CN115334965A - 使用可发射或接收的检测器元件的不同组合来检测分析物 - Google Patents

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Abstract

一种检测分析物的方法，包括使用电连接到发射电路且电连接到接收电路的检测器阵列来实施一扫描程序，所述检测器阵列具有至少三个检测器元件。在第一扫描中，所述检测器元件的第一组合用于将处于无线电或微波频率或电磁谱的可见范围内的第一发射信号发射到包含至少一个感兴趣的分析物的目标中，并用于检测将所述第一发射信号发射到所述目标中所产生的响应。在第二扫描中，不同于所述第一组合的检测器元件的第二组合用于将处于无线电或微波频率或电磁谱的可见范围内的第二发射信号发射到所述目标中，并用于检测将所述第二发射信号发射到所述目标中所产生的响应。

Description

使用可发射或接收的检测器元件的不同组合来检测分析物
技术领域
本公开总体上涉及使用分析物传感器通过光谱技术检测分析物的设备、系统和方法，分析物传感器包括至少两个可发射和接收电磁波且可用作发射检测器元件或可用作接收检测器元件。
背景技术
能够检测和/或测量目标内的分析物是令人感兴趣的。一个例子是测量生物组织中的葡萄糖。在测量患者的葡萄糖的示例中，目前的分析物测量方法是侵入性的，因为它们对体液(例如用于指尖或基于实验室的测试的血液)进行测量，或经常使用侵入性经皮设备对从患者抽取的流体进行测量进行测量。有一些非侵入式方法声称能够在生物组织中进行葡萄糖测量。然而，许多非侵入式方法通常存在以下问题：对感兴趣的分析物失去特异度，例如葡萄糖；温度波动的干扰；皮肤化合物(即汗液)和色素的干扰；和放置的复杂性，即传感设备位于患者身体的多个位置。
发明内容
本公开总体上涉及通过光谱技术检测分析物的设备、系统和方法，所述光谱技术使用诸如电磁谱的无线电或微波频带中的非光学频率、或电磁谱的可见范围内的光学频率。在一个实施例中，本文描述的技术可用于分析物的非侵入式检测。在另一个实施方案中，本文所述的技术可用于分析物的体外检测。本文所述的分析物传感器包括具有至少两个可以发射或接收电磁波的检测器元件的检测器阵列。在一实施例中，所述检测器阵列可以具有至少三个检测器元件，这些检测器元件可以是天线或发光元件，例如发光二极管。可以选择性地控制所述检测器阵列中的任何一个或多个检测器元件，以用作发射检测器元件，所述发射检测器元件的作用是将在无线电或微波频率范围或电磁谱的可见光范围内产生的发射信号发射到包含感兴趣的分析物的目标中。此外，所述检测器阵列中的任何一个或多个检测器元件可以被选择性地控制以用作接收检测器元件，所述接收检测器元件用于检测由发射检测器元件将发射信号发射到目标中所产生的响应。可以实施包括多次扫描的扫描例程，其中每次扫描使用所述检测器元件的不同组合来传输信号并检测响应。在以下的描述中，被控制作为发射检测器元件的检测器元件，无论是天线还是发光二极管，都可以简称为发射元件，而被控制用作接收检测器元件的检测器元件，无论它是天线还是发光二极管，可以简称为接收元件。
当所述检测器阵列中的检测器元件是天线时，无论用作传输天线还是用作接收天线的天线都相互去耦，这有助于提高非侵入式分析物传感器的检测能力。天线之间的去耦可以使用任何一种或多种技术来实现，这些技术使所述发射天线发射尽可能多的信号进入目标，并最大限度地减少甚至消除由发射天线直接接收的电磁能的量。来自所述发射天线的接收天线不进入目标。去耦可以通过天线之间足以使天线彼此去耦的一种或多种有意制造的配置和/或布置来实现。在一个非限制性实施例中，可以通过具有彼此有意不同的几何形状的天线来实现去耦。有意不同的几何结构是指天线的不同几何结构是刻意的，且与可能偶然或无意发生的天线几何形状的差异(例如由于制造错误或公差)不同。
实现天线去耦的另一种技术是在每个天线之间使用适当的间距，这取决于诸如输出功率、天线尺寸、频率和任何屏蔽的存在等因素，以强制发射信号之一部分电磁力线进入到所述目标中，而到达分析物，从而尽可能地减少或消除所述接收天线直接接收自所述发射天线而没有进入到所述目标中的电磁能。这种技术有助于确保接收天线检测到的响应正在测量分析物，而不仅仅是从发射天线直接流向接收天线的发射信号。在一个实施例中，所述传感器可以使用其间具有第一间距的第一对发射和接收天线，以及其间具有不同于第一间距的第二间距的第二对发射和接收天线。
本文描述的技术可用于检测感兴趣的分析物的存在，以及目标内分析物的量或分析物的浓度。本文所述的技术可用于检测单一分析物或多于一种分析物。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，其包含人们可能希望检测的分析物。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、无生命物体、土壤、流体、遗传物质或微生物。所述分析物可以是人们可能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、白细胞或促黄体激素中的一种或多种。
在一个实施例中，本文所述的非侵入式分析物传感器系统可以包括具有至少两个可以发射电磁波的检测器元件的检测器阵列。所述发射电路可选择性地电连接到至少两个检测器元件中的任何一个或多个，其中所述发射电路配置以产生至少一个发射信号，所述发射信号被一个或多个发射器发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中。所述发射电路电连接到的至少两个检测器元件中的多个检测器元件。此外，接收电路可选择性地电连接到至少两个检测器元件中的任何一个或多个，所述接收电路配置以接收由电连接到所述接收电路的所述至少两个检测器元件中的一个或多个所检测到的一响应，所述响应是发射所述至少一个发射信号到包含至少一感兴趣的分析物的所述目标中所产生的。
在另一个实施例中，非侵入式分析物传感器系统可以包括具有至少两个天线的天线阵列。所述发射电路可选择性地电连接到至少两个天线中的任何一个或多个，其中所述发射电路配置以产生至少一个发射信号，所述发射信号被一个或多个发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中，至少两个天线中的发射电路与发射电路电连接，且至少一个发射信号在电磁谱的无线电或微波频率范围内。此外，所述接收电路可选择性地电连接到至少两个天线中的任何一个或多个，其中所述接收电路配置以接收由电连接到所述接收电路的所述至少两个检测器元件中的一个或多个所检测到的一响应，所述响应是发射所述至少一个发射信号到包含至少一感兴趣的分析物的所述目标中所产生的。
在一个实施例中，天线阵列可以是去耦天线阵列，且至少两个天线可以彼此去耦。可通过天线之间的有意几何差异来实现去耦。在另一个实施例中，可以通过将天线布置成在天线之间具有足以去耦天线的适当间距来实现去耦。
在本文描述的另一个实施例中，非侵入式分析物传感器系统可以包括传感器外壳和附接到所述传感器外壳的检测器阵列。所述检测器阵列具有至少三个去耦元件，每个去耦元件都可用作天线，且至少三个去耦元件具有彼此不同的几何形状。所述发射电路设置在传感器外壳中，且可选择性地电连接到至少三个元件中的任何一个或多个元件，其中所述发射电路配置以产生至少一个发射信号，其通过所述发射电路电连接到的至少三个元件中的一个或多个元件发射到包含至少一个感兴趣的分析物的目标中，且所述至少一个发射信号在电磁谱的无线电或微波频率范围内。此外，所述接收电路设置在所述传感器外壳中，且可选择性地电连接到至少三个元件中的任何一个或多个元件，其中所述接收电路配置以接收由与接收电路电连接的至少三个元件中的一个或多个检测到的响应，响应是由将至少一个发射信号传输到包含至少一个感兴趣的分析物的目标中产生的。
在本文描述的又一个实施例中，非侵入式分析物传感器系统可以包括传感器外壳和附接到传感器外壳的天线阵列。天线阵列具有至少六个去耦天线，其中至少六个去耦天线的几何形状互不相同，并且天线阵列不超过30.0mm×30.0mm。所述发射电路设置在所述传感器外壳中，且可选择性地电连接到至少六个天线中的任何一个或多个。所述发射电路配置以产生至少一个发射信号，所述至少一个发射信号通过与所述发射电路电连接的至少六个天线中的一个或多个被发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中。所述至少一个发射信号可具有多个不同频率，且每一个不同频率在约10kHz至约100GHz的范围内。此外，所述接收电路设置在所述传感器外壳中，且可选择性地电连接到至少六个天线中的任何一个或多个。所述接收电路配置以接收由与所述接收电路电连接的至少六个天线中的一个或多个所检测到的响应，所述响应是由将至少一个发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中产生的。设置在所述传感器外壳中的一个或多个控制器控制所述发射电路与至少六个天线中的任何一个或多个天线的电连接，且还控制所述接收电路与至少六个天线中的任何一个或多个天线的电连接。此外，可充电电池设置在所述传感器外壳中，所述可充电电池为传感器系统的操作提供电力。
在本文描述的另一个实施例中，一种分析物的非侵入式检测方法包括在具有至少两个检测器元件的检测器阵列中，将发射电路选择性地连接到检测器阵列的至少两个检测器元件中的任何一个或多个。使用所述发射电路产生至少一个发射信号，所述至少一个发射信号处于无线电或微波频率或电磁谱的可见光范围内。然后，使用连接到所述发射电路的至少两个检测器元件中的一个或多个将至少一个发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中。此外，将接收电路选择性地连接到所述检测器阵列的所述至少两个检测器元件中的不同的一个或多个。所述接收电路和所述检测器阵列的至少两个检测器元件中的不同的一个或多个检测器元件用于检测一响应，所述响应是由将至少一个发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中所产生的。
