用于生物标志物监测、神经刺激的天线阵列或天线元件组及使用方法

背景技术：

1、本发明一般涉及天线和监测装置。

2、许多研究小组已经研究了射频反射技术在测量血糖水平中的潜力。贝勒大学(baylor university)的buford randall jean和eric c,green探索了使用天线来估计葡萄糖水平。他们测试了不同的天线设计，并比较了每个传感器的常规血液和改良血液成分的结果。最佳设计是根据s11和s2l随血液介电常数变化的最大偏移而选择的。设计为在1.5ghz共振的单螺旋微带(single spiral micro-strip)示出当暴露于具有不同介电常数的材料时其响应发生变化。

3、另一种rf系统由罗彻斯特理工学院(rochester institute of technology)的j.venkataraman和m.sidley开发。他们的装置由安装在患者臂上的微带天线组成。

4、在他们的早期研究中，他们测试了三种不同类型的天线，以确定哪一种天线在监测葡萄糖水平变化方面传递最好的结果。首先设计了2.45ghz的螺旋和蛇形天线并进行了测试。后来，开发了共振频率为1.4ghz的平面偶极子，其性能优于两个先前的设计。对于葡萄糖浓度的14.62mg/dl的偏移，他们能够实现1mhz的共振频率的偏移。

5、jinjin shao et al.提出了一种四臂螺旋微带天线来检测葡萄糖浓度的变化。其旨在以非常窄的带宽在5ghz下共振。他们使用hfss中的手指模型通过以0.01的步长改变其相对介电常数来测试他们的传感器。他们的传感器实现了非常小的频移。m.s.ali et al.研究了另一rf传感器来监测葡萄糖的变化。他们设计了一种超宽带矩形贴片天线，其在4.7ghz共振，具有带宽为8.77ghz，范围为3.23至12ghz，并且增益为6.09db。他们的传感器由两个uwb平面天线和基于人工神经网络的信号处理技术组成，以预测葡萄糖水平。

6、h.c.garcia et al.[8]与mediwise合作,设计了其他非侵入性技术。该传感器由尺寸为1.5x 1.5mm的两个矩形微带贴片天线组成，设计用于在60ghz共振。该传感器用于监测封闭在丙烯酸罐中的几种浓度的水基葡萄糖负载液体样品。最近，他们在体内静脉葡萄糖耐量试验(ivgtt)期间测试了他们的专利中的传感装置。他们能够在水基葡萄糖负载液体样品中检测到1.33mmol/1(24mg/dl)的灵敏度，并在临床试验中检测到4mmol/1(＝72mg/dl)。本发明尝试解决这些问题以及其他问题。

技术实现思路

1、本文提供了用于生物标志物监测的天线设计的系统、方法和装置。

2、上述方法、系统和装置的一部分在下面的描述中进行了阐述，并且一部分将从描述中显而易见，或者能通过对这些方法、装置和系统的实践来获知。方法、装置和系统的优点将借助于所附权利要求中特别指出的元件和组合来实现和获得。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和解释性的，而不是对所要求保护的方法、装置和系统的限制。

1.一种非侵入性检测生物标志物浓度的传感器，包括：天线阵列，所述天线阵列在生物学上被配置到人体特定部位的动脉和静脉，或神经；其中，所述阵列天线阵列包括第一开槽弧部和第二开槽弧部；所述第一开槽弧部和所述第二开槽弧部通过顶部槽直接连接；其中，所述第一开槽弧部对应于腓并行静脉的形状，并且所述第二开槽弧部对应于胫后并行静脉的形状；所述第一开槽弧部包括连接到远侧曲线分支的长开槽主分支；所述长开槽主分支连接到所述顶部槽，其中，所述顶部槽基本上为v形；所述第二开槽弧部包括对应于所述胫后并行静脉或胫前并行静脉的第二长主分支；所述第二长主分支包括第二远侧弯曲分支；并且天线阵列将电磁波发射到在紧邻所述静脉的区域的人组织中，以监测和检测血液成分浓度的变化。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述远侧曲线分支包括约55度和约120度之间的曲率角。

3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述第一开槽弧部是包括长度为约25mm以及槽宽度为约0.5mm和约1mm之间的腓并行静脉槽。

4.根据权利要求3所述的传感器，其中，所述第二开槽分支是包括长度为约21mm以及槽宽度为约0.5mm和约1mm之间的所述胫后并行静脉槽。

5.根据权利要求4所述的传感器，其中，所述天线阵列包括约2.99的介电常数εr。

6.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述天线阵列刺激特定神经以用于治疗、肌肉痉挛、周围神经病的疼痛管理，以及使用用于葡萄糖监测的相同频率和相同功率水平的非侵入性监测或非侵入神经刺激的其他应用。

7.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述天线阵列包括多个天线元件，所述天线元件对应于传感器直径ds为约10.0mm至约17.0mm的范围内和约25.0mm至约35mm之间的传感器长度ls以适当覆盖所述静脉。

