RU2018132793A - Способ и устройство для измерения концентрации целевых веществ в крови - Google Patents

Claims (84)

1. Неинвазивное испытательное устройство для определения концентрации целевого вещества в крови, которое содержит:

генератор радиочастотного сигнала, выполненный с возможностью, при использовании, вывода выходного радиочастотного сигнала;

процессор; и

по меньшей мере одну антенну, функционально соединенную, при использовании, с кровью пациента, по меньшей мере одну антенну, функционально соединенную с генератором радиочастотного сигнала и процессором,

при этом процессор выполнен с возможностью, при использовании:

измерения переданного или отраженного ответного сигнала за счет использования по меньшей мере одной из антенн, при этом ответный сигнал является функцией выходного радиочастотного сигнала, модифицированного взаимодействием с кровью пациента,

измерения амплитуды и фазы ответного сигнала на множестве частот выходного радиочастотного сигнала;

расчета измеренной амплитуды и фазы ответного сигнала в зависимости от выходных частот радиочастотного сигнала;

с использованием графика, определять любые два или более производных параметров ответного сигнала из группы, содержащей: Q-фактор (добротность) резонанса; групповую задержу; форм-фактор графика; и градиент графика на разных частотах; и

определения концентрации целевого вещества в крови пациента на основе корреляции между производным параметром или параметрами и соответствующими значениями концентрации целевого вещества в крови пациента в модели, причем:

процессор выполнен с возможностью:

сравнения множества полученных параметров с соответствующими моделями соответствующих производных параметров в зависимости от концентрации целевого вещества в крови;

определения для каждого производного параметра концентрации целевого вещества в крови пациента на основе корреляции между соответствующим производным параметром и соответствующими значениями концентрации целевого вещества в крови пациента в соответствующей модели; и

применения статистической модели к полученным в результате определенным концентрациям целевого вещества в крови пациента на основе каждого производного параметра для достижения единой общей определенной концентрации целевого вещества в крови пациента.

2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее возможность определения, используя график, любого одного или более параметров ответного сигнала из группы, содержащей: сдвиг резонансной частоты; фазовый сдвиг; и изменение амплитуды.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанная или каждая модель содержит одно или более из следующего:

справочную таблицу производных параметров и их соответствующих концентраций целевого вещества в крови пациента, и при этом процессор выполнен с возможностью определения ближайшего соответствия с данными в справочной таблице или интерполирования данных в справочной таблице для того, чтобы достичь определенной концентрации целевого вещества в крови пациента; и

уравнение, определяющее взаимосвязь между производным параметром и концентрацией целевого вещества в крови пациента, и при этом процессор выполнен с возможностью использования производного параметра в качестве аргумента уравнения для получения значения, которое представляет собой концентрацию целевого вещества в крови пациента.

4. Устройство по пп. 1, 2 или 3, отличающееся тем, что амплитуда и фаза ответного сигнала измеряются схемой, в которой:

выход генератора радиочастотного сигнала подключается к входному узлу, при этом входной узел сконфигурирован, при использовании, для разделения радиочастотного сигнала на устойчиво равные первый и второй сигналы,

при этом первый сигнал соединен с тестовым выходом через антенну,

второй сигнал соединен с эталонным выходом через регулируемую эталонную схему,

при этом тестовые и эталонные выходы подключаются к соответствующим входам компаратора, причем компаратор выполнен с возможностью вывода на выходе компаратора разности между тестовым выходом и эталонным выходом,

при этом схема дополнительно содержит микропроцессор, содержащий:

вход микропроцессора, подключенный к выходу компаратора; и

управляющий выход, соединенный с эталонной схемой; при этом

эталонная схема содержит переменный аттенюатор и переменный фазовращатель, управляемый выходным сигналом управления микропроцессора, и при этом микропроцессор выполнен с возможностью:

регулировки его выходного сигнала управления и, таким образом, регулировки амплитуды и фазы эталонной схемы для того, чтобы довести выход компаратора до нуля или, по существу, нуля, посредством чего регулируемая эталонная схема регулируется таким образом, что она является аналогом крови; и

вывода сигнала данных, указывающих амплитуду и фазу эталонной схемы, где выход компаратора равен нулю или практически равен нулю.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что эффективные длины пути сигнала проводников, несущих первый и второй сигналы между входным узлом и входами компаратора, являются равными или, по существу, равными.

6. Устройство по п. 4 или 5, дополнительно содержащее одно или более из следующего:

средство для преобразования выходного сигнала компаратора в сигнал DC или PWM на микропроцессорном входе, при этом сигнал DC или PWM является пропорциональным выходному сигналу компаратора; и

устройство отображения, при этом сигнал передачи данных, указывающий амплитуду и фазу эталонной схемы, где выход компаратора равен нулю, или, по существу равен нулю, является представленным на устройстве отображения, таком как экран дисплея, ЖК-панель, или на одной или более шкалах.

