特表2023-512584送信または受信できる検出器要素の様々な組み合わせを使用した検体の検出
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-27
(54)【発明の名称】送信または受信できる検出器要素の様々な組み合わせを使用した検体の検出
(51)【国際特許分類】
A61B 5/1455 20060101AFI20230317BHJP
【ＦＩ】
A61B5/1455
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022548149
(86)(22)【出願日】2021-02-02
(85)【翻訳文提出日】2022-09-29
(86)【国際出願番号】 IB2021050838
(87)【国際公開番号】W WO2021156747
(87)【国際公開日】2021-08-12
(31)【優先権主張番号】62/971,053
(32)【優先日】2020-02-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522313879
【氏名又は名称】ノウ・ラブズ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｋｎｏｗ Ｌａｂｓ， Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100135703
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 英隆
(74)【代理人】
【識別番号】100210701
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 義則
(72)【発明者】
【氏名】ボスア，フィリップ
【テーマコード（参考）】
4C038
【Ｆターム（参考）】
4C038KK10
4C038KL05
4C038KL07
4C038KX01
(57)【要約】
検体の検出方法は、送信回路に電気的に接続され、受信回路に電気的に接続された検出器アレイを使用してスキャンルーチンを実施することを含み、検出器アレイは、少なくとも３つの検出器要素を有する。第１のスキャンにおいて、検出器要素の第１の組み合わせを使用して、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数または可視範囲にある第１の送信信号を、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信し、ターゲットへの第１の送信信号の送信から生じる応答を検出するために使用される。第２のスキャンにおいて、第１の組み合わせとは異なる検出器要素の第２の組み合わせを使用して、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数または可視範囲にある第２の送信信号をターゲットに送信し、ターゲットへの第２の送信信号の送信から生じる応答を検出するために使用される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
検体を検出する方法であって、送信回路に電気的に接続され、受信回路に電気的に接続された検出器アレイを使用してスキャンルーチンを実施することであって、前記検出器アレイは、少なくとも３つの検出器要素を有する、こと、を含み、
前記スキャンルーチンは、
第１のスキャンにおいて、前記少なくとも３つの検出器要素のうちの２つ以上の第１の組み合わせを使用して、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数または可視範囲にある第１の送信信号を、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信し、前記少なくとも１つの対象の検体を含む前記ターゲットへの前記第１の送信信号の送信から生じる応答を検出すること、および
第２のスキャンにおいて、前記第１の組み合わせとは異なる、前記少なくとも３つの検出器要素のうちの２つ以上の第２の組み合わせを使用して、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数または可視範囲にある第２の送信信号を、前記少なくとも１つの対象の検体を含む前記ターゲットに送信し、前記少なくとも１つの対象の検体を含む前記ターゲットへの前記第２の送信信号の送信から生じる応答を検出すること、
を含む方法。
【請求項2】
前記方法は、前記第１のスキャンおよび前記第２のスキャンのそれぞれの前記検出された応答を解析して、前記少なくとも１つの対象の検体を検出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記少なくとも１つの対象の検体を検出することは、前記少なくとも１つの対象の検体の量を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記少なくとも１つの対象の検体は、血中グルコース、血中アルコール、白血球、または黄体形成ホルモンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記少なくとも３つの検出器要素は、少なくとも３つのアンテナを含み、前記第１の送信信号および前記第２の送信信号は、それぞれ、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲内にある、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記少なくとも３つの検出要素は、少なくとも３つの発光ダイオードを含み、前記第１の送信信号および前記第２の送信信号は、それぞれ、電磁スペクトルの可視範囲内にある、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記少なくとも３つのアンテナは、互いにデカップリングされる、請求項５に記載の方法。
【請求項8】
前記少なくとも３つのアンテナは、互いに異なるジオメトリを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項9】
前記ターゲットは、ヒト組織、動物組織、植物組織、無生物、土壌、液体、遺伝物質、または微生物である、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記少なくとも３つの発光ダイオードは、異なる波長の光を放射する、請求項６に記載の方法。
【請求項11】
検体の非侵襲的検出方法であって、送信回路に電気的に接続され、受信回路に電気的に接続された検出器アレイを使用して、スキャンルーチンを実施することであって、前記検出器アレイは、互いに異なるジオメトリを有する少なくとも３つの要素を有し、前記少なくとも３つの要素は、互いにデカップリングされている、こと、を含み、
前記スキャンルーチンは、
複数のスキャンを実行し、各スキャンは、前記少なくとも３つの要素のうちの２つ以上の異なる組み合わせを使用して、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲にある信号を、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信し、前記少なくとも１つの対象の検体を含む前記ターゲットへの前記信号の送信から生じる応答を検出すること、
を含む方法。
【請求項12】
前記方法は、各スキャンの前記検出された応答を解析して、前記少なくとも１つの対象の検体を検出することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記少なくとも１つの対象の検体を検出することは、前記少なくとも１つの対象の検体の量を決定することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記少なくとも１つの対象の検体は、血中グルコース、血中アルコール、白血球、または黄体形成ホルモンを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記ターゲットは、ヒト組織、動物組織、植物組織、無生物、土壌、液体、遺伝物質、または微生物である、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
前記方法は、前記複数のスキャンのうちの１つのスキャンにおいて、前記少なくとも３つの要素のうちの少なくとも１つの要素を前記送信回路に電気的に接続し、前記少なくとも１つの要素を使用して、前記信号を送信し、および
前記複数のスキャンのうちの別のスキャンにおいて、前記少なくとも１つの要素を前記受信回路に電気的に接続し、前記少なくとも１つの要素を使用して、前記応答を検出すること、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
前記方法は、前記複数のスキャンのうちの１つのスキャンにおいて、前記少なくとも３つの要素のうちの少なくとも１つの要素を前記送信回路に電気的に接続し、前記少なくとも１つの要素を使用して、前記信号を送信し、および
前記複数のスキャンのうちの別のスキャンにおいて、前記少なくとも３つの要素のうちの少なくとも２つの要素を前記送信回路に電気的に接続し、前記少なくとも２つの要素を使用して、前記送信信号を送信すること、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項18】
前記方法は、前記複数のスキャンのうちの１つのスキャンにおいて、前記少なくとも３つの要素のうちの少なくとも１つの要素を前記受信回路に電気的に接続し、前記少なくとも１つの要素を使用して、前記応答を検出し、および
前記複数のスキャンのうちの別のスキャンにおいて、前記少なくとも３つの要素のうちの少なくとも２つの要素を前記受信回路に電気的に接続し、前記少なくとも２つの要素を使用して、前記応答を検出すること、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項19】
前記検出器アレイは、少なくとも４つの要素を有し、前記方法は、前記複数のスキャンのうちの１つのスキャンにおいて、前記少なくとも４つの要素のうちの少なくとも２つの要素を前記送信回路に電気的に接続し、前記少なくとも２つの要素を使用して、前記信号を送信し、追加の少なくとも２つの要素を前記受信回路に電気的に接続し、前記追加の少なくとも２つの要素を使用して、前記応答を検出すること、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、電磁波を送信および受信することができ、送信検出器要素または受信検出器要素として使用することができる少なくとも２つの検出器要素を含む検体センサを使用して、分光技術によって検体を検出する装置、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ターゲット内の検体を検出および／または測定できることに関心がある。一例として、生体組織中のグルコースの測定がある。患者のグルコースを測定する例では、現在の検体測定方法は、指穿刺または実験室ベースの検査用の血液などの体液、または多くの場合侵襲的な経皮デバイスを使用して患者から採取された体液に対して測定を行うという点で侵襲的である。生体組織でグルコース測定を実行できると主張する非侵襲的な方法がある。しかしながら、非侵襲的な方法の多くは、一般に、グルコースなどの対象の検体に対する特異性の欠如、温度変動による干渉、皮膚の化合物（すなわち、汗）や色素による干渉、および配置の複雑さ、すなわち、センシングデバイスは、患者の体の複数の場所に存在するといった問題を抱える。
【発明の概要】
【0003】
本開示は、一般に、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数帯域内などの非光学的周波数、または電磁スペクトルの可視範囲内の光学的周波数を使用する分光技術によって検体を検出する装置、システム、および方法に関する。一実施形態では、本明細書に記載の技術は、検体の非侵襲的検出に使用できる。他の実施形態では、本明細書に記載の技術は、検体のインビトロ検出に使用できる。本明細書に記載の検体センサは、電磁波を送信または受信できる少なくとも２つの検出器要素を有する検出器アレイを含む。一実施形態では、検出器アレイは、アンテナまたは発光ダイオードなどの発光素子とすることができる検出器要素を少なくとも３つ有することができる。検出器アレイ内の任意の１つまたは複数の検出器要素は、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲または可視光範囲で生成された送信信号を対象の検体を含んでいるターゲットに送信するように機能する送信検出器要素として機能するように選択的に制御できる。さらに、検出器アレイ内の任意の１つまたは複数の検出器要素を、送信検出器要素によるターゲットへの送信信号の送信から生じる応答を検出するように機能する受信検出器要素として機能するように選択的に制御できる。複数のスキャンを含むスキャンルーチンを実施でき、各スキャンは、検出器要素の異なる組み合わせを使用して信号を送信し、応答を検出する。以下の説明では、アンテナであろうと発光ダイオードであろうと、送信検出器要素として機能するように制御される検出器要素は、単に送信要素と呼ぶことができ、一方、検出器要素は、アンテナであろうと発光ダイオードであろうと、受信検出器要素として機能するように制御されるものは、単に受信要素と呼ぶことができる。
