ES2893005T3 - Un sistema de detección no invasivo - Google Patents

Abstract

Un sistema de detección no invasivo (1) para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, incluyendo dicho sistema: a. un medio de soporte (34) adaptado para colocarse cerca o contra una superficie del objeto, y b. una primera antena transmisora (2) montada sobre o dentro de los medios de soporte para transmitir señales de radiación electromagnética (3) al objeto, c. una segunda antena de recepción (5) montada sobre o dentro de los medios de soporte, y adyacente a la primera antena de transmisión, de manera que la primera antena de transmisión (2) y la segunda antena de recepción (5) no se superponen, para recibir al menos una porción de las señales de radiación electromagnética que se reflejan en la misma superficie del objeto cubierto por los medios de soporte, debido a que las señales de radiación electromagnética transmitidas han interactuado con la sustancia dentro del objeto que se está midiendo, y caracterizada por: d. el eje longitudinal de la primera antena transmisora es sustancialmente ortogonal al eje longitudinal de la segunda antena receptora, e. la primera antena y la segunda antena se encuentran sustancialmente en el mismo plano entre sí, y; f. el eje longitudinal central de la segunda antena receptora pasa sustancialmente a través del punto medio de la primera antena transmisora, o viceversa.

Description

DESCRIPCIÓN

Un sistema de detección no invasivo

Campo

Esta invención se refiere a un sistema de detección no invasivo.

La invención puede ser adecuada para su uso en la detección no invasiva de la presencia y/o la medición de la o las concentraciones de una sustancia o sustancias dentro de un objeto.

Más específicamente, la invención puede ser particularmente adecuada para su uso en la detección no invasiva de la presencia y/o la medición de la concentración de una sustancia en la sangre de un ser vivo, por ejemplo, metabolitos, lactato, uratos, azúcar (glucosa) en la sangre, agua, alcohol y drogas. Por lo tanto, solo por conveniencia, la invención se describirá predominantemente en relación con dicho uso.

Sin embargo, debe entenderse y apreciarse que la invención también puede tener otras aplicaciones y/o usos. Por lo tanto, la técnica anterior y las posibles aplicaciones de la invención, como se describe a continuación, se dan únicamente a modo de ejemplo.

Antecedentes

La diabetes mellitus, que se conoce más comúnmente como diabetes, es una enfermedad metabólica crónica caracterizada por niveles altos de azúcar (glucosa) en sangre durante un período de tiempo prolongado. También se puede describir como una condición en la que los niveles de glucosa en sangre de una persona no pueden ser regulados normalmente por el cuerpo de la persona solo. La diabetes es una condición incurable (excepto en situaciones muy específicas).

Hay tres tipos principales de diabetes, a saber, diabetes tipo 1, diabetes tipo 2 y diabetes gestacional.

La diabetes tipo 1 es causada por la incapacidad del páncreas para producir suficiente insulina.

La diabetes tipo 2 es una condición que es causada principalmente por las células de una persona que no responden adecuadamente a la insulina (y es principalmente, pero no exclusivamente, causada en una persona que tiene un exceso de peso corporal y/o una dieta deficiente y/o no hace suficiente ejercicio).

La diabetes gestacional ocurre en mujeres embarazadas que no han tenido antecedentes de diabetes.

En términos generales, si una persona se somete a un análisis de sangre en ayunas y registra un nivel de glucosa en sangre por debajo de 5,5 mmol/l, no tiene diabetes. Si registran un nivel entre 5,5 mmol/l - 6,9 mmol/l, se puede decir que tienen alteración de la glucosa en ayunas, un tipo de prediabetes, que aumenta el riesgo de desarrollar diabetes tipo 2. Un nivel superior a 6,9 mmol/l generalmente significa que la persona tiene diabetes.

Además, si una persona se sometió a una prueba de glucosa en sangre programada al azar (en lugar de una prueba de sangre en ayunas), un nivel de glucosa en sangre superior a 11,1 mmol/l generalmente significará que la persona tiene diabetes.

A partir de 2015, se estima que 400 millones de personas en todo el mundo padecen diabetes, y aproximadamente el 90 % de los casos son diabetes tipo 2. Por lo tanto, esta enfermedad es una carga de salud significativa en prácticamente todos los países y también provoca un número significativo de muertes cada año.

Los principales procedimientos de tratamiento para la diabetes incluyen la regulación dietética (para optimizar los niveles de glucosa en sangre), inyecciones de insulina y medicamentos orales.

El control o manejo de los niveles de glucosa en sangre requiere que un diabético se autocontrole o mida regularmente sus niveles de glucosa en sangre y (si se considera necesario) se administre una cantidad adecuada de insulina (o posiblemente consuma un tipo apropiado de comida/bebida). para ayudar a restablecer el equilibrio si es necesario). La mayoría de las personas con diabetes tipo 2 miden sus niveles de glucosa en sangre al menos una vez al día. Sin embargo, las personas que usan insulina para tratar la enfermedad (todos los diabéticos tipo 1 y muchos diabéticos tipo 2) generalmente miden sus niveles de glucosa en sangre con más frecuencia, generalmente entre dos y diez veces al día. Las pruebas más regulares se realizan principalmente para determinar si se puede requerir una dosis de insulina o cuándo, y/o para probar la eficacia de cualquier dosis de insulina anterior.

Para un diabético existente, el procedimiento más común para medir los niveles de glucosa en sangre es mediante lo que se conoce como prueba de punción digital. Este es un procedimiento invasivo en el que una persona se pincha el dedo y se aplica una gota de la sangre resultante a un medidor de glucosa, que es un dispositivo médico capaz de determinar la concentración de los niveles de glucosa en sangre a partir de una gota de sangre.

Sin embargo, hay una serie de desventajas o inconvenientes asociados con la prueba de punción digital y el uso de medidores de glucosa.

En primer lugar, muchas personas son reacias al leve dolor que conlleva y/o la visión de sangre.

En segundo lugar, dada la naturaleza invasiva del procedimiento, siempre existe el riesgo de infección.

En tercer lugar, la prueba de punción digital no siempre es precisa o consistente, ya que las mediciones pueden ser hasta un 15 % diferentes de las reales (o en comparación con las pruebas de laboratorio más precisas).

En cuarto lugar, algunas personas padecen lo que se conoce como "dedos frágiles", y esto puede dificultar su capacidad (o deseo) de medir sus niveles de glucosa en sangre con la frecuencia necesaria.

Finalmente, a largo plazo, la naturaleza invasiva de la prueba de punción digital puede resultar en daño al tejido del dedo y/o resultar en una sensación general y continua de malestar en los dedos.

Además, el medidor de glucosa solo mide los niveles de glucosa en sangre de la persona cada vez que la persona extrae sangre pinchándose el dedo. Es decir, la prueba de punción digital no permite a la persona controlar continuamente sus niveles de glucosa en sangre, a lo largo del tiempo. Por lo tanto, la persona no puede obtener un conocimiento más completo de sus niveles o patrones de glucosa en sangre a lo largo del tiempo (especialmente cuando duerme). Además, cualquier aparición de hiperglucemia o hipoglucemia (y/o posibles causas de las mismas), entre cada prueba de punción digital discreta, tampoco puede ser anotada o registrada.

Como resultado de las desventajas o inconvenientes anteriores, sería ventajoso que estuviera disponible un sistema no invasivo para medir los niveles de glucosa en sangre, y preferiblemente con una opción para la monitorización continua (o más regular).

Actualmente existe un gran interés en ser el primero en desarrollar un sistema rentable, preciso y práctico para la medición no invasiva (y preferiblemente indolora) de los niveles de glucosa en sangre. Hasta la fecha, ningún sistema de este tipo está disponible comercialmente.

Una revisión bastante reciente de las diferentes tecnologías de control de glucosa en sangre no invasivas que se están estudiando y/o investigando actualmente se puede encontrar en la publicación de dispositivos médicos Med. Devices (Auckl) 2012; 5: 45-52.

El documento US 2012/0130212 Pluta et al. describe un sistema para medir de forma no invasiva los metabolitos sanguíneos de un paciente midiendo repetidamente una pluralidad de lecturas de impedancia electromagnética tanto de la capa de la epidermis como de la capa de la dermis del paciente, hasta que una diferencia entre las lecturas exceda un cierto umbral. Se calcula un valor de impedancia que representa la diferencia usando un modelo de circuito equivalente y "datos de factor de ajuste individual" representativo de una característica fisiológica del paciente. Posteriormente, se determina un nivel de metabolitos en sangre del paciente a partir del valor de impedancia y un "algoritmo del nivel de metabolitos en sangre".

