包括第一天线，经由其发送输出信号，和第二天线，经由其接收发射的和反射的响应信号。

声明35.声明34的装置，其中，第一和第二天线并排置于目标身体部位的一侧。

声明36.声明35的装置，其中，第一和第二天线是定向的天线，以使在使用中，输出信号被指向第二天线，并且以使第二天线的增益偏置向第一天线的方向。

声明37.根据任何前述声明的装置，其中，该或每个天线包括贴片天线。

声明38.根据任何前述声明的装置，还包括在使用中介于该或每个天线与患者的皮肤之间的耦合介质。

声明39.声明37或声明38的装置，其中，该或每个贴片天线安置在自粘式基板的下侧上，并且其中，连接到该或每个天线的连接器安置在自粘式基板的上表面上。

声明40.声明39的装置，其中，RF信号发生器和处理器纳入到腕表型设备的主体中，其中该或每个互补连接器设置在其下侧上，并且其中，腕表型设备还包括用于显示患者血液中目标物质的确定浓度的显示器。

声明41.声明37或声明38的装置，其中，贴片天线设置在包括RF信号发生器和处理器以及用于显示在患者血液中目标物质的确定浓度的显示器的腕表型设备的下侧上，腕表型设备的贴片天线通过腕表型设备的带与患者的皮肤保持接触。

声明42.一种用于确定患者血液中目标物质的浓度的非侵入性测试装置，包括主体，该主体包括至少一个天线，在使用中可操作地耦合到患者的皮肤；和壳体，包括至少一个接收器天线和/或反射器，在使用中也可操作地耦合到患者的皮肤上；在使用中，壳体位于对于主体的患者的解剖结构的相对侧；可调节的带，将主体连接到壳体，其中带形成为一端附着在主体或壳体上的滑轮带，其缠绕在主体和壳体的各自的滚轮上，并且其具有自由端，其中滑轮带和滚轮配置为使壳体相对于主体居中，以使拉动带的自由端减小主体和壳体之间的距离，同时维持主体和壳体之间的基本恒定的对准。

声明43.声明41的非侵入性测试装置，包括声明42的居中器。

声明44.声明42或声明43的装置，其中，滚轮可旋转地附着到主体和壳体上。

声明45.声明42，43或声明44的装置，其中，带的一端锚定到主体上，并且绕过使用者的腕部或其他身体部位到位于壳体一侧的第一滚轮，其中，带在自身折回并且绕过使用者的腕部或身体部位的相同侧向主体返回，其中，带围绕使用者的腕部或身体部位的相对侧延伸到位于壳体的相对侧的第二滚轮，以使在使用者的腕部或身体部位的两侧上提供相等数量的带长度，以使拉动带的自由端引起壳体相对于主体的移动，由此使用者的腕部或身体部位的两侧上的带长度相等或基本上相等。

声明46.一种用于确定患者血液中目标物质的浓度的非侵入性测试装置，包括主体，该主体包括，至少一个天线，其具有在使用中可操作地耦合到患者的皮肤的前表面和连接到主体并且在使用中延伸围绕患者身体的部位以将天线维持在患者皮肤附近的可调节的带，非侵入性测试设备还包括：气囊，以及用于使气囊充气以引起天线的前表面用预设的力压靠在患者的皮肤上的装置。

声明47.声明41的非侵入性测试装置，包括声明42至46中任一项的居中器或气囊系统。

声明48.声明46或声明47的装置，其中，用于使囊充气的装置包括泵。

声明49.声明48的装置，其中，泵包括手动泵。

声明50.声明49的装置，其中，手动泵包括具有经由单向阀连接到气囊的入口的出口的可压缩囊。

声明51.声明46至50中任一项的装置，其中，用于引起天线的前表面以预设的力压靠在患者的皮肤上的装置包括介于泵和气囊之间的减压阀。

声明52.声明46至51中任一项的装置，还包括在使用中适于在气囊内的气压低于对应于预设的力的气压时指示的气压传感器。

声明53.声明46至52中任一项的装置，其中，气囊介于主体和天线的后表面之间。

声明54.声明34的装置，还包括夹持设备，包括在使用中适于与身体部位的相对侧接合的第一和第二夹持部件；第一和第二天线纳入夹持部件中，以使在使用中，信号通过第一和第二天线之间的身体部位。