【0004】
検出器アレイ内の検出器要素がアンテナである場合、送信アンテナとして機能するか受信アンテナとして機能するかに関係なく、アンテナは、互いにデカップリングされ、非襲的検体センサの検出能力を向上させるのに役立つ。アンテナ間のデカップリングは、送信アンテナによって送信される信号のできるだけ多くがターゲットに入るようにし、ターゲットに移動せずに送信アンテナから受信アンテナによって直接受信される電磁エネルギの量を最小化するか、あるいは排除する、いずれか１つまたは複数の手法を使用して達成することができる。デカップリングは、アンテナを互いにデカップリングするのに十分な、アンテナ間の１つまたは複数の意図的に製造された構成および／または配置によって達成できる。非限定的な一実施形態では、デカップリングは、互いに意図的に異なるジオメトリを有するアンテナによって達成できる。意図的に異なるジオメトリとは、意図的なアンテナの異なるジオメトリ構成を指し、例えば、製造誤差や公差が原因で、偶然または意図せずに発生し得るアンテナのジオメトリの違いとは異なる。
【0005】
アンテナのデカップリングを達成するための他の技術は、出力電力、アンテナのサイズ、周波数、およびシールドの存在などの要因に応じて、送信信号の電磁力線の一部をターゲットに強制的に送り込み、検体に到達するように、各アンテナ間に適切な間隔を使用することである。これにより、ターゲットに到達することなく、受信アンテナが送信アンテナから直接電磁エネルギを直接受信することを最小限に抑えるか、または排除する。この技術は、受信アンテナによって検出された応答が、送信アンテナから受信アンテナに直接流れる送信信号だけではなく、検体を測定していることを確認するのに役立つ。一実施形態では、センサは、間に第１の間隔を有する送信および受信アンテナの第１の対と、第１の間隔とは異なる第２の間隔を間に有する送信および受信アンテナの第２の対とを使用できる。
【0006】
本明細書に記載の技術は、対象の検体の存在、ならびにターゲット内の検体の量または検体の濃度を検出するために使用できる。本明細書に記載の技術は、単一の検体または複数の検体を検出するために使用できる。ターゲットは、例えば、ヒトまたは非ヒト、動物または非動物、生物または非生物など、検出したい検体を含む任意のターゲットであり得る。例えば、ターゲットは、ヒト組織、動物組織、植物組織、無生物、土壌、液体、遺伝物質、または微生物を含むことができるが、これらに限定されない。検体は、例えば、ヒトまたは非ヒト、動物または非動物、生物または非生物など、検出したい任意の検体であり得る。例えば、検体は、血中グルコース、血中アルコール、白血球、または黄体形成ホルモンのうちの１つまたは複数を含むことができるが、これらに限定されない。
【0007】
一実施形態では、本明細書に記載の非侵襲的検体センサシステムは、電磁波を放射できる少なくとも２つの検出器要素を有する検出器アレイを含むことができる。送信回路は、少なくとも２つの検出器要素の任意の１つまたは複数に選択的に電気的に接続可能であり、送信回路は、送信回路が電気的に接続されている少なくとも２つの検出器要素のうちの１つまたは複数によって、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信される少なくとも１つの送信信号を生成するように構成されている。さらに、受信回路は、少なくとも２つの検出器要素のいずれか１つまたは複数に選択的に電気的に接続可能であり、受信回路は、受信回路が電気的に接続されている少なくとも２つの検出器要素のうちの１つまたは複数によって検出された応答を受信するように構成されており、これは、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットへの少なくとも１つの送信信号の送信に起因する。
【0008】
他の実施形態では、非侵襲的検体センサシステムは、少なくとも２つのアンテナを有するアンテナアレイを含むことができる。送信回路は、少なくとも２つのアンテナのうちの任意の１つまたは複数に選択的に電気的に接続可能であり、送信回路は、送信回路が電気的に接続されている少なくとも２つのアンテナのうちの１つまたは複数によって、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信される少なくとも１つの送信信号を生成するように構成され、少なくとも１つの送信信号は、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲にある。さらに、受信回路は、少なくとも２つのアンテナのうちの任意の１つまたは複数に選択的に電気的に接続可能であり、受信回路は、受信回路が電気的に接続されている少なくとも２つのアンテナのうちの１つまたは複数によって検出された応答を受信するように構成されており、少なくとも１つの送信信号を少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信することから生じる。
【0009】
一実施形態では、アンテナアレイは、デカップリングアンテナアレイであることができ、少なくとも２つのアンテナは互いにデカップリングできる。デカップリングは、アンテナ間のジオメトリの意図的な違いによって実現できる。他の実施形態では、デカップリングは、アンテナをデカップリングするのに十分な適切な間隔でアンテナを配置することによって実現できる。
【0010】
本明細書に記載の他の実施形態では、非侵襲的検体センサシステムは、センサハウジングと、センサハウジングに取り付けられた検出器アレイとを含むことができる。検出器アレイは、それぞれがアンテナとして機能できる少なくとも３つのデカップリングされた要素を有し、少なくとも３つのデカップリングされた要素は、互いに異なるジオメトリを有する。送信回路は、センサハウジング内に配置され、少なくとも３つの要素のうちの任意の１つまたは複数に選択的に電気的に接続可能であり、送信回路は、送信回路が電気的に接続されている少なくとも３つの要素のうちの１つまたは複数によって、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信される少なくとも１つの送信信号を生成するように構成され、少なくとも１つの送信信号は、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲内にある。さらに、受信回路は、センサハウジング内に配置され、少なくとも３つの要素のうちの任意の１つまたは複数に選択的に電気的に接続可能であり、受信回路は、受信回路が電気的に接続されている少なくとも３つの要素のうちの１つまたは複数によって検出された応答を受信するように構成されており、これは、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットへの少なくとも１つの送信信号の送信に起因する。
【0011】
本明細書に記載のさらに他の実施形態では、非侵襲的検体センサシステムは、センサハウジングと、センサハウジングに取り付けられたアンテナアレイとを含むことができる。アンテナアレイは少なくとも６つのデカップリングアンテナを有し、少なくとも６つのデカップリングアンテナは互いに異なるジオメトリを有し、アンテナアレイは３０．０ｍｍ×３０．０ｍｍを超えない。送信回路は、センサハウジング内に配置され、少なくとも６つのアンテナのうちの任意の１つまたは複数に選択的に電気的に接続可能である。送信回路は、送信回路が電気的に接続されている少なくとも６つのアンテナのうちの１つまたは複数によって、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信される少なくとも１つの送信信号を生成するように構成されている。少なくとも１つの送信信号は、複数の異なる周波数を有することができ、異なる周波数のそれぞれは、約１０ｋＨｚから約１００ＧＨｚの範囲にある。さらに、受信回路は、センサハウジング内に配置され、少なくとも６つのアンテナのうちの任意の１つまたは複数に選択的に電気的に接続可能である。受信回路は、受信回路が電気的に接続されている少なくとも６つのアンテナのうちの１つまたは複数によって検出された応答を受信するように構成され、対象となる少なくとも１つの検体を含むターゲットへの少なくとも１つの送信信号の送信から生じる。センサハウジング内に配置された１つまたは複数のコントローラは、少なくとも６つのアンテナのうちの任意の１つまたは複数への送信回路の電気的接続を制御し、少なくとも６つのアンテナのうちの任意の１つまたは複数への受信回路の電気的接続も制御する。さらに、再充電可能なバッテリは、センサハウジング内に配置され、再充電可能なバッテリは、センサシステムの動作に電力を供給する電力を提供する。
【0012】
本明細書に記載の他の実施形態では、検体の非侵襲的検出方法は、少なくとも２つの検出器要素を有する検出器アレイにおいて、送信回路を検出器アレイの少なくとも２つの検出器要素の任意の１つまたは複数に選択的に接続することを含む。少なくとも１つの送信信号は、送信回路を使用して生成され、少なくとも１つの送信信号は、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数または可視光範囲にある。次いで、少なくとも１つの送信信号は、送信回路に接続された少なくとも２つの検出器要素の１つまたは複数を使用して、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信される。さらに、受信回路は、検出器アレイの少なくとも２つの検出器要素のうちの異なる１つまたは複数に選択的に接続される。受信回路および検出器アレイの少なくとも２つの検出器要素の異なる１つまたは複数を使用して、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットへの少なくとも１つの送信信号の送信から生じる応答を検出する。
【0013】
本明細書に記載の他の実施形態では、検体の非侵襲的検出の方法は、それぞれがアンテナとして機能することができ、少なくとも３つのデカップリングされた要素が互いに異なるジオメトリを有する少なくとも３つのデカップリングされた要素を有する検出器アレイにおいて、アンテナアレイの少なくとも３つの要素のうちの１つの要素に送信回路を選択的に接続することを含む。送信回路を使用して少なくとも１つの送信信号が生成され、少なくとも１つの送信信号は、それぞれが約１０ｋＨｚから約１００ＧＨｚの範囲内にある少なくとも２つの異なる周波数を有する。少なくとも１つの送信信号は、送信回路に接続された少なくとも３つの要素のうちの１つの要素を使用して、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信される。さらに、受信回路は、検出器アレイの少なくとも３つの要素のうちの１つの異なる要素に選択的に接続される。受信回路および検出器アレイの少なくとも３つの要素のうちの１つの異なる要素を使用して、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットへの少なくとも１つの送信信号の送信から生じる応答を検出する。
【0014】
本明細書に記載の他の実施形態では、検体の非侵襲的検出方法は、送信回路に電気的に接続され、受信回路に電気的に接続された検出器アレイを使用してスキャンルーチンを実施することを含み、検出器アレイは、少なくとも３つの検出器要素を有する。スキャンルーチンは、第１のスキャンにおいて、少なくとも３つの検出器要素のうちの２つ以上の第１の組み合わせを使用して、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数または可視範囲にある第１の送信信号を、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信し、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットへの第１の送信信号の送信から生じる応答を検出する。第２のスキャンでは、第１の組み合わせとは異なる、少なくとも３つの検出器要素のうちの２つ以上の第２の組み合わせを使用して、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数または可視範囲にある第２の送信信号を、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信し、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットへの第２の送信信号の送信から生じる応答を検出する。
【0015】
本明細書に記載のさらに他の実施形態では、検体の非侵襲的検出の方法は、送信回路に電気的に接続され、受信回路に電気的に接続されたアンテナアレイを使用してスキャンルーチンを実施することを含み、アンテナアレイは、互いに異なるジオメトリを有する少なくとも３つのアンテナを有し、少なくとも３つのアンテナは、互いにデカップリングされている。スキャンルーチンは、複数のスキャンを実施することを含み、各スキャンは、少なくとも３つのアンテナのうちの２つ以上の異なる組み合わせを使用して、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲にある信号を、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信し、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットへの信号の送信から生じる応答を検出する。