Sin embargo, un inconveniente o desventaja asociado con Pluta es que los "datos del factor de ajuste individual" y el "algoritmo del nivel de metabolitos en sangre" son específicos de un perfil de paciente en particular, o de un grupo de pacientes con un perfil similar. Por ejemplo, uno de esos perfiles de grupo puede ser: "Mujeres caucásicas entre las edades de 45-50 años, con un peso de 120-130 libras, con un 15-18 % de grasa corporal". Cuando un paciente cae dentro de este perfil, se puede determinar un nivel de glucosa en sangre utilizando un valor de impedancia que representa la diferencia entre las lecturas reales (epidermis y dermis) y un algoritmo de glucosa adaptado al perfil de ese paciente. Pluta también describe una realización preferida en la que el algoritmo de glucosa se adapta a todos y cada uno de los pacientes. Por lo tanto, el sistema en Pluta es poco práctico o laborioso, ya que requiere que cada paciente se someta primero a una prueba previa del contenido de grasa, además de que se le pregunte sobre su edad y peso, antes de que el sistema pueda usarse para determinar la lectura de la glucosa en sangre específica de ese paciente.

Además, debido a que Pluta permite que existan intervalos en las pruebas previas (por ejemplo, el intervalo de 15­ 18 % de grasa corporal o 45-50 años de edad), la determinación final de los niveles de glucosa en sangre no siempre será precisa para cada paciente dentro de estos intervalos. Por ejemplo, una mujer de 45 años, con un peso de 120 libras y con un 15 % de grasa corporal, recibiría el mismo algoritmo de glucosa que una mujer de 50 años, con un peso de 130 libras y con un 18 % de grasa corporal. Dada la importancia de lecturas precisas de glucosa en sangre, esto es claramente insatisfactorio.

El documento US 2013/0225960 Porch describe un monitor de glucosa en sangre para la caracterización in vivo no invasiva de un nivel de glucosa en sangre en un organismo vivo. El monitor incluye un resonador de microondas (en realidad una cavidad resonante) que tiene una respuesta resonante a las microondas de entrada y está diseñado para que la respuesta experimente una perturbación por parte de un cuerpo vivo en la proximidad o en contacto con el resonador. El monitor también incluye medios de detección para detectar cambios en la respuesta resonante a partir de los cuales se puede determinar o caracterizar el nivel de glucosa en sangre.

Un posible inconveniente asociado con Porch es que el resonador de microondas tiene que construirse para seleccionar la o las frecuencias que se correlacionan con la diana y, por lo tanto, probablemente requeriría un resonador de diferencia para cada sustancia química diana.

El documento US 8882670 Hancock describe un aparato para la medición (mínimamente) no invasiva de constituyentes contenidos dentro de una estructura de tejido biológico (un ejemplo son los niveles de glucosa en sangre). Hancock incluye una fuente de energía de microondas, una primera antena acoplada a la fuente de energía de microondas para transmitir microondas a la estructura del tejido y una segunda antena dispuesta para recibir las microondas transmitidas después de que hayan atravesado la estructura del tejido. Hancock también incluye un procesador de señales para determinar la frecuencia resonante de las microondas recibidas y un procesador de datos dispuesto para proporcionar una salida de la concentración de constituyentes dentro de la estructura del tejido en función de la frecuencia resonante determinada.

Hancock tiene una desventaja similar a Pluta en que se deben realizar ciertas pruebas previas al individuo. Es decir, antes de poder realizar la medición de un individuo, es necesario conocer el grosor de la estructura del tejido. Es decir, dado que habrá una variación en el grosor de la estructura del tejido biológico entre individuos (y diferencias en la composición de la estructura del tejido, por ejemplo, el grosor de las capas de piel, músculo y grasa), la frecuencia de resonancia de la estructura del tejido para cualquier concentración de constituyente dada variará de un individuo a otro.

Una desventaja adicional asociada con Hancock es que las microondas tienen que pasar a través de un grosor significativo de tejido (por ejemplo, a través de un brazo o muñeca humanos completos) antes de que sean recibidas por la segunda antena. Además, las microondas deben atravesar varias capas de diferentes tipos de tejido (p. ej., piel, músculo y grasa). Dado que cada capa de tejido provoca sus propias interacciones únicas con las microondas (por ejemplo, en relación con la atenuación y la fase), el aparato tiene que desenvolver estos efectos. Esto sería imposible sin conocer el grosor de cada capa de tejido (y, por tanto, sin conocer la distancia que tienen que recorrer las microondas a través de cada capa de tejido).

El documento EP 1620002 Esenaliev describe un sistema no invasivo para determinar los niveles de glucosa en sangre en un paciente que incluye una sonda óptica con una punta diseñada para colocarse sobre una vena en la parte inferior de la lengua del paciente. La punta de la sonda incluye un puerto de excitación a través del cual una señal de entrada generada por un subsistema generador de señales incide en una superficie del tejido sobre la vena, y un puerto de respuesta a través del cual se recibe una señal de respuesta y se envía a un detector y analizador, que luego convierte la señal de respuesta en una concentración de un componente sanguíneo y/o un valor de un parámetro sanguíneo. Esenaliev requiere preferiblemente un campo magnético o eléctrico estático.

El documento US 2014/0213870 Hsu et al. describe un sensor de control de glucosa en sangre no invasivo para medir un valor numérico de la glucosa en sangre en un cuerpo humano mediante la colocación del sensor de glucosa en sangre no invasivo cerca del cuerpo humano. El sensor incluye un sustrato, una primera capa metálica formada en una superficie del sustrato y que incluye una antena de microbanda interna, y una segunda capa metálica formada en una superficie opuesta del sustrato. El sensor incluye además un conjunto de detección de glucosa en sangre conectado eléctricamente a la primera capa metálica y la segunda capa metálica y capaz de proporcionar una señal de RF, donde el conjunto de detección de glucosa en sangre enviaría la señal de RF a la primera capa metálica. Por tanto, se reivindica, la primera capa metálica produce una resonancia con la señal de RF y la glucosa en sangre en el cuerpo humano. El valor numérico de la glucosa en sangre es supuestamente calculado y mostrado por el conjunto de detección de glucosa en sangre. Frente al sustrato, se proporcionan un área superpuesta y un área no superpuesta entre la primera capa metálica y la segunda capa metálica para supuestamente mejorar el ancho de banda de la antena de microbanda y la sensibilidad de detección del conjunto de detección de glucosa en sangre.

El documento US 9.198.607 Fischer describe un brazalete que puede colocarse en el brazo de una persona. El brazalete incluye un dispositivo de detección para detectar un parámetro de imagen sanguínea de la sangre en un vaso sanguíneo del brazo y un dispositivo de ajuste para establecer una presión de contacto predeterminada del brazalete en el brazo. El dispositivo de detección comprende un transmisor configurado para transmitir una señal de onda al brazo de la persona y un receptor configurado para recibir la señal después de que haya pasado a través de un vaso sanguíneo. El dispositivo de ajuste está configurado de tal manera que puede ajustar la presión de contacto predeterminada o prescrita, al menos durante la detección del parámetro de imagen de sangre por el dispositivo de detección.

Fischer tiene una desventaja similar a la de Hancock en que la señal de onda transmitida tiene que atravesar un espesor significativo de tejido (por ejemplo, a través de un brazo humano completo) antes de que el receptor reciba la señal de onda. Fischer también requiere que se aplique presión en el brazo, a través del brazalete, y esto puede ser una experiencia incómoda para algunas personas.

El documento US 2010/0324398 Tzyy-Ping es una lectura difícil, pero parece describir un monitor de glucosa en sangre no invasivo que utiliza "datos de impedancia de RF" para determinar los niveles de glucosa en sangre.

Cooke, S. J., S. G. Hinch et al. (2006). "Mechanistic basis of individual mortality in pacific salmón during spawning migrations". Ecology 87 (6): 1575-1586.

El artículo anterior describe el uso de un Fat-o-Meter (medidor de grasa) Distell que usa un sensor de microbanda de microondas para medir el contenido de agua y luego se usa una calibración (para cada especie de pez) para estimar el contenido de grasa del pez. Entonces Grasa = factor x agua.

Sin embargo, los resultados, como se describe, parecen ser bastante poco fiables. Además, están midiendo solo un componente (agua) que tiene el mayor efecto, y las mediciones se realizan en la carne del pescado. Por inferencia, también están diciendo que no pueden medir un segundo componente (y solo un poco más sutil). El sistema es portátil y se opera manualmente.

Se conoce otra disposición de la técnica anterior a partir del documento US 2008/0319293, que comprende un sistema de análisis y escaneo de muestras.

Objeto

Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de detección no invasivo que de alguna manera aborde los problemas o dificultades mencionados anteriormente, o que al menos proporcione al público una opción útil. Definiciones

A lo largo de esta memoria descriptiva, a menos que el texto requiera lo contrario, se entenderá que la palabra "comprender" y variaciones tales como "comprende" o "comprendiendo" implican la inclusión de un número entero o etapa o grupo de números enteros o etapas pero no la exclusión de ningún número entero o etapa o grupo de números enteros o etapas.

Declaraciones de la invención

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, como se indica en la reivindicación 1.

