CN114845633A - 具有解耦及低效发射与接收天线的非侵入性分析物传感及系统 - Google Patents

Abstract

一种非侵入式分析物传感器系统包括一天线/检测器阵列，具有至少一发射天线/元件及至少一接收天线/元件，其中至少一发射天线/元件及至少一接收天线/元件相互之间的耦合度小于95％，或相互之间的耦合度小于90％，或相互之间的耦合度小于85％，或相互之间的耦合度小于75％。所述至少一发射天线/元件发送在电磁频谱的一无线电或微波频率范围内的一发射信号至包含感兴趣的一分析物的一目标中，且所述至少一接收天线/元件检测由所述至少一发射天线/元件将所述发射信号发射到所述目标中产生的一响应。

Description

具有解耦及低效发射与接收天线的非侵入性分析物传感及 系统

技术领域

本公开内容一般地涉及通过光谱技术使用非光学频率，如电磁频谱的无线电或微波频段，非侵入性地检测一分析物的装置、系统及方法。更具体地，本公开涉及一种非侵入性分析物传感器，包括一发射天线及一接收天线，其中所述发射及接收天线是相互解耦的。

背景技术

人们对能够检测及/或测量一目标中的一分析物感兴趣。一个例子是测量生物组织中的葡萄糖。在测量一病人体内葡萄糖的所述例子中，目前的分析物测量方法是侵入性的，因为它们在体液上进行测量，如血样或基于实验室的测试，或在经常使用侵入性经皮装置从病人体内抽取的液体上进行测量。有一些非侵入性的方法声称能够在生物组织中进行葡萄糖测量。然而，许多非侵入性方法通常存在以下问题：对感兴趣的分析物，如葡萄糖，缺乏特异性；温度波动的干扰；皮肤化合物(即汗液)及色素的干扰；以及安置的复杂性，即所述传感装置位于所述病人身体的多个位置。

发明内容

本公开内容一般涉及通过光谱技术使用非光学频率如电磁频谱的无线电或微波频段非侵入性地检测一分析物的装置、系统及方法。本文所述的一非侵入性分析物传感器包括至少一发射天线(也可称为发射元件)，其功能是在电磁频频谱的无线电或微波频率范围内向包含感兴趣的一分析物的一目标发射一生成的发射信号，以及至少一接收天线(也可称为接收元件)，其功能是检测由所述发射天线向所述目标发射的所述发射信号产生的一响应。

所述发射及接收天线彼此解耦，有助于提高所述非侵入性分析物传感器的所述检测能力。所述发射及接收天线之间的所述解耦可以使用任何一种或多种技术来实现，这些技术可以使由所述发射天线发射的尽可能多的信号进入所述目标，并使所述接收天线直接从所述发射天线接收的电磁能量最小化或甚至消除，而不进入所述目标。所述解耦可以通过所述发射及接收天线之间的一或多个有意制造的配置及/或安排来实现，所述配置及安排足以使所述发射及接收天线相互解耦。在一非限制性实施例中，所述解耦可以通过所述发射天线及接收天线具有有意的不同几何形状来实现。有意的不同几何形状指的是所述发射及接收天线的不同几何配置是有意的，并且与发射及接收天线的几何形状的差异不同，后者可能偶然或无意地发生，例如由于制造误差或公差。

实现所述发射及接收天线解耦的另一技术是在每个天线之间使用一适当间距，取决于诸如输出功率、天线大小、频率及任何屏蔽的存在等因素，以便迫使所述发射信号的一部分电磁力线进入所述目标，以便它们到达所述分析物，从而尽量减少或消除所述接收天线直接从所述发射天线接收电磁能量而不进入目标。这种技术有助于确保所述接收天线检测到的所述响应是在测量所述分析物，而不仅仅是直接从所述发射天线流向所述接收天线的所述传输信号。在一实施例中，所述传感器可以使用一第一对发射天线及接收天线，它们之间具有一第一间距，以及第二对发射天线及接收天线，它们之间具有不同于所述第一间距的一第二间距。

本文描述的技术可用于检测感兴趣的所述分析物的所述存在，以及所述分析物的一数量或所述目标内的所述分析物的一浓度。本文所述技术可用于检测一单一分析物或超过一种的分析物。所述目标可以是任何目标，例如人类或非人类，动物或非动物，生物或非生物，包含人们可能希望检测的所述分析物。例如，所述目标可以包括但不限于人体组织、动物组织、植物组织、一无生命物体、土壤、流体、遗传物质或一微生物。所述分析物可以是人们希望检测的任何分析物，例如人类或非人类，动物或非动物，生物或非生物。例如，所述分析物可以包括但不限于血糖、血液酒精、白血球或黄体生成素中的一种或多种。

在一实施例中，一非侵入性分析物传感器系统可以包括具有至少一发射天线及至少一接收天线的一解耦天线阵列，这些天线彼此解耦。所述至少一发射天线及所述至少一接收天线相对于包含至少一感兴趣的分析物的一目标定位及排列，以便所述至少一发射天线可以向所述目标发射一发射信号，并且所述至少一接收天线可以检测到一响应。一发射电路可电连接至所述至少一发射天线。所述发射电路配置用以产生由所述至少一发射天线发射的一发射信号，其中所述发射信号在电磁频谱的一无线电或微波频率范围内。此外，一接收电路可电连接至所述至少一接收天线。所述接收电路配置用以接收由所述至少一接收天线检测到的一响应，所述响应是由所述至少一发射天线将所述发射信号发射到包含感兴趣的至少一分析物的一目标中产生的。

在一实施例中，所述解耦可以通过所述至少一发射天线及所述至少一接收天线之间一有意的几何差异实现。在另一实施例中，解耦可以通过安排所述至少一发射天线及所述至少一接收天线，其间的一适当间隔足以使所述至少一发射天线及所述至少一接收天线解耦来实现。

在本文描述的另一实施例中，一非侵入性分析物传感器系统可以包括一传感器外壳及连接到所述传感器外壳的一解耦检测器阵列。所述解耦检测器阵列可以具有至少一发射元件及至少一接收元件。所述至少一发射元件可以具有一第一几何形状，且所述至少一接收元件可以具有一第二几何形状，所述第二几何形状与所述第一几何形状不同。除了不同的几何形状或独立于不同的几何形状，在所述至少一发射元件及所述至少一接收元件之间可以提供一适当间距，足以使所述发射及接收元件相互解耦。所述至少一发射元件被定位及安排成向包含感兴趣的至少一分析物的一目标发射一发射信号，所述至少一接收元件被定位及安排成能够检测到一响应。在本实施例中，所述至少一发射元件由一导电材料条组成，其具有至少一横向尺寸大于其一厚度尺寸，并且所述至少一发射元件的所述导电材料条设置于一基板上。此外，在本实施例中，所述至少一接收元件由一导电材料条组成，其具有至少一横向尺寸大于其一厚度尺寸，且所述至少一接收元件的所述导电材料条设置于一基板上，所述基板可以是与所述至少一发射元件相同的基板或不同的基板。一发射电路连接到所述传感器外壳，并可电连接至所述至少一发射元件，其中所述发射电路配置用以产生将由所述至少一发射元件发射的一发射信号，所述发射信号在电磁频谱的一无线电或微波频率范围内。此外，一接收电路连接到所述传感器外壳，并可电连接至所述至少一接收元件。所述接收电路配置用以接收由所述至少一接收元件检测到的一响应，所述响应是由所述至少一发射元件将所述发射信号发射到包含感兴趣的至少一分析物的所述目标中产生的。

在本文描述的另一实施例中，一非侵入性分析物传感器系统可以包括一传感器外壳及连接到所述传感器外壳的一检测器阵列。所述检测器阵列可以具有相互解耦的至少一发射元件及至少一接收元件。所述至少一发射元件可以具有一第一几何形状，所述至少一接收元件可以具有一第二几何形状，所述第二几何形状与所述第一几何形状不同。除了或与不同的几何形状分开，在所述至少一发射元件及所述至少一接收元件之间可以提供一适当间距，足以使所述发射及接收元件彼此解耦。所述至少一发射元件被定位及安排成向包含感兴趣的至少一分析物的一目标发射一发射信号，所述至少一接收元件被定位及安排成能够检测到一响应。在此实施例中，所述至少一发射元件及所述至少一接收元件都可以由设置于一基板的一导电材料条组成。一发射电路设置在所述传感器外壳内，且可电连接至所述至少一发射元件。所述发射电路配置用以产生由所述至少一发射元件发射的一发射信号，其中所述发射信号具有至少两个频率，每一个频率都在大约10千赫兹(kHz)至大约100千兆赫兹(GHz)的一范围内，例如大约300兆赫兹(MHz)至大约6000兆赫兹(MHz)。一接收电路也设置在所述传感器外壳内，并可电连接至所述至少一接收元件。所述接收电路配置用以接收由所述至少一接收元件检测到的一响应，所述响应是由所述至少一发射元件将所述发射信号发射到包含感兴趣的至少一分析物的所述目标中产生的。此外，一可充电电池设置在所述传感器外壳内，用于向所述检测器阵列、所述发射电路及所述接收电路提供电力。