【0016】
本開示の一部を形成し、本明細書に記載の装置、システム、および方法を実施できる実施形態を示す添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】一実施形態に係るターゲットに対する非侵襲的検体センサを有する非侵襲的検体センサシステムの概略図である。
【図2A】本明細書に記載のセンサシステムで使用できるアンテナアレイの異なる配向例を示している。
【図2B】本明細書に記載のセンサシステムで使用できるアンテナアレイの異なる配向例を示している。
【図2C】本明細書に記載のセンサシステムで使用できるアンテナアレイの異なる配向例を示している。
【図3A】異なるジオメトリを有する送信および受信アンテナの異なる例を示している。
【図3B】異なるジオメトリを有する送信および受信アンテナの異なる例を示している。
【図3C】異なるジオメトリを有する送信および受信アンテナの異なる例を示している。
【図3D】異なるジオメトリを有する送信および受信アンテナの異なる例を示している。
【図3E】異なるジオメトリを有する送信および受信アンテナの異なる例を示している。
【図3F】異なるジオメトリを有する送信および受信アンテナの異なる例を示している。
【図3G】異なるジオメトリを有する送信および受信アンテナの異なる例を示している。
【図3H】異なるジオメトリを有する送信および受信アンテナの異なる例を示している。
【図3I】異なるジオメトリを有する送信および受信アンテナの異なる例を示している。
【図4A】送信および受信アンテナの端部が有し得る異なる形状の追加の例を示している。
【図4B】送信および受信アンテナの端部が有し得る異なる形状の追加の例を示している。
【図4C】送信および受信アンテナの端部が有し得る異なる形状の追加の例を示している。
【図4D】送信および受信アンテナの端部が有し得る異なる形状の追加の例を示している。
【図5】一実施形態に係るセンサデバイスの概略図である。
【図6】一実施形態に係る検体を検出するための方法のフローチャートである。
【図7】一実施形態に係る応答の解析のフローチャートである。
【図8】２つのアンテナを有し、いずれかのアンテナを送信アンテナまたは受信アンテナとして使用できるように構成されたアンテナアレイを備えた非侵襲的検体センサシステムの他の実施形態の概略図である。
【図9】３つのアンテナを有し、いずれかのアンテナを送信アンテナまたは受信アンテナとして使用できるように構成されたアンテナアレイを備えた非侵襲的検体センサシステムの他の実施形態の概略図である。
【図10】６つのアンテナを有し、いずれかのアンテナを送信アンテナまたは受信アンテナとして使用できるように構成されたアンテナアレイを備えた非侵襲的検体センサシステムの他の実施形態の概略図である。
【図11】スキャンルーチンからの結果の例を示している。
【図12】検体センサと、検体センサと通信する外部デバイスとを含むシステムを示し、システムは、通知デバイスを含む。
【図13】本明細書に記載の実施形態で使用できるアンテナアレイおよびアンテナ構成の追加の例の上面図である。
【図14】本明細書に記載の実施形態で使用できるアンテナアレイおよびアンテナ構成の追加の例の上面図である。
【図15】本明細書に記載の実施形態で使用できるアンテナアレイおよびアンテナ構成の追加の例の上面図である。
【図16】本明細書に記載の実施形態で使用できるアンテナアレイおよびアンテナ構成の追加の例の上面図である。
【図17】本明細書に記載の実施形態で使用できるアンテナアレイおよびアンテナ構成の追加の例の上面図である。
【図18】本明細書に記載の実施形態で使用できるアンテナアレイおよびアンテナ構成の追加の例の上面図である。
【図19】本明細書に記載の実施形態で使用できるアンテナアレイおよびアンテナ構成の追加の例の上面図である。
【図20】光の形態の電磁エネルギを使用して本明細書に記載の非侵襲的検体検知を実行する非侵襲的検体センサを有する非侵襲的検体センサシステムの他の実施形態の一部の概略図である。
【0018】
同様の参照番号は、全体を通して同様の部分を表している。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下は、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数帯域または電磁スペクトルの可視範囲の光周波数などの非光周波数を使用する分光技術を介して検体を非侵襲的に検出する装置、システム、および方法の詳細な説明である。非侵襲的検体センサは、送信検出器要素（これは、送信要素とも呼ばれる）として機能し、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数または可視範囲にある生成された送信信号を、対象の検体を含むターゲットに送信するように機能する少なくとも１つの検出器要素と、受信検出器要素（これは、受信要素とも呼ばれる）として機能し、送信検出器要素による送信信号のターゲットへの送信から生じる応答を検出するように機能する少なくとも１つの検出器要素とを含む。検出器要素がアンテナの場合、送信アンテナと受信アンテナは互いにデカップリングされ、センサの検出性能が向上する。
【0020】
以下の説明は、図１～図１９と共に、最初に検出器要素をアンテナとして説明し、アンテナを含む検出器アレイをアンテナアレイとして説明する。以下の説明の後半では、図２０～図２１Ａ～図２１Ｂと共に、検出器要素は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光デバイス、およびＬＥＤアレイとしてＬＥＤを含む検出器アレイであるとして説明される。
【0021】
送信アンテナおよび受信アンテナは、ターゲットの近くに配置され、本明細書でさらに説明されるように操作されて、ターゲット内の少なくとも１つの検体の検出を支援できる。送信アンテナは、無線またはマイクロ波周波数範囲の少なくとも２つの周波数を有する信号をターゲットに向けて送信する。少なくとも２つの周波数を有する信号は、それぞれが別個の周波数を有し、各周波数で別個の時間に別個に送信される別個の信号部分によって形成できる。他の実施形態では、少なくとも２つの周波数を有する信号は、少なくとも２つの周波数を含む複数の周波数を含む複素信号の一部であり得る。複素信号は、複数の信号を一緒に混合または多重化し、続いて複素信号を送信することによって生成でき、それによって複数の周波数が同時に送信される。複素信号を生成するための１つの可能な技術は、逆フーリエ変換技術を使用することを含むが、これに限定されない。受信アンテナは、送信アンテナによる少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットへの信号の送信から生じる応答を検出する。
【0022】
送信アンテナおよび受信アンテナは、互いにデカップリングされる（離調などと呼ばれることもある）。デカップリングとは、送信アンテナと受信アンテナの構成および／または配置を意図的に製造して、送信アンテナと受信アンテナとの間の直接通信を最小限に抑え、好ましくは、シールドがないことを指す。送信アンテナと受信アンテナとの間のシールドを利用できる。しかしながら、送信アンテナと受信アンテナは、シールドがなくてもデカップリングされる。
【0023】
受信アンテナによって検出された信号は、受信信号の強度、および検体が送信信号を吸収する１つまたは複数の周波数での強度の低下に基づいて検体を検出するために解析できる。電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲で動作する非侵襲的分光法センサを使用して検体を検出する例は、国際公開第２０１９／２１７４６１号に記載されており、その内容全体が参照により本明細書に援用される。受信アンテナによって検出される信号は、複数の信号成分を含む複素信号であり得、各信号成分は異なる周波数にある。一実施形態では、検出された複素信号は、例えば、フーリエ変換によって、異なる周波数のそれぞれで信号成分に分解できる。一実施形態では、受信アンテナによって検出された複素信号は、検出された信号が検体を検出するのに十分な情報を提供する限り、検体を検出するために全体として（すなわち、複素信号を逆多重化せずに）解析できる。さらに、受信アンテナによって検出される信号は、それぞれ別個の周波数を有する別個の信号部分であり得る。
【0024】
一実施形態では、本明細書に記載のセンサを使用して、ターゲット内の少なくとも１つの検体の存在を検出できる。他の実施形態では、本明細書に記載のセンサは、ターゲット中の少なくとも１つの検体の量または濃度を検出できる。ターゲットは、検出したい少なくとも１つの対象の検体を含む任意のターゲットであり得る。ターゲットは、ヒトまたは非ヒト、動物または非動物、生物または非生物であり得る。例えば、ターゲットは、ヒト組織、動物組織、植物組織、無生物、土壌、液体、遺伝物質、または微生物を含むことができるが、これらに限定されない。ターゲットの非限定的な例は、流体、例えば、血液、間質液、脳脊髄液、リンパ液または尿、ヒト組織、動物組織、植物組織、無生物、土壌、遺伝物質、または微生物を含むが、これらに限定されない。
【0025】
検体は、検出したい任意の検体であり得る。検体は、ヒトまたは非ヒト、動物または非動物、生物または非生物であり得る。例えば、検体は、血中グルコース、血中アルコール、白血球、または黄体形成ホルモンのうちの１つまたは複数を含むことができるが、これらに限定されない。検体は、化学物質、化学物質の組み合わせ、ウイルス、細菌などを含むことができるが、これらに限定されない。検体は、他の媒体に含まれる化学物質であることができ、そのような媒体の非限定的な例は、少なくとも１つの検体を含む流体、例えば、血液、間質液、脳脊髄液、リンパ液または尿、ヒト組織、動物組織、植物組織、無生物、土壌、遺伝物質、または微生物を含む。検体はまた、鉱物または汚染物質などの非ヒト、非生物学的粒子であり得る。
【0026】
検体は、例えば、天然に存在する物質、人工物質、代謝物、および／または反応生成物を含むことができる。非限定的な例として、少なくとも１つの検体は、インスリン、カルボキシプロトロンビン；アシルカルニチン；アデニンホスホリボシルトランスフェラーゼ；アデノシンデアミナーゼ；アルブミン；α－フェトプロテイン；アミノ酸プロファイル（アルギニン（クレブス回路）、ヒスチジン／ウロカニン酸、ホモシステイン、フェニルアラニン／チロシン、トリプトファン）；アンドレノステディオン；アンチピリン；アラビニトール鏡像異性体；アルギナーゼ；ベンゾイルエクゴニン（コカイン）；ビオチニダーゼ；ビオプテリン；ｃ反応性タンパク質；カルニチン；プロＢＮＰ；ＢＮＰ；トロポニン；カルノシナーゼ；ＣＤ４；セルロプラスミン；ケノデオキシコール酸；クロロキン；コレステロール；コリンエステラーゼ；共役１－βヒドロキシコール酸；コルチゾール；クレアチンキナーゼ；クレアチンキナーゼＭＭイソ酵素；シクロスポリンＡ；ｄ－ペニシラミン；脱エチルクロロキン；デヒドロエピアンドロステロン硫酸塩；ＤＮＡ（アセチル化多型、アルコール脱水素酵素、アルファ１－アンチトリプシン、嚢胞性線維症、デュシェンヌ型／ベッカー型筋ジストロフィー、アナライト－６－リン酸脱水素酵素、ヘモグロビンＡ、ヘモグロビンＳ、ヘモグロビンＣ、ヘモグロビンＤ、ヘモグロビンＥ、ヘモグロビンＦ、Ｄ－パンジャブ、ベータ－サラセミア、Ｂ型肝炎ウイルス、ＨＣＭＶ、ＨＩＶ－１、ＨＴＬＶ－１、レーバー遺伝性視神経症、ＭＣＡＤ、ＲＮＡ、ＰＫＵ、三日熱マラリア原虫、性分化、２１－デオキシコルチゾール）；デスブチルハロファントリン；ジヒドロプテリジンレダクターゼ；ジフテリア／破傷風抗毒素；赤血球アルギナーゼ；赤血球プロトポルフィリン；エステラーゼＤ；脂肪酸／アシルグリシン；遊離β－ヒト絨毛性ゴナドトロピン；遊離赤血球ポルフィリン；遊離サイロキシン（ＦＴ４）；遊離トリヨードサイロニン（ＦＴ３）；フマリルアセトアセターゼ；ガラクトース／ｇａｌ－１－リン酸；ガラクトース－１－リン酸ウリジルトランスフェラーゼ；ゲンタマイシン；アナライト－６－リン酸デヒドロゲナーゼ；グルタチオン；グルタチオンペルオキシダーゼ；グリココール酸；糖化ヘモグロビン；ハロファントリン；ヘモグロビン変異体；ヘキソサミニダーゼＡ；ヒト赤血球炭酸脱水酵素Ｉ；１７－アルファ－ヒドロキシプロゲステロン；ヒポキサンチンホスホリボシルトランスフェラーゼ；免疫反応性トリプシン；乳酸；リード；リポタンパク質（（ａ）、Ｂ／Ａ－１、β）；リゾチーム；メフロキン；ネチルマイシン；フェノバルビトン；フェニトイン；フィタン酸／プリスタン酸；プロゲステロン；プロラクチン；プロリダーゼ；プリンヌクレオシドホスホリラーゼ；キニーネ；逆トリヨードサイロニン（ｒＴ３）；セレン；血清膵リパーゼ；シソマイシン；ソマトメジンＣ；特異抗体（アデノウイルス、抗核抗体、抗ゼータ抗体、アルボウイルス、オーエスキー病ウイルス、デングウイルス、ドラクンクルス・メディネンシス、エキノコックス・グラニュロサス、エンタメーバ・ヒストリチカ、エンテロウイルス、ジアルジア・デュオデナリサ、ヘリコバクター・ピロリ、Ｂ型肝炎ウイルス、ヘルペスウイルス、ＨＩＶ－１、ＩｇＥ（アトピー性疾患）、インフルエンザウイルス、リーシュマニア・ドノバニ、レプトスピラ、麻疹・おたふく風邪・風疹、マイコバクテリウムらい病、マイコプラズマ肺炎、ミオグロビン、軸捻転筋、パラインフルエンザウイルス、熱帯熱マラリア原虫、ポリオウイルス、シュードモナス属緑膿菌、呼吸合胞体ウイルス、リケッチア（スクラブ発疹チフス）、マンソン住血吸虫、トキソプラズマ・ゴンディ、梅毒トレペノーマ、トリパノソーマ・クルーズ／ランゲリ、小胞性口内炎ウイルス、ウケレリア・バンクロフト、黄熱病ウイルス）；特定の抗原（Ｂ型肝炎ウイルス、ＨＩＶ－１）；スクシニルアセトン；スルファドキシン；テオフィリン；チロトロピン（ＴＳＨ）；サイロキシン（Ｔ４）；チロキシン結合グロブリン；微量元素；トランスフェリン；ＵＤＰ－ガラクトース－４－エピメラーゼ；尿素；ウロポルフィリノーゲンＩシンターゼ；ビタミンＡ；白血球；および亜鉛プロトポルフィリンを含むことができるが、これらに限定されない。