Además, las características preferidas se presentan en las reivindicaciones dependientes.

Solo por conveniencia, la invención se describirá predominantemente en relación con la medición de la concentración de una sustancia dentro de un objeto, en lugar de simplemente detectar la sustancia. Sin embargo, se apreciará que si el sistema puede medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, entonces, por supuesto, también está detectando esa sustancia dentro del objeto. Por tanto, la invención, como se describe a continuación, se aplica a ambas realizaciones o usos de la invención.

El analizador puede incluir un generador de señales adaptado para facilitar la generación de las señales de radiación electromagnética transmitidas por la primera antena transmisora (en adelante: "primera antena").

Las señales de radiación electromagnética reflejadas recibidas (directa o indirectamente) por el analizador desde la segunda antena receptora (en adelante, "segunda antena") pueden ser analizadas por el analizador (o divididas en espectros o un archivo espectral) utilizando técnicas como los Parámetros S (S¹¹, S¹², S²¹, y/o S²²) y/o parámetros de la línea de transmisión (pérdida de potencia, ángulo de fase, RGLC) y/o parámetros dieléctricos (£r, £r', £r").

En una realización, el analizador puede ser un VNA (Vector NetWork Analiser - Analizador de redes vectoriales). Otros ejemplos de analizadores adecuados incluyen un medidor de relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR -Voltage Standing Wave Radio Meter) o un voltímetro vectorial.

El procesador de datos puede comprender o incluir uno o más programas de software y/o algoritmos y/o fórmulas para transformar los espectros o el archivo espectral recibido del analizador en una medición de la concentración de la sustancia dentro del objeto que se está midiendo.

Puede utilizarse cualquier medio de soporte adecuado, en función del uso previsto del sistema de detección.

Preferiblemente, los medios de soporte pueden tener la forma de, o incluir, una carcasa y/o un sustrato, sobre el (o dentro del) cual se pueden montar la primera antena y la segunda antena (y cualquier otro componente electrónico o componente). A lo largo de esta memoria descriptiva se describirán ejemplos de medios de soporte adecuados (y/o carcasas/sustratos).

Según otro aspecto, se proporciona un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, sustancialmente como se describió anteriormente, donde el sistema incluye además un módulo de control electrónico (ECM - Electronic Control Module) para controlar el funcionamiento general del sistema y/o el analizador y/o el procesador de datos.

El ECM puede ser un conjunto autónomo o puede comprender parte de otro componente del sistema, por ejemplo, el analizador o procesador de datos.

En una realización alternativa, el analizador de datos puede incluirse como parte del ECM.

En una realización, las señales de radiación electromagnética pueden incluir señales que están en el espectro de microondas.

En otra realización, las señales de radiación electromagnética pueden incluir señales que están en el espectro de ondas de radio.

También se prevé que se puedan utilizar otros tipos de señales electromagnéticas.

En una realización, las señales de radiación electromagnética pueden incluir señales de dos o más espectros. En una realización, las señales electromagnéticas se pueden transmitir de forma continua.

En otra realización, las señales electromagnéticas pueden transmitirse en pulsos o pitidos.

En una realización, la potencia de las señales de radiación electromagnética transmitidas puede estar por debajo de 500 mW, y preferiblemente por debajo de 50 mW.

Puede utilizarse cualquier tipo o forma de antena adecuada. Ejemplos de antenas adecuadas pueden incluir antenas SMD, antenas de alambre, antenas de onda progresiva, antenas reflectoras, antenas de microbanda, antenas logarítmicas periódicas y antenas de apertura.

El sistema incluye al menos una primera antena transmisora y al menos una segunda antena receptora.

Por ejemplo, puede haber dos antenas transmisoras y tres antenas receptoras; o cuatro antenas transmisoras y cuatro antenas receptoras; o una antena transmisora y dos antenas receptoras.

En otra realización, una pluralidad de primeras antenas pueden agruparse sustancialmente juntas como un primer conjunto de antena. Asimismo, una pluralidad de segundas antenas también pueden agruparse sustancialmente juntas como un segundo conjunto de antena. Tener una pluralidad de antenas transmisoras y receptoras dentro del primer conjunto de antena general y el segundo conjunto de antena puede ayudar a garantizar que siempre haya al menos una antena transmisora y al menos una antena receptora por encima de la sustancia que se mide dentro del objeto, por ejemplo arriba de una arteria/vena de un ser humano si la sustancia que se mide es un componente sanguíneo. Por lo tanto, se entenderá que el término "primera antena" como se usa en esta invención también incluye referencia a al menos una primera antena transmisora y/o un primer conjunto de antena, sustancialmente como se describió anteriormente.

Además, se entenderá que el término "segunda antena" como se usa en esta invención también incluye referencia a al menos una segunda antena receptora y/o un segundo conjunto de antena, sustancialmente como se describió anteriormente.

La primera antena y la segunda antena están ubicadas adyacentes entre sí en los medios de soporte.

En tal realización, se puede apreciar que las señales de radiación electromagnética reflejadas (recibidas por la segunda antena) se reciben sustancialmente en el mismo lugar y en el mismo lado de la superficie del objeto, donde las señales de radiación transmitidas se transmitieron originalmente en el objeto por la primera antena.

La distancia entre la primera antena y la segunda antena puede estar, por ejemplo, entre 0,01 mm y 10 cm, pero preferiblemente entre 0,5 mm y 10 mm.

Preferiblemente, la primera y/o segunda antenas pueden tener una forma sustancialmente rectangular.

El eje longitudinal de la primera antena es sustancialmente ortogonal al eje longitudinal de la segunda antena.

El eje longitudinal central de la segunda antena pasa sustancialmente a través del punto medio (es decir, el centro o región central) de la primera antena transmisora, o viceversa.

En una realización, la primera antena y la segunda antena pueden estar integradas dentro y encerradas por los medios de soporte.

En otra realización, la primera antena y la segunda antena pueden estar en la superficie de, y/o sobresalir de, los medios de soporte por lo que, en uso, la primera antena y la segunda antena pueden estar en contacto directo con la superficie del objeto.

En una realización de este tipo, pero cuando se usa alternativamente, un lado del medio de soporte puede estar en contacto directo con la superficie del objeto, con la primera antena y la segunda antena descansando o sobresaliendo del lado opuesto del medio de soporte.

En otra realización, y en uso, los medios de soporte y/o la primera y la segunda antena pueden adaptarse para sostenerse justo por encima de la superficie del objeto.

En una realización, las señales de radiación electromagnética que se transmiten al objeto y las señales electromagnéticas que se reciben desde el interior del objeto pueden describir o seguir una disposición o patrón de tipo transflectancia.

Sólo por conveniencia, y a lo largo de esta memoria descriptiva, el término "reflejado" debe entenderse y apreciarse como que incluye señales de radiación electromagnética reflejadas y transflectadas.

Se puede apreciar que las señales de radiación electromagnética reflejadas que son recibidas por la segunda antena no han pasado completamente a través del objeto, sino que simplemente han pasado ligeramente dentro y fuera del objeto, con los puntos de entrada (donde se transmiten) y los puntos de salida (donde se reciben) están sustancialmente en el mismo lugar, y en el mismo lado, de (la superficie) del objeto.

Debe entenderse y apreciarse, sin embargo, que solo una parte de las señales de radiación electromagnética transmitidas al objeto por la primera antena se reflejarán hacia la segunda antena receptora. Es decir, una parte de las señales de radiación electromagnética transmitidas al objeto por la primera antena simplemente pasarán a través del objeto y/o serán absorbidas por él.

En una realización, los medios de soporte pueden incluir una placa de circuito impreso (PCB - Printed Circuit Board).

En una realización, los medios de soporte pueden incluir, o tener la forma de, un parche adhesivo que puede estar (temporalmente) unido o adherido al objeto.

En una realización, la sustancia que se mide puede ser un componente sanguíneo dentro de la sangre del cuerpo de un ser vivo. Por ejemplo, el sistema puede usarse para medir la concentración de glucosa o lactato en la sangre de un ser humano.

En una realización de este tipo, los medios de soporte pueden estar adaptados o pueden ser usados por un ser humano.

En tal realización, y por ejemplo, los medios de soporte pueden tener la forma de una correa que se puede llevar alrededor de la cintura, el brazo, la pierna, el cuello, el tobillo o la muñeca del ser humano.

En otra realización, el sistema y/o los medios de soporte pueden tener la forma de un teléfono inteligente o estar incorporados dentro de él.

En otra realización más, el sistema y/o los medios de soporte pueden tener la forma de un reloj (o dispositivo médico) o estar incorporados dentro de él, adaptado para ser usado continuamente por un ser humano.

En una realización, o uso, el sistema y/o los medios de soporte pueden simplemente colocarse cerca de, o directamente adyacentes a, la superficie del objeto, con el fin de tomar una lectura.

En una realización o uso alternativo, el sistema y/o los medios de soporte pueden colocarse contra la superficie del objeto, con el fin de tomar una lectura.

