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TW202143659A - 具去耦發射與接收天線之非侵入式分析物感測器及系統 - Google Patents

具去耦發射與接收天線之非侵入式分析物感測器及系統 Download PDF

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TW202143659A
TW202143659A TW109143962A TW109143962A TW202143659A TW 202143659 A TW202143659 A TW 202143659A TW 109143962 A TW109143962 A TW 109143962A TW 109143962 A TW109143962 A TW 109143962A TW 202143659 A TW202143659 A TW 202143659A
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TW
Taiwan
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transmitting
antenna
signal
analyte
antennas
Prior art date
Application number
TW109143962A
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English (en)
Inventor
菲利普 博蘇阿
羅納德 埃里克森
Original Assignee
美商知道實驗室股份有限公司
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Abstract

一種非侵入式分析物感測器系統包括具有至少一個發射天線/元件及至少一個接收天線/元件的一天線/檢測器陣列，其中該至少一個發射天線/元件與該至少一個接收天線/元件少於95％地被彼此耦合、或少於90％地被彼此耦合、或少於85％地被彼此耦合、或少於75％地被彼此耦合。該至少一個發射天線/元件把在該電磁頻譜之一無線電或微波頻率範圍內的一發射信號發射到包含有一感興趣分析物的一目標中，並且該至少一個接收天線/元件檢測一響應，該響應係由該至少一個發射天線/元件把該發射信號發射到該目標中所產生的。

Description

具去耦發射與接收天線之非侵入式分析物感測器及系統
發明領域
本發明一般係涉及經由使用諸如在電磁頻譜之無線電或微波頻帶中非光學頻率的光譜技術來非侵入式地檢測分析物之設備、系統及方法。更具體地說，本發明涉及一種非侵入式分析物感測器，其包括一發射天線及一接收天線，其中該發射與接收天線被彼此去耦。
發明背景
感興趣的是能夠在一目標中檢測及/或測量一分析物。一個例子係測量在生物組織中的葡萄糖。在測量一患者之葡萄糖的該實例中，當前的分析物測量方法係侵入式的，因為它們在諸如手指穿刺或基於實驗室之測試的血液類體液上、或經常使用一侵入式經皮裝置從該患者所抽取之流體上進行該測量。有一些非侵入式方法聲稱能夠在生物組織中執行葡萄糖測量。然而，該等非侵入式方法中的許多通常會遭受以下的困擾：對諸如葡萄糖之類的該目標分析物缺乏專一性；來自溫度波動的干擾；來自皮膚化合物(即汗水)及色素的干擾； 以及佈置的複雜性，即該感測裝置會位於該患者身體的多個位置上。
發明概要
本發明一般係涉及經由使用諸如在電磁頻譜之無線電或微波頻帶中非光學頻率的光譜技術來非侵入式地檢測一分析物的設備、系統及方法。在本文中所描述之一非侵入式分析物感測器包括至少一個發射天線(其也可以被稱為一發射元件)其功能係把在該電磁頻譜之一無線電或微波頻率範圍內所產生的一發射信號發射到包含有一感興趣分析物的一目標中，以及至少一個接收天線(其也可被稱為一接收元件)其功能係檢測由該發射天線把該發射信號發射到該目標中所產生的一響應。
該等發射與接收天線被彼此去耦，有助於提高該非侵入式分析物感測器的該檢測能力。可以使用任何一或多種技術來實現在該等發射與接收天線之間的該去耦，這會使得由該發射天線所發射之信號盡可能地進入到該目標中，並最大程度地減少甚至消除了接收天線直接接收自該發射天線到而沒有進入到該目標中之該電磁能的量。可藉由足以在該等發射與接收天線間彼此去耦之一或多種在該等發射與接收天線間刻意製造的組配及/或佈置來實現該去耦。在一個非限制性的實施例中，可藉由具有刻意彼此不同之幾何形狀的發射天線與接收天線來實現該去耦。具刻意不同的幾何形狀係指該等發射與接收天線之不同的幾何組配係刻意的，並且不同於可能由於製造失誤或公差而偶然地或無意間所發生之在發射與接收天線幾何形狀中的差異。
實現在該等發射與接收天線之去耦的另一種技術係在每一個天線之間使用一適當的間距，取決於諸如輸出功率、該等天線尺寸、頻率、以及存在有任何屏蔽之類的因素，以便強制該發射信號之該電磁力線的一比例進入到該目標中而到達該分析物，從而最大程度地減少或消除該接收天線直接接收自該發射天線而沒有進入到該目標中的電磁能。這種技術有助於確保由該接收天線所檢測到的該響應正在測量該分析物，而非僅係從該發射天線流向該接收天線的該發射信號流。在一個實施例中，該感測器可以使用其間具有一第一間隔的一第一對發射與接收天線以及其間具有不同於該第一間隔之一第二間隔的一第二對發射與接收天線。
本文所描述的該等技術可被使用來在該目標中檢測該感興趣分析物的存在以及該分析物的量或該分析物的濃度。本文所描述的該等技術可被使用來檢測一單一分析物或不止一種分析物。該目標可以是包含任何人想要檢測之該(等)分析物的任何目標，例如人或非人、動物或非動物、生物學或非生物學的目標。例如，該目標可以包括但不侷限於人類組織、動物組織、植物組織、一無生命的物體、土壤、一液體、遺傳物質、或一微生物。該(等)分析物可以是任何人可能希望要檢測的分析物，例如人或非人、動物或非動物、生物學的或非生物學的分析物。例如，該(等)分析物可以包括但不侷限於血糖、血液酒精、白血球細胞、或黃體素中的一或多種。
在一個實施例中，一非侵入式分析物感測器系統可以包括一去耦的天線陣列，其具有彼此去耦之至少一個發射天線及至少一個接收天線。該至少一個發射天線及該至少一個接收天線相對於包含有至少一個感興趣分析物的目標被定位及佈置，從而使得該至少一個發射天線可發射一發射信號到該目標中，並且使得該至少一個接收天線可以檢測到一響應。一發射電路可電氣連接到該至少一個發射天線。該發射電路被組配來產生將由該至少一個發射天線來發射的一發射信號，其中該發射信號係在電磁頻譜的一無線電或微波頻率範圍內。此外，一接收電路可電氣連接到該至少一個接收天線。該接收電路被組配來接收由該至少一個接收天線所檢測到的一響應，該響應係由該至少一個發射天線把該發射信號發射到包含有該至少一種感興趣分析物之該目標中所產生的。
在一個實施例中，可藉由在該至少一個發射天線與該至少一個接收天線之間一刻意的幾何形狀差異來實現該去耦。在另一實施例中，可藉由在該至少一個發射天線與該至少一個接收天線之間佈置一適當的間隔來實現去耦，該適當的間隔足以使該至少一個發射天線與該至少一個接收天線去耦。