附图说明

请参考构成本公开内容的一部分的附图，其说明了本说明书中描述的所述装置、多个系统及多个方法可以实施的多个实施例。

图l是根据一实施例的具有相对于一目标的一非侵入性分析物传感器的一非侵入性分析物传感器系统的一示意图。

图2A至图2C显示可用于本文所述的传感器系统的多个天线阵列的不同示例方向。

图3A至图3I显示具有不同几何形状的发射及接收天线的不同示例。

图4A、图4B、图4C及图4D显示发射及接收天线的多个端部可以具有的不同形状的额外多个示例。

图5是根据一实施例的一传感器装置的一示意图。

图6是根据一实施例的用于检测一分析物的一方法的一流程图。

图7是根据一实施例的分析一响应的一流程图。

图8显示结合本文所述的非侵入性分析物传感器系统的一桌面装置。

图9显示结合图8的所述桌面装置的一系统。

图10显示结合本文所述的非侵入性分析物传感器系统的一桌面装置的另一实施例。

在所有附图中，类似的附图标记代表类似的零件。

具体实施方式

以下是对通过光谱技术非侵入性地检测一分析物的装置、多个系统及多个方法的详细描述，光谱技术使用多个非光学频率，例如在电磁频谱的所述无线电或微波频段。一非侵入式分析物传感器包括一发射天线(也可称为一发射元件)，其功能是将一产生的发射信号(在电磁频谱的一无线电或微波频率范围内)发射到包含感兴趣的一分析物的一目标中，以及一接收天线(也可称为一接收元件)，其功能是检测由所述发射天线将所述发射信号发射到所述目标中产生的一响应。所述发射天线及所述接收天线相互解耦，提高了所述传感器的检测性能。

所述发射天线及所述接收天线可以位于所述目标附近，并按本文进一步描述的方式操作，以协助检测所述目标中的至少一分析物。所述发射天线向所述目标发射一信号并进入目标，所述信号在所述无线电或微波频率范围内具有至少两个频率。具有所述至少两个频率的所述信号可以由单独的多个信号部分形成，每一个所述信号部分具有一不连续的频率，在每一个频率下的不同时间分别地发射。在另一实施例中，具有所述至少两个频率的所述信号可以是一复合信号的一部分，其中包括多个频率，包括所述至少两个频率。所述复合信号可以通过将多个信号混合或多路复用在一起，然后发射所述复合信号，其中所述多个频率在同一时间被发射而产生。一种可能的产生所述复合信号的技术包括但不限于使用一反傅里叶变换技术。所述接收天线检测由所述发射天线将所述发射信号发射到包含所述感兴趣的至少一分析物的所述目标中产生的一响应。

所述发射天线及所述接收天线彼此解耦(也可称为解谐或类似)。解耦是指有意地制造所述发射天线及所述接收天线的配置及/或安排，以最小化所述发射天线及所述接收天线之间的直接通信，优选地是没有屏蔽。可以利用所述发射天线及所述接收天线之间的屏蔽。然而，即使没有屏蔽的所述存在，所述发射天线及所述接收天线也是解耦的。

可以对所述接收天线检测到的所述信号进行分析，以根据所述接收信号的强度及在所述分析物吸收所述发射信号的一或多个频率上的强度的降低来检测所述分析物。在WO2019/217461号中描述了使用在电磁频谱的所述无线电或微波频率范围内工作的一非侵入性光谱学传感器检测一分析物的一示例，其全部内容通过引用方式并入本文。由所述接收天线检测到的所述信号可以是包括多个信号成分的多个复合信号，每一个信号成分处于不同的频率。在一实施例中，检测到的所述多个复合复数信号可以被分解为处于每一个所述不同频率的所述多个信号成分，例如通过一傅里叶变换。在一实施例中，只要所述检测到的信号能提供足够的信息来进行所述分析物检测，就可以将所述接收天线检测到的所述复合信号作为一整体进行分析(即不对所述复合信号进行解复用)来检测所述分析物。此外，所述接收天线检测到的所述信号可以是独立的多个信号部分，每一个信号部分具有一不连续的频率。

在一实施例中，本文所述的传感器可用于检测一目标中至少一分析物的所述存在。在另一实施例中，本文所述的传感器可以检测所述目标中所述至少一分析物的一数量或一浓度。所述目标可以是任何包含人们可能希望检测的至少一感兴趣的分析物的目标。所述目标可以是人类的或非人类的，动物的或非动物的，生物的或非生物的。例如，所述目标可以包括但不限于人体组织、动物组织、植物组织、一无生命物体、土壤、一流体、遗传物质或一微生物。目标的非限制性示例包括但不限于一流体，例如血液、组织液、脑脊液、淋巴液或尿液、人体组织、动物组织、植物组织、一无生命物体、土壤、遗传物质或一微生物。

所述分析物可以是人们希望检测的任何分析物。所述分析物可以是人类的或非人类的，动物的或非动物的，生物的或非生物的。例如，所述分析物可以包括但不限于血液葡萄糖、血液酒精、白血球或黄体生成素中的一种或多种。所述分析物可以包括但不限于一化学物质，一化学物质的组合，一病毒，一细菌，或类似物。所述分析物可以是包含在另一种介质中的化学物质，这种介质的非限制性示例包括包含所述至少一分析物的一流体，例如血液、组织液、脑脊液、淋巴液或尿液、人体组织、动物组织、植物组织、一无生命物体、土壤、遗传物质或一微生物。所述分析物也可以是非人类的、非生物的颗粒，如一矿物或一污染物。