En una realización, el sistema puede ser capaz de, o estar adaptado para, funcionar automáticamente en momentos predeterminados. Por ejemplo, el sistema puede configurarse para tomar una medición automáticamente cada hora, las 24 horas del día.

En otra realización, el sistema puede ser capaz de, o estar adaptado para, funcionar automáticamente y (más o menos) continuamente. Por ejemplo, el sistema puede configurarse para tomar automáticamente una medición cada segundo o cada minuto, las 24 horas del día.

En otra realización, el sistema puede ser capaz de, o estar adaptado para, ser operado manualmente por un usuario del sistema, y en cualquier momento que decidan o consideren apropiado utilizar el sistema.

En tal realización, si el sistema y/o los medios de soporte están unidos al objeto (o son usados por un ser humano), entonces un usuario puede (por ejemplo) operar manualmente el sistema presionando un botón de "encendido" asociado con el sistema.

Si el sistema y/o los medios de soporte no están sujetos al objeto (o no los lleva un ser humano), el usuario puede operar manualmente el sistema colocando los medios de soporte adyacentes a (o colocándolos sobre) la superficie del objeto (y opcionalmente presionando un botón de "encendido" si el sistema no está configurado de otra manera para tomar una medición automáticamente).

En una realización, el sistema puede medir las concentraciones de una pluralidad de sustancias en cualquier momento.

En una realización, el sistema puede comunicarse con un medio de alarma.

En tal realización, y por ejemplo, una alarma audible puede estar asociada con el sistema, o una alarma audible puede estar asociada con un dispositivo electrónico como un teléfono inteligente al que el sistema ha enviado una señal apropiada - en el último ejemplo, un texto o correo electrónico se podría generar y enviar de forma adicional o alternativa.

En tal realización, un componente del sistema (por ejemplo, ECM o procesador de datos) puede enviar una señal para activar la alarma cuando se cumple (o no se cumple) una condición predeterminada. Por ejemplo, la alarma puede activarse si se detecta una impureza, organismo o contaminante en una tubería de leche (o leche en polvo) o si los niveles de glucosa o lactato en sangre de una persona son peligrosamente bajos o altos.

Preferiblemente, el sistema puede incluir además medios de alimentación para alimentar el funcionamiento del sistema como un todo, por ejemplo para alimentar el analizador y/o el procesador de datos y/o el ECM y/o la primera antena y la segunda antena y/o alarma. (si se encuentra dentro del sistema).

En una realización, los medios de alimentación pueden ser una pequeña batería incorporada dentro del sistema o un componente del sistema. La batería puede ser desechable o recargable.

El sistema, o cualquier componente del mismo, también puede incluir medios de alimentación adecuados para permitir que sea alimentado por la red eléctrica, por ejemplo, mediante un enchufe eléctrico o un puerto/cable USB.

El sistema puede incluir un medio de comunicación, para la transmisión de cualquiera o todas las mediciones u otros datos, o cualquier trabajo sobre las mediciones u otros datos, a otra ubicación, tal como un sistema informático u otro dispositivo electrónico.

Los medios de comunicación también pueden recibir datos, de cualquier tipo.

Los medios de comunicación pueden ser medios de comunicación inalámbricos, por ejemplo, un transceptor inalámbrico alojado dentro del ECM o analizador o procesador de datos.

Puede usarse cualquier tecnología inalámbrica adecuada conocida en la técnica, incluyendo Wi-Fi (IEEE 802.11), LE Bluetooth®, Bluetooth®, otras frecuencias de radio, infrarrojo (IR), GSM, CDMA, GPRS, 3G, 4G, W -CDMA, Ed Ge o DCDMA200 y tecnologías similares.

Alternativamente, también se puede usar cualquier conexión o puerto por cable adecuado, incluyendo, sin limitación, puertos USB o cualquier otra tecnología relevante o apropiada conocida en la técnica.

El dispositivo informático u otro sistema o dispositivo electrónico (externo al sistema de detección) puede incluir, sin limitación, un teléfono móvil, un teléfono inteligente, un iPhone, un iPad, una tableta, una computadora de bolsillo, una banda u otro dispositivo de tecnología portátil, un pequeño dispositivo portátil, una computadora portátil, una computadora de escritorio, un sistema informático en la nube, un sistema informático de red remoto (una red pública, por ejemplo, un sitio web, o alternativamente una red privada) o un servicio web.

El sistema puede configurarse para activar los medios de comunicación para transferir (y/o recibir) mediciones o cualquier otro dato hacia/desde un sistema informático u otro dispositivo electrónico (externo al sistema) como o cuando sea necesario o deseado. Por ejemplo, las transmisiones pueden realizarse en tiempo real, de forma manual, continua o automática en tiempos predeterminados.

En algunas realizaciones, el sistema, o cualquier componente del mismo, puede configurarse para recibir información o datos, de cualquier tipo, desde otra ubicación y/o sistema informático o dispositivos electrónicos externos al sistema, utilizando los medios de comunicación. Por ejemplo, las actualizaciones de software para las antenas, ECM, analizador o procesador de datos pueden transmitirse de esta manera.

En una realización, el sistema puede parearse con un teléfono inteligente cargado con una aplicación de software específica y dedicada que permita que el teléfono inteligente reciba, acceda, procese, muestre, transmita y/o presente las mediciones o los datos recopilados por el sistema.

En tal realización, y por ejemplo, el analizador puede transmitir (a través de los medios de comunicación) los espectros o el archivo espectral a la aplicación del teléfono inteligente y, por lo tanto, la aplicación del teléfono inteligente puede actuar como procesador de datos para convertir los datos recibidos en una apropiada medición (de la concentración de la sustancia que se mide dentro del objeto).

En otra realización, la aplicación de teléfono inteligente puede configurarse para recibir simplemente (a través de los medios de comunicación) las señales de radiación electromagnética reflejadas desde la segunda antena antes de transmitirlas a un analizador remoto y/o procesador de datos.

El sistema, o cualquier componente del mismo, puede incluir una memoria o medios de almacenamiento de datos para el almacenamiento de mediciones o cualquier otro dato.

Alternativamente, la memoria o los medios de almacenamiento de datos pueden alojarse dentro de un sistema informático u otro dispositivo electrónico que esté en comunicación con el sistema.

El sistema puede incluir además una interfaz de usuario.

Alternativamente, la interfaz de usuario puede comprender parte de un sistema informático u otro dispositivo electrónico que esté en comunicación con el sistema.

Se prevé que el sistema pueda utilizarse para detectar y/o medir la o las concentraciones de cualquier tipo de sustancia o sustancias en cualquier tipo de objeto.

Es decir, el sistema puede adaptarse o utilizarse para detectar de forma no invasiva la presencia y/o medir la concentración de cualquier tipo de elemento, molécula, cuerpo, tejido biológico, organismo, impureza, contaminante, sustancia química u otra sustancia en cualquier tipo de cuerpo, material, sustancia, materia u otro objeto (vivo o de otro tipo).

Sin embargo, se prevé que el sistema pueda ser particularmente adecuado para medir la concentración de metabolitos, 0 cualquier otra sustancia, en la sangre de un ser vivo, como un ser humano o un animal. Por ejemplo, el sistema puede usarse para medir las concentraciones de sustancias en la sangre de un ser humano, como lactato, uratos, azúcar (glucosa) en sangre, agua, alcohol, drogas, etc.

Realizaciones preferidas

La descripción de una forma preferida de la invención que se proporcionará en esta invención, con referencia a los dibujos adjuntos, se proporciona puramente a modo de ejemplo y no debe tomarse de ninguna manera como una limitación del alcance o extensión de la invención.

Dibujos

Figura 1: es una vista de una posible realización de la presente invención,

Figura 2: es una vista de la realización de la Figura 1, que muestra señales de radiación electromagnética transmitidas y reflejadas, cuando la realización descansa contra la superficie de la piel,

Figura 3: es una vista que muestra las líneas de campo de las antenas de la invención, como se ilustra en las Figuras 1 y 2, cuando la realización está adyacente a una superficie de piel,

Figura 4: una vista esquemática de una posible realización de la presente invención,

Figura 5: es una vista de la realización de la invención ilustrada en la Figura 1, en uso,

Figura 6: es una vista de una realización de la invención incluida dentro de un teléfono móvil,

Figura 7: es una vista de una realización de la invención en forma de una correa de reloj o muñequera que se pueden usar,

Figura 8: es una vista que muestra diferentes disposiciones posibles de antenas, según ambos ejemplos, fuera del alcance de la invención, y disposiciones según la invención,

Figura 9: es el perfil o gráfico espectral resultante de la prueba del Voluntario 1, y

Figura 10: es una tabla de Excel que muestra la conversión de los datos del perfil espectral en valores reconocibles para los niveles de glucosa en sangre del Voluntario 1 (en comparación con los resultados de la prueba de punción equivalente).