在本文描述的另一个实施例中，分析物的非侵入式检测方法包括在具有至少三个去耦元件的检测器阵列中，每个去耦元件可以充当天线，且其中所述至少三个去耦元件具有彼此不同的几何形状，选择性地将所述发射电路连接到天线阵列的至少三个元件中的一个元件。使用所述发射电路产生至少一个发射信号，所述至少一个发射信号具有至少两个不同的频率，每个不同的频率落在约10kHz到约100GHz之间的范围内。使用连接到所述发射电路的至少三个元件中的一个元件将至少一个发射信号发射到包含至少一个感兴趣的分析物的目标中。此外，所述接收电路选择性地连接到所述检测器阵列的至少三个元件中的一个不同元件。所述接收电路和所述检测器阵列的至少三个元件中的一个不同元件用于检测由将所述至少一个发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中产生的响应。
在本文描述的另一个实施例中，分析物的非侵入式检测方法包括使用电连接到所述发射电路以及电连接到接收电路的检测器阵列来实施扫描例程，所述检测器阵列具有至少三个检测器元件。扫描例程包括，在第一扫描中，使用至少三个检测器元件中的两个或更多个的第一组合，以将处于无线电或微波频率或电磁谱的可见范围内的第一发射信号发射到包含至少一个感兴趣的分析物的目标中，并检测将第一发射信号发射到包含至少一个感兴趣的分析物的目标中所产生的响应。在第二扫描中，至少三个检测器元件中的两个或更多个的第二组合(不同于第一组合)用于将处于无线电或微波频率或电磁谱的可见范围内的第二发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标，并检测所述第二发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中所产生的响应。
在本文描述的又一个实施例中，一种非侵入式检测分析物的方法包括使用电连接到发射电路且电连接到接收电路的天线阵列，来实施扫描例程，其中天线阵列具有至少三个具有彼此不同的几何形状的天线，且所述至少三个天线彼此去耦。所述扫描例程包括进行多次扫描，每次扫描使用至少三个天线中的两个或多个的不同组合来将电磁谱的无线电或微波频率范围内的信号发射到包含至少一个感兴趣的分析物，并检测由信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中所产生的响应。
附图说明
参考附图，这些附图形成了本公开的一部分，且示出了可以实施本说明书中描述的设备、系统和方法的实施例。
图1是根据一个实施例的具有非侵入式分析物传感器相对于目标的非侵入式分析物传感器系统的示意图。
图2A-C图示了可在本文描述的传感器系统中使用的天线阵列的不同示例定向。
图3A-3I图示了具有不同几何形状的发射和接收天线的不同示例。
图4A、4B、4C和4D图示了发射和接收天线的端部可以具有的不同形状的附加示例。
图5是根据实施例的传感器设备的示意图。
图6是根据一个实施方案的用于检测分析物的方法的流程图。
图7是根据一个实施例的响应分析的流程图。
图8是具有天线阵列的非侵入式分析物传感器系统的另一个实施例的示意图，所述天线阵列具有两个天线并且被配置为使得任一个天线可以用作发射天线或用作接收天线。
图9是具有天线阵列的非侵入式分析物传感器系统的另一个实施例的示意图，所述天线阵列具有三个天线并且被配置为使得任一个天线可以用作发射天线或用作接收天线。
图10是具有天线阵列的非侵入式分析物传感器系统的另一个实施例的示意图，个天线阵列具有六个天线并且被配置为使得任一个天线可以用作发射天线或用作接收天线。
图11描绘了来自扫描例程的结果的示例。
图12描绘了包括分析物传感器和与分析物传感器通信的外部设备的系统，其中所述系统包括通知设备。
图13-19是可以在本文描述的实施例中使用的天线阵列和天线配置的附加示例的俯视图。
图20是具有非侵入式分析物传感器的非侵入式分析物传感器系统的另一个实施例的一部分的示意图，所述非侵入式分析物传感器使用光形式的电磁能来执行本文所述的非侵入式分析物传感。
图21A是使用光发射器和光检测器的一个示例组合的图20的非侵入式分析物传感器的侧视图。
图21B是使用光发射器和光检测器的第二示例组合的图20的非侵入式分析物传感器的另一侧视图。
相同的附图标记自始至终代表相同的部分。
具体实施方式
以下是通过光谱技术使用非光学频率(例如在电磁谱的无线电或微波频带或电磁谱可见范围内的光学频率)非侵入式地检测分析物的设备、系统和方法的详细描述。一种非侵入式分析物传感器包括用作一发射检测器元件(其也可称为发射元件)的至少一个检测器元件及用作一接收检测器元件(也可称为接收元件)的至少一检测器元件，所述发射检测器元件用于发射一产生的发射信号到包含感兴趣的分析物的目标中，所述发射信号处于无线电或微波频率或电磁谱的可见范围内，所述接收检测器元件用于检测由所述发射检测器元件将发射信号发射到目标中所产生的一响应。当所述检测器元件为天线时，发射天线和接收天线相互去耦(decoupled)，提高了传感器的检测性能。
以下描述连同图1-19将首先将检测器元件描述为天线，并将包括天线的检测器阵列描述为天线阵列。在随后的描述中，连同图20-21A-B，检测器元件将被描述为发光器件，例如发光二极管(LED)和包括发光二极管作为发光二极管阵列的检测器阵列。
所述发射天线和所述接收天线可以位于所述目标附近，且如本文进一步描述的那样操作以帮助检测所述目标中的至少一种分析物。所述发射天线向所述目标发射信号，其在无线电或微波频率范围内具有至少两个频率。具有至少两个频率的信号可以由单独的信号部分形成，每个信号部分具有离散的频率，且在每个频率的不同时间分别传输。在另一个实施例中，具有至少两个频率的信号可以是包括多个频率的复信号(complex signal)的一部分，所述多个频率包括至少两个频率。可以通过将多个信号混合(blending)或复用(multiplexing)在一起来产生所述复信号，然后发射所述复信号，从而同时发射多个频率。一种用于生成所述复信号的可能技术包括但不限于使用逆傅里叶变换技术。所述接收天线检测由所述发射天线将信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中所产生的响应。
所述发射天线和所述接收天线彼此去耦(也可以称为失谐(detuned)等)。去耦是指有意制造发射天线和接收天线的配置和/或布置，以使得所述发射天线和所述接收天线之间的直接通信最小化，优选地是没有屏蔽。可以使用所述发射天线和所述接收天线之间的屏蔽。然而，即使没有屏蔽，所述发射天线和所述接收天线也可去耦。
可以分析由所述接收天线检测到的信号以基于所述接收信号的强度和所述分析物吸收所述发射信号的一个或多个频率处的强度降低来检测分析物。在WO 2019/217461中描述了使用在电磁谱的无线电或微波频率范围内操作的非侵入式光谱传感器检测分析物的示例，其全部内容通过引用的方式并入本文。所述接收天线检测到的信号可以是包括多个信号分量的复信号，每个信号分量具有不同的频率。在一个实施例中，检测到的复信号可以例如通过傅里叶变换分解成不同频率中的每一个处的信号分量。在一个实施例中，所述接收天线检测到的复信号可以作为一个整体进行分析(即无需对复信号进行解复用)来检测分析物，只要检测到的信号提供足够的信息来进行分析物检测。此外，接收天线检测到的信号可以是单独的信号部分，每个信号部分具有离散的频率。
在一个实施例中，本文所述的传感器可用于检测所述目标中至少一种分析物的存在。在另一个实施方案中，本文所述的传感器可以检测所述目标中至少一种分析物的量或浓度。所述目标可以是包含至少一种人们可能希望检测的感兴趣的分析物的任何目标。所述目标可以是人类或非人类、动物或非动物、生物或非生物。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、无生命物体、土壤、流体、遗传物质或微生物。所述目标的非限制性实例包括但不限于流体，例如血液、间质液、脑脊髓液、淋巴液或尿液、人体组织、动物组织、植物组织、无生命物体、土壤、遗传物质，或微生物。
所述分析物可以是人们可能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糖、血液酒精、白细胞或促黄体激素(luteinizing hormone)中的一种或多种。所述分析物可以包括但不限于化学品、化学品的组合、病毒、细菌等类似物。所述分析物可以是包含在另一种介质中的化学物质，此类介质的非限制性实例包括含有至少一种分析物的流体，例如血液、间质液、脑脊髓液、淋巴液或尿液、人体组织、动物组织、植物组织、无生命的物体、土壤、遗传物质或微生物。所述分析物也可以是非人类的、非生物的颗粒，例如矿物质或污染物。