所述分析物可以包括，例如，自然地存在的多个物质、多个人工物质、多个代谢物及/或多个反应产物。作为非限制性的示例，所述至少一分析物可以包括但不限于胰岛素(insulin)、乙酰凝血酶(acarboxyprothrombin)、酰基肉碱(acylcarnitine)、腺嘌呤核苷酸转移酶(adenine phosphoribosyl transferase)、腺苷酸脱氨酶(adenosinedeaminase)、白蛋白(albumin)、甲胎蛋白(alpha-fetoprotein)、氨基酸谱(amino acidprofiles)(精氨酸(arginine)(克雷布斯(Krebs)循环)、组氨酸(histidine)/尿囊酸(urocanic acid)、同型半胱氨酸(homocysteine)、苯丙氨酸(phenylalanine)/酪氨酸(tyrosine)、色氨酸(tryptophan))、雄烯二酮(andrenostenedione)、抗吡啉(antipyrine)、阿拉伯糖醇对映体(arabinitol enantiomers)、精氨酸酶(arginase)、苯甲酰丙酮(benzoylecgonine)(可卡因(cocaine))、生物素酶(biotinidase)、生物蝶呤(biopterin)、C-反应蛋白(c-reactive protein)、肉碱(carnitine)、pro-脑利钠肽(pro-BNP)、脑利钠肽(BNP)、肌钙蛋白(troponin)、肌肽酶(carnosinase)、CD4、脑磷脂(ceruloplasmin)、陈脱氧胆酸(chenodeoxycholic acid)、氯喹(chloroquine)、胆固醇(cholesterol)、胆碱酯酶(cholinesterase)、共轭f-b羟基胆酸(conjugated f-bhydroxy-cholic acid)、皮质醇(cortisol)、肌酸激酶(creatine kinase)、肌酸激酶MM同功酶(creatine kinase MM isoenzyme)、环孢素A(cyclosporin A)、d-青霉胺(d-penicillamine)、去乙基氯喹(de-ethylchloroquine)、硫酸脱氢表雄酮(dehydroepiandrosterone sulfate)、DNA(乙酰化多态性(acetylator polymorphism)、酒精脱氢酶(alcohol dehydrogenase)、αf-抗胰蛋白酶(alpha f-antitrypsin)、囊性纤维化(cystic fibrosis)、杜氏/贝克尔氏肌肉萎缩症(Duchenne/Becker musculardystrophy)、分析型-6-磷酸脱氢酶(analyte-6-phosphate dehydrogenase)、血红蛋白A(hemoglobin A)、血红蛋白S(hemoglobin S)、血红蛋白C(hemoglobin C)、血红蛋白D(hemoglobin D)、血红蛋白E(hemoglobin E)、血红蛋白F(hemoglobin F)、D-Punjab、β-地中海贫血症(beta-thalassemia)、乙型肝炎病毒(hepatitis B virus)、HCMV、HlV-f、HTLV-f、Leber遗传性视神经病(Leber hereditary optic neuropathy)、MCAD、RNA、PKU、间日疟(Plasmodium vivax)、性分化(sexual differentiation)、2f-脱氧皮质醇(2f-deoxycortisol))、去丁基卤素(desbutylhalofantrine)、二氢蝶啶还原酶(dihydropteridinereductase)、白喉/破伤风抗毒素(diptheria/tetanus antitoxin)、红细胞精氨酸酶(erythrocyte arginase)、红细胞原卟啉(erythrocyte protoporphyrin)、酯酶D(esterase D)、脂肪酸/乙酰甘氨酸(fatty acids/acylglycines)、游离b-人绒毛膜促性腺激素(free b-human chorionic gonadotropin)、游离红细胞卟啉(free erythrocyteporphyrin)、游离甲状腺素(free thyroxine)(FT4)、游离三碘甲状腺原氨酸(free tri-iodothyronine)(FT3)、富马酸乙酰酶(umarylacetoacetase)、半乳糖/半乳-F-磷酸(galactose/gal-f-phosphate)、半乳糖-F-磷酸尿苷转移酶(galactose-f-phosphateuridyltransf erase)、庆大霉素(gentamicin)、分析物-6-磷酸脱氢酶(analyte-6-phosphate dehydrogenase)、谷胱甘肽(glutathione)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathioneperioxidase)、糖胆酸(glycocholic acid)、糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin)、卤泛酸(halofantrine)、血红蛋白变体(hemoglobin variants)、己糖胺酶A(hexosaminidase A)、人红细胞碳酸酐酶I(human erythrocyte carbonic anhydrase I)、17-α-羟孕酮(17-alpha-hydroxyprogesterone)、次黄嘌呤磷酰转移酶(hypoxanthinephosphoribosyl transferase)、免疫活性胰蛋白酶(immunoreactive trypsin)、乳酸(lactate)、铅(lead)、脂蛋白(lipoproteins)((a),B/A-l,b)、溶菌酶(lysozyme)、甲氟喹(mefloquine)、奈替霉素(netilmicin)、苯巴比妥(phenobarbitone)、苯妥英(phenytoin)、植酸/肉桂酸(phytanic/pristanic acid)、孕酮(progesterone)、催乳素(prolactin)、原核苷酶(prolidase)、嘌呤核苷磷酸化酶(purine nucleoside phosphorylase)、奎宁(quinine)、逆转三碘甲状腺素(reverse tri-iodothyronine)(rT3)、硒(selenium)、血清胰脂肪酶(serum pancreatic lipase)、西索霉素(sissomicin)、体细胞素C(somatomedinC)、特异性抗体(specific antibodies)(腺病毒(adenovirus)、抗核抗体(anti-nuclearantibody)、抗Zeta抗体(anti-zeta antibody)、虫媒病毒(arbovirus)、伪狂犬病病毒(Aujeszky's disease virus)、登革热病毒(dengue virus)、麦冬(Dracunculusmedinensis)、粒状棘球菌(Echinococcus granulosus)、痢疾阿米巴(Entamoebahistolytica)、肠病毒(enterovirus)、十二指肠贾第虫(Giardia duodenalisa)、幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)、乙肝病毒(hepatitis B virus)、疱疹病毒(herpes virus)、HIV-1、IgE(特应性疾病)、流感病毒(influenza virus)、唐氏利什曼病毒(Leishmaniadonovani)、钩端螺旋体(leptospira)、麻疹(measles)/腮腺炎(mumps)/风疹(rubella)、麻风杆菌(Mycobacterium leprae)、肺炎支原体(Mycoplasma pneumoniae)、肌红蛋白(Myoglobin)、卷尾丝虫(Onchocerca volvulus)、副流感病毒(parainfluenza virus)、恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)、脊髓灰质炎病毒(polio virus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus)、立克次体(rickettsia)(恙虫病)、曼氏血吸虫(Schistosoma mansoni)、弓形虫(Toxoplasmagondii)、苍白枝虫(Trepenoma pallidium)、锥虫(Trypanosoma)cv/z/Vrangeli()、水泡性口炎病毒(vesicular stomatis virus)、班克罗夫提乌切列氏菌(Wuchereriabancrofti)、黄热病病毒(yellow fever virus))、特异性抗原(specific antigens)(乙肝病毒(hepatitis B virus)、HIV-1)、琥珀酰丙酮(succinylacetone)、磺胺嘧啶(sulfadoxine)、茶碱(theophylline)、甲状腺素(thyrotropin)(TSH)、甲状腺素(thyroxine)(T4)、甲状腺素结合球蛋白(thyroxine-binding globulin)、微量元素(traceelements)、转铁蛋白(transferrin)、UDP-半乳糖-4-外聚酶(UDP-galactose-4-epimerase)、尿素(urea)、尿卟啉原I合成酶(uroporphyrinogen I synthase)、维生素A(vitamin A)、白细胞(white blood cells)及原卟啉锌(zinc protoporphyrin)。

所述分析物还可以包括引入所述目标的一种或多种化学物质。所述分析物可包括一标记物，如一造影剂、一放射性同位素或其他化学剂。所述分析物可以包括基于碳氟化合物的合成血液。所述分析物可以包括一药物或药品组合物，非限制性的示例包括乙醇(ethanol)、大麻属(cannabis)(大麻(marijuana)、四氢大麻酚(tetrahydrocannabinol)、印度大麻(hashish))。吸入剂(inhalants)(一氧化二氮(nitrous oxide)、亚硝酸戊脂(amyl nitrite)、亚硝酸丁酯(butyl nitrite)、氯代烃(chlorohydrocarbons)、碳氢化合物(hydrocarbons))、可卡因(cocaine)(快克可卡因(crack cocaine))；兴奋剂(stimulants)(苯丙胺(amphetamines)、甲基苯丙胺(methamphetamines)、利他林(Ritalin)、赛乐特(Cylert)、苯甲吗林(Preludin)、苯异丙胺(Didrex)、PreState、盐酸邻氯苯丁胺(Voranil)、Sandrex、苯甲曲秦(Plegine))。抑制剂(depressants)(巴比妥酸盐(barbiturates)、甲喹酮(methaqualone)、镇静剂(tranquilizers)如安定(Valium)、利眠宁(Librium)、密尔敦(Miltown)、去甲羟基安定(Serax)、眠尔通(Equanil)、氯拉卓酸(Tranxene))、致幻剂(hallucinogens)(苯环利定(phencyclidine)、麦角酸(lysergicacid)、麦司卡林(mescaline)、佩奥特(peyote)、迷幻剂(psilocybin))、麻醉剂(narcotics)(海洛因(heroin)、可待因(codeine)、吗啡(morphine)、鸦片(opium)、美培力(meperidine)、对乙酰氨基酚(Percocet)、复方羟可酮(Percodan)、氢可酮镇咳药(Tussionex)、芬太尼(Fentanyl)、达尔丰(Darvon)、喷他佐辛(Talwin)、止泻宁(Lomotil))；特制毒品(designer drugs)(芬太尼、美培力、苯丙胺、甲基苯丙胺及苯环胺的类似物，例如摇头丸(Ecstasy))、合成类固醇(anabolic steroids)以及尼古丁(nicotine)。所述分析物可以包括其他多个药物或多个药品组合物。所述分析物可以包括神经化学物质或其他在体内产生的化学物质，例如抗坏血酸(ascorbic acid)、尿酸(uricacid)、多巴胺(dopamine)、去甲肾上腺素(noradrenaline)、3-甲氧基酪胺(3-methoxytyramine)(3MT)、3,4-二羟基苯乙酸(3,4-Dihydroxyphenylacetic acid)(DOPAC)、高香草酸(Homovanillic acid)(HVA)、5-羟色胺(5-Hydroxytryptamine)(5HT)及5-羟吲哚乙酸(5-Hydroxyindoleacetic acid)(FHIAA)。

现在参考图1，说明具有一非侵入性分析物传感器5的一非侵入性分析物传感器系统的一实施例。所述传感器5被描述为相对于包含感兴趣的一分析物9的一目标7。在此示例中，所述传感器5被描述为包括一天线阵列，其包括一发射天线/元件11(以下简称“发射天线11”)及一接收天线/元件13(以下简称“接收天线13”)。所述传感器5还包括一发射电路15，一接收电路17，及一控制器19。如下方进一步讨论，所述传感器5还可以包括一电源，例如一电池(在图1中未示出)。