Descripción de realizaciones preferidas

Teniendo en cuenta las Figuras 1 a 5, se muestra un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de glucosa en sangre 23 (mostrada como puntos en las Figuras 2 y 3) dentro de la sangre 14 de un ser humano, el sistema está generalmente indicado por una flecha. 1.

El sistema 1 incluye un medio de soporte, generalmente indicado por la flecha 34 (Figura 4) en forma de PCB 22, que está adaptado para colocarse cerca de (Figura 3), o contra (Figura 2), una superficie de la piel 4 del ser humano, preferiblemente en la región de la superficie interior de la muñeca 8 (Figura 5) del ser humano.

La PCB 2 está compuesta por un material dieléctrico no hidroscópico e, idealmente, puede tener entre 0,1 mm y 5 mm de espesor, con un espesor preferido de 0,7 mm.

En una realización alternativa, y para uso en aplicaciones de uso corto, la PCB 2 puede estar compuesta en cambio por un material dieléctrico hidroscópico.

El sistema 1 incluye una primera antena transmisora 2, montada en la PCB 22 para transmitir señales de radiación electromagnética 3 al interior (y a través) de la superficie 4 de la piel del ser humano.

El sistema también incluye una segunda antena receptora 5, montada en la PCB 22, y directamente adyacente a la primera antena 2, para recibir las señales de radiación electromagnética 6 que se reflejan desde o hacia la misma región o área de la superficie de la piel 4 cubierta por la PCB, debido a que las señales de radiación electromagnética transmitidas 3 han interactuado con las moléculas de glucosa 23 dentro de una arteria/vena 13 del ser humano.

La primera antena 2 y la segunda antena 5 son antenas SMD disponibles comercialmente.

El sistema 1 incluye además un analizador en forma de un VNA 15 de dos puertos que está en comunicación eléctrica con la primera antena 2 y la segunda antena 5 a través de los cables coaxiales 24a,b, puertos 25a,b y pistas conductoras 26a,b.

En realidad, y como sabría un experto en la técnica, habría dos pistas conductoras para cada antena 2, 5, sin embargo, por simplicidad, solo hemos dibujado las pistas individuales 25a,b.

Entre otras cosas (descritas más adelante), el VNA está adaptado para descomponer las señales 6 reflejadas o de retorno recibidas por la segunda antena 5 en espectros o un archivo espectral (usando parámetros S).

También se puede utilizar un VNA con más de dos puertos.

El sistema incluye además un procesador de datos 21 que está adaptado para recibir el espectro o archivo espectral del VNA 15, y convertir la lectura en una medición de la concentración de glucosa en sangre 23 dentro de la sangre 14 de una arteria/vena 13 de la ser humano que se está sometiendo a la prueba.

La primera antena 2 y la antena receptora 5 están directamente adyacentes entre sí y sustancialmente en el mismo plano.

Teniendo en cuenta la Figura 1, puede verse que el eje longitudinal 27 de la primera antena 2 es sustancialmente ortogonal al eje longitudinal 28 de la segunda antena 5. Por tanto, la polaridad de la primera antena es sustancialmente ortogonal a la polaridad de la segunda antena. Esta disposición minimiza el acoplamiento o la interferencia entre la primera antena 2 y la segunda antena 5. Además, tener la segunda antena (receptora) 5 sustancialmente en ángulo recto con la primera antena (transmisora) 2 significa que la segunda antena 5 está mejor dispuesta para recoger o recibir las señales reflejadas 6, debido al cambio o cambios de fase y/o rotación y/o atenuación que han sufrido las ondas transmitidas 3 por haberse reflejado (en los puntos 39 - Figura 2).

Además, puede verse que el eje longitudinal (central) 28 de la segunda antena 5 pasa sustancialmente a través del punto medio 29 de la primera antena 2. Esta es la disposición preferida de la primera antena 2 con respecto a la segunda antena 5.

Los puertos 24a,b del VNA pueden intercambiarse, por lo que la segunda antena 5 se convierte en la antena transmisora y la segunda antena 2 se convierte en la antena receptora. En tal realización, se puede apreciar que el eje longitudinal (central) 28 de la segunda antena 5 (ahora la antena transmisora) no obstante todavía pasa sustancialmente a través del punto medio 29 del eje longitudinal 27 de la primera antena 2 (ahora la antena receptora).

Teniendo en cuenta la Figura 1 (en la que los diversos componentes y distancias no están dibujados a escala) la distancia "a" es de aproximadamente 5 mm, la distancia "b" es de aproximadamente 6 mm y la distancia "c" es de aproximadamente 2 mm.

La primera pista conductora 26a para conectar eléctricamente el VNA 15 a la primera antena 2 es sustancialmente ortogonal a la segunda pista conductora 26b para conectar eléctricamente el VNA 15 a la segunda antena 5. Esta disposición es preferida porque minimiza el acoplamiento o la interferencia entre primera y segunda pistas conductoras 26a y 26b.

Tener las antenas 2, 5 en una relación sustancialmente ortogonal combinada con la relación sustancialmente ortogonal de la primera y segunda pistas conductoras 26a y 26b se combinan para minimizar en gran medida (al menos) o anular completamente (en el mejor de los casos) el acoplamiento o interferencia entre la primera y segundas pistas conductoras 26a y 26b y/o el acoplamiento o interferencia entre la primera y la segunda antenas 2, 5.

Teniendo en cuenta las Figuras 3 y 4, se puede ver que la primera antena 2 y la segunda antena 5 sobresalen ligeramente de la superficie de la PCB 22.

En la Figura 3, la PCB 22, junto con la primera antena 2 y la segunda antena 5 se sostienen justo encima de la superficie de la piel 4. Las líneas de campo cercano 30 son las generadas por las señales electromagnéticas transmitidas por la primera antena 2, y las líneas del campo cercano 31 son las recibidas por la segunda antena 5, después de que las señales electromagnéticas asociadas con las líneas de campo 30 se hayan reflejado en las moléculas de glucosa en sangre 23 y/o en la parte inferior 32 de la arteria 13.

En la Figura 2, la PCB 22 se coloca contra la superficie de la piel 4, donde la primera antena 2 y la segunda antena 5 están en contacto directo con la superficie de la piel 4. Esta es la disposición preferida cuando se usa el sistema de detección 1 para este propósito.

En la Figura 2, se puede apreciar que las señales reflejadas 6 son recibidas por la segunda antena 5 sustancialmente en el mismo lugar, y en el mismo lado de la superficie de la piel 4 (de la muñeca 8), donde las señales de radiación transmitidas 3 fueron transmitidas originalmente a la piel 4 por la primera antena 2.

La primera antena transmisora 2 transmite señales de radiación electromagnética de impulsos rápidos 3 en forma de una señal de banda ancha (frecuencia amplia) de baja potencia.

Más específicamente, la primera antena 2 transmite señales de radiación electromagnética 3 en forma de ondas continuas, con frecuencias de entre 4 MHz a 4 GHz, y una señal de potencia de menos de 2 mW.

Tanto la primera antena 2 como la segunda antena 5 miden aproximadamente 0,18 cm2 y, por lo tanto, esto da como resultado una densidad de potencia de aproximadamente 11 mW/cm2.

Las señales transmitidas 3 generalmente penetran hasta aproximadamente 10 mm dentro de la piel 4, y/o tejido subyacente del ser humano, antes de ser absorbidas por la piel 4 (o tejido subyacente).

Teniendo en cuenta la Figura 2, se puede ver que una porción 33 de las señales transmitidas 3 simplemente pasan directamente a través de la arteria 13, donde son absorbidas por el tejido subyacente (es decir, las porciones de señal 33 no se reflejan de regreso a la segunda antena 5).

En la mayoría de los casos (pero no en todos), los puntos 39 en los que las señales transmitidas 3 se reflejan como señales reflejadas 6 generalmente estarán entre 1 y 5 mm por debajo de la superficie de la piel 4.

En los puntos 39 donde las señales transmitidas 3 se reflejan como las señales reflejadas 6, las mismas se rotan en fase antes de ser recibidas por la segunda antena 5. Además, las señales reflejadas 6 también experimentan un cambio de fase y un cambio de atenuación debido a haber interactuado con las moléculas de glucosa 23. Son estos cambios en los efectos dieléctricos los que son medidos por el VNA 15 para producir el archivo espectral, que finalmente es convertido en una lectura de glucosa en sangre por el procesador de datos 21.

El acoplamiento se incrementa 100x entre la primera antena 2 y la segunda antena 5, cuando las antenas 2, 5 están en contacto con la piel 4 (Figura 2) - en comparación con cuando la primera antena 2 y la segunda antena 5 (y/o la PCB 22) se sostienen justo encima de la piel 4 (Figura 3). Esto da lugar a líneas o curvas de absorción o resonantes en los escaneos de Sn y S²² por el VNA 15. S¹² y S²¹ expresan los niveles de acoplamiento. Los escaneos de S¹¹, S²¹, S¹² y S²² se registran y/o analizan por el VNA y se reducen a espectros o a un archivo espectral, y posteriormente se transmiten al procesador de datos 21 donde se convierten en una concentración de glucosa en sangre reconocible (en mml/1) por el procesador de datos 21.