在本文所描述之另一個實施例中，一非侵入式分析物感測器系統可包括一感測器殼體及附接到該感測器殼體之一去耦的檢測器陣列。該去耦的檢測器陣列可具有至少一個發射元件及一至少一個接收元件。該至少一個發射元件可以有一第一幾何形狀，並且該至少一個接收元件可以有一第二幾何形狀，該第二幾何形狀與該第一幾何形狀不同。除了不同的幾何形狀之外，可以在該至少一個發射元件與該至少一個接收元件之間提供一適當的間距，該間距足以使得該等發射與接收元件彼此去耦。該至少一個發射元件被定位並佈置以把一發射信號發射到包含有至少一種感興趣分析物的一目標中以及該至少一個接收元件被定位並佈置以能夠檢測到一響應。在本實施例中，該至少一個發射元件由一導電材料條帶構成，該導電材料條帶之至少一個橫向尺寸大於其之一厚度尺寸，並且該至少一個發射元件的該導電材料條帶被設置在一基板上。另外，在本實施方式中，該至少一個接收元件由一導電材料條帶構成，該導電材料條帶之至少一個橫向尺寸大於其之一厚度尺寸，並且該至少一個接收元件的該導電材料條帶被設置在一基板上，該基板與該至少一個發射元件所在的基板可以是同一基板或可以是不同基板。一發射電路被附接到該感測器殼體並電氣可連接到該至少一個發射元件，其中該發射電路被組配來產生一發射信號以由該至少一個發射元件來發射，其中該發射信號是在該電磁頻譜的一無線電或微波頻率範圍內。此外，一接收電路被附接到該感測器殼體並電氣可連接到該至少一個接收元件。該接收電路被組配來接收由該至少一個接收元件所檢測到的一響應，該響應係由該至少一個發射元件把該發射信號發射到包含有該至少一種感興趣分析物之該目標中所產生的。
在本文所描述之又另一個實施例中，一非侵入式分析物感測器系統可包括一感測器殼體及附接到該感測器殼體的一檢測器陣列。該檢測器陣列可具有彼此去耦的至少一個發射元件及至少一個接收元件。該至少一個發射元件可以有一第一幾何形狀，並且該至少一個接收元件可以有一第二幾何形狀，該第二幾何形狀與該第一幾何形狀彼此幾何式地不同。除了不同的幾何形狀之外，可以在該至少一個發射元件與該至少一個接收元件之間提供一適當的間距，該間距足以使得該等發射與接收元件彼此去耦。該至少一個發射元件被定位並佈置以把一發射信號發射到包含有至少一種感興趣分析物的一目標中以及該至少一個接收元件被定位並佈置以能夠檢測到一響應。在本實施例中，該至少一個發射元件及至少一個接收元件都可由被設置在一基板上的一導電材料條帶來構成。一發射電路被設置在該感測器殼體中並被電氣連接到該至少一個發射元件。該發射電路被組配來產生一發射信號以由該至少一個發射元件來發射，其中該發射信號具有至少兩個頻率，每一個頻率在大約10kHz至大約100 GHz的一範圍內，例如大約300 MHz至大約6000 MHz。一接收電路也被設置在該感測器殼體中並被電氣連接到該至少一個接收元件。該接收電路被組配來接收由該至少一個接收元件所檢測到的一響應，該響應係由該至少一個發射元件把該發射信號發射到包含有該至少一種感興趣分析物之該目標中所產生的。此外，一可充電電池被設置在該感測器殼體內用於提供電力給該檢測器陣列、該發射電路以及該接收電路。
較佳實施例之詳細說明         以下對經由使用諸如在電磁頻譜之無線電或微波頻帶中非光學頻率的光譜技術來非侵入式地檢測一分析物之設備、系統及方法進行一詳細描述。一非侵入式分析物感測器包括一發射天線(其也可被稱為一發射元件)其功能係把在該電磁頻譜之一無線電或微波頻率範圍內所產生的一發射信號發射到包含有一感興趣分析物的一目標中，以及一接收天線(其也可被稱為一接收元件)其功能係檢測由該發射天線把該發射信號發射到該目標中所產生的一響應。該發射天線與該接收天線被彼此去耦從而提高了該感測器的該檢測性能。
該發射天線與該接收天線可被放置成靠近該目標並如本文進一步描述的方式來操作，以助於檢測在該目標中之至少一個分析物。該發射天線發射一信號，其具有至少兩個在該無線電或微波頻率範圍內的頻率，朝向並進入該目標。具有該等至少兩個頻率的該信號可由分開的信號部分來形成，每一個部分具有一離散的頻率，在每一個頻率處在不同的時間點被分開地發射。在另一個實施例中，具有該等至少兩個頻率的該信號可以是一複雜信號的一部分，該複雜信號包含包括有該至少兩個頻率之複數個頻率。可以藉由把多個信號混合或多工在一起來產生該複雜信號，然後發射該複雜信號，從而同時發送該等複數個頻率。一個用於產生該複雜信號之可能的技術包括，但不侷限於，使用一逆傅立葉(Fourier)轉換技術。該接收天線檢測到由該發射天線把該信號傳輸到包含有該至少一種感興趣分析物之該目標中所產生的一響應。
該發射天線與該接收天線被彼此去耦(其也可被稱為失諧的等等)。去耦指的是刻意地製造該發射天線與該接收天線的該組配及/或佈置，以使得在該發射天線與該接收天線之間的直接通信最小化，最好是沒有屏蔽。但在該發射天線與該接收天線之間的屏蔽也可以被利用。然而，即使不存在該屏蔽，該發射天線與該接收天線也可被去耦。
可以基於該(等)接收信號的該強度以及該分析物吸收該發射信號之一或多個頻率所造成的強度降低來分析由該接收天線所檢測到的該(等)信號以檢測該分析物。在WO 2019/217461中描述了使用操作在該電磁頻譜之該無線電或微波頻率範圍中之一非侵入式光譜感測器來檢測一分析物的一實例，其全部的內容通過引用被併入於本文。由該接收天線所檢測到的該(等)信號可以是包括有複數個信號分量的複雜信號，每一個信號分量具有一不同的頻率。在一實施例中，例如透一過傅立葉(Fourier)轉換，該等檢測到的複雜信號可以在每一個不同的頻率處被分解為該等信號分量。在一實施例中，只要該檢測到的信號提供了足以進行該分析物檢測的資訊，就可以在整體上分析由該接收天線所檢測到的該複雜信號(即，不用對該複雜信號進行解多工)來檢測該分析物。 另外，由該接收天線所檢測到的該(等)信號可以是分開的信號部分，每一個信號部分具有一離散的頻率。
在一個實施例中，本文所描述之感測器可被使用來檢測在一目標中至少一種分析物的存在。在另一個實施例中，本文所描述之感測器可以檢測在該目標中該至少一種分析物的量或濃度。該目標可以是包含有至少一種可能希望要檢測之感興趣分析物的任何目標。該目標可以是人類或非人類、動物或非動物、生物學的或非生物學的。例如，該目標可以包括，但不侷限於，人類組織、動物組織、植物組織、一無生命的物體、土壤、一流體、遺傳物質、或一微生物。目標的非限制性實例包括但不侷限於一流體，例如血液、間質液、腦脊髓液、淋巴液或尿液、人體組織、動物組織、植物組織、一無生命的物體、土壤、遺傳物質、或一微生物。
該(等)分析物可以是任何希望要檢測的分析物。該分析物可以是人類或非人類、動物或非動物、生物學的或非生物學的。例如，該(等)分析物可以包括但不侷限於血糖、血液酒精、白血球細胞、或黃體素中的一或多種。該(等)分析物可以包括但不侷限於，一化學物質、化學物質的一種組合、一病毒、一細菌、或類似物。該分析物可以是被包括在另一種媒體中的一化學物質，這種媒體的非限制性實例包括有包含有至少一種分析物的一流體，例如血液、間質液、腦脊髓液、淋巴液或尿液、人體組織、動物組織、植物組織、一無生命的物體、土壤、遺傳物質、或一微生物。該(等)分析物也可以是諸如一礦物或污染物之類之一非人類的、非生物的粒子。
該(等)分析物可包括，例如，天然存在的物質、人造物質、代謝物、及/或反應產物。