【0027】
検体はまた、ターゲットに導入される１つまたは複数の化学物質を含むことができる。検体は、造影剤、放射性同位体、または他の化学物質などのマーカを含むことができる。検体は、フルオロカーボンベースの合成血液を含むことができる。検体は、薬物または医薬組成物を含むことができ、非限定的な例は、エタノール；大麻（マリファナ、テトラヒドロカンナビノール、ハシシ）；吸入剤（亜酸化窒素、亜硝酸アミル、亜硝酸ブチル、クロロ炭化水素、炭化水素）；コカイン（クラックコカイン）；覚せい剤（アンフェタミン、メタンフェタミン、リタリン、サイラート、プレルディン、ディドレックス、プレステイト、ボラニール、サンドレックス、プレジン）；抑制剤（バルビツレート、メタカロン、バリウム、リブリウム、ミルタウン、セラックス、エクアニール、トランクセンなどの精神安定剤）；幻覚剤（フェンシクリジン、リゼルギン酸、メスカリン、ペヨーテ、サイロシビン）；麻薬（ヘロイン、コデイン、モルヒネ、アヘン、メペリジン、パーコセット、パーコダン、タクシオネックス、フェンタニル、ダルボン、タルウィン、ロモチル）；デザイナードラッグ（フェンタニル、メペリジン、アンフェタミン、メタンフェタミン、フェンシクリジンの類似体、例えば、エクスタシー）；蛋白同化ステロイド；およびニコチンを含む。検体は、他の薬物または薬学的組成物を含むことができる。検体は、例えば、アスコルビン酸、尿酸、ドーパミン、ノルアドレナリン、３－メトキシチラミン（３ＭＴ）、３，４－ジヒドロキシフェニル酢酸（ＤＯＰＡＣ）、ホモバニリン酸酸（ＨＶＡ）、５－ヒドロキシトリプタミン（５ＨＴ）、および５－ヒドロキシインドール酢酸（ＦＨＩＡＡ）など体内で生成される神経科学物質または他の化学物質を含むことができる。
【0028】
ここで図１を参照すると、非侵襲的検体センサ５を有する非侵襲的検体センサシステムの実施形態が示されている。センサ５は、対象の検体９を含むターゲットに関連して描かれている。この例では、センサ５は、送信アンテナ／要素１１（以下「送信アンテナ１１」という）および受信アンテナ／要素１３（以下「受信アンテナ１３」という）を含むアンテナアレイを含むものとして示されている。センサ５は、送信回路１５、受信回路１７、およびコントローラ１９をさらに含む。以下でさらに論じるように、センサ５はまた、バッテリ（図１には図示せず）などの電源を含むことができる。いくつかの実施形態では、例えば、センサ５に接続されたコードを介してセンサ５を壁のソケットに差し込むことによって、主電源から電力を供給できる。
【0029】
送信アンテナ１１は、電磁スペクトルの無線周波数（ＲＦ）またはマイクロ波範囲である信号２１をターゲット７に送信するように位置決めされ、配置され、構成されている。送信アンテナ１１は、無線周波数（ＲＦ）またはマイクロ波範囲の電磁信号の電極または任意の他の適切な送信機であり得る。送信アンテナ１１は、検体検知を行うのに十分な、ターゲット７に対する任意の配置および配向を有し得る。非限定的な一実施形態では、送信アンテナ１１は、実質的にターゲット７に向かう方向に面するように配置できる。
【0030】
送信アンテナ１１によって送信される信号２１は、送信アンテナ１１に電気的に接続可能な送信回路１５によって生成される。送信回路１５は、送信アンテナ１１によって送信される送信信号を生成するのに適した任意の構成を有し得る。ＲＦまたはマイクロ波周波数範囲で送信信号を生成するための送信回路は、当技術分野で周知である。一実施形態では、送信回路１５は、例えば、電源への接続、周波数発生器、およびオプションでフィルタ、増幅器、またはＲＦまたはマイクロ波周波数電磁信号を生成する回路のための任意の他の適切な要素を含むことができる。一実施形態では、送信回路１５によって生成される信号は、少なくとも２つの離散周波数（すなわち、複数の離散周波数）を有し得、その各々は、約１０ｋＨｚから約１００ＧＨｚまでの範囲にある。他の実施形態では、少なくとも２つの別個の周波数のそれぞれは、約３００ＭＨｚから約６０００ＭＨｚまでの範囲にあり得る。一実施形態では、送信回路１５は、約１０ｋＨｚから約１００ＧＨｚの範囲内、または他の実施形態では約３００ＭＨｚから約６０００ＭＨｚの範囲内の周波数範囲を掃引するように構成できる。一実施形態では、送信回路１５は、複素送信信号を生成するように構成され得、複素信号は、複数の信号成分を含み、信号成分の各々は、異なる周波数を有する。複素信号は、複数の信号を一緒に混合または多重化し、続いて複素信号を送信することによって生成でき、それによって複数の周波数が同時に送信される。
【0031】
受信アンテナ１３は、送信アンテナ１１によるターゲット７への送信信号２１の送信から生じ、検体９に衝突する１つまたは複数の電磁応答信号２３を検出するように位置決めされ、配置され、構成されている。受信アンテナ１３は、無線周波数（ＲＦ）またはマイクロ波範囲の電磁信号の電極または任意の他の適切な受信機であり得る。一実施形態では、受信アンテナ１３は、それぞれが約１０ｋＨｚから約１００ＧＨｚの範囲、または他の実施形態では約３００ＭＨｚから約６０００ＭＨｚの範囲にある少なくとも２つの周波数を有する電磁信号を検出するように構成される。受信アンテナ１３は、応答信号２３の検出を可能にして検体検知を行うのに十分な、ターゲット７に対する任意の配置および配向を有し得る。非限定的な一実施形態では、受信アンテナ１３は、実質的にターゲット７に向かう方向に面するように配置できる。
【0032】
受信回路１７は、受信アンテナ１３に電気的に接続可能であり、受信アンテナ１３からの受信された応答をコントローラ１９に伝達する。受信回路１７は、受信アンテナ１３によって検出された電磁エネルギを、応答信号２３を反映する１つまたは複数の信号に変換するために、受信アンテナ１３とインターフェースするのに適した任意の構成を有し得る。受信回路の構成は、当技術分野で周知である。受信回路１７は、信号をコントローラ１９に提供する前に、例えば、信号の増幅、信号のフィルタリングなどによって信号を調整するように構成できる。したがって、受信回路１７は、フィルタ、増幅器、またはコントローラ１９に提供される信号を調整するための任意の他の適切な構成要素を含み得る。一実施形態では、受信回路１７またはコントローラ１９のうちの少なくとも１つは、受信アンテナ１３によって検出された、それぞれ異なる周波数の複数の信号成分を含む複素信号を、構成信号成分のそれぞれに分解または逆多重化するように構成できる。一実施形態では、複素信号を分解することは、検出された複素信号にフーリエ変換を適用することを含むことができる。しかしながら、受信した複素信号の分解または逆多重化は、オプションである。代わりに、一実施形態では、受信アンテナによって検出された複素信号は、検出された信号が検体を検出するのに十分な情報を提供する限り、検体を検出するために全体として（すなわち、複素信号を逆多重化せずに）解析できる。
【0033】
コントローラ１９は、センサ５の動作を制御する。コントローラ１９は、例えば、送信アンテナ１１によって送信される送信信号を生成するように送信回路１５に指示できる。コントローラ１９はさらに、受信回路１７から信号を受信する。コントローラ１９は、受信回路１７からの信号を任意に処理して、ターゲット７内の検体９を検出できる。一実施形態では、コントローラ１９は、例えば、ブルートゥース（登録商標）などの１つまたは複数の無線接続、４Ｇ、５Ｇ、ＬＴＥなど、またはＷｉ－Ｆｉなどの無線データ接続を介して、ユーザデバイスおよび／またはリモートサーバ２７などの少なくとも１つの外部デバイス２５とオプションで通信し得る。提供される場合、外部デバイス２５および／またはリモートサーバ２７は、例えば、検体９を検出するために、コントローラ１９が受信回路１７から受信する信号を処理（またはさらに処理）し得る。提供される場合、外部デバイス２５は、センサ５とリモートサーバ２７との間の通信を提供するために、例えば、有線データ接続を使用して、または外部デバイス２５の無線データ接続またはＷｉ－Ｆｉを介して、リモートサーバ２７への接続を提供するために使用され得る。
【0034】
引き続き図１を参照すると、センサ５は、内部空間３１を画定するセンサハウジング２９（破線で示される）を含み得る。センサ５の構成要素は、ハウジング２９に取り付けられ、および／またはハウジング内に配置され得る。例えば、送信アンテナ１１および受信アンテナ１３は、ハウジング２９に取り付けられる。いくつかの実施形態では、アンテナ１１、１３は、ハウジング２９の内部空間３１内に完全にまたは部分的に存在し得る。いくつかの実施形態では、アンテナ１１、１３は、ハウジング２９に取り付けられ得るが、内部空間３１の外側に少なくとも部分的または完全に配置され得る。いくつかの実施形態では、送信回路１５、受信回路１７、およびコントローラ１９は、ハウジング２９に取り付けられ、センサハウジング２９内に完全に配置される。
【0035】
受信アンテナ１３は、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間の電磁結合が低減されるように、送信アンテナ１１に対してデカップリングまたは離調される。送信アンテナ１１と受信アンテナ１３とのデカップリングは、ターゲット７からの応答信号２３である受信アンテナ１３によって検出される信号の部分を増加させ、受信アンテナ１３による送信信号２１の直接受信を最小限に抑える。送信アンテナ１１と受信アンテナ１３とのデカップリングは、結合された送信アンテナと受信アンテナを有するアンテナシステムと比較して、送信アンテナ１１から受信アンテナ１３への送信は、減少した順方向利得（Ｓ２１）および出力時の増加した反射（Ｓ２２）を有する結果をもたらす。
【0036】
一実施形態では、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間の結合は９５％以下である。他の実施形態では、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間の結合は９０％以下である。他の実施形態では、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間の結合は８５％以下である。他の実施形態では、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間の結合は７５％以下である。
【0037】
送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間の結合を低減するための任意の技術を使用できる。例えば、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間のデカップリングは、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３を互いにデカップリングするのに十分な、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間の１つまたは複数の意図的に製造された構成および／または配置によって達成できる。
【0038】
例えば、以下でさらに説明する一実施形態では、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３とのデカップリングは、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３とを互いに異なるジオメトリを有するように意図的に構成することによって達成できる。意図的に異なるジオメトリとは、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３の意図的な異なるジオメトリ構成を指す。ジオメトリの意図的な違いは、例えば、製造誤差や公差などにより、偶然または意図せずに発生し得る送信アンテナと受信アンテナのジオメトリの違いとは区別される。
【0039】
送信アンテナ１１と受信アンテナ１３のデカップリングを達成する他の技術は、アンテナ１１、１３をデカップリングして送信信号２１の電磁力線の一部をターゲット７に押し込むのに十分な適切な間隔を各アンテナ１１、１３間に設け、それによって、ターゲット７に移動せずに送信アンテナ１１から直接受信アンテナ１３が電磁エネルギを直接受信することを可能な限り最小限にするかまたは排除することである。各アンテナ１１、１３間の適切な間隔は、送信アンテナ１１からの信号の出力電力、アンテナ１１、１３のサイズ、送信信号の周波数または複数の周波数、およびアンテナ間のシールドの存在を含むがこれらに限定されない要因に基づいて決定できる。この技術は、受信アンテナ１３によって検出された応答が検体９を測定しており、送信アンテナ１１から受信アンテナ１３に直接流れる送信信号２１だけではないことを確実にするのに役立つ。いくつかの実施形態では、アンテナ１１、１３の間の適切な間隔を、アンテナ１１、１３のジオメトリの意図的な差異とともに使用して、デカップリングを達成できる。