Refiriéndose ahora a la ciencia conocida, cuando las señales de radiación electromagnética viajan entre dos antenas (una "transmisora" y una "receptora") se establecen campos electromagnéticos estables. Además, se pueden medir las propiedades de estos campos y líneas de campo. Cabe señalar que el campo solo necesita ser estable durante el período de tiempo que se están tomando las mediciones, por lo que los campos pulsados de alta velocidad y/o los pitidos de "tiempo de vuelo" de solo unas pocas longitudes de onda de duración pueden considerarse estables si se utilizan circuitos de captura de señal de altísima velocidad. Existen dispositivos que pueden generar un pulso/pitido (pulso electromagnético corto) a frecuencias muy específicas. También existen dispositivos que pueden generar muy rápidamente a través de una serie de pitidos a diferentes frecuencias, establecer un campo estable, capturar la señal y medir los parámetros del campo. La salida de datos de tales dispositivos puede denominarse espectro. Un espectro de unos pocos cientos de puntos de datos discretos (etapas de frecuencia) puede ser capturado en varios milisegundos.

El campo electromagnético se puede caracterizar utilizando varias técnicas, que incluyen pero no se limitan a: "Parámetros S (S¹¹, S¹², S²¹ y S²²), Parámetros de la línea de transmisión (pérdida de potencia, ángulo de fase, RGLC) y parámetros dieléctricos (£r, £r', Ir"). Estos datos pueden analizarse más a fondo para discernir las propiedades de las antenas, las ondas en sí mismas y los materiales con los cuales las ondas han interactuado.

Las señales de radiación electromagnética interactúan con los materiales de varias formas.

Por ejemplo, las señales de radiación electromagnética pueden reflejarse (por ejemplo, un espejo y un radar), difractarse, refractarse (por ejemplo, un prisma de luz), alterar su velocidad (dando lugar a cambios de fase a lo largo de la trayectoria de la onda), absorberse o polarizarse parcial o completamente. Además, el grado de estos impactos generalmente cambia con la frecuencia y son específicos del material con el que se interactúa. Cada una de estas interacciones impacta en las señales de radiación electromagnética de manera diferente y, por lo tanto, puede inferirse de las características de la onda. Estas interacciones pueden describirse como parámetros dieléctricos y modelarse matemáticamente utilizando los parámetros del campo.

La señal recibida puede atenuarse, pero no necesariamente. Por ejemplo, en una señal perfecta, una onda reflejada está desfasada 180 grados, pero no ha sido atenuada. Un prisma refractará (luz) en diferentes longitudes de onda (o en términos de microondas en diferentes frecuencias) pero nuevamente no hay pérdida ni atenuación.

Los parámetros dieléctricos son términos matemáticos que describen el efecto del material (por ejemplo, sangre) en la onda. En materiales homogéneos y estables (como plásticos y agua) estos valores son muy consistentes. Los términos típicamente le dirán al modelo el cambio de fase y la atenuación por unidad de distancia que la onda viaja en el material (medio). Estos términos pueden incluir (a) Fase y atenuación a diferentes frecuencias, (b) Vectores reales e imaginarios (c) Er, Er’, Er". A partir de estos otros parámetros se pueden determinar magnitudes tales como (d) RGLC (que se utilizan en una ecuación que involucra frecuencia para obtener los valores para (a) y (b)), también (e) a y p que describen atenuación y pérdidas de fase por unidad de longitud en un material a cualquier frecuencia. Las funciones de transferencia pueden usarse para convertir entre algunos modelos y sus parámetros relacionados Por ejemplo, los parámetros S se pueden convertir en parámetros Er usando matemática que involucran números complejos.

Los parámetros de campo (o parámetros de forma de campo) son descriptivos de la forma geométrica del campo. El parámetro de campo puede determinar qué modelo matemático se utilizó (y la complejidad y grado de dificultad para resolverlo).

Cuando una señal de radiación electromagnética pasa a través de fluidos biológicos (por ejemplo, sangre, orina, saliva, jugo de frutas, etc.), las señales pueden interactuar con el fluido de varias formas:

□ Los iones de sal y las moléculas polares son impulsados por los campos eléctricos y magnéticos y migran a las regiones con la carga opuesta. Los iones absorben parte de la energía de la onda a medida que se aceleran hacia el polo o se desaceleran si se mueven en la dirección opuesta a la fuerza. Sin embargo, en un campo electromagnético, las regiones de carga cambian constantemente de polos rápidamente, lo que hace que los iones se aceleren, se desaceleren y cambien de dirección constantemente y absorban energía en proporción al momento de inercia que debe superarse. Este efecto es más prominente a bajas frecuencias y cuando los iones y moléculas son más grandes y/o están muy cargados.

□ El agua y las moléculas polares también pueden alinearse con los campos al girar alrededor de su centro de masa y absorber energía a medida que acumulan (pierden) inercia durante la aceleración (desaceleración). Este efecto es más prominente en la región de microondas.

□ Los compuestos biológicos (polares o no polares) también pueden tener enlaces y estructuras que resuenan, se flexionan o se distorsionan de alguna otra manera a frecuencias o ángulos de incidencia específicos.

□ Todos los materiales cambian la velocidad de la onda y, por lo tanto, imparten cambios de fase.

□ Estas técnicas funcionan mejor en moléculas polares, pero la detección solo requiere impactos (por ejemplo, absorción (es), atenuación (es), cambio (s) de fase, etc.) que son característicos de una molécula. Por ejemplo, el benceno es una molécula no polar pero se comporta de una manera particular en un campo electromagnético (debido a la estructura del anillo y la distribución de electrones). De la misma forma, el hielo y el agua se comportan de manera muy diferente (ya que las moléculas de hielo no pueden rotar).

Haciendo referencia una vez más a los dibujos, y más específicamente a la Figura 4, el VNA 15 incluye un conjunto de procesamiento de señales 9 (SPU - Signal Processing Unit).

Una función del SPU 9 es facilitar la transmisión de las señales de radiación electromagnética 3 por la primera antena 2. Esto se facilita porque el SPU 9 está en comunicación eléctrica con un generador de señales 10, que, a su vez, está en comunicación eléctrica con la primera antena 2.

Otra función del SPU 9 es recibir (o facilitar la recepción de) las señales de radiación reflejadas 6. Para lograr esto, hay un receptor de señales 11 que está en comunicación eléctrica tanto con la segunda antena 5 como con el SPU 9. Las señales de radiación electromagnética transflectadas o reflejadas 6 que son recibidas inicialmente por la segunda antena 5, se transmiten posteriormente al receptor de señales 11, que, a su vez, las transmite al SPU 9.

La señal 6 recibida se analiza en el SPU 9 digitalizando inicialmente la señal 6 recibida y luego dividiendo la señal 6 digitalizada en espectros o un archivo espectral.

Alternativamente, ejemplos de otras posibles formas de descomponer la señal 6 en espectros, o un archivo espectral, incluyen pérdida de potencia y fase y tiempo de vuelo.

El espectro, o archivo espectral, se pasa posteriormente al procesador de datos 21 y se convierte en propiedades dieléctricas (como ángulo de fase, pérdida de potencia; valores alfa y beta; £r, £r' y £r") y se analiza espectralmente usando procedimientos de quimiometría, tales como, por ejemplo, N-PLS, PCA, análisis de redes neuronales, procedimientos de procesamiento de señales de radio (preferiblemente), transformada de Fourier de tiempo de vuelo) para resolver el componente de interés.

El procesador de datos 21 también incluye algoritmos apropiados que, cuando se aplican al componente de interés (del espectro o del archivo espectral) finalmente permiten determinar los niveles de glucosa en sangre de la persona. Más adelante se describirá un ejemplo específico del tipo de cálculos involucrados.

Se prevé que se podrían construir circuitos VNA en la parte posterior de las antenas 2, 5 si estuviéramos buscando miniaturizar el sistema 1.

La atenuación es la pérdida de energía medida comparando la energía de las señales de radiación transmitidas 3 (Po) con la energía de las señales de radiación recibidas 6 (P). Atenuación = P/Po (generalmente informado en dB)

Entonces, para "confinar el campo" podemos reducir la energía de las señales de radiación transmitidas 3 (generalmente insertando un atenuador en el circuito entre el generador de señal 10 y la primera antena 2) para que no puedan penetrar tanto en el muñeca 8 (la atenuación es proporcional al logaritmo natural de la distancia recorrida, por lo que podemos calcular la potencia necesaria con precisión una vez que conocemos a, o empíricamente probando diferentes atenuadores de fuerza hasta que obtengamos el efecto deseado).