作為非限制性的實例，該至少一種分析物可以包括，但不侷限於，胰島素、一羧基凝血酶原；酰基肉鹼；腺嘌呤磷酸核糖基轉移酶；腺苷脫氨酶；白蛋白；甲胎蛋白；氨基酸譜(精氨酸(克雷布斯(Krebs)循環)、組氨酸/尿酸、高半胱氨酸、苯丙氨酸/酪氨酸、色氨酸)；雄烯二烯二酮；安替比林；阿拉伯糖醇對映體；精氨酸酶；苯甲酰芽子鹼(古柯鹼)；生物素酶；生物蝶呤；c-反應蛋白；肉鹼；腦利鈉前體；腦利鈉(BNP)；肌鈣蛋白；肌苷酶；CD4；銅藍蛋白；鵝去氧膽酸；氯喹；膽固醇；膽鹼酯酶；共軛1-β羥基膽酸；皮質醇；肌酸激酶；肌酸激酶MM同工酶；環孢菌素A；d-青黴胺；脫乙基氯喹；硫酸脫氫表雄酮； DNA(乙酰化多態性、乙醇脫氫酶、α1-抗胰蛋白酶、囊性纖維化、杜興/貝克(Duchenne/Becker)肌營養不良症、6-磷酸脫氫酶、血紅蛋白A、血紅蛋白S、血紅蛋白C、血紅蛋白D、血紅蛋白E、血紅蛋白F、d-旁遮普血紅蛋白(D-Punjab)、β地中海貧血、B型肝炎病毒、HCMV、HIV-1、HTLV-1、萊伯(Leber)遺傳性視神經病變、MCAD、RNA、PKU、間日瘧原蟲、性分化、21-脫氧皮質醇)；脫丁基氟蒽嘌呤；二氫蝶呤還原酶；白喉/破傷風抗毒素；紅細胞精氨酸酶；紅細胞原卟啉；酯酶D；脂肪酸/酰基甘氨酸；游離β-人絨毛膜促性腺激素；游離紅細胞卟啉；游離甲狀腺素(FT4)；游離三碘甲狀腺素(FT3)；富馬酰乙酰乙酸；半乳糖/gal-1-磷酸；半乳糖-1-磷酸尿嘧啶轉移酶；健大霉素；分析物6-磷酸脫氫酶；穀胱甘肽；穀胱甘肽過氧化物酶；糖膽酸；糖基化血紅蛋白；氟替林；血紅蛋白變體；己糖胺酶A；人紅細胞碳酸酐酶I；17-α-羥基孕酮；次黃嘌呤磷酸核糖基轉移酶；免疫反應性胰蛋白酶；乳酸鹽；鉛；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/癸二酸；黃體酮；催乳素；蛋白酶；嘌呤核苷磷酸化酶；奎寧；反向三碘甲狀腺氨酸(rT3)；硒；血清胰腺脂肪酶；西索米星；生長激素C；特異抗體(腺病毒、抗核抗體、抗Zeta抗體、蟲媒病毒、奧氏病病毒、登革熱病毒、墨角吸血龍、腸球菌、溶血性變形桿菌 、腸病毒，十二指腸賈第鞭毛蟲、幽門螺桿菌 、B型肝炎病毒、皰疹病毒、HIV- 1、IgE(特應性疾病)、流感病毒、杜氏利甚曼原蟲 、鉤端螺旋體、麻疹/腮腺炎/風疹、麻風分枝桿菌、肺炎支原體 、肌紅蛋白、盤尾絲蟲 、副流感病毒、惡性瘧原蟲 、脊髓灰質炎病毒、綠膿桿菌 、呼吸道合胞病毒、立克次氏體 (灌木斑疹傷寒)、曼氏血吸蟲、弓形蟲、特氏 瘧原蟲、克魯斯錐蟲 /蘭吉利、水泡氣孔 病毒、班氏無花果 病毒、黃熱病毒)；特定抗原(B型肝炎病毒，HIV-1)；琥珀酰丙酮；磺胺多辛；茶鹼；促甲狀腺激素(TSH)；甲狀腺素(T4)；甲狀腺素結合球蛋白；微量元素；轉鐵蛋白UDP-半乳糖-4-表異構酶；尿素；尿卟啉原I合酶；維生素A；白血球細胞；以及鋅原卟啉。
該(等)分析物還可以包括被引入到該目標中之一或多個化學物質。該(等)分析物可包括一標記器，諸如一造影劑、一放射性同位素、或其它化學試劑。該(等)分析物可以包括一基於碳氟化合物的合成血液。該(等)分析物可以包括藥物或藥物組合物，非限制性的實例包括有乙醇；大麻(大麻、四氫大麻酚、印度大麻)；吸入劑(一氧化二氮、亞硝酸戊酯、亞硝酸丁酯、氯代烴、碳氫化合物)；古柯鹼(快克古柯鹼)；興奮劑(苯丙胺、甲基苯丙胺、利他能(Ritalin)、塞樂特(Cylert)、苯甲嗎啉(Preludin)、鹽酸節非他明(Didrex)、普利司他(Prestate)、鹽酸鄰氯苯丁胺(Voranil)、Sandrex、苯雙甲嗎啉(Plegine)；鎮靜劑(巴比妥酸鹽、安眠酮、諸如安定(Valium)、利眠寧(Librium)、安寧(Miltown)、舒寧(Serax)、眠爾通(Equanil)、氯卓酸鉀(Tranxene)之類的鎮定藥)；迷幻劑(苯環己呱唳、麥角酸、麥斯卡林(mescaline)、南美仙人掌素、裸頭草堿)；麻醉劑(海洛因、古柯鹼、嗎啡、鴉片、呱替啶(meperidine)、鹽酸羥考酮及對乙醯氨基酹片劑(Percocet)、複方輕可酮(Percodan)、氫可酮鎮咳藥(Tussionex)、芬太尼(Fentanyl)、達爾豐(Darvon)、噴他佐新(Talwin)、複方苯乙呱唳片(Lomotil))；人工合成的毒品(芬太尼、呱替啶、安非他明、甲基安非他明、以及苯環己呱啶的類似物，例如，迷幻藥)；合成代謝類固醇；以及尼古丁。該(等)分析物可包括其他藥物或藥物組合物。該(等)分析物可包括在體內所產生的神經化學物質及其他的化學物質，諸如，例如，抗壞血酸、尿酸、多巴胺、去甲腎上腺素、3-甲氧基酪胺(3MT)、3,4-二羥基苯乙酸(DOPAC)、高香草酸（HVA)、5-羥基色胺(5HT)、以及5-羥基吲哚乙酸(HlIAA)。
現在參考圖1，其圖示出具有一非侵入式分析物感測器5之一種非侵入式分析物感測器系統的一實施例。該感測器5被描繪成相對於包含一感興趣分析物9的一目標7。在這個實例中，該感測器5被描繪為包括一天線陣列，該天線陣列包括一發射天線/元件11(下文稱為「發射天線11」)及一接收天線/元件13(下文稱為「接收天線13」)。該感測器5更包括一發射電路15、一接收電路17、以及一控制器19。如下文會進一步討論的，該感測器5還可以包括一電源供應器，例如一電池(在圖1中未示出)。
該發射天線11被定位、安置及組配以發射一信號21進入到該目標7中，其中該信號21是在該電磁頻譜的該無線電頻率(RF)或微波範圍內。該發射天線11可以是一電極或在該無線電頻率(RF)或微波範圍內之電磁信號任何其他合適的發射器。該發射天線11可以相對於該目標7具有任何的排列及取向，其足以允許該分析物檢測的發生。在一個非限制性實施例中，該發射天線11可被佈置成面向基本上朝向該目標7的一方向。
由該發射天線11所發射的該信號21由可電氣連接到該發射天線11的該發射電路15來產生。該發射電路15可具有適於產生要由該發射天線11來發射之一發射信號的任何組配。用來產生在該RF或微波頻率範圍內之發射信號的發射電路在本領域中係眾所周知的。在一個實施例中，該發射電路15可以包括，例如，對一電源的一連接、一頻率產生器、以及可選擇地，用於產生一RF或微波頻率電磁信號之一電路的濾波器、放大器、或任何其他合適的元件。在一個實施例中，由該發射電路15所產生的該信號可具有至少兩個離散頻率(即，複數個離散頻率)，每一個頻率在大約10 kHz到大約100 GHz的範圍內。在另一個實施例中，該等至少兩個離散頻率中的每一個可以在大約300 MHz到大約6000 MHz的範圍內。在一實施例中，該發射電路15能夠被組配成掃描過一頻率範圍，該等頻率係在大約10 kHz到大約100 GHz的範圍內，或在另一個實施例中在大約300 MHz到大約6000 MHz的範圍內。在一個實施例中，該發射電路15可被組配來產生一複雜發射信號，該複雜信號包括有複數個信號分量，該等信號分量的每一個具有一不同的頻率。可以藉由把多個信號混合或多工在一起來產生該複雜信號，然後發射該複雜信號，從而同時發射出該等複數個頻率。
該接收天線13被定位、安置及組配以以檢測一或多個電磁響應信號23，該等電磁響應信號23係由該發射天線11發射該發射信號21到該目標7中並撞擊在該分析物9上所產生的。該接收天線13可以是一電極或是在該無線電頻率(RF)或微波範圍內電磁信號之任何其他合適的接收器。在一實施例中，該接收天線13被組配成檢測具有至少兩個離散頻率的電磁信號，每一個頻率在大約10 kHz到大約100 GHz的範圍內，或在另一個實施例中，每一個頻率可以在大約300 MHz到大約6000 MHz的範圍內。該接收天線13可以相對於該目標7具有任何的排列及取向，其足以允許該(等)響應信號23的檢測，以允許該分析物檢測的發生。在一個非限制性的實施例中，該接收天線13可以被佈置成面向基本上朝向該目標7的一方向。
該接收電路17可電氣連接到該接收天線13並把該接收到的響應從該接收天線13傳送到該控制器19。該接收電路17可以具有任何適合於介接該接收天線13以把由該接收天線13所檢測到的該電磁能量轉換成為該(等)響應信號23之一或多個信號反射的組配。接收電路的該結構在本領域中係眾所周知的。該接收電路17可被組配來在把該(等)信號提供給該控制器19之前，調整該(等)信號，例如藉由放大該(等)信號、濾波該(等)信號、等等。因此，該接收電路17可以包括濾波器、放大器、或任何其他合適的組件用來調整提供給該控制器19 的該(等)信號。在一實施例中，該接收電路17或該控制器19中的至少一個可被組配來把由該接收天線13所檢測到的一複雜信號進行分解或解多工成為該等組成信號分量的每一個，其中該複雜信號包括有複數個信號分量而每一個信號分量處於不同的頻率上。在一實施例中，分解該複雜信號可以包括對該檢測到的複雜信號套用一傅立葉(Fourier)轉換。然而，分解或解多工一接收到的複雜信號係選擇性的。取而替之的是，在一實施例中，只要該檢測到的信號提供足夠的資訊來進行該分析物檢測，就可一整個地分析由該接收天線所檢測到的該複雜信號(即，不用對該複雜信號進行解多工)來檢測該分析物。