所述发射天线11被定位、布置及配置为向所述目标7中发射属于电磁频谱的射频(Radio Frequency,RF)或微波范围的一信号21。所述发射天线11可以是一电极或任何其他合适的无线电频率(RF)或微波范围内的电磁信号发射器。所述发射天线11可以具有任何相对于所述目标7足以让所述分析物感应发生的安排及方向。在一非限制性的实施例中，所述发射天线11可以被安排在实质上朝向所述目标7的一方向。

由所述发射天线11发射的所述信号21由所述发射电路15产生，所述发射电路可电连接至所述发射天线11。所述发射电路15可以具有任何适合产生由所述发射天线11发射的一发射信号的配置。用于在射频或微波频率范围内产生多个发射信号的多个发射电路在本领域中是众所周知的。在一实施例中，所述发射电路15可以包括，例如，与一电源的一连接，一频率发生器，以及可选地多个滤波器、多个放大器或任何其他适合生成射频或微波频率电磁信号的一电路的多个元件。在一实施例中，由所述发射电路15产生的所述信号可以具有至少两个不连续的频率(即多个离散的频率)，每一个所述频率都在大约10千赫兹(kHz)到大约100千兆赫兹(GHz)的范围内。在另一实施例中，所述至少两个不连续的频率中的每一个可以在约300兆赫兹(MHz)至约6000兆赫兹(MHz)的范围内。在一实施例中，所述发射电路15可以被配置用以扫过大约10千赫兹(kHz)到大约100千兆赫兹(GHz)的所述范围内的一频率范围，或者在另一实施例中，扫过大约300兆赫兹(MHz)到大约6000兆赫兹(MHz)的一范围。在一实施例中，所述发射电路15可以配置用以产生一复合发射信号，所述复合信号包括多个信号成分，每一个所述信号成分具有一不同频率。所述复合信号可以通过将多个信号混合或多路复用在一起，然后发射所述复合信号，其中所述多个频率在同一时间被发射。

所述接收天线13被定位、布置及配置为检测一或多个电磁响应信号23，所述电磁响应信号是由所述发射天线11将所述发射信号21传输到所述目标7并撞击到所述分析物9上所产生的。所述接收天线13可以是一电极或任何其他合适的无线电频率(射频RF)或微波范围内的多个电磁信号的接收器。在一实施例中，所述接收天线13配置用以检测具有至少两个频率的电磁信号，每一个所述频率都在约10千赫兹(kHz)至约100千兆赫兹(GHz)的范围内，或在另一实施例中，在约300兆赫兹(MHz)至约6000兆赫兹(MHz)的范围内。所述接收天线13可以具有任何相对于所述目标7足以允许所述响应信号23的检测并允许进行所述分析物感应的布置及方向。在一非限制性的实施例中，所述接收天线13可以被安排在实质上朝向所述目标7的一方向。

所述接收电路17可电连接至所述接收天线13，并将从所述接收天线13接收的所述响应传达给所述控制器19。所述接收电路17可以具有适合与所述接收天线13对接的任何配置，以将所述接收天线13检测到的电磁能转换成反映所述响应信号23的一或多个信号。多个接收电路的结构在本领域是众所周知的。所述接收电路17可以配置用以在向所述控制器19提供信号之前对所述信号进行调节，例如通过放大所述信号、过滤所述信号或类似方式。因此，所述接收电路17可以包括多个滤波器、多个放大器或任何其他合适的多个器件，用于调节提供至所述控制器19的所述信号。在一实施例中，所述接收电路17或所述控制器19中的至少一个可以配置用以分解或解复用由所述接收天线13检测到的一复合信号，其包括多个信号成分，每一个所述信号成分在不同的频率下，分解为每一个所述组成信号成分。在一实施例中，分解所述复合信号可以包括对一检测到的复合信号进行一傅里叶变换。然而，分解或解复用接收的所述复合信号是可选的。相反，在一实施例中，只要所述检测到的信号提供足够的信息来进行分析，就可以将所述接收天线检测到的所述复合信号作为一整体进行分析(即不对所述复合信号进行解复用)来检测所述分析物。

所述控制器19控制所述传感器5的所述操作。例如，所述控制器19可以指导所述发射电路15产生由所述发射天线11发射的一发射信号。所述控制器19进一步接收来自所述接收电路17的多个信号。所述控制器19可以选择性地处理来自所述接收电路17的所述多个信号，以检测所述目标7中的所述分析物9。在一实施例中，所述控制器19可以选择性地与至少一外部装置25，如一用户装置及/或一远程服务器27进行通信，例如通过一或多个无线连接，如蓝牙、多个无线数据连接如4G、5G、LTE或类似物，或Wi-Fi。如果有提供，所述外部装置25及/或远程服务器27可以处理(或进一步处理)所述控制器19从所述接收电路17接收的所述多个信号，例如，检测所述分析物9。如果有提供，所述外部装置25可用于在所述传感器5及所述远程服务器27之间提供通信，例如使用一有线数据连接或通过所述外部装置25的一无线数据连接或Wi-Fi来提供与所述远程服务器27的所述连接。

继续参考图1，所述传感器5可以包括定义一内部空间31的一传感器外壳29(以虚线表示)。所述传感器5的多个器件可以连接到及/或设置在所述外壳29内。例如，所述发射天线11及所述接收天线13连接到所述外壳29。在一些实施例中，所述天线11、13可以完全或部分地在所述外壳29的所述内部空间31内。在一些实施例中，所述天线11、13可以连接到所述外壳29，但至少部分地或全部地位于所述内部空间31之外。在一些实施例中，所述发射电路15、所述接收电路17及所述控制器19连接到所述壳体29，并完全设置于所述传感器外壳29内。

所述接收天线13相对于所述发射天线11被解耦或去谐，从而减少所述发射天线11及所述接收天线13之间的电磁耦合。所述发射天线11及所述接收天线13的解耦增加了所述接收天线13检测到的所述信号中来自所述目标7的所述响应信号23的部分，并最小化所述接收天线13对所述发射信号21的直接接收。所述发射天线11及所述接收天线13的解耦导致从所述发射天线11到所述接收天线13的传输与具有耦合发射及多个接收天线的多个天线系统相比，具有一减少的前向增益(S₂₁)及在输出的一增加的反射(S₂₂)。

在一实施例中，所述发射天线11及所述接收天线13之间的耦合为95％或更少。在另一实施例中，所述发射天线11及所述接收天线13之间的耦合为90％或更少。在另一实施例中，所述发射天线11及所述接收天线13之间的耦合为85％或更少。在另一实施例中，所述发射天线11及所述接收天线13之间的耦合为75％或更少。

可以使用减少所述发射天线11及所述接收天线13之间的耦合的任何技术。例如，所述发射天线11及所述接收天线13之间的解耦可以通过所述发射天线11及所述接收天线13之间的一或多个有意制造的配置及/或安排来实现，所述配置及/或安排足以使所述发射天线11及所述接收天线13相互解耦。

例如，在下文进一步描述的一实施例中，所述发射天线11及所述接收天线13的解耦可以通过有意地将所述发射天线11及所述接收天线13配置为具有彼此不同的几何形状来实现。有意的不同几何形状指的是所述发射及接收天线11、13的不同几何配置是有意的。有意的几何学差异不同于所述发射及接收天线的几何学差异，后者可能意外或无意地发生，例如由于多个制造错误或多个公差。

实现所述发射天线11及所述接收天线13的解耦的另一种技术是在每一个天线11、13之间提供适当间距，足以使所述天线11、13解耦并迫使所述发射信号21的电磁力线的一部分进入所述目标7，从而尽可能地最小化或消除所述接收天线13直接从所述发射天线11接收电磁能量而不进入所述目标7。每一个天线11、13之间的所述适当间距可以基于包括但不限于所述发射天线11的所述信号的所述输出功率、所述天线11、13的所述尺寸、所述发射信号的所述频率以及所述天线之间是否存在任何屏蔽等因素来确定。这种技术有助于确保所述接收天线13检测到的所述响应是在测量所述分析物9，而不仅仅是直接从所述发射天线11流向所述接收天线13的所述发射信号21。在一些实施例中，所述天线11、13之间的所述适当间距可以与所述天线11、13的多个几何形状的所述有意差异一起使用，以实现解耦。

在一实施例中，由所述发射天线11发射的所述发射信号可以具有至少两个不同频率，例如高达7至12个不同的且不连续的频率。在另一实施例中，所述发射信号可以是一系列不连续的、独立的多个信号，每一个独立的信号具有一单一频率或多个不同频率。

在一实施例中，所述发射信号(或每一个所述发射信号)可以在小于、等于或大于约300毫秒的一发射时间内发射。在另一实施例中，所述发射时间可以小于、等于或大于约200毫秒。在另一实施例中，所述发射时间可以小于、等于或大于约30毫秒。所述发射时间也可以具有以秒为单位的一量级，例如1秒、5秒、10秒或更多。在一实施例中，相同的所述发射信号可以被多次发射，然后所述发射时间可以被平均。在另一实施例中，所述发射信号(或每一个发射信号)可以以小于或等于约50％的一占空比进行发射。