Por lo tanto, si configuramos la fuerza de las señales transmitidas 3 de modo que las líneas de campo cercano solo pasen a través de la piel 4 y la sangre 14 (es decir, las más cercanas a la primera antena 2 y la segunda antena 5) tendremos la fuerza de la señal 6 en la segunda antena receptora 5 para ser medida, y cualquier señal de radiación 33 que entre en el tejido (detrás de la arteria/vena 13) será demasiado débil y debería ser absorbida completamente (o transmitida completamente a través de la muñeca 8). En realidad, y preferiblemente, optimizamos las señales para darnos suficiente fuerza de señal para lograr una relación señal/ruido utilizable mientras minimizamos el "ruido" del tejido. No podemos hacer mucho con la piel 4, ya que tenemos que pasar por ella y, por lo tanto, la hacemos lo más "constante" posible.

Si una persona tuviera una capa significativa de tejido graso debajo de la piel, a través de la cual las señales electromagnéticas transmitidas 3 tuvieran que pasar primero antes de interactuar con la arteria/vena 13, entonces podríamos aumentar el nivel de potencia, según sea necesario. Es decir, aumentar la señal de potencia a más de 2 mW (que fue el ejemplo dado anteriormente) para que las señales electromagnéticas transmitidas 3 tengan suficiente potencia para atravesar la capa significativa de grasa, antes de interactuar con la arteria/vena 13, y posteriormente volviendo como señales electromagnéticas reflejadas 6.

Las señales de radiación electromagnética 3 que se transmiten a la muñeca 8, y las señales electromagnéticas 6 que se reciben desde la muñeca 8, pueden describir o seguir una disposición o patrón de tipo transflectancia, dentro del campo electromagnético que se ha creado.

El procesador de datos 21 (o ECM 12) incluye (o está en comunicación con) un medio de comunicación inalámbrica en forma de un transceptor inalámbrico 16 para la transmisión (y/o recepción) de cualquiera o todas las mediciones u otros datos, o cualquier trabajo sobre las mediciones u otros datos, a una ubicación o dispositivo informático remoto.

En este caso, el transceptor inalámbrico 16 está adaptado para enviar sus transmisiones al teléfono inteligente 17 de la persona que se está probando. El teléfono inteligente 17 incluye una aplicación descargada única para el sistema 1 para recibir y/o manipular y/o mostrar las mediciones, u otros datos recibidos, o cualquier funcionamiento de las mediciones u otros datos.

El teléfono inteligente 17 incluye una alarma 18, en este caso una alarma audible asociada con el teléfono inteligente 17, a la que el procesador de datos 21 o el ECM 12 está programado para enviar una señal apropiada (a través del transceptor 16) si se cumple una condición predeterminada (por ejemplo, los niveles de glucosa en sangre de la persona eran peligrosamente bajos o altos y/o que se requería una inyección de insulina).

También se prevé que se pueda generar adicional o alternativamente un mensaje de texto o correo electrónico para su envío.

Además, el procesador de datos 21 o el ECM 12 también pueden adaptarse para transmitir de forma inalámbrica (a través del transceptor 16) las mediciones y/o cualquier otro dato o advertencias de alarma, al profesional sanitario 19 de la persona o a un sistema de computación en la nube 20.

En una realización alternativa, un chip PIC, un chip celular y/o una alarma podrían colocarse en la misma placa de circuito en el VNA.

El procesador de datos 21 o el ECM 12 puede configurarse para hacer que el transceptor inalámbrico 16 transmita y/o reciba mediciones u otros datos hacia/desde el teléfono inteligente 17 de la persona o el sistema de computación en la nube como o cuando se requiera o desee. Las transmisiones pueden realizarse en tiempo real, manualmente o en tiempos predeterminados.

En algunas realizaciones, el sistema 1 o el ECM 12 pueden configurarse para recibir datos o información desde el teléfono inteligente 17 de la persona (o el sistema de computación en la nube 20). Por ejemplo, las actualizaciones de software para el ECM 12 o el procesador de datos 21 o VNA 15 pueden transmitirse de esta manera.

Preferiblemente, el teléfono inteligente 17 también puede configurarse para transferir las mediciones u otros datos obtenidos del sistema 1 a una plataforma de servicios web (no mostrada).

Preferiblemente, el sistema puede incluir una memoria (no mostrada) para el almacenamiento de las mediciones u otros datos, o cualquier trabajo sobre las mediciones u otros datos. Preferiblemente, la memoria puede almacenarse en el ECM 12, el procesador de datos 15 y/o los teléfonos inteligentes 17.

En algunas realizaciones, se puede utilizar una memoria de ordenador de tipo volátil, que incluye RAM, DRAM, SRAM. En tales casos, el sistema puede transmitir continuamente las mediciones u otros datos al teléfono inteligente 17 o al profesional médico 19 o al sistema de computación en la nube 20.

En otras realizaciones, se pueden usar formatos de memoria no volátil, incluyendo ROM, EEPROM, memoria flash, RAM ferroeléctrica (F-RAM), dispositivos de almacenamiento de memoria de ordenador ópticos y magnéticos.

El sistema 1 puede incluir además una interfaz de usuario, preferiblemente como parte de la aplicación del teléfono inteligente.

La interfaz de usuario también puede usarse para acceder a mediciones u otros datos registrados o recibidos/transmitidos por el sistema 1, y también cambiar cualquier configuración del sistema 1 (por ejemplo, fecha/hora, configuración de alerta visual/sonora).

La interfaz de usuario también puede usarse para acceder a cualquier medición u otros datos recibidos (o transmitidos) por el sistema 1 o para controlar la carga de las medidas u otros datos.

En una realización, el sistema 1 puede ser capaz o adaptarse para funcionar de forma automática y/o continua. Por ejemplo, el sistema 1 puede configurarse para tomar automáticamente una medición cada hora, las 24 horas del día.

En otra realización, el sistema 1 puede ser capaz de, o estar adaptado para, funcionar automáticamente y (más o menos) continuamente. Por ejemplo, el sistema 1 puede configurarse para tomar automáticamente una medición cada segundo o cada minuto, las 24 horas del día.

Alternativamente, y/o adicionalmente, el sistema 1 puede ser capaz o adaptarse para ser operado manualmente. Por ejemplo, una persona puede colocar la PCB 22 en el interior de su muñeca 8 y tomar una lectura manualmente, por ejemplo, activando un botón de "encendido" asociado con el sistema 1 (o aplicación de teléfono inteligente).

En las realizaciones mostradas, los medios de soporte 34, VNA 15, procesador de datos 21 y transceptor 16 (denominados colectivamente en esta invención como "los componentes") pueden estar alojados dentro de su propia carcasa (no mostrada) que, por ejemplo, puede ser transportada por una persona. Como tal, el teléfono inteligente 17 de la persona (y la aplicación asociada) puede adaptarse, o ser capaz de operar, o estar en comunicación con, los componentes. Por lo tanto, los componentes y la aplicación se combinan para operar el sistema 1 o facilitar el funcionamiento del sistema 1.

La Figura 5 ilustra cómo se puede utilizar en la práctica la realización ilustrada en la Figura 1. Una persona que desea tomar una lectura de glucosa en sangre coloca la PCB 22 contra una superficie interior de su muñeca 8, como se muestra. Sin embargo, se prevé que la PCB 22 podría colocarse contra cualquier superficie de la piel, por ejemplo, el cuello, la pierna, el pie o el pecho. Sin embargo, la muñeca es un lugar preferido dado que tiene al menos una arteria 13 cerca de la superficie 4 de la piel.

La PCB 22 está conectada al VNA 15, que, a su vez, está conectado a un procesador de datos en forma de un ordenador portátil (laptop) 37.

Preferiblemente, la PCB 22 debe colocarse sobre la muñeca 8, donde el eje longitudinal de la primera antena 2 o el eje longitudinal de la segunda antena 5 se alinean sustancialmente con el eje longitudinal 38 de al menos una arteria 13, ya que esto permite mayor precisión en las lecturas de glucosa en sangre (en comparación con la PCB 22 colocada en la muñeca 8, donde los ejes longitudinales 27, 28 de las antenas 2, 5 están ambos en ángulo con respecto al eje longitudinal 38 de al menos una arteria 13).

Teniendo en cuenta la Figura 6, la primera antena 2 y la segunda antena 5 están alojadas dentro o sobre un teléfono móvil 35. El teléfono móvil 35 también puede incorporar un VNA miniaturizado y/o un procesador de datos (no mostrado). Es decir, el teléfono móvil 35 puede incorporar una versión miniaturizada del sistema 1 como un todo, que posteriormente puede transmitir la lectura de glucosa en sangre resultante a una aplicación asociada con el teléfono inteligente 35 (como se describió anteriormente con respecto a la Figura 4).

Teniendo en cuenta la Figura 7, la primera antena 2 y la segunda antena 5 están alojadas dentro o sobre una muñequera o correa de reloj 36 que se pueden usar.