該控制器19控制該感測器5的該操作。該控制器19，例如，可以指導該發射電路15來產生將由該發射天線11來發射的一發射信號。該控制器19更從該接收電路17接收信號。該控制器19可以任選地處理來自該接收電路17的該等信號，以檢測在該目標7中的該(等)分析物9。在一個實施例中，該控制器19可任選地與至少一個諸如一使用者裝置及/或一遠程伺服器27之類的外部裝置25 進行通訊，例如透過一或多個無線連接諸如藍牙、諸如一4G、5G、LTE等等或Wi-Fi之類的無線資料連接。如果提供的話，則該外部裝置25及/或遠程伺服器27可以處理(或進一步處理)該控制器19接收自該接收電路17的該等信號，例如用以檢測該(等)分析物9。如果有提供的話，該外部裝置25可被使用來提供在該感測器5與該遠程伺服器27之間的通訊，例如使用一有線的資料連接或經由該外部裝置25的一無線資料連接或Wi-Fi來提供與該遠程伺服器27的該連接。
繼續參考圖1，該感測器5可包括限定一內部空間31的一感測器殼體29 (以虛線顯示)。該感測器5的組件可被附接到該殼體29及/或被設置在該殼體29內。例如，該發射天線11及該接收天線13被附接到該殼體29。在一些實施例中，該等天線11、13可以完全地或部分地在殼體29的該內部空間31內。在一些實施例中，該等天線11、13可被附接到該殼體29，但至少部分地或完全地位於該內部空間31的外部。在一些實施例中，該發射電路15、該接收電路17及該控制器19被附接到該殼體29及完全地被設置在該感測器殼體29之內。
該接收天線13相對於該發射天線11被去耦或被失諧，使得減少了在該發射天線11與該接收天線13之間的電磁耦合。該發射天線11與該接收天線13的該去耦增加了由該接收天線13所檢測到之該(等)信號的該部分，即來自該目標7的該(等)響應信號23，並最小化該接收天線13對該發射信號21的直接接收。與具有已耦合之發射與接收天線的天線系統相比，該發射天線11與該接收天線13的該去耦導致從該發射天線11到該接收天線13的發射具有一減小的前向增益(S21 )及在輸出處(S22 )有一增大的反射。
在一實施例中，在該發射天線11與該接收天線13之間的耦合為95％或更小。在另一個實施例中，在該發射天線11與該接收天線13之間的耦合為90 ％或更小。在另一個實施例中，在該發射天線11與該接收天線13之間的耦合為85％或更小。在另一個實施例中，在該發射天線11與該接收天線13之間的耦合為75％或更小。
用來減少在該發射天線11與該接收天線13之間耦合的任何技術可被使用。例如，在該發射天線11與該接收天線13之間的該去耦可由在該發射天線11與該接收天線13之間一或多個刻意製造的組配及/或佈置來實現，其足以彼此地去耦該發射天線11與該接收天線13。
例如，在下面會進一步描述的一個實施例中，該發射天線11與該接收天線13的該去耦合可藉由刻意地組配該發射天線11與該接收天線13使之彼此有不同的幾何形狀來實現。刻意不同的幾何形狀指的是該等發射與接收天線11、13之不同幾何形狀的組配係刻意的。在幾何形狀上刻意的差異不同於在發射與接收天線之幾何形狀中的差異，因為後者可能是偶然或無意發生的，例如由於製造失誤或公差而產生。
實現該發射天線11與該接收天線13之去耦的另一種技術是在每一個天線11、13之間提供適當的間隔其足以去耦該等天線11、13並強制該發射信號21之該電磁力線的一比例進入到該目標7中從而最大程度地減少或消除該接收天線13直接從該發射天線11所接收到而沒有進入到該目標7中的電磁能。在每一個天線11、13之間該適當的間隔可基於各種因素來決定，該等因素包括但不侷限於，來自該發射天線11之該信號的該輸出功率、該等天線11、13的尺寸 、該發射信號的一或多個頻率、以及在該等天線之間是否存在任何屏蔽。這種技術有助於確保由該接收天線13所檢測到的該響應正在測量該分析物9，而非僅係從該發射天線11直接流向該接收天線13的該發射信號21。在一些實施例中，可以把在該等天線11、13之間該適當間隔與在該等天線11、13之幾何形狀中刻意的差異一起使用來實現去耦。
在一個實施例中，由該發射天線11所發射的該發射信號可以具有至少兩個不同的頻率，例如，高達7至12個不同且離散的頻率。在另一個實施例中，該發射信號可以是一系列離散的、分開的信號，其中每一個分開的信號具有一單一頻率或多個不同的頻率。
在一個實施例中，該發射信號(或該等發射信號的每一個)可以在小於、等於、或大於大約300毫秒的一發射時間上被發射。在另一個實施例中，該發射時間可以小於、等於、或大於大約200毫秒。在又另一個實施例中，該發射時間可以小於、等於、或大於大約30毫秒。該發射時間還可以具有以秒為單位測量的一大小，例如1秒、5秒、10秒或更長。在一個實施例中，可以多次發射該相同的發射信號，然後該發射時間可被平均。在另一個實施例中，該發射信號(或該等發射信號的每一個)可用小於或等於大約50％的工作週期來被發射。
圖2A-2C圖示出可在該感測器系統5中被使用之天線陣列33的實例以及該等天線陣列33可如何被取向。該等天線陣列33的許多取向係可能的，並且可以使用任何的取向，只要該感測器5可以執行其感測該分析物9的主要功能即可。
在圖2A中，該天線陣列33包括被設置在一基板35上之該發射天線11與該接收天線13，該基板35可基本上係平面的。該實例描繪了基本上被佈在一XY平面中的該陣列33。在該實例中，在該等X及Y軸方向上之該等天線11、13的尺寸可被認為是橫向尺寸，而該Z軸方向上之該等天線11、13的尺寸可被認為係一厚度尺寸。在這個實例中，該等天線11、13的每一個具有至少一個橫向尺寸(在該X軸方向及/或在該Y軸方向被測量)大於其之厚度尺寸(在該Z軸方向)。換言之，該發射天線11與該接收天線13每一個係相對平坦的，或與在該X軸方向及/或在該Y軸方向所測量之至少一個橫向尺寸相比，在該Z軸方向上有一相對小的厚度。
使用在圖2A中的該實施例時，該感測器及該陣列33可相對於該目標7來定位，使得該目標7在該Z軸方向上係在該陣列33的下方或在該Z軸方向上係在該陣列33的上方，由此該等天線11、13之該等面中之一個會面朝向該目標7。可替代地，該目標7可被定位在該X軸方向上在該陣列33的左側或右側，由此該等天線11、13之每一個之該等末端中之一個會面朝向該目標7。可替代地，該目標7可被定位在該Y軸方向上在該陣列33的該等側面，由此該等天線11、13之每一個之該等側面中之一個會面朝向該目標7。
除了該天線陣列33之外，該感測器5還可被設置有一或多個附加的天線陣列。例如，圖2A還描繪了一可選擇的第二天線陣列33a，其包括設置在一基板35a上的該發射天線11與該接收天線13，該基板35a基本上可以是平面的。類似於該陣列33，該陣列33a也可基本上被設置在該XY平面內，該等陣列33、33a在該X軸方向上被彼此間隔開。
在圖2B中，該天線陣列33被描繪成基本上被設置在該YZ平面中。在該實例中，可以把該等天線11、13在該等Y及Z軸方向上的尺寸視為橫向尺寸，而該等天線11、13在該X軸方向上的尺寸可被視為係一厚度尺寸。在該實例中，該等天線11、13的每一個具有至少一個橫向尺寸(在該Y軸方向及/或在該Z軸方向上被測量)大於其之厚度尺寸(在該X軸方向上)。換言之，該發射天線11與該接收天線13每一個係相對平坦的，或與在該Y軸方向及/或在該Z軸方向所測量之至少一個橫向尺寸相比，在該X軸方向上有一相對小的厚度。