声明55.根据任何前述声明的装置，其中，夹持设备位于飞线的端。

声明56.声明55的装置，其中，夹持设备包括声明10至15中任一项的校准装置。

声明57.根据任何前述声明的装置，其中，处理器集成到非侵入性测试装置的主体部分中。

声明58.声明1至56中任一项的装置，其中，处理器在物理上或逻辑上与非侵入性测试装置的主体分离。

声明59.声明58的装置，包括I/O接口，其在使用中，可操作地将驱动器和处理器连接到辅助处理单元。

声明60.声明59的装置，其中，辅助处理单元位于包括以下的组中任何一种或多种：专用外部处理单元；智能电话设备；平板电脑设备；个人电脑，以及位于基于云的电脑服务器上。

声明61.根据任何前述声明的装置，还包括人机接口设备，人机接口设备包括含有以下的组中的任何一种或多种：开始/停止按钮；LED；蜂鸣器；显示屏。

声明62.根据任何前述声明的装置，还包括用于存储先前测试结果和查找表中的任一者或两者的存储器。

声明63.声明1至38中任一项的装置，包括主体部分，由第一大致圆柱形部件和嵌套的并且在第一部件内滑动地可接收的第二大致圆柱形部件形成，开关装置介于主体部分的第一和第二部件之间，可在第一和第二部件的相对移动时致动，并且其中第二部件包括大致平面的端面，在其上安置三个贴片天线。

声明64.声明63的装置，还包括适于配合在第二部件上的端盖，端盖包括由具有已知特性的标准材料形成的插入件，插入件布置成当置于第二部件上时接合贴片天线。

声明65.声明64的装置，其中，端盖包括，当置于具有与天线接触的插入件的第二部件上时，在位于主体的第一部件的邻接边缘上的一对电极之间形成电连接的导电边部分。

本发明不限于前述实施方式的细节，其仅是本发明的示例。

Claims (17)

1.一种用于确定患者血液中目标物质的浓度的非侵入性测试装置，所述非侵入性测试装置包括：

RF信号发生器(1002)，在使用中适于使输出RF信号(102、1004)输出；

处理器(82、1046)；和

至少一个天线(20)，在使用中可操作地耦合到含有患者血液的身体部分，所述至少一个天线(20)可操作地连接到所述RF信号发生器(1002)和所述处理器(82、1046)，

其特征在于，所述处理器在使用中适于：

经由所述天线中的至少一个测量发射的或反射的响应信号(300、1022)，所述响应信号(300、1022)为通过与所述患者血液的相互作用而修改的所述输出RF信号(102、1004)的函数；

在多个输出RF信号频率下测量所述响应信号(300、1022)的振幅和相位；

绘制所述响应信号(300、1022)的所述测量的振幅和相位作为输出RF信号频率函数的曲线；

使用所述曲线，确定所述响应信号(300、1022)的任何两个或更多导出的参数，其来自包括以下的组：共振的Q因子；群延迟；所述曲线的形状因子；以及在不同频率下的所述曲线的斜率；并且

通过以下来确定所述患者血液中所述目标物质的浓度：

所述处理器(82、1046)，适于：

将所述导出的多个参数与作为血液中所述目标物质的浓度函数的所述导出的多个参数各自的模型相比较；

基于所述导出的多个参数与所述各自的模型中所述患者血液中所述目标物质的浓度的对应值之间的相关性，针对每个导出的参数，确定所述患者血液中所述目标物质的浓度；并且

基于每个导出的参数将统计模型应用于所述患者血液中所述目标物质的所得到的确定浓度，以得出所述患者血液中所述目标物质的单一的、总体的确定浓度。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括，使用所述曲线，确定所述响应信号的任何一个或多个参数，其来自包括以下的组：共振频率偏移(554)；相移；和振幅变化(312)。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，每个模型包括以下中任何一种或多种：

导出的参数和它们在所述患者血液中所述目标物质的对应浓度的查找表，并且其中，所述处理器(82、1046)适于识别与所述查找表中的数据最接近的匹配或者在所述查找表中的数据之间进行内插，以得出所述患者血液中所述目标物质的确定浓度；以及

定义导出的参数与所述患者血液中所述目标物质的浓度之间的关系的方程式，并且其中，所述处理器(82、1046)适于使用所述导出的参数作为所述方程式的自变量以产生是所述患者血液中所述目标物质的所述浓度的值。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述响应信号(300、1022)的振幅和相位由电路(1000)测量，在其中：

所述RF信号发生器(1002)的所述输出(1010)连接到输入节点(1012)，所述输入节点(1012)被配置为在使用中将所述RF信号分成基本相等的第一信号(1014)和第二信号(1016)，