7. Устройство по любому из пп. 4-6, содержащее гибкий вывод для подключения любого одного или более из следующего: генератора радиочастотного сигнала и входного узла; выхода компаратора и входа микропроцессора; управляющего выхода микропроцессора и эталонной схемы; генератора радиочастотного сигнала и процессора; и антенны и процессора, или любого гибкого вывода, содержащего съемный соединительный элемент.

8. Устройство по п. 7, дополнительно содержащее устройство для калибровки, в котором антенна соединена с соединительным элементом, имеющим вход соединительного элемента, подключенный, при использовании, к соответствующему соединительному элементу гибкого вывода, и другое устройство для калибровки, содержащее:

средство переключения, представляющее собой полупроводниковый переключатель, который представляет собой однополюсный переключатель на четыре положения, расположенное между выходом соединительного элемента и антенной, при этом средство переключения имеет:

вход, подключенный к выходу соединительного элемента;

первый выход, подключенный к антенне;

второй выход, подключенный к разомкнутой схеме;

третий выход, соединенный с землей; и

четвертый выход, соединенный с эталонной нагрузкой, отличающееся тем, что:

средство переключения может быть приведено в действие, при использовании, для того, чтобы избирательно подключить соединительный элемент к каждому из четырех выходов по отдельности, в результате чего при использовании, антенна может быть откалибрована по отношению к системе передачи сигнала, подключенной на вход соединительного элемента, и

эталонная нагрузка необязательно содержит нагрузку по существу 50 Ω.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что средство переключения выполнено с возможностью циклического перемещения входного радиочастотного сигнала на каждый из его четырех выходов таким образом, что измеренные отклики для каждой позиции переключателя могут быть проанализированы и использованы в калибровочном алгоритме или матрице для калибровки антенны и, тем самым, без учета переменных, связанных с подключенной системой передачи сигналов.

10. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что средства переключения дополнительно содержат пятое положение выхода, которое соединяет выход первого соединительного элемента, связанного с первой антенной, с выходом второго соединительного элемента, связанного со второй антенной.

11. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что генератор радиочастотного сигнала содержит любую одну или более групп, содержащие:

схему стабильного резонатора, способную выдавать радиочастотный сигнал, имеющий по существу постоянную амплитуду, частоту и фазу;

средства для выборочной регулировки любого одного или более из следующих элементов: амплитуды, частоты и фазы радиочастотного сигнала на его выходе;

средства для непрерывной регулировки любого одного или более из следующих элементов: амплитуды, частоты и фазы радиочастотного сигнала на его выходе;

средства для регулировки с дискретностью любого одного или более из следующих элементов: амплитуды, частоты и фазы радиочастотного сигнала на его выходе;

множество резонаторов, каждый из которых выполнен с возможностью вывода различной частоты, амплитуды и/или фазы радиочастотного сигнала, и средства переключения для избирательного подключения выбранного одного из множества резонаторов к выходу генератора радиочастотных сигналов, в результате чего генератор радиочастотного сигнала может выборочно выводить радиочастотный сигнал, имеющий выбранную частоту, амплитуду и/или фазу;

множество согласованных по частоте антенн, причем каждая согласованная по частоте антенна настраивается на конкретную полосу частот и при этом генератор радиочастотного сигнала сконфигурирован для вывода соответствующего множества выходных сигналов с узкой полосой частот на каждую из согласованных по частоте антенн; и

средства для вывода пакетного сигнала от 1 до 10 мс, и при этом процессор выполнен с возможностью транспонирования ответного сигнала от временной области к частотной области для получения частотного спектра из пакетного сигнала, и кроме того, процессор выполнен с возможностью применения Z-преобразования для получения ответного сигнала частотного спектра.

12. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью подтверждения точности полученной концентрации целевого вещества путем построения графика отраженного ответного сигнала по сравнению с переданным ответным сигналом путем проверки того, что точка данных для полученной концентрации целевого вещества находится в пределах статистически приемлемой области калиброванной диаграммы рассеяния концентрации целевого вещества.

13. Устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее первую антенну, через которую посылается выходной сигнал, и вторую антенну, через которую принимается переданный и отраженный ответные сигналы, при этом первая и вторая антенны размещены в непосредственной близости друг от друга на одной стороне целевой части тела цели, при том, что первая и вторая антенны являются направленными антеннами, в результате чего при использовании выходной сигнал направляется на вторую антенну и таким образом, что коэффициент усиления второй антенны смещается в направлении первой антенны.

14. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что указанная или каждая антенна представляет собой прямоугольную микрополосковую антенну, расположенную на нижней стороне самоклеящейся подложки, и где либо:

соединительный элемент, подключенный к указанной или каждой антенне, расположен на верхней поверхности самоклеящейся подложки, и при этом генератор радиочастотного сигнала и процессор встроены в основную часть устройства типа наручных часов, в котором дополнительный соединительный элемент представлен на его нижней стороне для указанного или каждого соединительного элемента, и при этом устройство типа наручных часов дополнительно содержит дисплей для отображения определенной концентрации целевого вещества в крови пациента; или

прямоугольная микрополосковая антенна представлена на нижней стороне устройства типа наручных часов, содержащего генератор радиочастотного сигнала и процессор, и дисплей для отображения определенной концентрации целевого вещества в крови пациента, при этом прямоугольная микрополосковая антенна устройства типа наручных часов удерживается в контакте с кожей пациента с помощью ремня устройства типа наручных часов.

15. Устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее:

основную часть, содержащую по меньшей мере одну антенну, функционально связанную, при использовании, с кожей пациента; и

корпус, содержащий по меньшей мере одну приемную антенну и/или отражатель, также функционально соединенные, при использовании, с кожей пациента, при этом находящийся в использовании корпус находится на противоположной анатомической стороне пациента к основной части; и

регулируемый ремень, соединяющий основную часть с корпусом,

при этом:

ремень выполнен в виде ременной передачи, прикрепленной на одном конце к основной части или корпусу, которая намотана вокруг соответствующих роликов основной части и корпуса, и которая имеет свободный конец, при этом ременная передача и ролики сконфигурированы для центрирования корпуса относительно основной части таким образом, что натяжение свободного конца ремня уменьшает расстояние между основной частью и корпусом, сохраняя при этом практически постоянную соосность между основной частью и корпусом,

ролики прикреплены с возможностью вращения к основной части и корпусу, и при этом

ремень прикрепляется на одном конце к основной части и проходит вокруг запястья пользователя или другой части тела к первому ролику, расположенному на одной стороне корпуса, при этом ремень сгибается вокруг своей оси и проходит вокруг той же стороны запястья или части тела пользователя обратно к основной части, причем ремень проходит вокруг противоположной стороны запястья или части тела пользователя ко второму ролику, расположенному на противоположной стороне корпуса, в результате чего обеспечивается равные длины ремня с обеих сторон запястья пользователя, в результате чего при потягивании свободного конца ремня происходит равномерное перемещение корпуса относительно основной части, посредством чего длины ремня с обеих сторон запястья или части тела пользователя являются, по существу, равными или одинаковыми.

16. Устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее:

основную часть, содержащую по меньшей мере одну антенну, имеющую переднюю поверхность, функционально связанную, при использовании, с кожей пациента; и

регулируемый ремень, соединенный с основной частью и проходящий, при использовании, вокруг части тела пациента для того, чтобы удерживать антенну, прилегающую вплотную к коже пациента,

неинвазивное испытательное устройство дополнительно содержащее:

цилиндр для воздуха;

средство для наполнения цилиндра для воздуха, что заставляет переднюю поверхность антенны прижиматься вплотную к коже пациента с предварительно заданным усилием; и

клапан для сброса давления, расположенный между средствами для накачивания и цилиндром для воздуха.

17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что средства для накачивания содержат ручной насос, при этом ручной насос содержит сжимаемую камеру с выпускным отверстием, соединенным посредством одноходового клапана с впускным отверстием цилиндра для воздуха.

18. Устройство по п. 16 или 17, дополнительно содержащее датчик давления воздуха, выполненный с возможностью, при использовании, указания, когда давление воздуха в цилиндре для воздуха является ниже давления воздуха, соответствующего предварительно заданному усилию.

19. Устройство по любому из пп. 16-18, отличающееся тем, что цилиндр для воздуха располагается между основной частью и задней поверхностью антенны.

20. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что процессор представляет собой одно из следующего:

интегрированный в основную часть корпуса неинвазивного испытательного устройства; или

физически или логически отделенный от основной части неинвазивного испытательного устройства и содержащий интерфейс ввода/вывода, который функционально связывает, при использовании, задающее устройство и процессор с дополнительным блоком обработки информации, при этом блок дополнительной обработки данных расположен в любой одной или более группе, содержащей:

выделенный наружный блок обработки информации;

устройство в виде смартфона;

планшетное компьютерное устройство;

персональный компьютер; и

облачный компьютерный сервер.