【0040】
一実施形態では、送信アンテナ１１によって送信される送信信号は、少なくとも２つの異なる周波数、例えば、７から１２までの異なる離散周波数を有し得る。他の実施形態では、送信信号は、単一の周波数または複数の異なる周波数を有する各別個の信号を含む、一連の離散、別個の信号であり得る。
【0041】
一実施形態では、送信信号（または送信信号のそれぞれ）は、約３００ミリ秒未満、それに等しい、またはそれより大きい送信時間にわたって送信され得る。他の実施形態では、送信時間は、約２００ミリ秒以上であり得る。さらに他の実施形態では、送信時間は、約３０ミリ秒未満、等しい、またはそれより大きくなり得る。送信時間はまた、例えば、１秒、５秒、１０秒、またはそれ以上の、秒単位で測定される大きさを有し得る。一実施形態では、同じ送信信号を複数回送信でき、その後、送信時間を平均化できる。他の実施形態では、送信信号（または送信信号のそれぞれ）は、約５０％以下のデューティサイクルで送信できる。
【0042】
図２Ａ～図２Ｃは、センサシステム５で使用できるアンテナアレイ３３の例と、アンテナアレイ３３をどのように方向付けることができるかを示している。アンテナアレイ３３の多くの配向が可能であり、センサ５が検体９を感知するその主要な機能を実行できる限り、任意の配向を使用できる。
【0043】
図２Ａでは、アンテナアレイ３３は、実質的に平面であり得る基板３５上に配置された送信アンテナ１１および受信アンテナ１３を含む。この例は、実質的にＸ－Ｙ平面に配置されたアレイ３３を示している。この例では、アンテナ１１、１３のＸ軸方向およびＹ軸方向の寸法を横方向寸法と見なすことができ、アンテナ１１、１３のＺ軸方向の寸法を厚さ寸法と見なすことができる。この例では、アンテナ１１、１３のそれぞれは、その厚さ寸法（Ｚ軸方向）よりも大きい少なくとも１つの横方向寸法（Ｘ軸方向および／またはＹ軸方向で測定される）を有する。換言すれば、送信アンテナ１１および受信アンテナ１３は、それぞれ、Ｘ軸方向および／またはＹ軸方向に測定された少なくとも１つの他の横方向寸法と比較して、Ｚ軸方向において比較的平坦であるか、または比較的薄い厚さである。
【0044】
図２Ａの実施形態の使用において、センサおよびアレイ３３は、ターゲット７がＺ軸方向でアレイ３３の下にあるか、またはＺ軸方向でアレイ３３の上にあるように、ターゲット７に対して配置され得る。これにより、アンテナ１１、１３の面の１つがターゲット７の方を向く。あるいは、ターゲット７は、アンテナ１１、１３のそれぞれの端部の１つがターゲット７の方を向くように、Ｘ軸方向にアレイ３３の左側または右側に配置できる。あるいは、ターゲット７は、アンテナ１１、１３のそれぞれの側面の１つがターゲット７の方を向くように、アレイ３３のＹ軸方向の側面に配置できる。
【0045】
センサ５には、アンテナアレイ３３に加えて、１つまたは複数の追加のアンテナアレイを設けることもできる。例えば、図２Ａは、実質的に平面であり得る基板３５ａ上に配置された送信アンテナ１１および受信アンテナ１３を含むオプションの第２のアンテナアレイ３３ａも示している。アレイ３３と同様に、アレイ３３ａも実質的にＸ－Ｙ平面内に配置され得、アレイ３３、３３ａはＸ軸方向に互いに離間している。
【0046】
図２Ｂでは、アンテナアレイ３３は、実質的にＹ－Ｚ平面に配置されているものとして示されている。この例では、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のアンテナ１１、１３の寸法は、横方向寸法と考えることができ、Ｘ軸方向のアンテナ１１、１３の寸法は、厚さ寸法と考えることができる。この例では、アンテナ１１、１３のそれぞれは、その厚さ寸法（Ｘ軸方向）よりも大きい少なくとも１つの横方向寸法（Ｙ軸方向および／またはＺ軸方向で測定される）を有する。換言すれば、送信アンテナ１１および受信アンテナ１３は、それぞれ、Ｙ軸方向および／またはＺ軸方向で測定された少なくとも１つの他の横方向寸法と比較して、Ｘ軸方向において比較的平坦であるか、または比較的薄い厚さである。
【0047】
図２Ｂの実施形態の使用において、センサおよびアレイ３３は、ターゲット７がＺ軸方向でアレイ３３の下にあるか、またはＺ軸方向でアレイ３３の上にあるように、ターゲット７に対して配置され得る。これにより、アンテナ１１、１３のそれぞれの端部の１つがターゲット７の方を向く。あるいは、ターゲット７は、アンテナ１１、１３のそれぞれの面の１つがターゲット７の方を向くように、Ｘ軸方向でアレイ３３の前または後ろに配置できる。あるいは、ターゲット７は、アンテナ１１、１３のそれぞれの側面の１つがターゲット７の方を向くように、アレイ３３のＹ軸方向の側面の１つに配置できる。
【0048】
図２Ｃでは、アンテナアレイ３３は、実質的にＸ－Ｚ平面に配置されているものとして示されている。この例では、アンテナ１１、１３のＸ軸方向およびＺ軸方向の寸法は、横方法寸法と考えることができ、Ｙ軸方向のアンテナ１１、１３の寸法は、厚さ寸法と考えることができる。この例では、アンテナ１１、１３のそれぞれは、その厚さ寸法（Ｙ軸方向）よりも大きい少なくとも１つの横方向寸法（Ｘ軸方向および／またはＺ軸方向で測定される）を有する。換言すれば、送信アンテナ１１および受信アンテナ１３は、それぞれ、Ｘ軸方向および／またはＺ軸方向に測定された少なくとも１つの他の横方向寸法と比較して、Ｙ軸方向において比較的平坦であるか、または比較的薄い厚さである。
【0049】
図２Ｃの実施形態の使用において、センサおよびアレイ３３は、ターゲット７がＺ軸方向でアレイ３３の下にあるか、またはＺ軸方向でアレイ３３の上にあるように、ターゲット７に対して配置され得る。これにより、アンテナ１１、１３のそれぞれの端部の１つがターゲット７の方を向く。あるいは、ターゲット７は、アンテナ１１、１３のそれぞれの側の１つがターゲット７の方を向くように、Ｘ軸方向にアレイ３３の左側または右側に配置できる。あるいは、ターゲット７は、アンテナ１１、１３のそれぞれの面の１つがターゲット７の方を向くように、Ｙ軸方向でアレイ３３の前または後ろに配置できる。
【0050】
図２Ａ～図２Ｃのアレイ３３、３３ａは、Ｘ－Ｙ平面、Ｙ－Ｚ平面またはＸ－Ｚ平面などの平面内に完全に配置される必要はない。代わりに、アレイ３３、３３ａは、Ｘ－Ｙ平面、Ｙ－Ｚ平面、およびＸ－Ｚ平面に対して角度を付けて配置できる。
【0051】
アンテナジオメトリの違いを使用したデカップリングアンテナ
【0052】
上述のように、送信アンテナ１１を受信アンテナ１３からデカップリングする１つの技術は、送信アンテナ１１および受信アンテナ１３を意図的に異なるジオメトリを有するように意図的に構成することである。意図的に異なるジオメトリとは、意図的な送信および受信アンテナ１１、１３の幾何学的構成の違いを指し、例えば、アンテナ１１、１３を製造する際の製造誤差または公差により、偶発的または意図せずに発生し得る送信および受信アンテナ１１、１３のジオメトリの違いとは区別される。
【0053】
アンテナ１１、１３の異なるジオメトリは、多くの異なる方法でそれ自体を明らかにし得、説明され得る。例えば、アンテナ１１、１３の各々の平面図（図３Ａ～図３Ｉなど）では、アンテナ１１、１３の周囲エッジの形状は、互いに異なり得る。ジオメトリが異なると、平面図で異なる表面積を有するアンテナ１１、１３が得られる。異なるジオメトリは、アンテナ１１、１３が平面図において異なるアスペクト比（すなわち、異なる寸法におけるそれらのサイズの比、例えば、以下でさらに詳細に説明するように、アンテナ１１の幅で割った長さの比は、アンテナ１３の幅で割った長さの比と異なり得る）を有する結果となり得る。いくつかの実施形態では、異なるジオメトリにより、アンテナ１１、１３は、平面図における異なる周囲エッジ形状、平面図における異なる表面積、および／または異なるアスペクト比の任意の組み合わせを有することになる。いくつかの実施形態では、アンテナ１１、１３は、周囲エッジ境界内に形成された１つまたは複数の穴（図２Ｂを参照）、または周囲エッジに形成された１つまたは複数のノッチ（図２Ｂを参照）を有し得る。
【0054】
したがって、本明細書で使用されるように、アンテナ１１、１３のジオメトリの違いまたは幾何学的形状の違いは、それぞれのアンテナ１１、１３を平面図で見たときの、形、長さ、幅、サイズ、形状、境界（すなわち、周囲エッジ）によって閉じられた領域などにおける任意の意図的な違いを指す。
【0055】
アンテナ１１、１３は、本明細書に記載のアンテナ１１、１３の機能を果たすことを可能にする任意の構成を有し得、任意の適切な材料から形成され得る。一実施形態では、アンテナ１１、１３は、材料のストリップによって形成され得る。材料のストリップは、アンテナを平面図で見たときに、ストリップがその少なくとも１つの横方向寸法がその厚さ寸法よりも大きい構成（言い換えれば、図３Ａ～図３Ｉのようにアンテナを平面図で見たときの長さまたは幅など、少なくとも１つの他の横方向寸法と比較して、ストリップが比較的平坦であるか、または比較的薄い厚さである）を含むことができる。材料のストリップは、ワイヤを含むことができる。アンテナ１１、１３は、金属および導電性非金属材料を含む任意の適切な導電性材料から形成できる。使用できる金属の例は、銅または金を含むが、これらに限定されない。使用できる材料の他の例は、非金属材料を導電性にするために金属材料でドープされた非金属材料である。
【0056】
図２Ａ～図２Ｃでは、アレイ３３、３３ａのそれぞれのアンテナ１１、１３は、互いに異なるジオメトリを有する。さらに、図３Ａ～図３Ｉは、互いに異なるジオメトリを有するアンテナ１１、１３の追加の例の平面図を示している。図２Ａ～図２Ｃおよび図３Ａ～図３Ｉの例は網羅的なものではなく、多くの異なる構成が可能である。
【0057】
最初に図３Ａを参照すると、異なるジオメトリを有する２つのアンテナを有するアンテナアレイの平面図が示されている。この例では（図２Ａ～図２Ｃおよび図３Ｂ～図３Ｉの例と同様に）、本明細書の概念を説明する際の便宜上、一方のアンテナを送信アンテナ１１とラベル付けし、他方のアンテナを受信アンテナ１３とラベル付けする。しかしながら、送信アンテナ１１としてラベル付けされたアンテナは、受信アンテナ１３である可能性があり、受信アンテナ１３としてラベル付けされたアンテナは、送信アンテナ１１である可能性がある。アンテナ１１、１３の各々は、平面３７を有する基板３５上に配置される。
【0058】
アンテナ１１、１３は、表面３７上の線形ストリップまたはトレースとして形成できる。この例では、アンテナ１１は、ほぼＵ字形であり、第１の直線脚部４０ａ、第１の脚部４０ａに垂直に延びる第２の直線脚４０ｂ、および脚部４０ａに平行に延びる第３の直線脚部４０ｃを有する。同様に、アンテナ１３は、脚部４０ａ、４０ｃと平行に、脚部４０ａ、４０ｃの間に延在する単一の脚部によって形成される。
【0059】
図３Ａに示される例では、アンテナ１１、１３のそれぞれは、その厚さ寸法よりも大きい少なくとも１つの横方向寸法を有する（図３Ａでは、図３Ａを見たときに、厚さ寸法は、ページの内／外に延びることになる）。例えば、アンテナ１１の脚部４０ａは、一方向（すなわち、横方向寸法）に、ページの内外に延びる脚部４０ａの厚さ寸法よりも大きい範囲で延在する。アンテナ１１の脚部４０ｂは、ある方向（すなわち、横方向寸法）に、ページの内外に延びる脚部４０ｂの厚さ寸法よりも大きい範囲で延在する。アンテナ１１の脚部４０ｃは、一方向（すなわち、横方向寸法）に、ページの内外に延びる脚部４０ｃの厚さ寸法よりも大きい範囲で延在する。同様に、アンテナ１３は、一方向（すなわち、横方向寸法）に、ページの内外に延びるアンテナ１３の厚さ寸法よりも大きい範囲で延在する。
【0060】
アンテナ１１、１３はまた、平面視したときのアンテナ１１の総直線長さ（脚部４０ａ～４０ｃの個々の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を足し合わせることによって決定される）が、平面視したときのアンテナ１３の長さＬ１３よりも大きい点で、互いにジオメトリが異なる。
【0061】
図３Ｂは、異なるジオメトリを有する２つのアンテナを有するアンテナアレイの他の平面図を示している。この例では、アンテナ１１、１３は、それぞれが横方向長さＬ１１、Ｌ１３、横方向幅Ｗ１１、Ｗ１３、および周囲エッジＥ１１、Ｅ１３を有する実質的に線形のストリップとして示されている。周囲エッジＥ１１、Ｅ１３は、アンテナ１１、１３の周囲全体に延在し、平面図で領域を画定する。この例では、横方向長さＬ１１、Ｌ１３および／または横方向幅Ｗ１１、Ｗ１３は、図３Ｂを見るとき、ページの内／外に延びるアンテナ１１、１３の厚さ寸法よりも大きい。この例では、アンテナ１１、１３は、アンテナ１１、１３の端部の形状が互いに異なるという点で、ジオメトリが互いに異なる。例えば、図３Ｂを見ると、アンテナ１１の右端部４２は、アンテナ１３の右端部４４とは異なる形状を有する。同様に、アンテナ１１の左端部４６は、右端部４２と同様の形状を有し得るが、右端部４４と同様の形状を有し得るアンテナ１３の左端部４８とは異なる。アンテナ１１、１３の横方向長さＬ１１、Ｌ１３および／または横方向幅Ｗ１１、Ｗ１３が互いに異なることも可能である。
【0062】