所述分析物可以包括例如天然存在的物质、人造物质、代谢物和/或反应产物。作为非限制性实例，至少一种分析物可以包括但不限于胰岛素、羧基凝血酶原；酰基肉碱；腺嘌呤磷酸核糖转移酶；腺苷脱氨酶；白蛋白；甲胎蛋白；氨基酸谱(精氨酸(克雷布斯循环)、组氨酸/尿刊酸、高半胱氨酸、苯丙氨酸/酪氨酸、色氨酸)；雄烯二酮；安替比林；阿糖醇对映异构体；精氨酸酶；苯甲酰芽子碱(可卡因)；生物素酶；生物蝶呤；c-反应蛋白；肉碱；腦鈉肽前體(pro-BNP)；腦鈉肽(BNP)；肌钙蛋白；肌肽酶；CD4；铜蓝蛋白；鹅去氧胆酸；氯喹；胆固醇；胆碱酯酶；共轭1-β羟基胆酸(conjugated l-βhydroxy-cholic acid)；皮质醇；肌酸激酶；肌酸激酶MM同工酶(creatine kinase MM isoenzyme)；环孢素A；d-青霉胺；去乙基氯喹；硫酸脱氢表雄酮；DNA(乙酰化多态性、酒精脱氢酶、α1-抗胰蛋白酶(α1-antitrypsin)、囊性纤维化、杜兴氏/贝克氏(Duchenne/Becker)肌营养不良症、分析物6-磷酸脱氢酶、血红蛋白A、血红蛋白S、血红蛋白C、血红蛋白D、血红蛋白E、血红蛋白F、D-旁遮普血红蛋白(D-Punjab)、β-地中海贫血、乙型肝炎病毒、HCMV、HlV-f、HTLV-f、莱伯氏(Leber)遗传性视神经病变、MCAD、RNA、PKU、间日疟原虫(Plasmodium vivax)、性分化、21-脱氧皮质醇)；脱丁基卤泛群(desbutylhalofantrine)；二氢蝶啶还原酶；白喉/破伤风抗毒素；红细胞精氨酸酶；红细胞原卟啉；酯酶D；脂肪酸/酰基甘氨酸；游离β-人绒毛膜促性腺激素；游离红细胞卟啉；游离甲状腺素(FT4)；游离三碘甲状腺原氨酸(FT3)；延胡索乙酰乙酰酶；半乳糖1-磷酸；半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶；庆大霉素；分析物-6-磷酸脱氢酶；谷胱甘肽(谷胱甘肽)；谷胱甘肽过氧化物酶；甘氨胆酸；糖基化血红蛋白；卤泛群；血红蛋白变体；己糖胺酶A；人红细胞碳酸酐酶I；17-α-羟孕酮；次黄嘌呤磷酸核糖基转移酶；免疫反应性胰蛋白酶；乳酸；铅；脂蛋白(a),B/A-1,β)(())；溶菌酶；甲氟喹；奈替米星；苯巴比妥；苯妥英；植烷酸/降植烷酸；黄体酮；催乳素；脯氨酸酶；嘌呤核苷磷酸化酶；奎宁；反向三碘甲状腺原氨酸(rT3)；硒；血清胰脂肪酶；西索霉素；生长调节素C(somatomedin C)；特异性抗体(腺病毒、抗核抗体、抗zeta抗体、虫媒病毒、伪狂犬病病病毒、登革热病毒、麦地那龙线虫(Dracunculusmedinensis))、细粒棘球绦虫(Echinococcus granulosus)、溶组织内阿米巴(Entamoebahistolytica)、肠道病毒、十二指肠贾第鞭毛虫、幽门螺杆菌、乙型肝炎病毒、疱疹病毒、HIV-1、IgE(特应性疾病)、流感病毒、杜氏利什曼原虫(Leishmania donovani)、钩端螺旋体、麻疹/腮腺炎/风疹、麻风分枝杆菌(Mycobacterium leprae)、肺炎支原体(Mycoplasnapneumoniae、肌红蛋白、盘尾丝虫(Onchocerca volvulus)、副流感病毒、恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)、脊髓灰质炎病毒、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、呼吸道合胞病毒、立克次体(恙虫病)、曼氏血吸虫(Schistosoma mansoni)、刚地弓形虫(Toxoplasma gondii)、梅毒螺旋体(Trepenoma pallidium)、克氏锥虫(Trypanosomacruzi)/蓝氏锥虫(Trypanosoma rangeli)、水泡性口炎病毒(vesicular stomatisvirus)、班氏病毒(Wuchereria bancrofti)、黄热病病毒)；特定抗原(乙型肝炎病毒、HIV-1)；琥珀酰丙酮；磺胺多辛；茶碱；促甲状腺激素(TSH)；甲状腺素(T4)；甲状腺素结合球蛋白；微量元素；转铁蛋白；UDP-半乳糖-4-表构酶(UDP-galactose-4-epimerase)；尿素；尿卟啉原I合酶；维生素A；白血细胞；和锌原卟啉。
所述分析物还可以包括一种或多种引入所述目标的化学物质。所述分析物可以包括标记物，例如造影剂、放射性同位素或其他化学试剂。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药物或药物组合物，非限制性例子包括乙醇；大麻(大麻、四氢大麻酚、大麻)；吸入剂(一氧化二氮、亚硝酸戊酯、亚硝酸丁酯、氯代烃、碳氢化合物)；可卡因(快克可卡因)；兴奋剂(苯丙胺、甲基苯丙胺、利他林(Ritalin)、塞乐特(Cylert)、匹莫林(Preludin)、盐酸苄非他明(Didrex)、普利司他(PreState)、盐酸邻氯苯丁胺(Voranil)、Sandrex、苯双甲吗啉(Plegine))；镇定剂(巴比妥类、甲喹酮、安定药、利眠宁(Librium)、眠尔通(Miltown)、舒宁(Serax)、甲丁双脲(Equanil)、氯查配特(Tranxene))；致幻剂(苯环利定、麦角酸、美斯卡林、拍约他(peyote)、裸头草碱(Psilocybin))；麻醉品(海洛因、可待因、吗啡、鸦片、哌替啶、波考赛特(Percocet)、复方羟可酮(Percodan)、氢可酮镇咳药(Tussionex)、芬太尼、达尔丰(Darvon)、镇痛新(Talwin)、复方苯乙哌啶片(Lomotil))；人工合成药物(芬太尼、哌替啶、苯丙胺、甲基苯丙胺和苯环利定的类似物，例如摇头丸(Ecstasy))；同化类固醇(anabolic steroids)；和尼古丁。所述分析物可以包括其他药物或药物组合物。分析物可以包括体内产生的神经化学物质或其他化学物质，例如抗坏血酸、尿酸、多巴胺、去甲肾上腺素、3-甲氧基酪胺(3MT)、3,4-二羟基苯乙酸(DOPAC)、高香草酸酸(HVA)、5-羟基色胺(5HT)和5-羟基吲哚乙酸(FHIAA)。
现在参考图1，示出了具有非侵入式分析物传感器5的非侵入式分析物传感器系统的实施例。传感器5相对于包含感兴趣的分析物9的目标7被描绘。在此示例中，所述传感器5被描绘为包括天线阵列，天线阵列包括发射天线/元件11(下文称为“发射天线11”)和接收天线/元件13(下文称为“接收天线13”)。所述传感器5还包括发射电路15、接收电路17和控制器19。如下文进一步讨论的，所述传感器5还可以包括电源，例如电池(图1中未示出)。在一些实施例中，可以从主电源提供电力，例如通过将所述传感器5经由与所述传感器5连接的电线插入壁式插座中。
所述发射天线11被定位、布置且配置以将作为电磁谱的射频(RF)或微波范围的信号21发射到所述目标7中。所述发射天线11可以是射频或微波范围内的电磁信号的电极或任何其他合适的发射器。所述发射天线11可以具有足以允许相对于所述目标7进行分析物感测的任何布置和方向。在一个非限制性实施例中，所述发射天线11可以被布置成面向实质上朝向所述目标7的方向。
由所述发射天线11发射的所述信号21由可电连接到所述发射天线11的所述发射电路15产生。所述发射电路15可以具有适于生成要由所述发射天线11发射的一发射信号的任何配置。用于产生射频或微波频率范围内的发射信号的发射电路在本领域中是众所周知的。在一个实施例中，所述发射电路15可以包括，例如与电源、频率发生器和可选的滤波器、放大器或用于产生射频或微波频率电磁信号的电路的任何其他合适元件的连接。在一个实施例中，由所述发射电路15产生的信号可以具有至少两个离散频率(即多个离散频率)，每个频率在从大约10kHz到大约100GHz的范围内。在另一个实施例中，至少两个离散频率中的每一个可以在从约300MHz到约6000MHz的范围内。在一个实施例中，所述发射电路15可以配置以扫过在约10kHz到约100GHz范围内的频率范围，或者在另一个实施例中，在约300MHz到约6000MHz的范围内。在一个实施例中，所述发射电路15可以配置以产生复发射信号，复信号包括多个信号分量，每个信号分量具有不同的频率。可以通过将多个信号混合或复用在一起，来生成复信号，接着发射复信号，由此同时发射多个频率。
所述接收天线13被定位、布置且配置以检测一个或多个电磁响应信号23，所述电磁响应信号23由所述发射天线11将所述发射信号21发射到所述目标7中并撞击分析物9而产生。所述接收天线13可以是射频或微波范围内的电磁信号的电极或任何其他合适的接收器。在一个实施例中，所述接收天线13配置以检测具有至少两个频率的电磁信号，每个频率在从大约10kHz到大约100GHz的范围内，或者在另一个实施例中，从大约300MHz到大约6000MHz的范围内。所述接收天线13可具有任何布置和方向，以足以允许检测响应信号23相对于目标7进行分析物感测。在一个非限制性实施例中，所述接收天线13可以被布置成面向实质上朝向所述目标7的方向。
所述接收电路17可电连接到所述接收天线13并将接收到的来自接收天线13的响应传送到控制器19。所述接收电路17可以具有适合与所述接收天线13接口的任何配置，以将所述接收天线13检测到的电磁能转换成一个或多个反映响应信号23的信号。接收电路的结构在本领域中是众所周知的。所述接收电路17可配置以在将信号提供给控制器19之前调节信号，例如通过放大信号、过滤信号等。因此，所述接收电路17可以包括滤波器、放大器或用于调节提供给所述控制器19的信号的任何其他合适的组件。在一个实施例中，所述接收电路17或所述控制器19中的至少一个可以被配置为将由所述接收天线13检测到的复信号分解(decompose)或解复用(demultiplex)，包括将各自具有不同频率的多个信号分量分成每个组成信号分量。在一个实施例中，分解复信号可包括对检测到的复信号进行傅里叶变换。然而，对接收到的复信号进行分解或解复用是可选的。相反地，在一个实施例中，可将所述接收天线所检测到的复信号作为一个整体进行分析(即无需解复用复合信号)来检测分析物，只要检测到的信号提供足以进行分析物检测的信息。