所述第一信号(1014)经由所述天线(1020)连接到测试输出(1022)，

所述第二信号(1016)经由可调参考电路(1024)连接到参考输出(1034)，

所述测试输出(1022)和参考输出(1034)连接到比较器(1036)的各自的输入，所述比较器(1036)适于在比较器输出(1040)处输出所述测试输出(1022)和所述参考输出(1034)之间的差值，所述电路(1000)还包括微处理器(1046)，所述微处理器包括：

微处理器输入(1050)，连接到所述比较器输出(1040)；和

控制输出(1052)，连接到所述参考电路(1024)；其中

所述参考电路(1024)包括可变衰减器(1026、1028)和可变移相器(1030、1032)，可通过所述微处理器(1046)的所述控制输出(1052)控制，并且其中所述微处理器(1046)适于：

调节其控制输出(1052)并且从而调节所述参考电路(1024)的所述振幅和相位，以使所述比较器输出(1040)为零或基本为零，从而调节所述可调参考电路(1024)，以使其成为包含血液的身体部分的模拟；并且

输出指示所述比较器输出(1040)为零或基本为零情况下的所述参考电路(1024)的所述振幅和相位的数据信号(1056)。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，在所述输入节点(1012)和比较器(1036)的所述输入(1022、1034)之间承载所述第一信号(1014)和第二信号(1016)的导体的有效路径长度是相等的或基本相等的。

6.根据权利要求4所述的装置，还包括以下中一种或多种；

用于在所述微处理器输入(1050)处将所述比较器输出转化成DC或PWM信号的装置(1042、1048)，所述DC或PWM信号与所述比较器输出(1040)成比例；以及

显示设备(1058)，其中，指示所述比较器输出(1040)为零或基本为零情况下的所述参考电路(1024)的所述振幅和相位的所述数据信号(1056)表现在所述显示设备上，所述显示设备(1058)为显示屏、LCD面板或一个或多个刻度盘。

7.根据权利要求4所述的装置，包括飞线(1006、1054、1044)，所述飞线连接以下任何一种或多种：所述RF信号发生器(1002)和所述输入节点(1012)；所述比较器输出(1040)和所述微处理器输入(1050)；所述微处理器的控制输出(1052)和所述参考电路(1024)；所述RF信号发生器(1002)和天线(1020)；以及天线(1020)和所述微处理器(1046)，所述飞线(1006、1054、1044)包括可拆卸的连接器。

8.根据权利要求7所述的装置，还包括校准装置(8000)，其中所述天线(20)连接到具有连接器输入的连接器(5006)，所述连接器输入在使用中可连接到所述飞线对应的连接器(5018)，并且所述校准装置(8000)包括：

开关装置(5022)，所述开关装置是固态开关，其是具有四个输出端子(5024、5026、5028、5032)的单刀四掷开关，所述开关装置介于所述具有连接器输入的连接器(5006)的输出和所述天线(20)之间，所述开关装置(5022)具有

输入(5034)，其连接到所述具有连接器输入的连接器(5006)的输出(5010)；

连接到所述天线(20)的第一输出(5026)；

连接到开路的第二输出(5024)；

接地的第三输出(5032)；以及

连接到参考负载(5030)的第四输出(5028)，其特征在于：

在使用中所述开关装置(5022)是可致动的以选择性地将所述具有连接器输入的连接器(5006)单独地连接到所述四个输出端子(5024、5026、5028、5032)的每一个，以使在使用中，所述天线(20)能够相对于连接到所述具有连接器输入的连接器(5006)的所述输入的信号传输系统校准。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述开关装置(5022)适于使输入RF信号依次循环到其四个输出端子(5024、5026、5028、5032)中的每一个，以使可以分析对于每个开关位置的测量的响应并且用于校准算法或矩阵中以校准所述天线(20)并且从而将与连接的信号传输系统相关联的变量分解出来。

10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述开关装置(5022)还包括第五输出位置(5052)，其将与第一天线(20)相关联的第一连接器(5006)的所述输出(5010)连接(5050)到与第二天线(24)相关联的第二连接器的输出。

11.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述RF信号发生器(1002)包括含有以下的组中的任何一种或多种：

能够输出具有基本恒定的振幅、频率和相位的RF信号的稳定的谐振器电路；

用于选择性地调节在其输出处的所述RF信号的所述振幅、频率和相位中的任何一个或多个的装置；

用于连续地调节在其输出处的所述RF信号的所述频率、振幅和相位中的任何一个或多个的装置；

用于递增地调节在其输出处的所述RF信号的所述频率、振幅和相位中的任何一个或多个的装置；

多个谐振器，每个谐振器被配置为输出不同的频率、振幅和/或相位RF信号，和用于选择性地将多个所述谐振器中的选择的一个连接到所述RF信号发生器的输出的开关装置，以使所述RF信号发生器可以选择性地输出具有选择的频率、振幅和/或相位的RF信号；