使用在圖2B中的該實施例時，該感測器及該陣列33可相對於該目標7來定位，使得該目標7在該Z軸方向上係在該陣列33的下方或在該Z軸方向上係在該陣列33的上方，由此該等天線11、13之每一個之該等末端中之一個會面朝向該目標7。可替代地，該目標7可被定位在該X軸方向上在該陣列33的前方或後方，由此該等天線11、13之每一個之該等面中之一個會面朝向該目標7。可替代地，該目標7可被定位在該Y軸方向上在該陣列33之該等側面中之一個，由此該等天線11、13之每一個之該等側面中之一個會面朝向該目標7。
在圖2C中，該天線陣列33被描繪成基本上被設置在該XZ平面中。在該實例中，可以把該等天線11、13在該等X及Z軸方向上的尺寸視為橫向尺寸，而該等天線11、13在該Y軸方向上的一尺寸可被視為係一厚度尺寸。在該實例中，該等天線11、13的每一個具有至少一個橫向尺寸(在該X軸方向及/或在該Z軸方向上被測量)大於其之厚度尺寸(在該Y軸方向上)。換言之，該發射天線11與該接收天線13每一個係相對平坦的，或與在該X軸方向及/或在該Z軸方向所測量之至少一個橫向尺寸相比，在該Y軸方向上有一相對小的厚度。
使用在圖2C中的該實施例時，該感測器及該陣列33可相對於該目標7來定位，使得該目標7在該Z軸方向上係在該陣列33的下方或在該Z軸方向上係在該陣列33的上方，由此該等天線11、13之每一個之該等末端中之一個會面朝向該目標7。可替代地，該目標7可被定位在該X軸方向上在該陣列33的左方或右方，由此該等天線11、13之每一個之該等側面中之一個會面朝向該目標7。可替代地，該目標7可被定位在該Y軸方向上在該陣列33之前方或後方，由此該等天線11、13之每一個之該等面中之一個會面朝向該目標7。
在圖2A至圖2C中該等陣列33、33a不必完全地在諸如該XY平面、該YZ平面或該XZ平面之類的平面內被定向。可替代的是，該等陣列33、33a可以與該XY平面、該YZ平面該及XZ平面夾一角度來被設置。
使用在天線幾何形狀中的差異來去耦天線
如以上所述，一種用於使該發射天線11與該接收天線13去耦的技術係刻意地組配該發射天線11與該接收天線13使之彼此有不同的幾何形狀。刻意不同的幾何形狀指的是在該等發射與接收天線11、13之幾何形狀中的差異係刻意的，在幾何形狀上刻意的差異不同於在該等發射與接收天線11、13之幾何形狀中的差異，因為後者可能是偶然或無意發生的，例如由於在製造該等天線11、13時之製造失誤或公差而產生。
該等天線11、13之該等不同的幾何形狀可以自行表現出來，並且可以以多種不同方式來被描述。例如，在該等天線11、13之每一個的一平面視圖中(諸如在圖3A-I中)，該等天線11、13之該等外圍邊緣的該等形狀可以彼此不同。該等不同的幾何形狀可以導致在平面視圖中該等天線11、13具有不同的表面面積。該等不同的幾何形狀可以導致在平面視圖中該等天線11、13具有不同的縱橫比(即，在不同的維度中之它們尺寸的一比值；例如，如下面會進一步詳細討論的，該天線11之該長度除以該寬度的該比值可能不同於該天線13之該長度除以該寬度的該比值)。在一些實施例中，該等不同的幾何形狀可以導致在平面視圖中該等天線11、13具有不同的外圍邊緣形狀、在平面圖中具有不同的表面面積、及/或不同的縱橫比值的任意組合。在一些實施例中，該等天線11、13可在該外圍邊緣邊界之中形成一或多個孔(參見圖2B)，或在該外圍邊緣中形成一或多個凹口(參見圖2B)。
因此，如在本文中所使用的，在該等天線11、13之幾何中的一差異或在幾何形狀中的一差異指的是當在平面視圖中觀察該相應之天線11、13時，在該圖形、長度、寬度、尺寸、形狀、由一邊界所封閉的區域(即該外圍邊緣)、等等中的任何刻意的差異。
該等天線11、13可以具有任何的組配，並且可由可使它們來執行如在本文中所描述之該等天線11、13之該等功能之任何合適的材料來形成。在一個實施例中，該等天線11、13可以由條帶狀材料來形成。一材料條帶的一組配為當該天線在一平面視圖中被觀察時，該條帶之至少一個橫向尺寸大於其之厚度尺寸(換句話說，與其之至少一個其他的橫向尺寸，諸如當該天線在一平面視圖如在圖3A-I中被觀察時的長度或寬度相比，該條帶係相對平坦或厚度相對較小)。一材料條帶可以包括一金屬絲。該等天線11、13可由任何合適的導電材料來形成，包括有金屬及導電之非金屬材料。可被使用之金屬的實例包括但不侷限於銅或金。可被使用之材料的另一個實例係摻雜有金屬材料以使得該非金屬材料具導電性。
在圖2A-2C中，在該等陣列33、33a中每一個之內的該等天線11、13具有彼此不同的幾何形狀。此外，圖3A-I圖示出具有彼此不同幾何形狀之該等天線11、13之其他實例平面視圖。在圖2A-2C及3A-I中該等實例並未被窮舉，並且許多不同的組配是可能的。
首先參考圖3A ，其圖示出具有兩個不同幾何形狀之天線之一天線陣列的一平面視圖。在此實例中(以及在圖2A-2C及3B-3I中的該等實例)，為了方便描述在此處的概念，一個天線被標記為該發射天線11並把另一個天線標記為該接收天線13。然而，被標記為該發射天線11的該天線可以是該接收天線13，而被標記為該接收天線13的該天線可以是該發射天線11。該等天線11、13的每一個被設置在具有一平坦表面37的該基板35上。
該等天線11、13可在該表面37上被形成為線性條帶或跡線。在該實例中，該天線11通常為U形，並具有一第一線性支腳40a、垂直於該第一支腳40a做延伸的一第二線性支腳40b、以及平行於該支腳40a做延伸的一第三線性支腳40c。同樣地，該天線13係由平行於、及在該等支腳40a、40c之間做延伸之一單一支腳來形成。
在圖3A中所描繪的該實例中，該等天線11、13中的每一個具有至少一個橫向尺寸，該橫向尺寸大於其一厚度尺寸(在圖3A中，當觀看圖3A時該厚度尺寸延伸進/出該頁面)。例如，該天線11的該支腳40a在一個方向(即，一橫向尺寸)上做延伸的一程度為大於延伸進或出該頁面之該支腳40a的一厚度尺寸；該天線11的該支腳40b在一個方向(即，一橫向尺寸)上做延伸的一程度為大於延伸進或出該頁面之該支腳40b的一厚度尺寸；以及該天線11的該支腳40c在一個方向(即，一橫向尺寸)上做延伸的一程度為大於延伸進或出該頁面之該支腳40c的一厚度尺寸。同樣地，該天線13在一個方向(即，一橫向尺寸)上做延伸的一程度為大於延伸進或出該頁面之該天線13的一厚度尺寸。
該等天線11、13在幾何形狀上也彼此不同，因為該天線11當在平面視圖中被觀察時的總線性長度(藉由把支腳40a-c的該等各別長度L1 、L2 、L3 加在一起來決定)，比該天線13當在平面視圖中被觀察時該長度L13 要大。
圖3B圖示出具有兩個具不同幾何形狀之天線之一天線陣列的另一個平面視圖。在該實例中，該等天線11、13被圖示為基本線性的條帶，每一個條帶具有一橫向長度L11 、L13 ；一橫向寬度W11 、W13 ；以及一外圍邊緣E11 、E13 。該等外圍邊緣E11 、E13 延伸圍繞該等天線11、13的該整個外圍並界限出在該平面視圖中的一區域。在這個實例中，該等橫向長度L11 、L13 及/或橫向寬度W11 、W13 是比當觀看圖3B時延伸進/出該頁面之該等天線11、13之一厚度尺寸要大。在該實例中，該等天線11、13的幾何形狀彼此不同，因為該等天線11、13之該等端部的形狀彼此不同。例如，在觀看圖3B時，該天線11的右端42與該天線13的右端44有不同的形狀。類似地，該天線11的左端46可以具有如其右端42相似的形狀，但是不同於該天線13的左端48，該左端48可以具有與該右端44相似的形狀。該等天線11、13之該等橫向長度 L11 、L13 及/或該等橫向寬度 W11 、W13 可以彼此不同。