所述控制器19控制所述传感器5的操作。例如，所述控制器19可引导所述发射电路15生成要由所述发射天线11发射的发射信号。所述控制器19还接收来自所述接收电路17的信号。所述控制器19可选地处理来自所述接收电路17的信号，以检测所述目标7中的分析物9。在一个实施例中，所述控制器19可选地与诸如用户设备和/或远程服务器27的至少一个外部设备25通信，例如通过诸如蓝牙的一个或多个无线连接、诸如4G、5G、LTE、或Wi-Fi等的无线数据连接。如果提供的话，所述外部设备25和/或远程服务器27可以处理(或进一步处理)所述控制器19从接收自所述电路17的信号，以检测分析物9。如果提供的话，则所述外部设备25可用于提供所述传感器5和所述远程服务器27之间的通信，例如使用有线数据连接或经由所述外部设备25的无线数据连接或Wi Fi，来提供与所述远程服务器27的连接。
继续参考图1，所述传感器5可以包括限定出一内部空间31的传感器外壳29(以虚线示出)。所述传感器5的组件可以附接到和/或设置在所述外壳29内。例如，所述发射天线11和所述接收天线13附接到所述外壳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的内部空间31内。在一些实施例中，所述天线11、13可以附接到所述外壳29，但至少部分或完全位于内部空间31之外。在一些实施例中，所述发射电路15、所述接收电路17和所述控制器19附接到外壳29，且完全设置在传感器外壳29内。
所述接收天线13相对于所述发射天线11去耦或失谐，使得所述发射天线11和所述接收天线13之间的电磁耦合减少。所述发射天线11和所述接收天线13的去耦增加了由所述接收天线13检测到的作为来自所述目标7的响应信号23的信号部分，并使所述接收天线13对所述发射信号21的直接接收最小化。与具有耦合的发射和接收天线的天线系统相比，所述发射天线11和所述接收天线13的去耦，导致了从所述发射天线11到所述接收天线13的传输具有减小的前向增益(S21)和增加的输出反射(S22)。
在一个实施例中，所述发射天线11和所述接收天线13之间的耦合为95％或更小。在另一个实施例中，所述发射天线11和所述接收天线13之间的耦合为90％或更少。在另一个实施例中，所述发射天线11和所述接收天线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和所述接收天线13之间的耦合为75％或更少。
可以使用用于减少所述发射天线11和所述接收天线13之间的耦合的任何技术。例如，所述发射天线11和所述接收天线13之间的去耦，可以通过在所述发射天线11和所述接收天线13之间有意制造的一种或多种配置和/或布置来实现，使其足以使所述发射天线11和所述接收天线彼此去耦合。
例如，在下面进一步描述的一个实施例中，可以通过有意地将所述发射天线11和所述接收天线13配置为具有彼此不同的几何形状来实现所述发射天线11和所述接收天线13的去耦。有意不同(intentionally different)的几何形状是指发射和接收天线11、13的不同几何结构式有意的。有意的几何形状差异不同于发射和接收天线的几何形状差异，后者可能是偶然或无意发生的，例如由于制造错误或公差。
实现所述发射天线11和所述接收天线13的去耦的另一种技术是在每个天线11、13之间提供适当的间隔，所述间隔足以使天线11、13去耦并且迫使所述发射信号21的一部分电磁力线进入所述目标7，从而尽可能地减少或消除接收天线13直接从发射天线11直接接收的电磁能而不传播到所述目标7中。每个天线11、13之间的适当间距可以基于包括但不限于来自所述发射天线11的信号的输出功率、天线11、13的尺寸、传输的信号的频率、以及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接收天线13检测到的响应是测量分析物9，而不仅仅是从所述发射天线11直接流向接收天线13的发射信号21。在一些实施例中，天线11、13之间的适当间距可以与天线11、13的几何形状的有意差异一起使用以实现去耦。
在一个实施例中，由所述发射天线11发射的发射信号可以具有至少两个不同的频率，例如高达7至12个不同的离散频率。在另一个实施例中，发射信号可以是一系列离散的、单独的信号，每个单独的信号具有单个频率或多个不同的频率。
在一个实施例中，所述发射信号(或每个发射信号)可以在小于、等于或大于约300ms的发射时间上发射。在另一个实施例中，传输时间可以小于、等于或大于大约200ms。在又一个实施例中，传输时间可以小于、等于或大于约30ms。传输时间还可以具有以秒为单位测量的量级，例如1秒、5秒、10秒或更多。在一个实施例中，可以多次发送相同的发送信号，然后可以平均发送时间。在另一个实施例中，发射信号(或每个发射信号)可以以小于或等于约50％的占空比发射。
图2A-2C图示了可以在传感器系统5中使用的天线阵列33的示例以及所述天线阵列33可以如何被定向。所述天线阵列33的许多方向都是可能的，且可以使用任何方向，只要传感器5可以执行其感测分析物9的主要功能即可。
在图2A中，所述天线阵列33包括设置在基板35上的发射天线11和接收天线13，所述基板35实质上可以是平面的。此示例描绘了实质上布置在X-Y平面中的阵列33。在此示例中，天线11、13在X和Y轴方向上的尺寸可以被认为是横向尺寸，而天线11、13在Z轴方向上的尺寸可以被认为是厚度尺寸。在此示例中，天线11、13中的每一个具有至少一个横向尺寸(沿X轴方向和/或沿Y轴方向测量)，其大于其厚度尺寸(沿Z轴方向)。换言之，与在X轴方向和/或Y轴方向上测量的至少一个其他横向尺寸相比，发射天线11和接收天线13各自在Z轴方向上相对平坦或厚度相对较小。
在使用图2A中的实施例时，所述传感器和阵列33可以相对于所述目标7定位，使得所述目标7在Z轴方向上位于阵列33下方或在Z轴方向上位于阵列33上方，由此天线11、13的面会朝向所述目标7。或者，所述目标7可以定位在阵列33的X轴方向的左侧或右侧，从而天线11、13中的每一个的端部的其中一者会朝向所述目标7。或者，所述目标7可以定位在阵列33的Y轴方向的侧面，从而天线11、13中的每一个的侧面之朝向所述目标7。
除了所述天线阵列33之外，所述传感器5还可以设置有一个或多个附加天线阵列。例如，图2A还描绘了可选的第二天线阵列33a，其包括设置在基板35a上的发射天线11和接收天线13，所述基板35a实质上可以是平面的。与阵列33类似，阵列33a也可以基本上布置在X-Y平面中，其中阵列33、33a在X轴方向上彼此间隔开。
在图2B中，天线阵列33被描绘为基本上布置在Y-Z平面中。在此示例中，天线11、13在Y和Z轴方向上的尺寸可以被认为是横向尺寸，而天线11、13在X轴方向上的尺寸可以被认为是厚度尺寸。在此示例中，天线11、13中的每一个具有至少一个横向尺寸(在Y轴方向和/或Z轴方向上测量)大于其厚度尺寸(在X轴方向上)。换言之，与在Y轴方向和/或Z轴方向测量的至少一个其他横向尺寸相比，发射天线11和接收天线13各自在X轴方向上相对平坦或厚度相对较小。
在使用图2B中的实施例时，传感器和阵列33可以相对于所述目标7定位，使得所述目标7在Z轴方向上位于阵列33下方或在Z轴方向上位于阵列33上方，由此天线11、13中的每一个的端部的其中一者之朝向所述目标7。或者，所述目标7可以在X轴方向上位于阵列33的前面或后面，由此天线11、13中的每一个的面的其中一者朝向所述目标7。或者，所述目标7可以定位在阵列33在Y轴方向上的一侧，由此天线11、13中的每一个的一侧面向目标7。
在图2C中，天线阵列33被描绘为实质上布置在X-Z平面中。在此示例中，天线11、13在X和Z轴方向上的尺寸可以被视为是横向尺寸，而天线11、13在Y轴方向上的尺寸可以被视为是厚度尺寸。在此示例中，天线11、13中的每一个具有至少一个横向尺寸(在X轴方向和/或Z轴方向上测量)，其大于其厚度尺寸(在Y轴方向上)。换言之，与在X轴方向和/或Z轴方向测量的至少一个其他横向尺寸相比，发射天线11和接收天线13各自在Y轴方向上相对平坦或厚度相对较小。
在使用图2C中的实施例时，传感器和阵列33可以相对于所述目标7定位，使得所述目标7在Z轴方向上位于阵列33下方或在Z轴方向上位于阵列33上方，由此每个天线的一端之其中一者11、13面向所述目标7。或者，所述目标7可以定位在阵列33在X轴方向上的左侧或右侧，由此每个天线的一侧11、13的其中一者面向所述目标7。备选地，所述目标7可以在Y轴方向上定位在阵列33的前面或后面，由此每个天线11、13的一个面的其中一者面向目标7。
图2A-2C中的阵列33、33a不需要完全在诸如X-Y平面、Y-Z平面或X-Z平面的平面上定向。相反地，阵列33、33a可以与X-Y平面、Y-Z平面和X-Z平面呈一定角度设置。
使用天线几何形状的差异来去耦天线
如上所述，用于将所述发射天线11与所述接收天线13去耦的一种技术是有意地将所述发射天线11和所述接收天线13配置为具有刻意不同的几何形状。有意不同的几何形状是指有意的发送和接收天线11、13的几何配置的差异，并且不同于发送和接收天线的几何形状的差异11、13可能偶然或无意地发生，例如由于制造天线11、13时的制造误差或公差。
天线11、13的不同几何形状可以自行表现出来，且可以以多种不同方式被描述。例如，在天线11、13中的每一个的平面图中(例如在图3A-I中)，天线11、13的外围边缘的形状可以彼此不同。不同的几何形状可能导致天线11、13在平面图中具有不同的表面积。不同的几何形状可能导致天线11、13在平面图中具有不同的纵横比(即它们在不同维度上的大小比例；例如，如下文进一步详细讨论的，天线11的长度除以宽度的比值可以不同于天线13的长度除以宽度的比值)。在一些实施例中，不同的几何形状可以导致天线11、13具有平面图中的不同外围边缘形状、平面图中的不同表面积和/或不同纵横比的任意组合。在一些实施例中，天线11、13可以具有在外围边缘边界内形成在其中的一个或多个孔(参见图2B)，或者在外围边缘中形成一个或多个凹口(参见图2B)。