図３Ｃは、図３Ｂと幾分似ている、異なるジオメトリを有する２つのアンテナを有するアンテナアレイの他の平面図を示している。この例では、アンテナ１１、１３は、それぞれが横方向長さＬ１１、Ｌ１３、横方向幅Ｗ１１、Ｗ１３、および周囲エッジＥ１１、Ｅ１３を有する実質的に線形のストリップとして示されている。周囲エッジＥ１１、Ｅ１３は、アンテナ１１、１３の周囲全体に延在し、平面図で領域を画定する。この例では、横方向長さＬ１１、Ｌ１３および／または横方向幅Ｗ１１、Ｗ１３は、図３Ｃを見るとき、ページの内／外に延びるアンテナ１１、１３の厚さ寸法よりも大きい。この例では、アンテナ１１、１３は、アンテナ１１、１３の端部の形状が互いに異なるという点で、ジオメトリが互いに異なる。例えば、図３Ｃを見ると、アンテナ１１の右端部４２は、アンテナ１３の右端部４４とは異なる形状を有する。同様に、アンテナ１１の左端部４６は、右端部４２と同様の形状を有し得るが、右端部４４と同様の形状を有し得るアンテナ１３の左端部４８とは異なる。また、アンテナ１１、１３の横方向幅Ｗ１１、Ｗ１３は互いに異なっている。アンテナ１１、１３の横方向長さＬ１１、Ｌ１３が互いに異なることも可能である。
【0063】
図３Ｄは、図３Ｂおよび図３Ｃと幾分似ている、異なるジオメトリを有する２つのアンテナを有するアンテナアレイの他の平面図を示している。この例では、アンテナ１１、１３は、それぞれが横方向長さＬ１１、Ｌ１３、横方向幅Ｗ１１、Ｗ１３、および周囲エッジＥ１１、Ｅ１３を有する実質的に線形のストリップとして示されている。周囲エッジＥ１１、Ｅ１３は、アンテナ１１、１３の周囲全体に延在し、平面図で領域を画定する。この例では、横方向長さＬ１１、Ｌ１３および／または横方向幅Ｗ１１、Ｗ１３は、図３Ｄを見るとき、ページの内／外に延びるアンテナ１１、１３の厚さ寸法よりも大きい。この例では、アンテナ１１、１３は、アンテナ１１、１３の端部の形状が互いに異なるという点で、ジオメトリが互いに異なる。例えば、図３Ｄを見ると、アンテナ１１の右端部４２は、アンテナ１３の右端部４４とは異なる形状を有する。同様に、アンテナ１１の左端部４６は、右端部４２と同様の形状を有し得るが、右端部４４と同様の形状を有し得るアンテナ１３の左端部４８とは異なる。また、アンテナ１１、１３の横方向幅Ｗ１１、Ｗ１３は互いに異なっている。アンテナ１１、１３の横方向長さＬ１１、Ｌ１３が互いに異なることも可能である。
【0064】
図３Ｅは、基板上に異なるジオメトリを有する２つのアンテナを有するアンテナアレイの他の平面図を示している。この例では、アンテナ１１は、ほぼ馬蹄形の材料のストリップとして示され、アンテナ１３は、ほぼ線形の材料のストリップとして示されている。アンテナ１１、１３の平面形状（すなわち、ジオメトリ）は互いに異なる。また、平面視におけるアンテナ１１の全長（一端から他端までの測定される）は、平面視におけるアンテナ１３の長さよりも長い。
【0065】
図３Ｆは、基板上に異なるジオメトリを有する２つのアンテナを有するアンテナアレイの他の平面図を示している。この例では、アンテナ１１は、直角を形成する材料のストリップとして示され、アンテナ１３も、より大きな直角を形成する材料のストリップとして示されている。アンテナ１１、１３の平面形状（すなわち、ジオメトリ）は、アンテナ１３の平面図における総面積がアンテナ１１の平面図における総面積よりも大きいため、互いに異なる。さらに、平面視におけるアンテナ１１の全長（一端から他端まで測定される）は、平面視におけるアンテナ１３の長さより短い。
【0066】
図３Ｇは、基板上に異なるジオメトリを有する２つのアンテナを有するアンテナアレイの他の平面図を示している。この例では、アンテナ１１は、正方形を形成する材料のストリップとして示され、アンテナ１３は、長方形を形成する材料のストリップとして示されている。アンテナ１１、１３の平面形状（すなわち、ジオメトリ）は互いに異なる。また、平面視におけるアンテナ１１の幅／長さの少なくとも一方は、平面視におけるアンテナ１３の幅／長さのいずれかよりも小さい。
【0067】
図３Ｈは、基板上に異なるジオメトリを有する２つのアンテナを有するアンテナアレイの他の平面図を示している。この例では、アンテナ１１は、平面視において円を形成する材料のストリップとして示され、アンテナ１３も、アンテナ１１によって形成された円によって囲まれた平面で見ると、より小さな円を形成する材料のストリップとして示されている。アンテナ１１、１３の平面形状（すなわち、ジオメトリ）は、円の大きさが異なるために互いに異なる。
【0068】
図３Ｉは、基板上に異なるジオメトリを有する２つのアンテナを有するアンテナアレイの他の平面図を示している。この例では、アンテナ１１は、材料の直線ストリップとして示され、アンテナ１３は、平面で見ると半円を形成する材料のストリップとして示されている。アンテナ１１、１３の平面形状（すなわち、ジオメトリ）は、アンテナ１１、１３の形状／ジオメトリが異なるため、互いに異なる。
【0069】
図４Ａ～図４Ｄは、送信アンテナ１１および受信アンテナ１３の端部がジオメトリの違いを達成するために有し得る異なる形状の追加の例の平面図である。アンテナ１１、１３の端部の一方または両方は、図３Ａ～図３Ｉの実施形態を含めて、図４Ａ～図４Ｄの形状を有し得る。図４Ａは、端部がほぼ長方形であることを示している。図４Ｂは、一方の角が丸く、もう一方の角は直角のままである端部を示している。図４Ｃは、端部全体が丸みを帯びているか、外側に凸状になっていることを示している。図４Ｄは、端部が内側に凹んでいることを示している。他の多くの形状が可能である。
【0070】
アンテナ１１、１３のデカップリングを達成するための他の技術は、送信アンテナ１１によって送信される信号のほとんどまたはすべてをターゲットに強制的に送り込むのに十分な間隔を有する各アンテナ１１、１３間の適切な間隔を使用し、それによって、送信アンテナから直接に受信アンテナ１３による電磁エネルギの直接受信を最小限に抑えることである。適切な間隔は、それ自体でアンテナ１１、１３のデカップリングを達成するために使用できる。他の実施形態では、適切な間隔を、アンテナ１１、１３のジオメトリの違いとともに使用して、デカップリングを達成できる。
【0071】
図２Ａを参照すると、示された位置において、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間に間隔Ｄが存在する。アンテナ１１、１３間の間隔Ｄは、各アンテナ１１、１３の全長（例えば、Ｘ軸方向）にわたって一定であってもよいし、アンテナ１１、１３間の間隔Ｄは、変化してもよい。間隔Ｄが、送信アンテナ１１によって送信される信号のほとんどまたはすべてがターゲットに到達し、送信アンテナ１１から直接に受信アンテナ１３による電磁エネルギの直接受信を最小化し、それによって、アンテナ１１、１３を互いからデカップリングする結果になるのに十分である限り、任意の間隔Ｄを使用することができる。
【0072】
図５を参照すると、センサデバイス５の構成例が示されている。図５では、図１の要素と同一または類似の要素は、同じ参照番号を使用して参照される。図５では、アンテナ１１、１３は、例えば、プリント回路基板であり得る基板５０の１つの表面上に配置される。センサデバイス５に電力を供給するために、再充電可能なバッテリなどの少なくとも１つのバッテリ５２が基板５０の上に提供される。さらに、送信回路１５、受信回路１７、コントローラ１９および第２のデバイス５の他の電子機器を配置することができるデジタルプリント回路基板５４が設けられる。基板５０およびデジタルプリント回路基板５４は、フレキシブルコネクタ５６などの任意の適切な電気接続を介して電気的に接続される。ＲＦシールド５８は、アンテナ１１、１３とバッテリ５２との間、またはアンテナ１１、１３とデジタルプリント回路基板５４との間に任意に配置されて、回路および電気部品をＲＦ干渉からシールドし得る。
【0073】
図５に示されるように、アンテナ１１、１３、送信回路１５、受信回路１７、コントローラ１９、バッテリ５２などを含むセンサデバイス５のすべての要素は、ハウジング２９の内部空間３１内に完全に収容される。代替実施形態では、各アンテナ１１、１３の一部または全体が、ハウジング２９の底壁６０の下に突出できる。他の実施形態では、各アンテナ１１、１３の底部は、底壁６０と同じ高さであるか、または底壁６０からわずかに凹んでいることができる。
【0074】
センサデバイス５のハウジング２９は、非侵襲性センサデバイスに使用するのに適していると思われる任意の構成およびサイズを有し得る。一実施形態では、ハウジング２９は、５０ｍｍ以下の最大長さ寸法ＬＨ、５０ｍｍ以下の最大幅寸法ＷＨ、および２５ｍｍ以下の最大厚さ寸法ＴＨを有し得、約６２．５ｃｍ３以下の総内部容積を有し得る
【0075】
さらに、図３Ａ～図３Ｉと共に図５を引き続き参照すると、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間に最大間隔Ｄｍａｘおよび最小間隔Ｄｍｉｎが存在することが好ましい。最大間隔Ｄｍａｘは、ハウジング２９の最大サイズによって決定され得る。一実施形態では、最大間隔Ｄｍａｘは、約５０ｍｍであり得る。一実施形態では、最小間隔Ｄｍｉｎは、約１．０ｍｍから約５．０ｍｍまでであり得る。
【0076】
ここで図１と共に図６を参照すると、ターゲット中の少なくとも１つの検体を検出するための方法７０の一実施形態が示されている。図６の方法は、本明細書に記載のセンサデバイス５の実施形態のいずれかを使用して実施できる。検体を検出するために、センサデバイス５は、ターゲットに比較的近接して配置される。比較的近接とは、センサデバイス５がターゲットに近接するが直接物理的に接触しない、あるいはセンサデバイス５がターゲットと直接密接に物理的に接触するように配置できることを意味する。センサデバイス５とターゲット７との間の間隔は、送信信号のパワーなどの多くの要因に依存し得る。センサデバイス５がターゲット７に対して適切に配置されていると仮定すると、ボックス７２で、例えば、送信回路１５によって送信信号が生成される。次に、送信信号は、送信アンテナ１１に提供され、送信アンテナ１１は、ボックス７４で、送信信号をターゲットに向けて、かつターゲットに送信する。ボックス７６で、送信信号が検体に接触することから生じる応答が、受信アンテナ１３によって検出される。受信回路１７は、受信アンテナ１３から検出された応答を取得し、検出された応答をコントローラ１９に提供する。ボックス７８で、検出された応答を解析して、少なくとも１つの検体を検出できる。解析は、コントローラ１９によって、および／または外部デバイス２５によって、および／またはリモートサーバ２７によって実行できる。
【0077】
図７を参照すると、方法７０のボックス７８での解析は、いくつかの形態をとることができる。一実施形態では、ボックス８０で、解析は、検体の存在、すなわち、検体がターゲット中に存在するか否かを単に検出できる。あるいは、ボックス８２で、解析は、存在する検体の量を決定できる。
【0078】
送信された信号と検体との間の相互作用は、場合によっては、受信アンテナによって検出される信号の強度を増加させ、他の場合には、受信アンテナによって検出される信号の強度を減少させ得る。例えば、非限定的な一実施形態では、検出された応答を解析するとき、検出されている対象の検体を含むターゲット内の化合物は、送信信号の一部を吸収でき、吸収は、送信信号の周波数に基づいて変化する。受信アンテナによって検出される応答信号は、検体などのターゲット内の化合物が送信信号を吸収する周波数での強度の低下を含み得る。吸収の周波数は、異なる検体に特有のものである。受信アンテナによって検出される応答信号は、検体による吸収に対応する信号強度の低下に基づいて検体を検出するために、このような信号強度の低下が対象の検体による吸収に対応する周波数で観測されるかどうかに基づいて、対象の検体に関連付けられた周波数で解析できる。検体によって引き起こされる信号の強度の増加に関して、同様の技術を使用できる。
【0079】
検体の存在の検出は、例えば、検体に関連する既知の周波数で受信アンテナによって検出される信号強度の変化を識別することによって達成できる。変化は、送信信号が検体とどのように相互作用するかに応じて、信号強度の減少または信号強度の増加であり得る。検体に関連付けられた既知の周波数は、例えば、検体を含むことが知られている溶液の試験によって確立できる。検体の量の決定は、例えば、入力変数が信号の変化の大きさであり、出力変数が検体の量である関数を使用して、既知の周波数での信号の変化の大きさを識別することによって達成できる。検体の量の決定は、例えば、ターゲットの既知の質量または体積に基づいて、濃度を決定するためにさらに使用できる。一実施形態では、検体の存在および検体の量の決定は、例えば、検体の存在を検出するために検出された信号の変化を最初に識別し、次に、量を決定するために変化の大きさを識別するために検出された信号を処理することによって、両方を決定され得る。
【0080】
図８～図１０は、非侵襲的検体センサシステム１００の追加の実施形態の概略図である。図８～図１０に示されるシステム１００は、少なくとも２つ以上のアンテナ、少なくとも３つ以上のアンテナ、または少なくとも６つ以上のアンテナを含む。しかしながら、異なる数のアンテナを使用することもできる。各実施形態において、システム１００は、アンテナアレイの１つまたは複数のアンテナを送信アンテナまたは受信アンテナとして使用できるように構成される。図８～図１０では、同様の要素は、同じ参照番号を使用して参照される。一実施形態では、システム１００を使用してスキャンルーチンを実施でき、スキャンルーチンは、複数のスキャンを含み、各スキャンは、アンテナの異なる組み合わせを使用して信号を送信し、応答を検出する。図１～図７の前述の実施形態と同様に、アンテナアレイは、デカップリングアンテナアレイであり得、アンテナアレイのアンテナは、互いにデカップリングされ得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、システム１００のアンテナは、互いにデカップリングされ得ない。一実施形態では、図８～図１０のアレイで使用されるアンテナは、互いに異なるジオメトリを有し得る。