图2A至2C显示可用于所述传感器系统5的多个天线阵列33的多个示例以及所述多个天线阵列33的方向。所述多个天线阵列33的许多方向都是可能的，只要所述传感器5能够执行其感应所述分析物9的主要功能，就可以使用任何方向。

在图2A中，所述天线阵列33包括设置于一基板35上的所述发射天线11及所述接收天线13，其中所述基板35可以是实质上平面的。此示例描述实质上设置在一X-Y平面上的所述阵列33。在此示例中，所述天线11、13在X轴方向及Y轴方向的多个尺寸可以被视为多个横向尺寸，同时所述天线11、13在Z轴方向的尺寸可以被视为一厚度尺寸。在此示例中，每一个所述天线11、13具有至少一横向尺寸(在所述X轴方向及/或所述Y轴方向上测量的)，所述横向尺寸大于其厚度尺寸(在所述Z轴方向)。换句话说，所述发射天线11及所述接收天线13各自在所述Z轴方向上是相对平坦的，或者与在所述X轴方向及/或所述Y轴方向上测量的至少一其他横向尺寸相比具有相对较小的厚度。

在使用图2A中的所述实施例时，所述传感器及所述阵列33可以相对于所述目标7定位，使得所述目标7在所述Z轴方向上位于所述阵列33下方，或者在所述Z轴方向上位于所述阵列33上方，由此所述天线11、13的所述多个面之一朝向所述目标7。可替换地，所述目标7可以在所述X轴方向上被定位在所述阵列33的左侧或右侧，据此所述天线11、13中的每一个的所述多个端部之一朝向所述目标7。可替换地，所述目标7可以在所述Y轴方向上被定位到所述阵列33的所述多个侧面，据此所述天线11、13中的每一个的所述多个侧面之一朝向所述目标7。

除了所述天线阵列33之外，所述传感器5还可以提供一或多个额外的天线阵列。例如，图2A还描绘一可选的第二天线阵列33a，所述第二天线阵列33a包括设置于一基板35a上的所述发射天线11及所述接收天线13，所述基板35a可以是实质上平面的。与所述阵列33相似，所述阵列33a也可以实质上设置于所述X-Y平面内，所述阵列33、33a在所述X轴方向上彼此间隔。

在图2B中，所述天线阵列33被描绘为实质上设置于所述Y-Z平面内。在此示例中，所述天线11、13在所述Y轴方向及Z轴方向的多个尺寸可以被视为多个横向尺寸，同时所述天线11、13在所述X轴方向的尺寸可以被视为一厚度尺寸。在此示例中，所述天线11、13中的每一个具有至少一横向尺寸(在所述Y轴方向及/或所述Z轴方向测量)，所述横向尺寸大于其厚度尺寸(在X轴方向)。换句话说，所述发射天线11及所述接收天线13各自在所述X轴方向上相对于在所述Y轴方向及/或在所述Z轴方向上测量的至少一其他横向尺寸而言是相对平坦的或厚度相对较小。

在使用图2B中的所述实施例时，所述传感器及所述阵列33可以相对于所述目标7定位，使得所述目标7在所述Z轴方向上位于所述阵列33下方，或者在所述Z轴方向上位于所述阵列33上方，由此所述天线11、13中的每一个的所述多个端部之一朝向所述目标7。可替换地，所述目标7可以在所述X轴方向上被定位在所述阵列33的前面或后面，据此所述天线11、13中的每一个的所述多个面之一朝向所述目标7。可替换地，所述目标7可以在所述Y轴方向上被定位在所述阵列33的所述多个侧面之一，据此所述天线11、13中的每一个的所述多个侧面之一朝向所述目标7。

在图2C中，所述天线阵列33被描绘为实质上设置于所述X-Z平面内。在此示例中，所述天线11、13在所述X轴方向及所述Z轴方向的多个尺寸可以被视为多个横向尺寸，同时所述天线11、13在所述Y轴方向的尺寸可以被视为一厚度尺寸。在此示例中，所述天线11、13中的每一个具有至少一横向尺寸(在所述X轴方向及/或所述Z轴方向测量)，所述横向尺寸大于其厚度尺寸(在所述Y轴方向)。换句话说，所述发射天线11及所述接收天线13各自在所述Y轴方向上相对于在所述X轴方向及/或所述Z轴方向上测量的至少一其他横向尺寸而言是相对平坦的或厚度相对较小。

在使用图2C中的所述实施例时，所述传感器及所述阵列33可以相对于所述目标7定位，使得所述目标7在所述Z轴方向上位于所述阵列33下方，或者在所述Z轴方向上位于所述阵列33上方，据此所述天线11、13中的每一个得所述多个端部之一朝向所述目标7。可替换地，所述目标7可以在所述X轴方向上被定位在所述阵列33的左侧或右侧，据此所述天线11、13中的每一个的所述多个侧面之一朝向所述目标7。可替换地，所述目标7可以在所述Y轴方向上被定位在所述阵列33的前面或后面，据此所述天线11、13中的每一个的所述多个面之一朝向所述目标7。

图2A至图2C中的所述阵列33、33a不需要完全地在一平面诸如所述X-Y平面、所述Y-Z平面或所述X-Z平面内定向。相反，所述阵列33、33a可以与所述X-Y平面、所述Y-Z平面及所述X-Z平面以多个角度设置。

利用多个天线几何形状的多个差异解耦合多个天线

如上所述，用于将所述发射天线11与所述接收天线13解耦的一种技术是有意地将所述发射天线11及所述接收天线13配置为具有有意不同的多个几何形状。有意不同的多个几何形状是指所述发射及接收天线11、13的多个几何配置的多个差异是有意的，并且不同于所述发射及接收天线11、13的所述几何形状的多个差异，后者可能意外或无意地发生，例如由于制造所述天线11、13时的多个制造误差或公差。

所述天线11、13的所述不同几何形状可以以许多不同的方式表现出来，并且可以被描述。例如，在每一个所述天线11、13的一平面图中(如图3A至图3I)，所述天线11、13的所述多个周边边缘的所述多个形状可能彼此不同。所述不同的几何形状可能会导致所述天线11、13在平面图中具有不同的表面积。所述不同的几何形状可能导致所述天线11、13在平面图中具有不同的长宽比(即它们在不同尺寸中的比率，例如：如下面进一步详细讨论的，所述天线11的长度除以宽度的比率可能不同于所述天线13的长度除以宽度的比率)。在一些实施例中，所述不同的几何形状可能导致所述天线11、13具有平面图中不同的周边边缘形状、平面图中不同的表面积及/或不同的长宽比的任何组合。在一些实施例中，所述天线11、13可以在所述周边边缘内具有一或多个孔形成(见图2B)，或一或多个缺口形成在所述周边边缘(见图2B)。

所以如本文所使用的，所述天线11、13的几何学上的一差异或几何形状的一差异是指当各自的所述天线11、13在平面图中观看时，在所述外型、长度、宽度、大小、形状、由一边界(即所述周边边缘)封闭的面积等方面的任何有意的差异。

所述天线11、13可以具有任何配置，并且可以由任何合适的材料形成，使得它们能够执行本文所述的天线11、13的所述多个功能。在一实施例中，所述天线11、13可以由多个材料条形成。一材料条可以包括一配置，即当所述天线以一平面图观察时，所述条具有至少一横向尺寸，大于其厚度尺寸(换句话说，所述条相对于至少一其他横向尺寸，如图3A至图3I中的所述天线以一平面图观察时的长度或宽度，是相对平坦或相对小的厚度)。一材料条可以包括一电线。所述天线11、13可以由任何合适的导电材料形成，包括金属及导电的非金属材料。可以使用的金属的例子包括但不限于铜或金。可以使用的材料的另一例子是掺入金属材料的非金属材料，使所述非金属材料具有导电性。

在图2A至图2C中，所述阵列33、33a中的每一个内的所述天线11、13具有彼此不同的几何形状。此外，图3A至图3I显示具有彼此不同的几何形状的所述天线11、13的多个额外示例的多个平面图。图2A至图2C及图3A至图3I中的所述多个示例不是穷举的，尚有许多不同的配置是可能的。

首先参考图3A，显示具有两个具有不同几何形状的天线的一天线阵列的一平面图。在此示例中(以及对于图2A至图2C及图3B至图3I中的所述多个示例)，为了方便描述这里的概念，一天线被标记为所述发射天线11，另一天线被标记为所述接收天线13。然而，标记为所述发射天线11的天线可以是所述接收天线13，而标记为所述接收天线13的天线可以是所述发射天线11。每一个所述天线11、13都设置于具有一平坦表面37的所述基板35上。