8.根据权利要求7所述的传感器，其中，所述天线阵列包括约45.0mm至约65.0mm范围内的阵列直径da以及约155mm至约190mm范围内的阵列长度la。

9.根据权利要求1所述的传感器，其中，天线阵列包括第一开槽传感器、第二开槽传感器、第三开槽传感器和第四开槽传感器；所述第一开槽传感器、所述第二开槽传感器、所述第三开槽传感器和所述第四开槽传感器包括约1.6mm的槽宽度；所述第一开槽传感器、所述第二开槽传感器、所述第三开槽传感器和所述第四开槽传感器包括第一开槽弧部和通过顶部槽直接连接到所述第一开槽弧部的第二开槽弧部，所述第一开槽弧部对应于腓并行静脉的形状，并且所述第二开槽弧部对应于胫后并行静脉的形状。

10.根据权利要求9所述的传感器，其中，所述天线阵列约2.99的介电常数εr。

11.根据权利要求1所述的传感器，还包括定位在所述天线阵列的底层的具有螺旋配置的三圈的螺旋形馈电传输线，使得所述传输线与感测表面分离；其中，所述天线在负载典型的人腿组织时共振，以增加其对血液成分变化的灵敏度。

12.根据权利要求11所述的传感器，其中，所述天线阵列在高于或低于约500mhz和约3ghz之间范围的uhf、l波段和较低s波段操作。

13.根据权利要求12所述的传感器，其中，所述天线阵列包括在槽的宽度和长度上限制为10％的拉伸特性，其中，拉伸的天线阵列维持低于-10db的共振水平。

14.根据权利要求13所述的传感器，其中，基板是聚对苯二甲酸乙二酯(pet)，具有厚度t＝136um、介电常数＝2.33、正切δ＝5.79e-3。

15.一种传感器阵列，包括可操作地联接到基板上的第一开槽传感器、第二开槽传感器、第三开槽传感器和第四开槽传感器；其中，所述第一开槽传感器、所述第二开槽传感器、所述第三开槽传感器和所述第四开槽传感器是异构的；其中，所述第一开槽传感器包括基本上v形的配置，以应用于所述腓并行静脉和后并行静脉的顶部部分；所述第二开槽传感器包括基本上平行的槽配置，以应用于所述腓并行静脉和后并行静脉的顶部中间部分；所述第三开槽传感器包括基本上不平行的槽配置，以应用于所述腓并行静脉和后并行静脉的底部中间部分；所述第四开槽传感器包括v形曲线槽配置，以应用于所述腓并行静脉和后并行静脉的底部部分；所述腓并行静脉槽包括所述第四开槽传感器的约25mm和所述第一开槽传感器的约30mm之间的长度ls；所述腓并行静脉槽包括约1mm和约1.5mm之间的槽宽度；所述胫后并行静脉槽包括所述第四开槽传感器的约20mm和所述第一开槽传感器的约30mm之间的长度ls；所述胫后并行静脉槽宽度为约1.0和约1.5mm之间。

16.根据权利要求15所述的传感器阵列，还包括约2.33的介电常数εr。

17.一种传感器，包括：可操作地连接在单个基板上的不同传感器槽部分；其中，所述不同传感器槽部分包括第一开槽传感器部分、第二开槽传感器部分、第三开槽传感器部分和第四开槽传感器部分；所述第一开槽传感器部分、所述第二开槽传感器部分、所述第三开槽传感器部分和所述第四开槽传感器部分是异构的；其中，所述第一开槽传感器部分包括基本上v形的配置，以应用于腓并行静脉和后并行静脉的顶部部分；所述第二开槽传感器部分包括基本上平行的槽配置，以应用于所述腓并行静脉和后并行静脉的顶部中间部分；所述第三开槽传感器部分包括基本上不平行的槽配置，以应用于所述腓并行静脉和后并行静脉的底部中间部分；所述第四开槽传感器部分包括v形曲线槽配置，以应用于所述腓并行静脉和后并行静脉的底部部分；所述腓并行静脉槽包括约140mm和约152mm之间的长度ls；所述腓并行静脉槽包括约1.0mm和约1.5mm之间的槽宽度；所述胫后并行静脉槽包括140mm和约147mm之间的长度ls；所述胫后并行静脉槽的宽度为约1.0和约1.5mm之间。

18.根据权利要求17所述的传感器，还包括约2.33的介电常数εr。

19.根据权利要求18所述的传感器，其中，所述基板是聚对苯二甲酸乙二酯(pet)，具有厚度t＝136um，介电常数＝2.33，正切δ＝5.79e-3；感兴趣的频率范围为约0.5-4ghz；并且所述传感器测量反射系数(s11)的参数：幅度和相位。

20.根据权利要求19所述的传感器，其中，使用计算机程序转换从所述传感器测量的信号，所述计算机程序经由训练模型将反射和/或传输信号的幅度和相位转换为血液成分的浓度。