【0081】
図８の実施形態では、システム１００のアンテナアレイは、２つのアンテナ１０２ａ、１０２ｂを有し、これらの各々は、基板１０６上に配置するか、または別々の基板上に配置できる。アンテナ１０２ａ、１０２ｂは、図１～図７に関して上述した構造と同様の構造を有し得る。アンテナ１０２ａ、１０２ｂは、互いに異なるジオメトリを有し、アンテナ１０２ａ、１０２ｂは、互いにデカップリングされている。スイッチ１０８ａ、１０８ｂは、アンテナ１０２ａ、１０２ｂのそれぞれに電気的に接続され、１つまたは複数の送信および受信スイッチコントローラ１１０は、スイッチ１０８ａ、１０８ｂのそれぞれに電気的に接続され得る。スイッチ１０８ａ、１０８ｂは、１つまたは複数の送信信号のいずれかをそれぞれのアンテナ１０２ａ、１０２ｂに向ける、またはアンテナ１０２ａ、１０２ｂの他方によって検出された応答を受信するなど、スイッチ１０８ａ、１０８ｂの機能を実行するのに適した任意の機械的および／または電気的構造を有し得る。図８は、スイッチ１０８ａ、１０８ｂを単極双投スイッチとして示しているが、他のスイッチ構造を使用できる。
【0082】
スイッチコントローラ１１０は、アンテナ１０２ａ、１０２ｂのいずれか１つへの送信回路１１２の電気的接続を制御して生成された送信信号を所望のアンテナ１０２ａ、１０２ｂに向け、送信アンテナとして機能させ、アンテナ１０２ａ、１０２ｂの１つに受信回路１１４の電気的接続を制御して受信アンテナとして機能させることを含む、スイッチコントローラ１１０の機能を実行するのに適した任意の機械的および／または電気的構造を有し得る。スイッチコントローラ１１０は、例えば、スイッチ１０８ａ、１０８ｂのいずれか１つの位置を適切に制御して適切なアンテナ１０２ａ、１０２ｂに接続し、送信回路１１２によって生成された送信信号を適切なアンテナ１０２ａ、１０２ｂに向けるなど、送信機能を制御するのに適した送信側を有すると考えることができる。スイッチコントローラ１１０はまた、例えば、応答を受信するための適切なアンテナ１０２ａ、１０２ｂに接続し、応答を受信回路１１４に向けるためにスイッチ１０８ａ、１０８ｂのいずれか１つの位置を適切に制御することによって、受信機能を制御するのに適した受信側を有すると考えることができる。スイッチコントローラ１１０は、スイッチコントローラ１１０の制御機能を管理および制御するために、１つまたは複数のコントローラを統合するか、適切に接続できる。
【0083】
スイッチコントローラ１１０の制御は、代わりに、システム１００の１つまたは複数の他のコントローラ、例えば、送信回路１１２に関連するコントローラ、受信回路１１４に関連するコントローラ、システム１００のメインコントローラ１１６、または１つまたは複数の他のコントローラを使用して達成され得る。
【0084】
送信回路１１２および受信回路１１４は、それぞれ、スイッチコントローラ１１０に電気的に接続される。送信回路１１２が、スイッチコントローラ１１０によって決定されるように、アンテナ１０２ａ、１０２ｂのいずれかが送信回路として作用することによって、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信するために、例えば、約１０ｋＨｚから約１００ＧＨｚなどの電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲において少なくとも１つの送信信号を生成するように構成されているという点で、送信回路１１２は、上述の送信回路１５と機能が類似している。さらに、受信回路１１４が、アンテナ１０２ａ、１０２ｂのいずれか１つが受信アンテナとして機能していることによって検出された応答を受信するように構成されており、応答が少なくとも１つの送信信号のターゲットへの送信からもたらされるという点で、受信回路１１４は、上述の受信回路１７と機能が類似している。メインコントローラ１１６は、送信回路１１２に接続されて、送信回路１１２による送信信号の生成を制御する。コントローラ１１６（または別個のコントローラ）も受信回路１１４に接続され、例えば、受信アンテナによって検出された応答を適切なストレージ／メモリに格納する、および／または応答を解析する、上述のコントローラ１９と機能が類似している。
【0085】
図８では、要素１０８ａ、１０８ｂ、１１０、１１２、１１４、および１１６のうちの１つまたは複数を、別個の要素ではなく、機能的および／または機械的に組み合わせることができる。さらに、送信および受信スイッチコントローラ１１０は、図９および図１０に関して以下で説明するように、受信スイッチコントローラとは別個の送信スイッチコントローラに物理的に分離できる。さらに、要素１０８ａ、１０８ｂ、１１０、１１２、１１４、および１１６のうちの１つまたは複数の間の通信は、有線接続および／または無線接続を介して達成できる。さらに、スイッチ１０８ａ、１０８ｂおよびスイッチコントローラ１１０の動作位置は、任意の適切な手段、例えば、ソフトウェアおよび／またはハードウェアを使用して制御でき、任意の瞬間に、スイッチコントローラ１１０が同時に同じスイッチ１０８ａ、１０８ｂに接続されないことを保証することが可能である。さらに、以下に説明するスキャンルーチンを実施する場合、タイムスタンプの使用などの適切な技術を使用して、各スキャンの結果を区別および／または識別し、各スキャンが実行された頻度を示すことができる。
【0086】
図８の構成は、スキャンルーチンが複数のスキャンを含む場合に、スキャンルーチンを実施できるようなものである。スキャンルーチンの１回のスキャンでは、アンテナ１０２ａを送信アンテナとして使用し、アンテナ１０２ｂを受信アンテナとして使用できる。他のスキャンでは、アンテナ１０２ｂを送信アンテナとして使用し、アンテナ１０２ａを受信アンテナとして使用できる。次いで、２回のスキャンの結果を解析して、例えば、上述のように検体を決定し、場合により存在する検体の量を決定できる。
【0087】
図９は、図８のシステム１００と同様に機能するシステム１００の他の実施形態を示している。図９の実施形態では、システム１００のアンテナアレイは、それぞれが基板１０６上に配置された３つのアンテナ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを有する。システムはさらに、スイッチ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃのうちの３つ、受信スイッチコントローラ１１０ａ、および受信スイッチコントローラ１１０ａとは別の送信スイッチコントローラ１１０ｂを含む。
【0088】
図９の実施形態では、スキャンルーチンのスキャン数は、図８より多い。次の表（表１）は、実行可能な様々なアンテナの組み合わせを使用したスキャンのいくつかを示すスキャンルーチンの一部を示している。スキャンルーチンには、より多くのまたはより少ない数のスキャンを含めることができ、異なるアンテナの組み合わせを使用する他のスキャンを実施できる。次いで、スキャンの結果を解析して、例えば、上記のように検体を決定し、場合により存在する検体の量を決定できる。
【0089】
【表1】
【0090】
表１に示されるように、単一のスキャンは、１つのアンテナを送信アンテナとして使用し、１つのアンテナを受信アンテナとして使用するか、または２つのアンテナを送信アンテナとして使用し、１つのアンテナを受信アンテナとして使用するか、または１つのアンテナを送信アンテナとして使用し、２つのアンテナを受信アンテナとして使用し得る。いくつかの実施形態では、単一のスキャンで、１つのアンテナを送信アンテナおよび受信アンテナの両方として使用することも可能である。
【0091】
図１０は、図８および図９のシステム１００と同様に機能するシステム１００のさらに他の実施形態を示している。図１０の実施形態では、システム１００のアンテナアレイは、それぞれが基板１０６上に配置された６つのアンテナ１０２ａ～１０２ｆと、６つのスイッチ１０８ａ～１０８ｆとを有する。一実施形態では、６つのアンテナ１０２ａ～１０２ｆによって形成されるアンテナアレイは、３０．０ｍｍ×３０．０ｍｍを超えない寸法Ｅ１０×Ｆ１０を有し得る。図８および図９と比較して図１０のアンテナの数が多いため、図１０のシステム１００は、より多くのアンテナの組み合わせを使用するより多くのスキャンを使用するスキャンルーチンの実施を可能にする。以下の表２は、実行可能な様々なアンテナの組み合わせを使用したスキャンのいくつかを示すスキャンルーチンの一部を示している。スキャンルーチンには、より多くのまたはより少ない数のスキャンを含めることができ、異なるアンテナの組み合わせを使用する他のスキャンを実施できる。次いで、スキャンの結果を解析して、例えば、上記のように検体を決定し、場合により存在する検体の量を決定できる。
【0092】
【表2】
【0093】
表２に示されるように、単一のスキャンは、１つのアンテナを送信アンテナとして使用し、１つのアンテナを受信アンテナとして使用し、２つ以上のアンテナを送信アンテナとして使用し、１つのアンテナを受信アンテナとして使用し、１つのアンテナを送信アンテナとして使用し、２つ以上のアンテナを受信アンテナとして使用し、２つ以上のアンテナを送信アンテナとして使用し、２つ以上のアンテナを受信アンテナとして使用することなどである。いくつかの実施形態では、単一のスキャンで、１つのアンテナを送信アンテナおよび受信アンテナとして両方使用することも可能である。
【0094】
図８～図１０のシステム１００は、検体の非侵襲的検出に使用できる。例えば、システム１００では、少なくとも２つのアンテナを有するアンテナアレイにおいて、送信回路１１２は、例えば、スイッチコントローラ１１０、１１０ａを使用して、アンテナアレイの少なくとも２つのアンテナのうちの任意の１つまたは複数に選択的に接続できる。送信回路１１２を使用して少なくとも１つの送信信号が生成され、少なくとも１つの送信信号は、それぞれが電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲にある少なくとも２つの異なる周波数を有する。少なくとも１つの送信信号は、送信回路１１２に接続された少なくとも２つのアンテナのうちの１つまたは複数を使用して、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信される。さらに、受信回路１１４は、アンテナアレイの少なくとも２つのアンテナのうちの異なる１つまたは複数に選択的に接続される。次いで、受信回路およびアンテナアレイの少なくとも２つのアンテナのうちの異なる１つまたは複数を使用して、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットへの少なくとも１つの送信信号の送信から生じる応答を検出する。
【0095】
図８～図１０のシステム１００のいずれか１つの動作において、アンテナアレイを使用してスキャンルーチンを実施できる。第１のスキャンでは、２つ以上のアンテナの第１の組み合わせは、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲内にある第１の送信信号を、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信するために使用され、第１の送信信号の送信から生じる応答を、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに検出するために使用される。第２のスキャンでは、第１の組み合わせとは異なる２つ以上のアンテナの第２の組み合わせは、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲にある第２の送信信号を、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに送信し、第２の送信信号の送信から生じる応答を、少なくとも１つの対象の検体を含むターゲットに検出するために使用される。アレイ内のアンテナの数に応じて、スキャンルーチンは、２つ以上のアンテナの追加の組み合わせを使用して送信信号を送信し、応答を検出する追加のスキャンを含むことができる。
【0096】
スキャンルーチンは、国際公開第２０１９／２１７４６１号に記載されているように、ある範囲の周波数にわたっていくつかの離散周波数で実施でき、その全内容は参照により本明細書に援用される。スキャンルーチンでは、各周波数でのスキャンごとに、送信アンテナとして機能しているいずれかのアンテナによって送信信号を送信し、受信アンテナとして機能しているアンテナで複数回、例えば、２０回、応答を検出することができる。次に、検出された応答を平均して、Ｓ２１値を得ることができる。
【0097】
検体は、上記のように検出できる。一実施形態では、スキャンルーチンの様々なスキャンにわたって、選択された周波数で最小／最大減算法を使用できる。他の実施形態では、選択された周波数で受信アンテナとして機能するアンテナによって受信された電力間の差を使用できる。例えば、図１１は、アンテナ（Ａ３）が送信アンテナＴｘとして使用され、アンテナ（Ａ１およびＡ２）が受信アンテナＲｘとして使用される例を示している。対象の周波数範囲にわたるベースライン応答スペクトルが示され、アンテナ（Ａ１、Ａ２）によって検出された応答スペクトルも示されている。ベースライン応答スペクトルと検出された応答スペクトルとの間のスペクトルの変化は、受信アンテナ（Ａ１、Ａ２）間で異なる。特定の周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３などで、検体濃度に相関する信号（検出された応答スペクトルの２つのｄＢ値の差を示す垂直バーによって表される）を計算できる。