所述天线11、13可以形成为所述表面37上的多个线性条或轨迹。在此示例中，所述天线11大体上是U形的，且具有一第一线性腿40a，垂直于所述第一腿40a延伸的一第二线性腿40b，以及与所述腿40a平行延伸的一第三线性腿40c。相似地，所述天线13由平行于所述腿40a、40c并在其间延伸的一单一腿形成。

在图3A中描绘的示例中，所述天线11、13中的每一个具有至少一横向尺寸，所述横向尺寸大于其厚度尺寸(在图3A中，当查看图3A时，所述厚度尺寸将延伸到所述页面中/从所述页面延伸)。例如，所述天线11的所述腿40a在一方向(即一横向尺寸)上延伸，其范围大于所述腿40a伸入或伸出所述页面的一厚度尺寸；所述天线11的所述腿40b在一方向(即一横向尺寸)上延伸。所述天线11的所述腿40b沿一方向(即一横向尺寸)延伸，其范围大于所述腿40b伸入或伸出所述页面的一厚度尺寸；以及所述天线11的所述腿40c沿一方向(即一横向尺寸)延伸，其范围大于所述腿40c伸入或伸出所述页面的一厚度尺寸。相似地，所述天线13在一方向(即一横向尺寸)上延伸，其范围大于所述天线13伸入或伸出所述页面的一厚度尺寸。

所述天线11、13在几何形状上也彼此不同，因为当以平面图观察时，所述天线11的总线性长度(通过将所述多个腿40a-c的个别长度L₁、L₂、L₃加在一起确定)大于以平面图观察时所述天线13的长度L₁₃。

图3B显示具有两个具有不同几何形状的天线的一天线阵列的另一平面图。在此示例中，所述天线11、13被显示为实质上是线性的多个条状物，每一个所述条状物具有一横向长度L₁₁、L₁₃，一横向宽度W₁₁、W₁₃，以及一周边边缘E₁₁、E₁₃。所述周边边缘E₁₁、E₁₃围绕所述天线11、13的整个外围延伸，并在平面图中限定一区域。在此示例中，所述横向长度L₁₁、L₁₃及/或所述横向宽度W₁₁、W₁₃大于观察图3B时延伸进入所述页面/从所述页面中延伸而出的所述天线11、13的一厚度尺寸。在此示例中，所述天线11、13的在几何学上彼此不同，即所述天线11、13的所述多个端部的所述多个形状彼此不同。例如，当观看图3B时，所述天线11的所述右端部42与所述天线13的所述右端部44的形状不同。同样地，所述天线11的所述左端部46可能具有与所述右端部42相似的形状，但与所述天线13的所述左端部48不同，后者可能具有与所述右端部44相似的形状。还可能的是，所述天线11、13的所述横向长度L₁₁、L₁₃及/或所述横向宽度W₁₁、W₁₃可以彼此不同。

图3C显示具有两个具有不同几何形状的天线的一天线阵列的另一平面图，所述天线阵列与图3B有些相似。在此示例中，所述天线11、13被显示为实质上是线性的多个条状物，每一个所述条状物具有所述横向长度L₁₁、L₁₃、所述横向宽度W₁₁、W₁₃及所述周边边缘E₁₁、E₁₃。所述周边边缘E₁₁、E₁₃围绕所述天线11、13的整个周边延伸并在平面图中限定一区域。在此示例中，所述横向长度L₁₁、L₁₃及/或所述横向宽度W₁₁、W₁₃大于观察图3C时延伸进入所述页面/从所述页面中延伸而出的所述天线11、13的一厚度尺寸。在此示例中，所述天线11、13在几何学上彼此不同，即所述天线11、13的所述多个端部的所述多个形状彼此不同。例如，当观看图3C时，所述天线11的所述右端部42与所述天线13的所述右端部44的形状不同。同样地，所述天线11的所述左端部46可能具有与所述右端部42相似的形状，但与所述天线13的所述左端部48不同，后者可能具有与所述右端部44相似的形状。此外，所述天线11、13的所述横向宽度W₁₁、W₁₃彼此不同。所述天线11、13的所述横向长度L₁₁、L₁₃也有可能彼此不同。

图3D显示具有两个具有不同几何形状的天线的一天线阵列的另一平面图，所述天线阵列与图3B及图3C有些相似。在此示例中，所述天线11、13被显示为实质上是线性的多个条状物，每一个所述条状物具有所述横向长度L₁₁、L₁₃、所述横向宽度W₁₁、W₁₃及所述周边边缘E₁₁、E₁₃。所述周边边缘E₁₁、E₁₃围绕所述天线11、13的整个周边延伸并在平面图中限定一区域。在此示例中，所述横向长度L₁₁、L₁₃及/或所述横向宽度W₁₁、W₁₃大于查看图3D时所述天线11、13延伸进入所述页面/从所述页面中延伸而出的一厚度尺寸。在此示例中，所述天线11、13在几何学上彼此不同，即所述天线11、13的所述多个端部的所述多个形状彼此不同。例如，在观看图3D时，所述天线11的所述右端部42与所述天线13的所述右端部44的形状不同。同样地，所述天线11的所述左端部46可能具有与所述右端部42相似的形状，但与所述天线13的所述左端部48不同，后者可能具有与所述右端部44相似的形状。此外，所述天线11、13的所述横向宽度W₁₁、W₁₃彼此不同。所述天线11、13的所述横向长度L₁₁、L₁₃也有可能彼此不同。

图3E显示具有在一基板上具有不同几何形状的两个天线的一天线阵列的另一平面图。在此示例中，所述天线11被显示为具有一个一般马蹄形的一材料条，同时所述天线13被显示为一般线性的一材料条。所述天线11、13的所述多个平面形状(即几何形状)彼此不同。此外，所述天线11的总长度(从一端测量到另一端)在平面图上看时大于所述天线13的长度。

图3F显示在一基板上具有两个不同几何形状的天线的一天线阵列的另一平面图。在此示例中，所述天线11被显示为形成一直角的一材料条，且所述天线13也被显示为形成一较大直角的一材料条。所述天线11、13的所述多个平面形状(即几何形状)彼此不同，因为所述天线13的平面的总面积比所述天线11的平面的总面积大。此外，所述天线11在平面图中的总长度(从一端测量到另一端)小于所述天线13在平面图中的长度。

图3G显示具有在一基板上具有不同几何形状的两个天线的一天线阵列的另一平面图。在此示例中，所述天线11被显示为形成一方形的一材料条，且所述天线13被显示为形成一矩形的一材料条。所述天线11、13的所述多个平面形状(即几何形状)彼此不同。此外，当以平面图观察时，所述天线11的宽度/长度中至少有一个小于所述天线13的宽度/长度中的一个。

图3H显示在一基板上具有两个具有不同几何形状的天线的一天线阵列的另一平面图。在此示例中，所述天线11被显示为在平面上观看时形成一个圆的一材料条，且所述天线13也被显示为在平面上观看时形成一个较小的圆的一材料条，它被所述天线11形成的所述圆所包围。由于所述多个圆的尺寸不同，所述天线11、13的平面形状(即几何形状)也彼此不同。

图31显示具有在一基板上具有不同几何形状的两个天线的一天线阵列的另一平面图。在此示例中，所述天线11被显示为线性的一材料条，且所述天线13被显示为一材料条，在平面上观看时形成一个半圆形。由于所述天线11、13的不同形状/不同几何形状，所述天线11、13的平面形状(即几何形状)彼此不同。

图4A至图4D是所述发射及接收天线11、13的所述多个端部可以具有的不同形状以实现几何形状的差异的额外多个示例的多个平面图。所述天线11、13的所述多个端部中的任何一或两个都可以具有图4A至图4D中的所述多个形状，包括在图3A至图3I的所述多个实施例中。图4A描述的所述端部一般是矩形的。图4B描述的所述端部具有一圆角，而另一角保持直角。图4C描述所述整个端部是圆形或向外凸出的。图4D描述所述端部是向内凹陷的。许多其他形状也是可能的。

实现所述天线11、13的解耦的另一种技术是在每一个天线11、13之间使用一适当间距，其足以迫使由所述发射天线11发射的大部分或全部信号进入所述目标，从而使所述接收天线13直接从所述发射天线11接收电磁能量的情况最小化。所述适当间距本身可以用来实现所述天线11、13的解耦。在另一实施例中，所述适当间距可以与所述天线11、13的几何形状的差异一起使用以实现解耦。