圖3C圖示出具有兩個具不同幾何形狀之天線之一天線陣列的另一個平面視圖，其有點類似於圖3B。在此實例中，該等天線11、13被圖示為基本線性的條帶，每一個條帶具有該等橫向長度L11 、L13 ；該等橫向寬度W11 、W13 ；以及該等外圍邊緣E11 、E13 。該等外圍邊緣E11 、E13 延伸圍繞該等天線11、13的該整個外圍並界限出在該平面視圖中的一區域。在這個實例中，該等橫向長度L11 、L13 及/或橫向寬度W11 、W13 是比當觀看圖3C時延伸進/出該頁面之該等天線11、13之一厚度尺寸要大。在該實例中，該等天線11、13的幾何形狀彼此不同，因為該等天線11、13之該等端部的形狀彼此不同。例如，在觀看圖3C時，該天線11的右端42與該天線13的右端44有不同的形狀。類似地，該天線11的左端46可以具有如其右端42相似的形狀，但是不同於該天線13的左端48，該左端48可以具有與該右端44相似的形狀。此外，該等天線11、13的該等橫向寬度W11 、W13 彼此不同。也有可能的是該等天線11、13的該等橫向長度L11 、L13 可以彼此不同。
圖3D圖示出具有兩個具不同幾何形狀之天線之一天線陣列的另一個平面視圖，其有點類似於圖3B及3C。在此實例中，該等天線11、13被圖示為基本線性的條帶，每一個條帶具有該等橫向長度L11 、L13 ；該等橫向寬度W11 、W13 ；以及該等外圍邊緣E11 、E13 。該等外圍邊緣E11 、E13 延伸圍繞該等天線11、13的該整個外圍並界限出在該平面視圖中的一區域。在這個實例中，該等橫向長度L11 、L13 及/或橫向寬度W11 、W13 是比當觀看圖3D時延伸進/出該頁面之該等天線11、13之一厚度尺寸要大。在此實例中，該等天線11、13的幾何形狀彼此不同，因為該等天線11、13之該等端部的形狀彼此不同。例如，在觀看圖3D時，該天線11的右端42比起該天線13的右端44有一不同的形狀。類似地，該天線11的左端46可以具有如其右端42一相似的形狀，但是不同於該天線13的左端48，該左端48可以具有與該右端44一相似的形狀。此外，該等天線11、13的該等橫向寬度W11 、W13 彼此不同。也有可能的是該等天線11、13的該等橫向長度L11 、L13 可以彼此不同。
圖3E圖示出在一基板上具有兩個具不同幾何形狀之天線之一天線陣列的另一個平面視圖。在此實例中，該天線11被圖示成具有一大致上為馬蹄形的一材料條帶，而該天線13被圖示成具有一大致上為線性的一材料條帶。該等天線11、13的該等平面形狀(即，幾何形狀)彼此不同。另外，在平面視圖中觀看該天線11時其總長度(從一端量到另外一端)大於在平面視圖中觀看該天線13時的該長度。
圖3F圖示出在一基板上具有兩個具不同幾何形狀之天線之一天線陣列的另一個平面視圖。在此實例中，該天線11被圖示成形成一直角的一材料條帶，而該天線13被圖示成形成一較大直角的一材料條帶。該等天線11、13的該等平面形狀(即，幾何形狀)彼此不同，因為該天線13在其平面視圖中的總面積大於該天線11在其平面視圖中的總面積。另外，在平面視圖中觀看該天線11時其總長度(從一端量到另外一端)小於在平面視圖中觀看該天線13時的該長度。
圖3G圖示出在一基板上具有兩個具不同幾何形狀之天線之一天線陣列的另一個平面視圖。在此實例中，該天線11被圖示成形成一正方形的一材料條帶，而該天線13被圖示成形成一長方形的一材料條帶。該等天線11、13的該等平面形狀(即，幾何形狀)彼此不同。另外，在平面視圖中觀看該天線11時其寬度/長度中的至少一個小於在平面視圖中觀看該天線13時其寬度/長度中的一個。
圖3H圖示出在一基板上具有兩個具不同幾何形狀之天線之一天線陣列的另一個平面視圖。在此實例中，在平面視圖中觀看該天線11時其被圖示成形成一圓形的一材料條帶，而在平面視圖中觀看該天線13時其被圖示成形成一較小圓形的一材料條帶，該較小圓形被由該天線11所形成的該圓所包圍。由於該等圓之該等不同的大小，該等天線11、13的該等平面形狀(即，幾何形狀)彼此不同。
圖3I圖示出在一基板上具有兩個具不同幾何形狀之天線之一天線陣列的另一個平面視圖。在此實例中，該天線11被圖示成一線性的材料條帶，而在平面視圖中觀看該天線13時其被圖示成形成一半圓形的一材料條帶。由於該等天線11、13之該等不同的形狀/幾何，該等天線11、13的該等平面形狀(即，幾何形狀)彼此不同。
圖4A–D係平面視圖，其圖示出該等發射與接收天線11、13之該等末端可能之有不同形狀以實現在幾何形狀中差異的其他實例。該等天線11、13之該等末端之一端或兩端可以具有在圖4A-D中的形狀，包括有在圖3A-I中該等實施例中的形狀。圖4A把該末端描繪為大致上為矩形。圖4B把該末端描繪為具有一個圓角，而另一個角仍然為一直角。圖4C把該整個末端描繪為圓形的或外凸的。圖4D把該末端描繪為內凹的。許多其他形狀也是可能的。
實現該等天線11、13之去耦的另一種技術是在每一個天線11、13之間使用一適當的間距，該間距足以迫使大多數或所有由該發射天線11所發射的該(等)信號進入該目標，從而最小化該接收天線13直接從該發射天線11直接接收的電磁能。該適當的間距可獨自被使用來實現該等天線11、13的去耦。在另一個實施例中，該適當的間距可與在該等天線11、13幾何形狀中的差異一起使用來實現去耦。
參考圖2A，在該發射天線11與該接收天線13之間在該所指出的位置處有一間隔D。在該等天線11、13之間的該間隔D可以在每一個天線11、13的整個長度上(例如在該X軸方向上)恆定，或者在該等天線11、13之間的該間隔D可以變化。可以使用任何的間隔D，只要該間隔D足以導致大多數或所有由該發射天線11所發射之該(等)信號達到該目標並最小化該接收天線13直接從該發射天線11直接接收的電磁能，從而使得該等天線11、13彼此去耦。
參考圖5，其圖示出該感測器裝置5的一實例組配。在圖5中，使用了相同的附圖標記來引用與在圖1中的元件相同或相似的元件。在圖5中，該等天線11、13被設置在一基板50的一個表面上，該基板50可以是例如一印刷電路板。至少一個電池52，諸如可充電電池，被設置在該基板50上方，用於向該感測器裝置5供電。此外，設置有一數位印刷電路板54，在其上具有該發射電路15、該接收電路17、以及該控制器19，並且可以設置該第二裝置5的其他電子裝置。該基板50及該數位印刷電路板54經由諸如一柔性連接器56之類的任何合適的電氣連接被電氣連接。一RF屏蔽罩58可以可選擇性地被定位在該等天線11、13與該電池52之間，或者在該等天線11、13與該數位印刷電路板54之間，以屏蔽該電路及電子組件免受RF干擾。
如在圖5所示，該感測器裝置5的所有元件，包括該等天線11、13、該發射電路15、該接收電路17、該控制器19、該電池52等等全部被完全地包含在該殼體29的該內部空間31內。在一另一個實施例中，每一個天線11、13的一部分或全部可以在該殼體29的一底壁60下方突出。在另一個實施例中，每一個天線11、13的該底部可以與該底壁60齊平，或者它們可從該底壁60處被稍微凹進。
該感測器裝置5的該殼體29可具有人們發現其適合用在一非侵入式感測器裝置中之任何的組配及尺寸。在一個實施例中，該殼體29可以具有不大於50 mm的一最大長度尺寸LH 、不大於50 mm的一最大寬度尺寸寬度WH 、以及不大於25 mm的一最大的厚度尺寸TH ，共計內部容積不大於大約62.5 cm3 。
另外，繼續參考到圖5以及圖3A-3I，在該發射天線11與該接收天線13 之間最好有一最大的間距Dmax 及一最小的間距Dmin 。該最大的間距Dmax 可以由該殼體29的最大尺寸來指定。在一個實施例，該最大的間隔Dmax 可約為50 mm。在一個實施例中，該最小間距Dmin 可以是大約1.0 mm至大約5.0 mm。