【0098】
上記のように、センサ５によって取得されたデータは、解析される必要がある。解析は、センサ５で、またはセンサ５とは別の１つまたは複数のデバイスまたはシステムで行うことができる。出願人によって別段の指示がない限り、デバイスまたはシステムという用語は、センサ５によって取得されたデータを解析できる任意のタイプのデバイスまたはシステムを包含するものとして広く解釈されることを意図している。データの解析に使用できるデバイスまたはシステムの例は、ハードウェアベースのコンピューティングデバイスまたはシステム、クラウドベースのコンピューティングデバイスまたはシステム、能動学習デバイスまたはシステムを含む機械学習デバイスまたはシステム、人工知能ベースのデバイスまたはシステム、ニューラルネットワークベースのデバイスまたはシステム、それらの組み合わせ、データの解析に適したその他のタイプのデバイスおよびシステムを含むが、これらに限定されない。
【0099】
次いで、解析から生じる、または解析に基づく１つまたは複数の出力信号が生成される。いくつかの実施形態では、出力信号は、データを解析するデバイスまたはシステムによって生成される。出力信号は、出力信号に基づくアクションを実施する１つまたは複数の他のデバイスまたはシステムに向けられる。一実施形態では、出力信号は、例えば、患者および／または患者の介護者に知覚可能な信号または警告を提供するために、少なくとも１つの人間の知覚可能な通知を生成する１つまたは複数の通知デバイス（以下でさらに論じる）に向けられる。この実施形態では、出力信号は、通知信号と呼ぶことができる。他の実施形態では、出力信号は、１つまたは複数の他の機械またはシステム、例えば、他の機械またはシステムの動作を変更するインスリンポンプなどの医療デバイスに向けられ得る。一実施形態では、出力信号または別個の出力信号は、１つまたは複数の通知デバイスおよび１つまたは複数の他の機械またはシステムの両方に向けることができる。一実施形態では、出力信号は、１つまたは複数の通知デバイスおよび／または１つまたは複数の他のデバイスまたはシステムへの送信とは別に、またはそれに加えて、適切なデータストレージに格納できる。
【0100】
図１２は、出力信号生成の非限定的な一例を示している。この例では、システム１００に含まれる通知デバイス１３０に出力信号が送信され、解析の結果として少なくとも１つの人間が知覚できる通知が生成される。通知デバイス１３０は、システム１００に直接的または間接的に接続することができる。例えば、一実施形態では、通知デバイス１３０は、センサ５に組み込まれて、少なくとも１つの人間が知覚できる通知を、デバイス５を使用または着用している人に直接提供できる。他の実施形態では、通知デバイス１３０は、携帯電話（別名、セルフォン、スマートフォン）；タブレットコンピュータ；ラップトップコンピュータ；パーソナルコンピュータ；時計、ヘッドマウントデバイス、衣服などのウェアラブルデバイス；ビデオゲームコンソール；椅子などの家具；車、自動車、トラックなどの車両；電球；スマート冷蔵庫などのスマート家電；センサ５と共に機能するように特別に設計された、これらのデバイスと同様の特定用途向けデバイスを含むが、これらに限定されない、デバイス５から物理的に分離されたデバイス１３２に組み込むことができる。通知デバイス１３０によって生成される少なくとも１つの人間が知覚できる通知は、可聴音通知、視覚通知、触覚通知、または嗅覚通知のうちの１つまたは複数であり得る。通知デバイス１３０の動作は、解析の結果として生成される通知または出力信号によってトリガできる。通知信号は、デバイス５によって、例えば、そのメインコントローラによって、またはデバイス５からデータを受信した後に解析を実行する上記のような別個のデバイスまたはシステムによって生成され得る。
【0101】
図８～図１０の実施形態のそれぞれにおいて、システム１００は、図１および図５の実施形態と同様に使用でき、システムは、センサハウジング２９を含み、アンテナアレイは、センサハウジングに取り付けられ、送信回路１１２は、センサハウジング内に配置され、受信回路１１４は、センサハウジング内に配置され、センサハウジング内に配置されたバッテリ５２は、スイッチコントローラ１１０、１１０ａ、１１０ｂ、送信回路１１２、受信回路１１４、およびコントローラ１１６を含むコンポーネントに電力を供給する。
【0102】
図１３～図１９は、図１０のシステム１００を含む、本明細書で説明する実施形態のいずれかで使用できるアンテナアレイおよびアンテナ構成および形状の追加の例の上面図である。図１３～図１９の実施形態のそれぞれにおいて、各アレイのアンテナは互いに異なるジオメトリを有し、アンテナは互いにデカップリングされている。
【0103】
図１３～図１６の実施形態はそれぞれ、６つのアンテナ１２０ａ～１２０ｆを有するデカップリングアンテナアレイを示している。しかしながら、各アンテナアレイは、より少ない数のアンテナを使用することも、より多くのアンテナを使用することもできる。これまでに実施された試験で、出願人は、図１４～図１６のアンテナアレイと比較して、図１０に示すアンテナアレイと図１３に示すアンテナが最良の結果を達成すると判断している。
【0104】
図１７は、６つの一次アンテナまたはより大きいアンテナ１２０ａ～１２０ｆと、より大きなアンテナ１２０ａ～１２０ｆの各側に配置された多数のより小さなポイントアンテナ１２２とを有するデカップリングアンテナアレイの他の実施形態を示している。ポイントアンテナ１２２を使用すると、アレイ内に配置できるアンテナの数が増加し、それによって、図１７のアンテナアレイを使用してスキャンルーチンで利用できるスキャンおよびアンテナの組み合わせの数が増える。
【0105】
図１８は、３つのアンテナ１２４ａ～１２４ｃを有するデカップリングアンテナアレイの他の実施形態を示している。アンテナ１２４ａ～１２４ｃの１つまたは複数には、アンテナ１２４ａ～１２４ｃのジオメトリを変更するのに役立つ穴１２６が形成されている。
【0106】
図１９は、５つのアンテナ１２８ａ～１２８ｅおよび各アンテナ１２８ａ～１２８ｅに接続するためのアンテナポート１３０ａ～１３０ｅを有するデカップリングアンテナアレイの他の実施形態を示している。
【0107】
図２０、図２１Ａおよび図２１Ｂは、非侵襲的検体センサシステムの他の実施形態の一部を形成する非侵襲的検体センサ１５０の他の例を概略的に示している。非侵襲的検体センサ１５０は、選択された電磁周波数で光波の形態の電磁エネルギを使用して、本明細書に記載の非侵襲的検体感知を実行する。センサ１５０は、ハウジング１５２と、光検出器（またはフォトディテクタ）として機能するだけでなく、光の形態で電磁エネルギを放射できる複数の検出器要素１５４を含むセンサアレイとを含む。図示の例は、アレイを、３×４または４×３アレイに配置された合計１２個の検出器要素１５４を有するものとして示している。しかしながら、より多数またはより少数の検出器要素１５４をアレイに設けることができる。さらに、アレイは、円形アレイに配置されることを含む他の配置を有し得る。放射された光は、ターゲットを透過し、検体から反射し、少なくとも１つの検出器要素が反射光を検出する。
【0108】
図２１Ａおよび図２１Ｂを参照すると、いくつかまたはすべての検出器要素１５４は、各検出器要素１５４が発する光がセンサ１５０から送信され、各検出器要素１５４が戻り光を検出するように、ハウジング１５２の表面１５６と面一であり得る。他の実施形態では、検出器要素１５４のいくつかまたはすべてをハウジング１５２内に凹ませてもよいが、各検出器要素１５４からの光は、適切に外側に導かれ、戻り光は検出器要素１５４に適切に導かれる。さらに他の実施形態では、検出器要素１５４のいくつかまたはすべてが、ハウジング１５２から（部分的または完全に）突出し得る。
【0109】
検出器要素１５４は、検出器要素１５４の任意の１つまたは複数が光を発し、検出器要素１５４の任意の１つまたは複数が光検出器として機能できるように制御される。一実施形態では、検出器要素１５４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり得、ＬＥＤを含むアレイは、ＬＥＤアレイと呼ぶことができる。光を放射する（すなわち、フォトエミッタ）かまたは光を検出する（すなわち、フォトディテクタ）ように選択的に制御できるＬＥＤが知られている。Ｓｔｏｊａｎｏｖｉｃら、発光ダイオードに基づく光感知アプローチ、ジャーナル・オブ・フィジクス：カンファレンス・シリーズ７６（２００７年）；Ｒｏｓｓｉｔｅｒら、光エミッタモードと光検出モードの両方で動作するＬＥＤのマトリックスを使用した新しい触覚センサ、センサに関する第４回ＩＥＥＥ国際会議の議事録（ＩＥＥＥセンサ２００５）を参照されたい。米国特許第４２０２０００号明細書も参照し、その全内容は、参照により本明細書に援用される。
【0110】
使用されるＬＥＤは、好ましくは、少なくとも２つの異なる波長の光を放射できる（言い換えれば、１つのＬＥＤが第１の波長を有する光を発し、第２のＬＥＤが第１の波長とは異なる第２の波長を有する光を発する）。他の実施形態では、少なくとも３つ以上の異なる波長の光が、様々なＬＥＤによって放射され得る。一実施形態では、ＬＥＤのそれぞれは、異なる波長の光を放射できる。一実施形態では、２つ以上のＬＥＤは、同じ波長の光を放射できる。ＬＥＤは、青色光、赤色光、緑色光、白色光、オレンジ色光、黄色光、およびその他の色など視覚的に認識される波長を含む人間の可視スペクトル（すなわち、約３８０ｎｍから約７６０ｎｍ）にある波長を放射でき、また赤外線波長および紫外線波長を含む人間の可視スペクトルでない波長を放射することもできるがこれらに限定されない。可視スペクトルと非可視スペクトルの波長の組み合わせも使用できる。センサ１５０によって放射される光波は、両方とも電磁波であるため、図１～図１９のセンサによって放射されるＲＦ波と同様に機能する。例えば、図２１Ａを参照すると、光波１５８は、ターゲットに浸透し、ターゲット内の検体から反射して、検出される戻り光波１６０を形成する。
【0111】
検出器要素１５４は、図８～図１０に記載のスイッチ、スイッチコントローラ、送信回路、受信回路、およびコントローラを含む、図８～図１０に示す制御システムと同様の制御システムを使用して制御できる。例えば、図２１Ａは、左側の検出器要素１５４ａが光波１５８を放射するフォトエミッタとして機能するように制御され、右側の検出器要素１５４ｂが光波１５８の送信から生じる戻り光波１６０を検出するフォトディテクタとして機能するように制御される例を示している。図２１Ｂは、右側の検出器要素１５４ｂが、光波１６２を放射するフォトエミッタとして機能するように制御され、中央の検出器要素１５４ｃが、光波１６２の送信から生じる戻り光波１６４を検出するフォトディテクタとして機能するように制御される例を示している。
【0112】
スキャンルーチンは、ＬＥＤの異なる波長に基づく電磁周波数の範囲にわたって、多数の離散的な電磁周波数でセンサ１５０を用いて実施できる。応答スペクトルは、フォトディテクタとして機能する検出器要素１５４のそれぞれによって検出され、応答スペクトルは、特定の検体および検体濃度に相関する。
【0113】
他の実施形態では、非侵襲性センサは、本明細書に記載の２つ以上のアンテナと、本明細書に記載の２つ以上のＬＥＤとの両方を含むことができる。アンテナとＬＥＤを一緒に使用して、検体を検出できる。他の実施形態では、アンテナを使用して一次検出を実行でき、一方、ＬＥＤは、アンテナによる一次検出を確認できる。他の実施形態では、ＬＥＤを使用して一次検出を実行でき、一方、アンテナを使用してＬＥＤによる一次検出を確認できる。
【0114】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することを意図しており、限定することを意図していない。「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という用語は、他に明確に示されていない限り、複数形も含む。「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」および／または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、工程、操作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、工程、操作、要素、および／または構成要素の存在または付加を排除するものではない。
【0115】
本出願に開示された実施例は、あらゆる点で例示的であり、限定的ではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前述の説明ではなく、添付の請求の範囲によって示される。また、請求の範囲の均等の意味および範囲内にあるすべての変更は、そこに含まれることが意図されている。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図3I】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【国際調査報告】