参照图2A，在所述发射天线11及所述接收天线13之间在指示的所述位置有一间距D。所述天线11、13之间的所述间距D可以在每一个天线11、13的整个长度上(例如在所述X轴方向)保持不变，或者所述天线11、13之间的所述间距D可以变化。只要所述间距D足以使所述发射天线11发射的大部分或全部信号到达所述目标，并最小化所述接收天线13直接从所述发射天线11接收电磁能量，从而使所述天线11、13彼此解耦，就可以使用任何间距D。

参考图5，显示所述传感器装置5的一示例性配置。在图5中，与图1中的多个元素相同或相似的多个元素使用相同的附图标记来引用。在图5中，所述天线11、13设置于一基板50的一表面上，所述基板50可以是，例如，一印刷电路板。所述基板50上方设有至少一电池52，例如一可充电电池，用于向所述传感器装置5提供电源。此外，还提供了一数字印刷电路板54，其中所述发射电路15、所述接收电路17、所述控制器19以及所述第二装置5的其他多个电子器件可以设置在所述数字印刷电路板54上。所述基板50及所述数字印刷电路板54通过任何合适的电气连接，例如一柔性连接器56，进行电气连接。可以选择在所述天线11、13及所述电池52之间，或在所述天线11、13及所述数字印刷电路板54之间定位一射频屏蔽58，以屏蔽所述电路及多个电子器件的射频干扰。

如图5所描绘的，所述传感器装置5的所有元件，包括所述天线11、13、所述发射电路15、所述接收电路17、所述控制器19、所述电池52及类似物等都完全地包含在所述外壳29的所述内部空间31内。在另一实施例中，每一个天线11、13的一部分或全部可以突出于所述外壳29的一底壁60之下。在另一实施例中，每一个天线11、13的所述底部可以与所述底壁60持平，或者可以从所述底壁60稍微凹陷。

所述传感器装置5的所述外壳29可以具有人们认为适合用于一非侵入式传感器装置的任何配置及尺寸。在一实施例中，所述外壳29可以具有不大于50毫米的一最大长度尺寸L_H、不大于50毫米的一最大宽度尺寸W_H，以及不大于25毫米的一最大厚度尺寸T_H，使得一总内部体积不大于约62.5立方公分(cm³)。

此外，继续参考图5与图3A至图3I，所述发射天线11及所述接收天线13之间优选地有一最大间距D_max及一最小间距D_min。所述最大间距D_max可由所述外壳29的所述最大尺寸决定。在一实施例中，所述最大间距D_max可以是大约50毫米。在一实施例中，所述最小间距D_min可以是大约1.0毫米至约5.0毫米。

现在结合图6及图1，描绘用于检测一目标中的至少一分析物的一方法70的一实施例。图6中的所述方法可以使用本文所述的传感器装置5的任何一个实施例来实施。为了检测所述分析物，所述传感器装置5被放置在相对接近所述目标的地方。相对接近意味着所述传感器装置5可以接近但不与所述目标物直接物理接触，或者所述传感器装置5可以与所述目标物直接、紧密地物理接触。所述传感器装置5及所述目标7之间的所述间隔可以取决于一些因素，如传输的信号的功率。假设所述传感器装置5相对于所述目标7适当的定位，在方框72处产生所述发射信号，例如由所述发射电路15产生。然后，所述发射信号被提供给所述发射天线11，所述发射天线11在方框74处朝所述目标发射所述发射信号并进入所述目标。在方框76，所述发射信号与所述分析物接触后产生的一响应由所述接收天线13检测。所述接收电路17从所述接收天线13获得检测到的所述响应，并将检测到的所述响应提供给所述控制器19。在方框78，检测到的所述响应可以被分析，以检测至少一分析物。所述分析可以由所述控制器19及/或由所述外部装置25及/或由所述远程服务器27执行。

参考图7，所述方法70中的方框78处的所述分析可以采取多种形式。在一实施例中，在方框80，所述分析可以简单地检测所述分析物的所述存在，即所述分析物是否存在于所述目标中。可替换地，在方框82，所述分析可以确定存在的所述分析物的数量。

图8显示所述非侵入性分析物传感器5的另一应用示例。在此示例中，所述传感器5被整合到一桌面装置90中。术语“桌面”可与“台面”互换使用，并且是指在使用期间旨在驻留在一结构的一顶部表面上的一装置，例如但不限于一桌子、台面、架子、另一装置或类似物。在一些实施例中，所述装置90可以安装在一垂直墙上。所述装置90配置用以获得一用户中一分析物的一实时、按需的读数，例如但不限于，使用并入所述装置90中的所述非侵入性分析物传感器5获得所述用户的一葡萄糖水平读数。

图8中的所述装置90被显示为一般是矩形箱形。然而，所述装置90可以具有其他多个形状，如圆柱形、方盒形、三角形及许多其他形状。所述装置90包括一外壳92，一读取区94，例如在所述外壳92的一顶部表面，其中所述传感器5的所述天线11、13被定位为能够获得一读数，以及一显示屏幕96，例如在所述外壳92的所述顶部表面，用于显示数据，如所述传感器5的一读取的结果。所述装置90的电源可以通过插入一墙上插座的一电源缆线98提供。所述装置90也可以包括一或多个电池，作为所述装置90的一主要电源，而不是通过所述电源缆线98提供的电源，或者所述一或多个电池可以在无法通过所述电源缆线98获得电源的情况下作为一备用电源。

在所述装置90的操作中，一用户将一身体部位放在与所述读取区94相邻(即与所述读取区94接触或接近但不接触)。所述身体部位可以是所述用户的手部的任何手指，如拇指、食指、中指、无名指或小指；或所述用户的手腕；或所述用户的任何其他身体部位。所述装置90的读取是由所述用户触发的。所述装置90可以以任何方式配置任何形式的触发机制，以允许所述用户触发一读取。例如，所述装置90可以提供位于其上任何地方的一触发按钮100，当按下所述触发按钮100时触发所述传感器5的一读取。可替换地，所述装置90可以包括一接近传感器，例如与所述读取区94相关联，检测所述用户的所述存在，例如所述用户的所述身体部位，与所述读取区94相邻，当检测到时启动所述读取。可替换地，所述装置90可以包括一压力传感器，例如与所述读取区94相关联，检测所述用户的所述身体部位与所述读取区94的接触，当检测到接触时触发所述传感器5的所述读取。可替换地，所述传感器5的所述读取可以是语音触发的，例如由所述装置90的一可选麦克风102拾取一预定读取启动命令，所述预定读取启动命令可以由所述用户或一护理人员所发声。

一读取的所述结果可以显示在所述显示屏幕96上。例如，假设被检测的所述分析物是葡萄糖，所述用户的所述葡萄糖读数可以显示在所述显示屏幕96上。此外(或可替换地)，所述读取的所述结果可以由所述装置90以声音方式呈现，例如通过一或多个扬声器104。所述显示屏幕96可以是一触摸屏，允许用户输入，例如，在不同的显示形式之间卷动，或选择所述装置90的不同功能。可替换地，可以在所述装置90上提供一或多个输入按钮(未图示)以允许用户输入。

可以在所述装置90上的任何地方提供一开/关电源按钮或开关106，以打开及关闭所述装置90的电源。所述开/关电源按钮或开关106也可以作为所述触发按钮而替代所述触发按钮100。可替换地，所述触发按钮100可以作为一开/关电源按钮，为所述装置90提供电源开关，并触发一读取。在一实施例中，所述装置90可以提供睡眠功能，在所述装置90不活动一段时间后，所述装置90进入一低功率睡眠模式。在所述睡眠模式下，所述装置90上的所述触发机制及/或所述麦克风102可以保持活动状态，等待适当的动作使所述装置90脱离所述睡眠模式并准备好进行一读取。适当的动作的多个示例包括但不限于所述触发机制的致动或识别一可听的语音命令。

在一些实施例中，所述装置90可以包括数据存储，用于存储多个单独读数，以便日后进行历史分析。不同个人用户的数据也可以存储在每一个用户的多个分别文件中。

图10显示所述桌面装置90的另一实施例，所述实施例与图8中的所述装置90相似，与图8中的多个特征相似的多个特征使用相同的附图标记进行引用。在图10中，所述显示屏幕96不是被集成到所述装置90中，而是所述显示屏幕96是一独立装置的一部分，所述独立装置被适当地连接到所述装置90，例如通过一电缆108，如一USB电缆。图10中的所述独立显示屏幕96可以从所述装置90接收电源，或者所述独立显示屏幕96可以有自己的电源。在一实施例中，所述显示屏幕96可以是一电视机屏幕或一电视机。