因此，如本文所使用的，天线11、13的几何中的差异或几何形状的差异是指当在平面视图中观察个别天线11、13时，在图形、长度、宽度、尺寸、形状、由一边界所封闭的区域(即该外围边缘)等中的任何有意的差异。
天线11、13可以具有任何配置，且可由允许它们执行本文所述的天线11、13的功能的任何合适的材料形成。在一个实施例中，天线11、13可以由条状材料形成。条状材料可以包括这样的配置，其中当在平面图中观察天线时，条状件的至少一个横向尺寸大于其厚度尺寸(换言之，当在图3A-I中的平面图中观察天线时，与至少一个其他横向尺寸，例如长度或宽度，相比，条带相对平坦或厚度相对较小)。条状材料可以包括一根线。天线11、13可以由任何合适的导电材料形成，包括金属和导电非金属材料。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个示例是掺杂有金属材料以使非金属材料导电的非金属材料。
在图2A-2C中，每个阵列33、33a内的天线11、13具有彼此不同的几何形状。此外，图3A-I说明了天线11、13的其他示例具有彼此不同的几何形状。图2A-2C和3A-I中的示例并未被穷举，并且可能有许多不同的配置。
首先参考图3A，示出了具有两个具有不同几何形状的天线的天线阵列的平面图。在此示例中(以及在图2A-2C和3B-3I中的示例)，为了方便描述这里的概念，一个天线被标记为发射天线11，而另一个天线被标记为接收天线13。然而，标记为发射天线11的天线可以是接收天线13，而标记为接收天线13的天线可以是发射天线11。天线11、13中的每一个设置在具有平坦表面37的基板35上。
天线11、13可以形成为表面37上的线性条带或迹线。在此示例中，天线11通常为U形且具有第一线性支脚40a、垂直于第一支脚40a延伸的第二线性支脚40b和平行于支脚40a延伸的第三线性支脚40c。同样地，天线13由平行于支脚40a、40c并在支脚40a、40c之间延伸的单一支脚形成。
在图3A中描绘的示例中，天线11、13中的每一个都具有大于其厚度尺寸的至少一个横向尺寸(在图3A中，观看图3A时，厚度尺寸将延伸到/从页面中延伸)。例如，天线11的支脚40a在一个方向(即，横向尺寸)上延伸的程度大于支脚40a伸入或伸出页面的厚度尺寸；天线11的支脚40b在一个方向(即，横向尺寸)上上延伸的程度大于支脚40b伸入或伸出页面的厚度尺寸。同样地，天线13在一个方向(即，横向尺寸)上延伸的程度大于天线13伸入或伸出页面的厚度尺寸。
天线11、13的几何形状也彼此不同，因为当在平面图中观察时，天线11的总线性长度(通过将支脚40a-c的各个长度L1、L2、L3相加来确定)大于在平面图中观察时天线13的长度L13。
图3B图示了具有两个具有不同几何形状的天线的天线阵列的另一个平面图。在此示例中，天线11、13被图示为实质上线性的带，每个具有横向长度L11,L13、横向宽度W11,W13和外围边缘E11,E13。外围边缘E11,E13围绕天线11、13的整个外围边缘延伸，且在平面图中限定了一个区域。在此示例中，当观看图3B时，横向长度L11,L13和/或横向宽度W11,W13大于延伸进/出页面中的天线11、13的厚度尺寸。在此示例中，天线11、13的几何形状彼此不同，因为天线11、13的端部的形状彼此不同。例如，当观看图3B时，天线11的右端42与天线13的右端44具有不同的形状。类似地，天线11的左端46可具有与右端42相似的形状，但不同于天线13的左端48，左端48可以具有与右端44相似的形状。天线11、13的横向长度L11,L13和/或横向宽度W11,W13也可以彼此不同。
图3C示出了具有两个具有不同几何形状的天线的天线阵列的另一个平面图，其有点类似于图3B。在此示例中，天线11、13被示为实质上线性的带，每个具有横向长度L11,L13,、横向宽度W11,W13和外围边缘E11,E13。外围边缘En、E13围绕天线11、13的整个外缘延伸，且在平面图中限定了一个区域。在此示例中，当观看图3C时，横向长度L11,L13和/或横向宽度W11,W13大于延伸进/出页面中的天线11、13的厚度尺寸。在此示例中，天线11、13的几何形状彼此不同，因为天线11、13的端部的形状彼此不同。例如，当观看图3C时，天线11的右端42具有与天线13的右端44不同的形状。类似地，天线11的左端46可以具有与右端42相似的形状，但不同于天线13的左端48，其中天线13的左端48可以具有与右端44相似的形状。此外，天线11、13的横向宽度W11,W13彼此不同。天线11、13的横向长度L11,L13也可彼此不同。
图3D示出了具有两个具有不同几何形状的天线的天线阵列的另一个平面图，其有点类似于图3B和3C。在此示例中，天线11、13被图示为实质上线性的带，每个具有横向长度L11,L13、横向宽度W11,W13和外围边缘E11,E13。外围边缘E11,E13延伸围绕天线11、13的整个外缘，且在平面图中限定了一个区域。在此示例中，当观看图3D时，横向长度L11,L13和/或横向宽度W11,W13大于延伸进/出页面中的天线11、13的厚度尺寸。在此示例中，天线11、13的几何形状彼此不同，因为天线11、13的端部的形状彼此不同。例如，当观看图3D时，天线11的右端42具有与天线13的右端44不同的形状。类似地，天线11的左端46可具有与右端42相似的形状，但不同于天线13的左端48，天线13的左端48可以具有与右端44相似的形状。此外，天线11、13的横向宽度W11,W13彼此不同。天线11、13的横向长度L11,L13也可彼此不同。
图3E图示了在基板上具有两个具有不同几何形状的天线的天线阵列的另一个平面图。在此示例中，天线11被图示为具有大致马蹄形的材料带，而天线13被图示为大致线性的材料条带。天线11、13的平面形状(即几何形状)彼此不同。此外，在平面图观看天线11的总长度(从一端到另一端测量)大于在平面图观看天线13的长度。
图3F示出了在基板上具有不同几何形状的两个天线的天线阵列的另一个平面图。在此示例中，天线11被示为形成直角的材料带，且天线13也被示为形成更大直角的材料带。天线11、13的平面形状(即几何形状)彼此不同，因为天线13的平面图中的总面积大于天线11的平面图中的总面积。此外，在平面图观看天线11的总长度(从一端到另一端测量)小于在平面图观看天线13的长度。
图3G示出了在基板上具有不同几何形状的两个天线的天线阵列的另一个平面图。在此示例中，天线11被图示为形成正方形的材料带，并且天线13被图示为形成矩形的材料带。天线11、13的平面形状(即几何形状)彼此不同。另外，在平面图观看天线11的宽度/长度中的至少一者小于在平面图观看天线13的俯视时的宽度/长度中的一者。
图3H示出了在基板上具有不同几何形状的两个天线的天线阵列的另一个平面图。在此示例中，天线11被示为当在平面图中观看时为圆形的材料带，且天线13也被示为当在平面图观看时为较小圆形的材料带，其中较小圆形的材料带由天线11所形成的圆形包围。由于圆的大小不同，天线11、13的平面形状(即，几何形状)彼此不同。
图3I示出了在基板上具有两个具有不同几何形状的天线的天线阵列的另一个平面图。在此示例中，天线11被图示为线性材料带，且天线13被图示为当在平面上观察时形成半圆形的材料带。由于天线11、13的不同形状/几何形状，天线11、13的平面形状(即几何形状)彼此不同。
图4A-D是发射和接收天线11、13的端部为了实现几何形状的差异可能必须具有的不同形状的附加示例的平面图。天线11、13的端部之一或两者可以具有图4A-D中的形状，包括在图3A-I的实施例中的形状。图4A将端部描绘为大致矩形。图4B将末端描绘为具有一个圆角，而另一个角保持直角。图4C将整个端部描绘为圆形或向外凸的。图4D将末端描绘为向内凹入。许多其他形状是可能的。
实现天线11、13去耦的另一种技术是利用每个天线11、13之间的适当间距，所述间距足以迫使发射天线11发射的大部分或所有信号进入所述目标，从而最小化接收天线13直接从发射天线11直接接收的电磁能。可以单独使用适当的间距来实现天线11、13的去耦。在另一个实施例中，可以一并使用适当的间距与天线11、13的几何形状的差异，来实现去耦。
参考图2A，在发射天线11和接收天线13之间所指示的位置处存在间距D。天线11、13之间的间距D可以在每个天线11、13的整个长度上(例如在X轴方向)上是恒定的，或者天线11、13之间的间距D可以变化。可以使用任何间距D，只要间距D足以导致由发射天线11发射的大部分或所有信号到达所述目标，且最小化接收天线13直接从发射天线11，从而使天线11、13彼此去耦。
参考图5，示出了传感器设备5的示例配置。在图5中，与图1中的元件相同或相似的元件使用相同的附图标记表示。在图5中，天线11、13设置在基板50的一个表面上，所述基板50可以是例如印刷电路板。至少一个电池52，例如可充电电池，设置在所述基板50上方，用于为传感器设备5供电。此外，提供了数字印刷电路板54，其上可以设置发射电路15、接收电路17和控制器19以及第二设备5的其他电子设备。所述基板50和所述数字印刷电路板54通过任何合适的电连接例如柔性连接器56电连接。射频屏蔽58可选地定位在天线11、13和电池52之间，或者天线11、13和所述数字印刷电路板54之间，以屏蔽电路和电子元件免受射频干扰。
如图5所示，传感器设备5的所有元件，包括天线11、13、发射电路15、接收电路17、控制器19、电池52等都完全包含在外壳29的内部空间31中。在替代实施例中，每个天线11、13的一部分或全部可以突出到外壳29的底壁60下方。在另一个实施例中，每个天线11、13的底部可以与底壁60齐平，或者它们可以从底壁60略为凹陷。
传感器设备5的外壳29可以具有人们发现适合在非侵入式传感器设备中采用的任何构造和尺寸。在一个实施例中，外壳29可具有不大于50mm的最大长度尺寸LH、不大于50mm的最大宽度尺寸WH和不大于25mm的最大厚度尺寸TH，总内部容积不超过约62.5cm3。