También se prevé que la primera y segunda antenas 2, 5 puedan estar alojadas en su lugar dentro del cuerpo 40 del propio reloj, y preferiblemente en la parte inferior 41 del cuerpo del reloj 40, por lo que la primera y la segunda antenas 2,5 están en contacto directo con la piel 4 de la persona en la región de la muñeca 8 (parte superior o inferior). Se puede apreciar que si lo usa un ser humano (junto a la piel 4), el sistema 1 puede detectar continuamente la presencia, medir la concentración o controlar de otro modo la glucosa en sangre 23 dentro de la sangre 14 - esto tiene ventajas en comparación con las pruebas discretas de punción en el dedo que solo toman medidas cada vez que la persona se pincha manualmente el dedo y coloca la sangre resultante en un medidor de glucosa. Además, poder llevar continuamente el reloj 40 o la correa 36 significa que una persona puede controlar continuamente sus niveles de glucosa en sangre mientras trabaja, hace ejercicios, socializa o duerme.

La correa de reloj o muñequera que se pueden usar 36 también puede incorporar un VNA miniaturizado y/o un procesador de datos (no mostrado) por lo que se puede ver que la correa 36 incorpora una versión miniaturizada del sistema 1, como un todo. En tal realización, la correa 36 o el reloj 40 pueden incluir un transceptor inalámbrico (no mostrado) mediante el cual la lectura de glucosa en sangre resultante puede transmitirse de forma inalámbrica a otro dispositivo electrónico, como se describió anteriormente.

Teniendo en cuenta la Figura 8, en las Figuras 8a, 8b, 8c y 8d se muestran cuatro posibles configuraciones diferentes y el número de antenas primera y segunda 2, 5 que pueden estar alojadas por, o dentro, de los medios de soporte 34, tales como la PCB 22.

En la Figura 8a, en función de un ejemplo, hay una antena de transmisión 2 y una antena de recepción 5, dispuestas sustancialmente en paralelo y lado a lado.

En la Figura 8b, en función de un ejemplo, hay una antena de transmisión 2 y una antena de recepción 5, dispuestas sustancialmente en paralelo y de un extremo a otro.

En la Figura 8c, en función de la invención, hay una antena transmisora 2, colocada sustancialmente ortogonalmente a dos antenas receptoras sustancialmente paralelas 5, colocadas a cada lado de la primera antena transmisora 2. En la Figura 8d, en función de la invención, hay tres antenas transmisoras 2 colocadas sustancialmente ortogonalmente a dos antenas receptoras sustancialmente paralelas 5, colocadas como se muestra.

El sistema 1 se ha probado y los resultados se han comparado con los resultados de una prueba de punción estándar. Los parámetros de la prueba realizada en un voluntario ("Voluntario 1") se describen a continuación:

Metodología

1. El día antes del día de la prueba, al Voluntario 1 se le trazó su "perfil personal" (usando una película de acetato en la pantalla de la computadora) y luego se practicó moviendo su brazo para obtener consistentemente un trazo que coincidiera con su "perfil personal".

2. El día de la prueba, se monitoreó al Voluntario 1 durante un período de hasta dos (2) horas. Se les pidió que permanecieran en las instalaciones del ensayo durante el período de su seguimiento.

3. En la mañana del día de la prueba, se requirió que el Voluntario 1 tuviera su nivel de glucosa en sangre entre 5-7 mmol/l antes de iniciar el seguimiento. Esto requirió que el Voluntario 1 renunciara a la comida antes del período de prueba.

4. Durante el período de seguimiento.

a. Antes de comer, se le pidió al Voluntario 1 que hiciera dos pruebas de punción (con unos minutos de diferencia entre sí). Se registraron los resultados de la prueba de punción (como referencia)

b. Al voluntario 1 se le dio una cantidad moderada de comida de alto IG (un sándwich)

c. Inmediatamente, y luego cada cinco minutos después, el Voluntario 1:

• Colocó el sensor 1 (o PCB 22) en su brazo para que la traza estuviera sobre su "perfil personal" y tuviera una medida tomada y guardada.

• Se hizo una prueba de punción

d. Los resultados de la prueba de punción fueron monitoreados por un supervisor médico para asegurarse de que el Voluntario 1 nunca tuviera niveles de glucosa en sangre excesivamente bajos o altos.

e. Una vez que el nivel de glucosa del voluntario 1 alcanzó los 12-14 mmol/l (o la prueba de punción se estabilizó), el voluntario 1 fue excusado de la prueba.

Un perfil espectral en forma de gráfico que muestra los resultados de la prueba del Voluntario 1 está marcado como en la Figura 9.

La Figura 10 es una tabla de Excel que muestra la conversión de los datos del perfil espectral en valores reconocibles para los niveles de glucosa en sangre del voluntario 1 (en comparación con los resultados de la prueba de punción equivalente). También se proporciona la fórmula utilizada para la conversión.

Como se puede ver en la Figura 10, los resultados de la prueba en el Voluntario 1 usando el sistema 1 son en su mayoría muy cercanos a los resultados de la prueba de punción equivalentes (teniendo en cuenta que los resultados de la prueba de punción pueden ser hasta un 15 % diferentes a los reales, en comparación con más procedimientos de prueba de laboratorio precisos).

Variaciones

Si bien las realizaciones descritas anteriormente son actualmente preferidas, se apreciará que también se podría realizar una amplia gama de otras variaciones dentro del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de detección no invasivo (1) para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, incluyendo dicho sistema:

a. un medio de soporte (34) adaptado para colocarse cerca o contra una superficie del objeto, y

b. una primera antena transmisora (2) montada sobre o dentro de los medios de soporte para transmitir señales de radiación electromagnética (3) al objeto,

c. una segunda antena de recepción (5) montada sobre o dentro de los medios de soporte, y adyacente a la primera antena de transmisión, de manera que la primera antena de transmisión (2) y la segunda antena de recepción (5) no se superponen, para recibir al menos una porción de las señales de radiación electromagnética que se reflejan en la misma superficie del objeto cubierto por los medios de soporte, debido a que las señales de radiación electromagnética transmitidas han interactuado con la sustancia dentro del objeto que se está midiendo, y caracterizada por:

d. el eje longitudinal de la primera antena transmisora es sustancialmente ortogonal al eje longitudinal de la segunda antena receptora,

e. la primera antena y la segunda antena se encuentran sustancialmente en el mismo plano entre sí, y;

f. el eje longitudinal central de la segunda antena receptora pasa sustancialmente a través del punto medio de la primera antena transmisora, o viceversa.

2. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según la reivindicación 1, donde el sistema incluye además un analizador (15) que está en comunicación eléctrica con la primera antena transmisora y la segunda antena receptora, el analizador está adaptado para descomponer la señal reflejada recibida por la segunda antena receptora en espectros o un archivo espectral.

3. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según la reivindicación 2, donde el sistema incluye además un procesador de datos (21) adaptado para recibir el espectro o archivo espectral del analizador, y convertir la lectura en una medida de la concentración de la sustancia dentro del objeto.

4. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, donde los medios de soporte incluyen una (s) primera (s) pista (s) conductora (s) para conectar eléctricamente el analizador a la primera antena transmisora, y una (s) segunda (s) pista (s) conductora (s) para conectar eléctricamente el analizador a la segunda antena receptora, donde la (s) primera (s) pista (s) conductora (s) es (son) sustancialmente ortogonal (es) a la (s) segunda (s) pista (s) conductora (s).

5. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según se reivindica en cualquier reivindicación anterior, donde el analizador es un analizador de redes vectoriales (VNA), y el VNA utiliza parámetros S para descomponer la señal recibida de la segunda antena receptora en espectros o un archivo espectral.

6. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde, en uso, la primera antena transmisora y la segunda antena receptora están en contacto directo con la superficie del objeto.

7. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según se reivindica en cualquier reivindicación anterior, donde la sustancia que se mide es un componente sanguíneo dentro de la sangre de un cuerpo de un ser vivo.

8. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las señales de radiación electromagnética transmitidas están en el espectro de microondas y/o el espectro de ondas de radio.

9. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las señales de radiación electromagnética transmitidas se transmiten de forma continua.

10. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde las señales de radiación electromagnética transmitidas se transmiten en pulsos o pitidos.

11. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la potencia de las señales de radiación electromagnética transmitidas es inferior a 50 mW.

12. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según se reivindica en cualquier reivindicación anterior, donde la primera antena transmisora se encuentra a una distancia de entre 0,05 mm y 10 mm de la segunda antena receptora.

13. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, como se reivindica en la reivindicación 7, donde el ser vivo es un ser humano, y el medio de soporte está adaptado para ser usado por el ser humano.

14. Un sistema de detección no invasivo para medir la concentración de una sustancia dentro de un objeto, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema puede, o está adaptado para, funcionar automáticamente en momentos predeterminados.