参考图9，显示结合图8或图10的所述桌面装置90的一系统。在图示的所述系统中，所述桌面装置90与一或多个移动装置110及/或与一或多个其他远程装置114进行单向或双向通信。所述移动装置110可以是但不限于，所述用户的移动装置；一父母的移动装置；一助手、护士、医生或其他医疗专业人员的移动装置；或任何其他移动装置。所述移动装置110可以是一移动电话、一智能手表、一平板装置、一笔记本电脑或类似物。所述远程装置114可以是任何不是移动装置的装置，能够与所述装置90互动及通信。例如，所述装置114可以是一基站，被设计为与所述装置90互动，也可以与另一远程装置接口。所述装置90及所述移动装置110及/或所述远程装置114可以通过一合适网络112，例如互联网或其他网络相互通信。在其他多个实施例中，所述装置90及所述移动装置110及/或所述远程装置114可以直接相互通信，例如通过一合适短程无线通信技术，例如

在图9的所述系统中，由所述桌面装置90进行的一读取的所述多个结果可以例如实时地传输到所述移动装置110及/所述或远程装置114。例如，所述装置90的所述读取的所述多个结果可以通过电话、电子邮件或文字短信发送到所述移动装置110及/或所述远程装置114，或直接通过无线通信发送。所述移动装置110及/或所述远程装置114可以包括配置用以与所述装置90一起操作的一应用程序。在一非限制性的实施例中，图9的所述系统允许所述装置90的一读取，例如一婴儿或一易受伤害的成年人的一读取，实时发送到一护理人员(例如，一父母、助手、护士、医生或其他医疗专业人员)的移动装置110。如果所述读数不正常，可以提醒照料者注意这一事实，使照料者能够提供援助或安排提供援助。在一些实施例中，所述移动装置110及/或所述远程装置114接收的所述信号可以使所述移动装置110及/或所述远程装置114基于从所述装置90传输的所述读数发出一声音及/或视觉警报。所述移动装置110及/或所述远程装置114也可以向所述装置90发送一或多个信号。例如，在收到来自所述装置90的读数后，可以从所述移动装置110及/或所述远程装置114向所述装置90发送一信号，其中包括多个指示所述用户采取行动或与所述传感器感应的所述分析物有关的信息。所述多个指示可以显示在所述装置90的所述显示屏幕96上，及/或所述装置90可以通过所述扬声器104以声音呈现所述多个指示。

传输信号及所述分析物之间的所述相互作用在某些情况下可以增加由所述接收天线检测的所述信号的所述强度，并且在其他情况下可以降低由所述接收天线检测的所述信号的所述强度。例如，在一非限制性的实施例中，当分析检测到的所述响应时，所述目标中的多个化合物，包括被检测到的感兴趣的所述分析物，可以吸收一些所述发射信号，吸收的情况基于所述发射信号的频率而变化。所述接收天线检测到的所述响应信号可能包括所述目标中的多个化合物，如所述分析物，吸收所述发射信号的多个频率的强度下降。吸收的所述多个频率对不同的分析物来说是特殊的。由所述接收天线检测到的所述响应信号可以在与感兴趣的所述分析物相关联的多个频率上进行分析，以基于所述信号强度的下降来检测所述分析物，这些信号强度的下降对应于所述分析物的吸收，而这种下降是在对应于感兴趣的所述分析物的吸收的多个频率上观察到的。对于由所述分析物引起的所述信号的所述强度的增加，也可以采用类似的技术。

检测所述分析物的所述存在可以通过例如识别所述接收天线在与所述分析物相关联的一已知频率下检测到的所述信号强度的一变化来实现。所述变化可能是所述信号强度的一降低或所述信号强度的一增加，取决于所述发射信号与所述分析物的相互作用方式。与所述分析物相关联的所述已知频率可以通过测试已知含有所述分析物的多个溶液来确定。确定所述分析物的所述数量可以通过例如识别所述信号在所述已知频率下的所述变化的一幅度来实现，例如使用一函数，其中输入变量是信号的所述变化的所述幅度，输出变量是所述分析物的一数量。所述分析物的所述数量的所述确定可以进一步用于确定一浓度，例如基于所述目标的一已知质量或体积。在一实施例中，可以同时确定所述分析物的存在及确定分析物的所述数量，例如通过首先识别所述检测信号的所述变化来检测所述分析物的所述存在，然后处理所述检测信号以识别所述变化的所述幅度来确定所述数量。

本说明书中使用的术语旨在描述特定的实施例，而不是限制性的。术语“一”、“一种”及“所述”也包括复数形式，除非另外明确说明。术语“包括”及/或“包含”，当在本说明书中使用时，具体说明存在所述的多个特征、多个整数、多个步骤、多个操作、多个元件及/或多个部件，但不排除存在或增加一或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件及/或部件。

本申请中公开的所述多个示例在所有方面都应被视为说明性的而非限制性的。本发明的范围由所附的权利要求书而非前述的描述来表示；并且在权利要求书的含义及等效范围内的所有变化都将被包含在其中。

Claims (16)

1.一种非侵入性分析物传感器系统，其特征在于：包括：

一解耦检测器阵列，具有至少一发射元件及至少一接收元件，其中所述至少一发射元件及所述至少一接收元件为95％或更少地相互耦合；

一发射电路，可电连接至所述至少一发射元件，所述发射电路配置用以产生由所述至少一发射元件发射的一发射信号，所述发射信号在电磁频谱的一无线电或微波频率范围内；

一接收电路，可电连接至所述至少一接收元件，所述接收电路配置用以接收由所述至少一接收元件检测到的一响应，所述响应是由所述至少一发射元件将所述发射信号发射到包含感兴趣的所述至少一分析物的所述目标中产生的。

2.根据权利要求1所述的非侵入性分析物传感器系统，其特征在于：所述至少一发射元件及所述至少一接收元件为90％或更少地相互耦合。

3.根据权利要求1所述的非侵入性分析物传感器系统，其特征在于：所述至少一发射元件及所述至少一接收元件为85％或更少地相互耦合。

4.根据权利要求1所述的非侵入性分析物传感器系统，其特征在于：所述至少一发射元件及所述至少一接收元件并排设置且具有与彼此相互平行且间隔开的多个纵轴。

5.根据权利要求1所述的非侵入性分析物传感器系统，其特征在于：所述发射信号具有多个不同频率，每一个所述不同频率在10千赫兹至100千兆赫兹的一范围内。

6.根据权利要求1所述的非侵入性分析物传感器系统，其特征在于：所述发射信号具有至少两个不同频率，每一个所述不同频率在所述电磁频谱的所述无线电或微波频率范围内。

7.根据权利要求6所述的非侵入性分析物传感器系统，其特征在于：所述发射信号是具有所述至少两个不同频率的一复合信号；或所述发射信号具有至少两个单独的信号部分，每一个所述信号部分具有所述至少两个不同频率中的一者。

8.根据权利要求6所述的非侵入性分析物传感器系统，其特征在于：所述响应包括多个频率，每一个所述频率与所述至少两个不同频率中的一各自频率相关联。

9.根据权利要求1所述的非侵入性分析物传感器系统，其特征在于：还包括一传感器外壳，所述传感器外壳具有不大于50毫米的一最大长度尺寸，不大于50毫米的一最大宽度尺寸，不大于25毫米的一最大厚度尺寸，以及不大于62.5立方公分的一总内部体积；

所述解耦检测器阵列连接到所述传感器外壳；以及

所述至少一发射元件及所述至少一接收元件之间具有不超过50毫米的一最大间距，以及至少为1.0毫米的一最小间距。

10.一种方法，用于一分析物的非侵入性检测，其特征在于：包括：

产生一发射信号，所述发射信号具有至少两个不同频率，每一个所述不同频率在电磁频谱的一无线电或微波频率范围内；

使用至少一发射元件发射所述发射信号至包含感兴趣的至少一分析物的一目标中；

使用至少一接收元件检测一响应，所述响应是由所述至少一发射元件发射所述发射信号发射至包含感兴趣的所述至少一分析物的所述目标中产生的；

其中，所述至少一发射元件及所述至少一接收元件为95％或更少地相互耦合。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：包括：

产生所述发射信号为具有所述至少两个不同频率的一复合信号；或

所述发射信号具有至少两个单独的信号部分，每一个所述信号部分具有所述至少两个不同频率中的一者。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述响应包括多个频率，每一个所述频率与所述至少两个不同频率中的一各自频率相关联。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述至少一发射元件及所述至少一接收元件为90％或更少地相互耦合。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述至少一发射元件及所述至少一接收元件为85％或更少地相互耦合。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述至少两个不同频率中的每一个所述不同频率在10千赫兹到100千兆赫兹之间的一范围内。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述至少一发射元件及所述至少一接收元件并排设置且具有与彼此相互平行且间隔开的多个纵轴。

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