此外，继续参考图5及图3A-3I，在发射天线11和接收天线13之间优选地存在最大间距Dmax和最小间距Dmin。最大间距Dmax可以由外壳29的最大尺寸决定。在一个实施例中，最大间距Dmax可约50mm。在一个实施例中，最小间距Dmin可约从1.0mm到约5.0mm。
现在参考图6和图1，描述了用于检测目标中的至少一种分析物的方法70的一个实施例。图6中的方法可以使用本文描述的传感器设备5的任何实施例来实施。为了检测分析物，传感器设备5被放置在相对靠近目标的位置。相对接近意味着传感器设备5可以接近但不与所述目标直接物理接触，或者传感器设备5可以被放置为与所述目标直接、紧密地物理接触。传感器设备5和所述目标7之间的间距可以取决于许多因素，例如发射信号的功率。假设传感器设备5相对于所述目标7正确定位，在方块72，例如由发射电路15生成发射信号。然后将发射信号提供给发射天线11，发射天线11在方块74向所述目标发射所述发射信号并进入所述目标。在方块76，由接触分析物的发射信号产生的响应接着被所述接收天线13检测。所述接收电路17从所述接收天线13获得检测到的响应，并将检测到的响应提供给所述控制器19。在方块78，然后可以分析检测到的响应，以检测至少一种分析物。分析可以由所述控制器19和/或由所述外部设备25和/或由所述远程服务器27执行。
参考图7，方法70中的方块78中的分析可以采取多种形式。在一个实施例中，在方块80，分析可以简单地检测分析物的存在，即是所述目标中存在的分析物。或者，在方块82，分析可以确定存在的分析物的量。
所述发射信号和所述分析物之间的相互作用在一些情况下可以增加由接收天线检测到的信号的强度，并且在其他情况下可以降低接收天线检测到的信号强度降低接收天线检测到的信号强度。例如，在一个非限制性实施方案中，当分析检测到的响应时，所述目标中的化合物，包括正被检测的感兴趣的分析物，可以吸收一些发射信号，吸收根据发射频率而变化信号。由所述接收天线检测到的响应信号可以包括在所述目标中的化合物(例如分析物)吸收发射信号的频率的强度下降。吸收频率对不同的分析物是特定的。可以在与感兴趣的分析物相关联的频率分析由接收天线检测到的响应信号，以基于与分析物的吸收相对应的信号强度的下降来检测分析物，这种基于信号强度的下降是否是在与感兴趣的分析物的吸收相对应的频率下观察到。对于由分析物引起的信号强度的增加，可以采用类似的技术。
分析物存在的检测可以例如通过识别由所述接收天线在与分析物相关的已知频率处检测到的信号强度的变化来实现。取决于发射信号如何与分析物相互作用，所述变化可以是信号强度的降低或信号强度的增加。例如，可以通过测试已知含有分析物的溶液来建立与分析物相关的已知频率。例如，可以通过识别已知频率下信号变化的幅度来确定分析物的量，例如使用一个函数，其中输入变量是信号变化的幅度，输出变量是分析物的量。分析物的量的确定可进一步用于确定浓度，例如基于已知的所述目标质量或体积。在一个实施例中，分析物的存在和分析物量的确定都可以被确定，例如通过首先识别检测到的信号的变化以检测分析物的存在，然后处理检测到的信号，来识别变化的幅度来确定量。
图8-10是非侵入式分析物传感器系统100的附加实施例的示意图。图8-10中描绘的系统100包括至少两个或更多个天线、至少三个或更多个天线、或至少六个或更多个天线。然而，可以使用不同数量的天线。在每个实施例中，所述系统100被配置为使得天线阵列的一个或多个天线可以用作发射天线或用作接收天线。在图8-10中，相同的元件使用相同的参考数字表示。在一个实施例中，可以使用系统100来实施扫描例程(scan routine)，其中扫描例程包括多个扫描，其中每个扫描使用天线的不同组合来发射信号并检测响应。与图1-7中的先前描述的实施例一样，天线阵列可以是去耦天线阵列并且天线阵列的天线可以彼此去耦。然而，在一些实施例中，所述系统100的天线可以不彼此去耦。在一个实施例中，图8-10中的阵列中使用的天线可以具有彼此不同的几何形状。
在图8的实施例中，所述系统100的天线阵列具有两个天线102a、102b，每个天线102a、102b可以设置在一个基板106上或设置在分开的基板上。天线102a、102b可以具有与以上关于图1-7描述的构造相似的构造。天线102a、102b具有彼此不同的几何形状，并且天线102a、102b彼此去耦。开关108a、108b电连接到每个天线102a、102b，且一个或多个发射和接收开关控制器110可以电连接每个开关108a、108b。开关108a、108b可以具有适合于执行开关108a、108b的功能的任何机械和/或电气构造，例如将一个或多个发射信号引导至相应的天线102a、102b或接收由天线102a、102b中的另一个检测到的响应。图8将开关108a、108b图示为单刀双掷(single pole,double throw)开关，但也可以使用其他开关结构。
开关控制器110可以具有适合于执行所述开关控制器110的功能的任何机械和/或电气构造，包括控制发射电路112到天线102a、102b中的任一个的电连接，以引导生成的发射信号到期望的天线102a、102b，以充当发射天线并且控制接收电路114到天线102a、102b的其中之一的电连接，以充当接收天线。所述开关控制器110可以被认为具有适合于控制发射功能的发射侧，例如通过适当地控制任一个开关108a、108b的位置，以连接到适当的天线102a、102b，和将发射电路112产生的发射信号引导到适当的天线102a、102b。开关控制器110也可以被认为具有适于控制接收功能的接收侧，例如通过适当地控制任一个开关108a、108b中的位置以连接到适当的天线102a、102b，用于接收响应并将响应导向接收电路114。开关控制器110可以具有与其集成或适当地连接到其上的一个或多个控制器，用于管理和所述控制开关控制器110的控制功能。
所述开关控制器110的控制可替代地使用系统100的一个或多个其他控制器来实现，例如与所述发射电路112相关联的控制器、与所述接收电路114相关联的控制器、控制器系统100的主控制器116，或一个或多个其他控制器。
所述发射电路112和所述接收电路114各自电连接到所述开关控制器110。所述发射电路112在功能上类似于上述所述发射电路15，因为所述发射电路112配置以产生至少一个在电磁谱的无线电或微波频率范围内的发射信号，例如约10kHz至约100GHz，以通过任一方式发射到包含至少一个感兴趣的分析物的目标中天线102a、102b之其中一者，用作由开关控制器110确定的发射电路。此外，所述接收电路114在功能上与上述所述接收电路17的相似之处在于，所述接收电路114被配置为接收由充当接收天线的任一个天线102a、102b所检测到的响应，其中所述响应由将至少一个发射信号发射到目标中产生。所述主控制器116连接到所述发射电路112，以控制所述发射电路112产生发射信号。控制器116(或单独的控制器)也连接到所述接收电路114，且在功能上类似于上述控制器19，例如将接收天线检测到的响应存储在合适的存储/存储器中和/或分析响应。
在图8中，元件108a、108b、110、112、114和116中的一个或多个可在功能上和/或机械上组合在一起，而不是单独的元件。此外，发送和接收开关控制器110可以物理上分离成与接收开关控制器分离的发送开关控制器，如下面关于图9和10所描述的。此外，元件108a、108b、110、112、114和116中的一个或多个之间的通信可以通过有线连接和/或通过无线连接来实现。此外，开关108a、108b和所述开关控制器110的操作位置可以使用任何合适的手段来控制，例如软件和/或硬件，以确保在任何时刻，所述开关控制器110没有同时连接到同一个开关108a、108b。此外，在实施对于如下所述的扫描例程，可以使用合适的技术，例如使用时间戳来区分和/或识别每次扫描的结果，以及指示进行每次扫描的频率。
图8中的构造使得可以实施扫描例程，其中所述扫描例程包括多个扫描。在所述扫描例程的一次扫描中，天线102a可以用作发射天线，而天线102b用作接收天线。在另一扫描中，天线102b可用作发射天线，而天线102a可用作接收天线。然后，可分析两次扫描的结果以确定分析物，例如上述，并且选择性地确定存在的分析物的量。
图9示出了系统100的另一个实施例，其功能类似于图8的系统100。在图9的实施例中，系统100的天线阵列具有三个天线102a、102b、102c，每个天线设置在基板106上。所述系统还包括三个开关108a、108b、108c中、接收开关控制器110a及与接收开关控制器110a分开的发射开关控制器110b。
在图9的实施例中，扫描例程的扫描次数大于图8中的扫描次数。下表(表1)列出了所述扫描例程的一部分，显示了使用可以实现的不同天线组合的一些扫描。所述扫描例程可以包括更多或更少数量的扫描，且可以实施使用不同天线组合的其他扫描。接着可以分析扫描的结果以确定分析物，例如上述，且可选择地确定存在的分析物的量。
表1
<u>扫描#</u> <u>发射天线Tx</u> <u>接收天线Rx</u>
1 102a 102b
2 102a 102c
3 102b 102a
4 102b 102c
5 102c 102a
6 102c 102b
7 102a+102b 102c
8 102a 102b+102c
9 102b+102c 102a
等等 等等 等等
如表1所示，单次扫描可以使用一个天线作为发射天线和一个天线作为接收天线，或者使用两个天线作为发射天线和一个天线作为接收天线，或者使用一个天线作为发射天线和两个天线作为接收天线。在一些实施例中，也有可能在单次扫描中，天线既可用作发射天线又可用作接收天线。