多个频率匹配的天线，每个频率匹配的天线被调谐到特定的带宽，并且其中，所述RF信号发生器(1002)被配置为向所述频率匹配的天线(20)中的每一个输出对应的多个窄带宽输出信号；以及

用于输出1至10ms的突发信号的装置，并且其中，所述处理器(82、1046)适于将所述响应信号从时域转置到频域中，以从所述突发信号获得频谱，所述处理器(82、1046)被配置为应用Z变换以从所述响应信号导出频谱。

12.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述处理器适于通过将所述反射的响应信号对所述发射的响应信号绘图，通过检查所述导出的目标物质浓度的数据点落入校准的目标物质浓度散点图的统计上可接受的区域内来验证目标物质的所述导出的浓度的精确度。

13.根据权利要求1或2所述的装置，包括

主体(3002)，所述主体包括所述至少一个天线，其在使用中可操作地耦合到患者的皮肤；和

壳体(3010)，包括至少一个接收器天线和/或反射器，在使用中也可操作地耦合到所述患者的皮肤，在使用中，所述壳体(3010)位于对于所述主体(3002)的所述患者的解剖结构的相对侧；以及

可调节的带(3020)，将所述主体(3002)连接到所述壳体(3010)，

其特征在于：

所述带(3020)形成为一端附着在所述主体(3002)或壳体(3010)上的滑轮带，其缠绕在所述主体(3002)和所述壳体(3010)的各自的滚轮上，并且其具有自由端(3030)，其中，所述滑轮带和滚轮配置为使所述壳体(3010)相对于所述主体(3002)居中，以使拉动所述带(3020)的所述自由端(3030)减小所述主体(3002)和所述壳体(3010)之间的距离，同时维持所述主体(3002)和所述壳体(3010)之间的基本恒定的对准，

所述滚轮可旋转地附着到所述主体(3002)和壳体(3010)上，并且

其中，所述带(3020)的一端锚定到所述主体上，并且绕过使用者的腕部或其他身体部位到位于所述壳体(3010)一侧的第一滚轮，其中，所述带在自身折回并且绕过所述使用者的腕部或身体部位的相同侧向所述主体(3002)返回，其中，所述带围绕所述使用者的腕部或身体部位的相对侧延伸到位于所述壳体(3010)的相对侧的第二滚轮，以使在所述使用者的腕部或身体部位的两侧上提供相等数量的带长度，以使拉动所述带(3020)的所述自由端(3030)引起所述壳体相对于所述主体的移动，由此所述使用者的腕部或身体部位的两侧上的所述带长度相等或基本上相等。

14.根据权利要求1或2所述的装置，包括：

主体(4002)，所述主体包括至少一个天线(4014)，所述至少一个天线具有在使用中可操作地耦合到患者的皮肤(4012)的前表面；以及

连接到所述主体(4002)并且在使用中围绕所述患者的身体的部位延伸以将所述天线(4014)保留在所述患者的皮肤(4012)附近的可调节的带(4006)，

所述非侵入性测试装置还包括：

气囊(4016)；

用于使所述气囊(4016)充气以引起所述天线(4014)的所述前表面用预设的力压靠在所述患者的皮肤(4012)上的装置(4020)；以及

介于所述用于使所述气囊充气的所述装置(4020)和所述气囊(4016)之间的减压阀(4022)，其中：

用于使所述气囊充气的所述装置(4020)包括手动泵，所述手动泵包括具有经由单向阀连接到所述气囊(4016)的入口的出口的可压缩囊。

15.根据权利要求14所述的装置，用于使所述气囊充气的所述装置(4020)包括在使用中适于在所述气囊(4016)内的气压低于对应于所述预设的力的气压时指示的气压传感器。

16.根据权利要求8所述的装置，所述参考负载(5030)包括基本上50Ω的负载。

17.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述处理器为以下任一种：

集成到所述非侵入性测试装置的主体部分中；或

在物理上或逻辑上与所述非侵入性测试装置的主体分离，并且包括I/O接口，所述I/O接口在使用中，可操作地将驱动器和处理器连接到辅助处理单元，所述辅助处理单元位于包括以下的组中任何一个或多个：

专用外部处理单元；

智能电话设备；

平板电脑设备；

个人电脑；以及

位于基于云的电脑服务器上。

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