現在參考圖6及圖1，圖6描繪了用於檢測在一目標中之至少一種分析物之方法70的一個實施例。可以使用在本文中所描述該感測器裝置5之該等實施例的任一來實踐在圖6中的該方法。為了檢測該分析物，該感測器裝置5會被放置在相對靠近該目標的位置。相對靠近的位置意指該感測器裝置5可以接近但不直接實體接觸的該目標，或可替代地該感測器裝置5可被放置成與該目標直接、親密的實體接觸。在該感測器裝置5與該目標7之間的該間隔可以取決於許多的因素，諸如該發射信號的該功率。假設該感測器裝置5被適當地相對於該目標7被定位，在方塊72處該發射信號被產生，例如由該發射電路15。然後該發射信號被提供給該發射天線11，在方塊74處，該發射天線11向該目標發射該發射信號並進入到該目標中。在方塊76處，然後由該接收天線13檢測到由於該發射信號接觸該(等)分析物所引起的一響應。該接收電路17從該接收天線13獲得該檢測到的響應，並將該檢測到的響應提供給該控制器19。在方塊78處，然後可以分析該檢測到的響應以檢測至少一種分析物。可由該控制器19及/或由該外部裝置25及/或由該遠程伺服器27來執行該分析。
參考圖7，在該方法70中在方塊78處的該分析可以採取多種形式。在一個實施例中，在方塊80處，該分析可以簡單地檢測該分析物的存在，即，在該目標物中是否存在有該分析物。可替代地，在方塊82處，該分析可以確定該存在分析物的該量。
圖8展示出該非侵入式分析物感測器5的另一個實例應用。在這個實例中，該感測器5被合併到一桌上裝置90中。該術語「桌上」可與術語「檯上」互換地使用，指的是在使用過程中被意圖放置在一結構之頂表面上的一裝置，該結構諸如，但不侷限於，一桌子、櫃檯、架子、另一台裝置、等等。在某些實施例中，該裝置90可被安裝在一個垂直壁上。該裝置90被組配來獲取在一使用者中之一種分析物的即時、隨選讀取值，諸如但不侷限於，使用被結合到該裝置90中之該非侵入式分析物感測器5來獲得該使用者的一葡萄糖準位讀數。
在圖8中的該裝置90被一般圖示為矩形盒形狀的。然而，該裝置90可以具有其他的形狀，諸如圓柱形、方盒、三角形及許多其他的形狀。該裝置90 包括一個殼體 92；一讀取區域94，例如在該殼體92的一頂表面上，該感測器5的該等天線 11、13被定位在該處以能夠獲得讀數；以及一顯示螢幕96例如在該殼體92的該​​頂表面上，用於顯示資料諸如該感測器5的一讀數結果。可藉由一電源線98插入一牆上的插座為該裝置90供電。該裝置90還可以包括一或多個電池用作為該裝置90的一主要電源，而不是經由該電源線98來提供電源；或是該等一或多個電池可用作為一備用電源如果無法經由該電源線98來供電的話。
在該裝置90的操作中，一位使用者把一身體部位接近該讀取區域94(即與其接觸或靠近其但沒碰觸到它)。該身體部位可以是該使用者手之任意的手指，諸如姆指、食指、中指、無名指、或小指；或該使用者的手腕；或該使用者之其他任意身體部位。該裝置90的一讀取係由該使用者來觸發。該裝置90可以以任何的方式與任何形式的觸發機制來被組配以允許該使用者觸發一讀取。例如，該裝置90可以配備有一觸發按鈕100，其位於該裝置90上的任何位置處，當被按下時，會觸發該感測器5的讀取。可替代地，該裝置90可以包括一接近感測器，例如與該讀取區域94相關聯，其檢測該使用者的存在，諸如在檢測到該使用者的身體部位靠近該讀取區域94 時啟動該讀取。可替代地，該裝置90可以包括例如與該讀取區域94相關聯的一壓力感測器，其檢測該使用者的身體部位與該讀取區域94的接觸，當檢測到該接觸時，觸發該感測器 5的讀取。可替代地，該感測器5的該讀取可由語音來觸發，例如藉由該裝置90之一可選擇的麥克風 102來觸發，其接收可由該使用者或一護理人員說出之一預定的讀取啟動命令。
該等讀取結果可被顯示在該顯示螢幕96上。例如，假設該正被檢測到的分析物係葡萄糖，則該使用者的葡萄糖讀數可被顯示在該顯示螢幕96上。另外地(或替代地)，該等讀取結果可由該裝置90呈現為可聽得見的聲音，例如經由一或多個揚聲器104。該顯示螢幕96可以是允許使用者輸入一觸控螢幕，例如在顯示之不同的形式之間捲動，或選擇該裝置90之不同的功能。替代地，一或多個輸入按鈕(圖中未示出)可被設置在該裝置90上以允許使用者輸入。
一開/關電源按鈕或開關106可被提供在該裝置90上的任何地方以開啟及關閉該裝置90的電源。該開/關電源按鈕或開關106 也可作用為該觸發按鈕而不使用該觸發按鈕100。可替代地，該觸發按鈕100可以用作為開/關電源按鈕以開啟及關閉該裝置90的電源，並且觸發讀取。在一個實施例中，該裝置90可被提供具有睡眠功能，從而在該裝置90不活動的一段時間後該裝置90進入低功耗睡眠模式。在該睡眠模式下，該觸發機制及/或在該裝置90上的該麥克風102可以保持活動狀態，等待對該裝置90採取適當的行動使之退出該睡眠模式並準備做讀取。適當行動的實例包括但不侷限於該觸發機制的制動或一可聞語音命令的識別。
在一些實施例中，該裝置90可以包括用於儲存各個讀數以供以後進行歷史分析的資料儲存器。用於不同使用者的資料也可被儲存在每位使用者的個別檔案中。
圖10示出了該桌面裝置90的另一個實施例，其類似於在圖8中的該裝置90並且其與圖8中相似的特徵使用了相同的參考號碼。在圖10中，該顯示螢幕96不是被整合到該裝置90中，該顯示螢幕96係一分開裝置的一部分，該分開的裝置被適當地連接到該裝置90，例如藉由一電纜108諸如一USB電纜。在圖10中該分開的顯示螢幕96可以從該裝置90接收電力或者該分開的顯示螢幕96可以擁有自己的電源。在一個實施例中，該顯示螢幕96可以是一電視的電視螢幕。
參考圖9，其圖示了一系統，該系統包含了不是圖8就是圖10 的該桌面裝置90。在該圖示的系統中，該桌面裝置90可能以單向通信或雙向通訊與一或多個行動裝置110 及/或一或多個其他遠程裝置 114進行通訊。該(等)行動該裝置110可以是，但不侷限於，該使用者的行動裝置；一父母的行動裝置；一助手、護士、醫生或其他醫學專家的行動裝置；或任何其他行動裝置。該(等)行動該裝置 110 可以是一手機、一智慧型手錶、一平板電腦、一膝上型電腦、等等。該(等)遠程裝置114可以是可與該裝置 90互動及進行通訊之任何的非行動裝置。例如，該裝置114可以是被設計來與該裝置90互動並也可能介接另一個遠程裝置的一基站。該裝置90 及該(等)行動裝置110 及/或該(等)遠程裝置114 可以經由一合適的網路112彼此通訊，例如該網際網路或其他的網路。在其他的實施例中，該裝置90 及該(等)行動裝置110 及/或該(等)遠程裝置114 可以直接地彼此通訊，例如經由一適當的短距離無線通信技術諸如藍牙® 。
在圖9的該系統中，由該桌上裝置90讀取的該等結果可被例如即時地傳送至該(等)行動裝置110及/或該(等)遠程裝置114。例如，由該裝置90讀取的該等結果可藉由打電話、電子郵件或文字訊息被傳送給該(等)行動裝置110及/或該(等)遠程裝置114，或直接地藉由無線通訊傳送。該(等)行動裝置110 及/或該(等)遠程裝置114可以包含一個應用程式，其被組配來與該裝置90一起運行。在一個非限制性的實施例中，在圖9中的該系統允許該裝置90 對例如一嬰兒或一易感成年人進行讀取，該讀數被即時地發送給一照顧者(例如，一父母、 一看護、護士、醫生或其他的醫學專業人員)的行動裝置110。如果該讀數不正常，該照顧者可被提醒此事實，以允許該照顧者提供幫助或安排提供幫助。在某些實施例中，由該(等)行動裝置110及/或該(等)遠程裝置114所接收到的該信號能夠導致該(等)行動裝置110及/或該(等)遠程裝置114基於來自該裝置90所發射出的該讀數發出一聲音及/或視覺警報。該(等)行動裝置110 及/或該(等)遠程裝置114還可以發射一或多個信號給該裝置90。例如，在收到來自該裝置90的一讀數並包含指令要求該使用者採取行動或包含由該感測器感測到與該分析物有關的資訊之後，可從該(等)行動裝置110 及/或該(等)遠程裝置114 發送一信號給該裝置90 。該等指令可以被顯示在該裝置90的該顯示螢幕96上及/或該裝置90可由該揚聲器104在聽覺上呈現該指令。