图10示出了系统100的又一实施例，其功能类似于图8和图9中的系统100。在图10的实施例中，所述系统100的天线阵列具有六个天线102a-f以及六个开关108a-f，其中每个天线102a-f设置在基板106上。在一个实施例中，由六个天线102a-f形成的天线阵列可以具有尺寸E10 x F10，其不超过30.0mm×30.0mm。由于与图8和图9中的天线比图10中的天线数量更多，图10中的所述系统100允许使用更多数量的天线组合使用更多数量的扫描来实施扫描例程。下表2列出了扫描例程的一部分，显示了使用可以实现的不同天线组合的一些扫描。扫描例程可以包括更多或更少数量的扫描，且可以实施使用不同天线组合的其他扫描。接者，可以分析扫描的结果以确定分析物，例如上述，且可选择地确定存在的分析物的量。
表2
<u>扫描#</u> <u>发射天线Tx</u> <u>接收天线Rx</u>
1 102a 102b
2 102b 102c
3 102b 102d
4 102c 102f
5 102e 102a
6 102f 102b
7 102a+102b 102c
8 102a+102b 102c+102d
9 102a+102c 102f
10 102a+102c 102b+102d
11 102b 102a+102f
等等 等等 等等
如表2所示，单次扫描可以使用一个天线作为发射天线和一个天线作为接收天线，使用两个或多个天线作为发射天线和一个天线作为接收天线，使用一个天线作为发射天线和两个或多个天线作为接收天线，使用两个或多个天线作为发射天线，两个或多个天线作为接收天线等。在一些实施例中，也有可能在单次扫描中，天线既可用作发射天线又可用作接收天线。
图8-10的系统100可以用于分析物的非侵入式检测。例如，在系统100中，在具有至少两个天线的天线阵列中，所述发射电路112可以选择性地连接到天线阵列的至少两个天线中的任何一个或多个，例如使用开关控制器110,110a。使用所述发射电路112产生至少一个发射信号，其中至少一个发射信号具有至少两个不同的频率，每个不同的频率在电磁谱的无线电或微波频率范围内。使用连接到所述发射电路112的至少两个天线中的一个或多个，将至少一个发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中。此外，所述接收电路114选择性地连接到天线阵列的至少两个天线中的不同的一个或多个。然后使用所述接收电路和天线阵列的至少两个天线中的不同的一个或多个天线来检测一响应，所述响应是由将至少一个发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中所产生。
在图8-10的系统100中的任一个的操作中，可以使用天线阵列来实施扫描例程。在第一扫描中，两个或多个天线的第一组合用于将在电磁谱的无线电或微波频率范围内的第一发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的目标中，并用于检测由将所述第一发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的所述目标中所产生的响应。在第二扫描中，与所述第一组合不同的两个或多个天线的第二组合用于将在电磁谱的无线电或微波频率范围内的第二发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物，并用于检测由将所述第二发射信号发射到包含至少一感兴趣的分析物的所述目标中所产生的响应。根据阵列中天线的数量，所述扫描例程可以包括使用两个或多个天线的附加组合来发射所述发射信号以及检测响应的附加扫描。
如WO2019/217461中所述，可以在频率范围内的多个离散频率处实施扫描例程，其全部内容通过引用的方式并入本文。在扫描例程中，对于在每个频率的每次扫描，发射信号可以由用作发射天线的任何天线发射，且可在用作接收天线的天线处多次(例如20次)检测到响应。接着，可以对检测到的响应进行平均以获得S21值。
可以如上所述检测分析物。在一个实施例中，可以在扫描例程的各种扫描的选定频率处使用最小/最大减法方法。在另一个实施例中，可以使用作为接收天线的天线在选定频率处接收到的功率之间的差异。例如，图11说明了一个示例，其中天线(A3)用作发射天线Tx，天线(A1和A2)用作接收天线Rx。图示了感兴趣的频率范围上的基线响应谱，并且还描绘了由天线(A1，A2)检测到的响应谱。基线响应谱和检测到的响应谱之间的谱变化在接收天线(A1，A2)之间是不同的。在特定频率F1、F2、F3等处，可以计算与分析物浓度相关的信号(由垂直线表示检测到的响应谱的两个dB值之间的差异)。
如上所述，需要分析由传感器5获得的数据。所述分析可以在所述传感器5上或在与所述传感器5分离的一个或多个设备或系统上进行。除非申请人另有说明，否则术语设备或系统旨在广义地解释为包括可分析由所述传感器5获得的数据的任何类型的设备或系统。可用于分析数据的设备或系统的示例包括但不限于:基于硬件的计算设备或系统；基于云的计算设备或系统；机器学习设备或系统，包括主动学习设备或系统；基于人工智能的设备或系统；基于神经网络的设备或系统；其组合；以及适用于分析数据的任何其他类型的设备和系统。
然后，生成由分析产生或基于分析的一个或多个输出信号。在一些实施例中，输出信号由分析数据的设备或系统生成。所述输出信号被引导到一个或多个其他设备或系统，其基于所述输出信号执行动作。在一个实施例中，所述输出信号被引导到一个或多个通知设备(下文进一步讨论)，其生成至少一个人类可感知的通知，例如以向患者和/或患者的护理人员提供可感知的信号或警报。在本实施例中，所述输出信号可称为通知信号。在另一个实施例中，所述输出信号可以被引导到一个或多个其他机器或系统，例如医疗设备，例如胰岛素泵，其修改其他机器的操作或系统。在一个实施例中，所述输出信号或单独的输出信号可以被引导到一个或多个通知设备和一个或多个其他机器或系统两者。在一个实施例中，所述输出信号可以存储在合适的数据存储器中，与发送到一个或多个通知设备和/或一个或多个其他设备或系统分开或附加于发送到一个或多个通知设备和/或一个或多个其他设备或系统。
图12图示了输出信号生成的一个非限制性示例。在此示例中，所述输出信号被发送到包括在系统100中的通知设备130，以生成由分析产生的至少一个人类可感知的通知。所述通知设备130可直接或间接地连接到系统100。例如，在一个实施例中，所述通知设备130可以结合在传感器5上，以直接向使用或佩戴设备5的人提供至少一个人类可感知的通知。在另一个实施例中，所述通知设备130可以并入到与设备5物理分离的设备132中，包括但不限于移动电话(又名手机、智能手机)；平板电脑；笔记本电脑；个人电脑；可穿戴设备，例如手表或头戴式设备或衣服；视频游戏机；椅子等家具；车辆，例如轿车、汽车或卡车；电灯泡；智能家电，如智能冰箱；以及与这些设备类似的特定用途设备，这些设备专门设计用于与传感器5一起工作。所述通知设备130所产生的至少一种人类可感知通知可以是可听声音通知、视觉通知、触觉通知或嗅觉通知中的一种或多种。所述通知设备130的操作可以由分析产生的通知或输出信号触发。所述通知信号可以由设备5生成，例如由其主控制器生成，或者由如上所述的在从设备5接收数据后执行分析的单独设备或系统生成。
在图8-10中的每个实施例中，系统100可以像在图1和图5的实施例一样使用，其中系统包括传感器外壳29，天线阵列连接到传感器外壳，所述发射电路112设置在所述传感器外壳中，所述接收电路114设置在传感器外壳中，且设置在所述传感器外壳中的电池52为包括开关控制器110、110a、110b、所述发射电路112、所述接收电路114和所述控制器116的组件提供电力。
图13-19是天线阵列和天线配置和形状的附加示例的俯视图，其可以用于本文所述的任何实施例中，包括图10中的系统100。在图13-19中的每个实施例中，每个阵列的天线具有彼此不同的几何形状，且天线彼此去耦合。
图13-16中的实施例各自描绘了具有六个天线120a-f的去耦天线阵列。然而，每个天线阵列可以使用更少或更多数量的天线。在迄今为止进行的测试中，申请人已经确定，与图14-16中的天线阵列相比，图10中描绘的天线阵列和图13中描绘的天线实现了最佳结果。
图17描绘了具有六个初级或更大天线120a-f以及布置在较大天线120a-f的每一侧的多个较小点天线122的去耦天线阵列的另一个实施例。所数点天线122的使用增加了可以位于阵列中的天线的数量，从而增加了可以在使用图17中的天线阵列的扫描例程中使用的扫描和天线组合的数量。
图18描绘了具有三个天线124a-c的去耦天线阵列的另一个实施例。一个或多个天线124a-c在其中形成有多个孔126，这有助于改变天线124a-c的几何形状。
图19描绘了具有五个天线128a-e和用于连接到每个天线128a-e的天线端口130a-e的去耦天线阵列的另一个实施例。
图20、21A和21B示意性地描绘了形成非侵入式分析物传感器系统的另一个实施例的一部分的非侵入式分析物传感器150的另一个示例。非侵入式分析物传感器150使用具有选定的电磁频率的光波形式的电磁能，来执行本文所述的非侵入式分析物传感。传感器150包括外壳152和传感器阵列，该传感器阵列包括多个检测器元件154，每个检测器元件154可以光的形式发射电磁能，且可用作光检测器(或光电检测器)。所示示例将阵列描绘为具有排列成3x4或4x3阵列的总共十二个检测器元件154。然而，可以在阵列中提供更多或更少数量的所述检测器元件154。此外，阵列可以具有其他布置，包括布置成圆形阵列。发射的光穿透所述目标并从分析物反射，至少一个检测器元件检测反射光。
参考图21A和21B，一些或所有检测器元件154可与外壳152的表面156齐平，使得每个检测器元件154发射的光可从传感器150传输，且每个检测器元件154可以检测返回光。在另一个实施例中，一些或所有检测器元件154可以凹入外壳152内，但是来自每个检测器元件154的光被适当地引导到外部，且返回光被适当地引导到检测器元件154。在又一个实施例中，一些或所有检测器元件154可以从外壳152(部分地或完全地)突出。
检测器元件154以检测器元件154中的任何一个或多个可发射光，且检测器元件154中的任何一个或多个可用作光检测器的方式来控制。在一个实施例中，检测器元件154可以是发光二极管，且包括发光二极管的阵列可以被称为发光二极管阵列。可选择性地控制发光的发光二极管(即光电发射器)或检测光(即光电检测器)是已知的。参见Stojanovic等人，基于发光二极管的光学传感方法(An optical sensing approach based on lightemitting diodes)，物理学杂志：会议系列76(2007年)；Rossiter等人，使用在光电发射器和光电检测器模式下运行的发光二极管矩阵的新型触觉传感器(A novel tactile sensorusing a matrix of LEDs operating in both photoemitter and photodetectormodes)，第四届IEEE国际传感器会议标准期刊(IEEE传感器2005)。另见美国专利4202000，其全部内容通过引用的方式并入本文。
优选地，使用的发光二极管允许发射至少两种不同波长的光(换言之，一个发光二极管发射具有第一波长的光，而第二发光二极管发射具有第二波长的光，其中第二波长不同于第一波长)。在另一个实施例中，各种发光二极管可以发射至少三种或更多种不同波长的光。在一个实施例中，每个发光二极管可以发射不同波长的光。在一个实施例中，两个或更多个发光二极管可以发射相同波长的光。发光二极管可以发射人类可见光谱中的波长(即约380nm至约760nm)，包括但不限于在视觉上被感知为蓝光、红光、绿光、白光、橙光、黄光和其他颜色的波长，以及发出不在人类可见光谱中的波长，包括但不限于红外波长和紫外波长。也可以使用可见和不可见光谱中波长的组合。传感器150发射的光波以类似于图1-19中的传感器发射的射频波的方式起作用，因为两者都是电磁波。例如，参考图21A，光波158穿透到目标中并从目标中的分析物反射，以形成被检测的返回光波160。
可以使用类似于图8-10中描述的控制系统的控制系统，来控制检测器元件154，包括图8-10中描述的开关、开关控制器、发射电路、接收电路和控制器。例如，图21A描绘了一个示例，其中左侧的检测器元件154a被控制为用作发射光波158的光电发射器，而右侧的检测器元件154b被控制为用作检测由光波158的传输产生的返回光波160的光电检测器。图21B描绘了一个示例，其中右侧的检测器元件154b被控制用作发射光波162的光电发射器，且中间的检测器元件154c被控制用作检测由光的传输产生的返回光波164的光电检测器。
可以利用传感器150在基于发光二极管的不同波长的电磁频率范围内的多个离散电磁频率下实施扫描例程。响应谱由用作光电检测器的每个检测器元件154检测，其中响应谱与特定分析物和分析物浓度相关。
在另一个实施例中，非侵入式传感器可以包括两个或更多个如本文所述的天线以及两个或更多个本文所述的发光二极管。天线和发光二极管可一起用于检测分析物。在另一个实施例中，天线可以用于执行初级检测，而发光二极管可以确认天线的初级检测。在另一个实施例中，发光二极管可用于执行初级检测，而天线可用于确认发光二极管的初级检测。
在本说明书中使用的术语旨在描述特定实施例并且不旨在进行限制。除非另有明确说明，否则术语“一”、“一个”和“所述”也包括复数形式。当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件。
在本申请中公开的示例在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是由前述描述指出；且在权利要求的等效含义和范围内的所有变化都旨在包含在其中。

Claims (19)

1.一种检测分析物的方法，其特征在于：所述方法包括：
使用电连接到一发射电路和电连接到一接收电路的一检测器阵列，实施一扫描例程，所述检测器阵列具有至少三个检测器元件；
所述扫描例程包括：
在第一扫描中，使用所述至少三个检测器元件中的两个或更多个的第一组合，将处于无线电或微波频率或电磁谱的可见范围内的第一发射信号发射到包含至少一个感兴趣的分析物的目标中，并检测将所述第一发射信号发射到包含所述至少一个感兴趣的分析物的所述目标中所产生的响应；和
在第二扫描中，使用与所述第一组合不同的至少三个检测器元件中的两个或更多个的第二组合，将在无线电或微波频率或电磁谱的可见范围内的第二发射信号发射到包含所述至少一个感兴趣的分析物的所述目标中，并检测由所述第二发射信号发射到包含所述至少一个感兴趣的分析物的所述目标中所产生的响应。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括分析每一个所述第一扫描和所述第二扫描中检测到的响应，以检测所述至少一个感兴趣的分析物。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：检测所述至少一个感兴趣的分析物包括确定所述至少一个感兴趣的分析物的量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少一个感兴趣的分析物包括血糖、血液酒精、白细胞或促黄体激素。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少三个检测器元件包括至少三个天线，且所述第一发射信号和所述第二发射信号各自处于电磁谱的无线电或微波频率范围内。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少三个检测元件包括至少三个发光二极管，所述第一发射信号和所述第二发射信号均在所述电磁谱的可见范围内。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述至少三个天线彼此去耦。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述至少三个天线具有彼此不同的几何形状。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述目标是人体组织、动物组织、植物组织、无生命物体、土壤、流体、遗传物质或微生物。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述至少三个发光二极管发射不同波长的光。
11.一种非侵入式检测分析物的方法，其特征在于：所述方法包括：
使用电连接到一发射电路和电连接到一接收电路的一检测器阵列，实施一扫描例程，所述检测器阵列具有至少三个元件，所述至少三个元件具有彼此不同的几何形状，且所述至少三个元件彼此去耦；
所述扫描例程包括：
进行多次扫描，每次扫描使用所述至少三个元件中的其中两个或更多个的不同组合，以将电磁谱的无线电或微波频率范围内的信号发送到包含至少一个感兴趣的分析物的目标中，并检测由信号发送到包含所述至少一个感兴趣的分析物的所述目标中所产生的多个响应。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述方法还包括分析每次扫描所检测到的响应，以检测所述至少一个感兴趣的分析物。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：检测所述至少一个感兴趣的分析物包括确定所述至少一个感兴趣的分析物的量。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述至少一个感兴趣的分析物包括血糖、血液酒精、白细胞或促黄体激素。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述目标是人体组织、动物组织、植物组织、无生命物体、土壤、流体、遗传物质或微生物。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
在所述多次扫描中的一次扫描中，将所述至少三个元件中的至少一个元件电连接到所述发射电路，以使用至少一个元件发射所述信号；及
在所述多次扫描的另一次扫描中，将至少一个元件电连接到所述接收电路，以使用至少一个元件来检测响应。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
在所述多次扫描中的一次扫描中，将所述至少三个元件中的至少一个元件电连接到所述发射电路，以使用至少一个元件发射所述信号；及
在所述多次扫描的另一次扫描中，将所述至少三个元件中的至少两个元件电连接到所述发射电路，以使用至少两个元件发射所述发射信号。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
在所述多次扫描中的一次扫描中，将所述至少三个元件中的至少一个元件电连接到所述接收电路，以使用至少一个元件来检测响应；及
在所述多次扫描的另一次扫描中，将所述至少三个元件中的至少两个元件电连接到所述接收电路，以使用至少两个元件来检测响应。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述检测器阵列具有至少四个元件，且还包括：在多次扫描中的一次扫描中，将至少四个元件中的至少两个元件电连接到所述发射电路，以使用至少两个元件发射信号，并将另外的至少两个元件电连接到所述接收电路，以使用附加的至少两个元件来检测响应。
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