在該發射信號與該分析物之間的該互動，在某些情況下，會增加了由該接收天線所檢測到之該(等)信號的該強度，並且會在其他的情況下，降低了由該接收天線所檢測到之該(等)信號的該強度。例如，在一個非限制性的實施例中，當分析該檢測到的響應時，在該目標中的化合物，其包括有正被檢測之該感興趣的分析物，可以吸收該發射信號中的一些，其中該吸收會基於該發射信號的該頻率來做變化。由該接收天線所檢測到的該響應信號可能會由於被包括在該目標中之化合物諸如該分析物吸收了該發射信號而導致在該等頻率處的強度下降。該等吸收的頻率係特有於不同的分析物的。基於與該分析物吸收相對應的信號強度下降，由該接收天線所檢測到的該(等)響應信號可在與該感興趣分析物相關聯之頻率處進行分析來檢測該分析物，其係基於在對應於該感興趣分析物的吸收頻率處是否觀察到這種信號強度的下降。針對由該分析物所造成之該(等)信號之該強度增加，一類似的技術可被採用。
例如，可藉由識別由該接收天線在與該分析物相關聯之已知頻率處所檢測到該信號強度中的變化來實現分析物存在性的檢測。取決於該發射信號係如何地與該分析物互動，該變化可以是信號強度的降低或信號強度的提高。可以例如透過測試已知包含該分析物的溶液來建立與該分析物相關聯的該已知頻率。例如，可藉由識別在已知頻率處該信號中該變化的幅度來確定該分析物的量，例如使用一個函數，其中該輸入變數係在該信號中該變化的幅度而該輸出變數係該分析物的量。對該分析物其量的確定更可使用例如基於該目標之一已知質量或體積來確定一濃度。在一實施例中，該分析物存在性及該分析物量的判定兩者都可以被判定，例如首先藉由識別出在該檢測到信號中的該變化來檢測該分析物的存在性，並然後處理該(等)檢測到的信號，以識別出該變化的幅度來判定該量。
在本說明書中所使用的術語旨在描述特定的實施例，並不旨在進行限制。除非另有明確的指出，術語「一」、「一個」、及「該」也包括該等複數形式。術語「包含」及/或「包含有」當在本說明書中被使用時，指定存在有該等特徵、整數、步驟、操作、元件、及/或組件，但是並不排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、及/或組件的存在或新增。
在所有的方面中，在本申請書中所揭露的該等實例應被視為係說明性的而非限制性的。本發明的範圍係由所附請求項來指出而不是由前面的描述來指出；該等請求項之等同含義及範圍內之所有的改變均被意圖被包含在其中。
5:感測器7:目標9:分析物11:發射天線13:接收天線15:發射電路17:接收電路19:控制器21:發射信號23:響應信號25:使用者裝置27:伺服器29:殼體31:內部空間33、33a:天線陣列35、35a、50:基板37:表面40a、40b、40c:支腳42、44:右端46、48:左端52:電池54:數位印刷電路板56:柔性連接器58:RF屏蔽罩60:底壁70:方法72〜82:方塊90:裝置92:殼體94:讀取區域96:顯示螢幕98:電源線100:觸發按鈕102:麥克風 104:揚聲器106:開/關電源按鈕或開關108:電纜110:行動裝置112:網路114:遠程裝置
本文參考到構成本發明之一部分的該等附圖，這些附圖圖示出可以實踐在本說明書中所描述之該等設備、系統及方法的實施例。
圖1根據一實施例係一非侵入式分析物感測器系統的一示意性描繪，其具有相對於一目標的一非侵入式分析物感測器。
圖2A-C圖示出可以在本文所描述該感測器系統中被使用之天線陣列的不同示例取向。
圖3A-3I圖示出具有不同幾何形狀之發射與接收天線之不同的實例。
圖4A、4B、4C及4D圖示出該發射與接收天線之該等末端可以具有之不同形狀的額外實例。
圖5根據一實施例係一感測器裝置的一示意性描繪。
圖6根據一實施例係一種用於檢測一分析物之方法的一流程圖。
圖7根據一實施例係一響應分析的一流程圖。
圖8圖示出一桌上裝置，其包含有在本文中所描述之該非侵入式分析物感測器系統。
圖9圖示出一種包含有圖8之該桌上裝置的系統。
圖10圖示出一種包括有在本文中所述該非侵入式分析物感測器系統之桌上裝置的另一個實施例。
相似的參考號碼始終代表相似的部分。
5:感測器
7:目標
9:分析物
11:發射天線
13:接收天線
15:發射電路
17:接收電路
19:控制器
21:發射信號
23:響應信號
25:使用者裝置
27:伺服器
29:殼體
31:內部空間

Claims (16)

  1. 一種非侵入式分析物感測器系統，其包含有： 一去耦的檢測器陣列，其具有至少一個發射元件及至少一個接收元件，其中該至少一個發射元件與該至少一個接收元件95％或更少地彼此耦合； 一發射電路，其可電氣連接到該至少一個發射元件，該發射電路被組配來產生要由該至少一個發射元件來發射之一發射信號，該發射信號係在電磁頻譜的一無線電或微波頻率範圍內； 一接收電路，其可電氣連接到該至少一個接收元件，該接收電路被組配來接收由該至少一個接收元件所檢測到的一響應，該響應係由該至少一個發射元件把該發射信號發射到包含有至少一種感興趣分析物之目標中所產生。
  2. 如請求項1之非侵入式分析物感測器系統，其中該至少一個發射元件與該至少一個接收元件90％或更少地彼此耦合。
  3. 如請求項1之非侵入式分析物感測器系統，其中該至少一個發射元件與該至少一個接收元件85％或更少地彼此耦合。
  4. 如請求項1之非侵入式分析物感測器系統，其中該至少一個發射元件與該至少一個接收元件具有彼此平行且彼此隔開的縱軸。
  5. 如請求項1之非侵入式分析物感測器系統，其中該發射信號具有複數個不同頻率，該等不同頻率中的每一個在大約10 kHz至大約100 GHz的一範圍內。
  6. 如請求項1之非侵入式分析物感測器系統，其中該發射信號具有至少兩個不同頻率，每一個頻率都在電磁頻譜的一無線電或微波頻率範圍內。
  7. 如請求項6之非侵入式分析物感測器系統，其中該發射信號係具有該等至少兩個不同頻率的一複雜信號；或該發射信號具有至少兩個分開的信號部分，每一個信號部分具有該等至少兩個不同頻率中之一個。
  8. 如請求項6之非侵入式分析物感測器系統，其中該響應包括複數個頻率，每一個頻率與該等至少兩個不同頻率中之相應的一個相關聯。
  9. 如請求項1之非侵入式分析物感測器系統，其更包含有一感測器殼體，該殼體具有不大於50 mm的一最大長度尺寸、不大於50  mm的一最大寬度尺寸、不大於25 mm的一最大厚度尺寸、以及不大於大約62.5 cm3 的一總內部容積； 該去耦的檢測器陣列被附接到該感測器殼體；以及 在該至少一個發射元件與該至少一個接收元件之間具有不超過50 mm之一最大間距以及至少為1.0 mm之一最小間距。
  10. 一種分析物非侵入式檢測的方法，其包含有： 產生具有至少兩個不同頻率的一發射信號，每一個頻率係在電磁頻譜的一無線電或微波頻率範圍內； 使用該至少一個發射元件把該發射信號發射到包含有至少一種感興趣分析物的一目標中； 使用至少一個接收元件檢測一響應，該響應係由該至少一個發射元件把該發射信號發射到包含有該至少一種感興趣分析物之該目標中所產生； 其中該至少一個發射元件與該至少一個接收元件95％或更少地彼此耦合。
  11. 如請求項10之方法，其包含有： 把該發射信號產生成具有該至少兩個不同頻率的一複雜信號；或 該發射信號具有至少兩個分開的信號部分，每一個信號部分具有該等至少兩個不同頻率中之一個。
  12. 如請求項10之方法，其中該響應包括複數個頻率，每一個頻率與該等至少兩個不同頻率中之相應的一個相關聯。
  13. 如請求項10之方法，其中該至少一個發射元件與該至少一個接收元件90％或更少地彼此耦合。
  14. 如請求項10之方法，其中該至少一個發射元件與該至少一個接收元件85％或更少地彼此耦合。
  15. 如請求項10之方法，其中該等至少兩個不同頻率中的每一個落在大約10 kHz至大約100 GHz之間的一範圍內。
  16. 如請求項10之方法，其中該至少一個發射元件與該至少一個接收元件具有彼此平行且彼此隔開的縱軸。
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