(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】2024-09-20
(54)【発明の名称】非侵襲性無線周波数分析物センサにおける雑音抑制
(51)【国際特許分類】
A61B 5/145 20060101AFI20240912BHJP
【ＦＩ】
A61B5/145
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024516990
(86)(22)【出願日】2022-09-07
(85)【翻訳文提出日】2024-05-14
(86)【国際出願番号】 IB2022058421
(87)【国際公開番号】W WO2023042040
(87)【国際公開日】2023-03-23
(31)【優先権主張番号】17/478,084
(32)【優先日】2021-09-17
(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】100189544
【弁理士】
【氏名又は名称】柏原 啓伸
(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
4C038KX01
(57)【要約】
非侵襲性分析物センサは、受信部品および／または送信部品上に、外部の無線周波数雑音を抑制するための１つ以上の雑音抑制部品を備えている。受信アンテナと受信回路とを接続する電気導体の外部に雑音抑制部品を設けることで、電気導体の外部で発生する不要な無線周波数雑音を抑制できる。雑音抑制部品は、このような無線周波数雑音の抑制を実現するあらゆるタイプの雑音抑制デバイスであり得る。一実施形態では、雑音抑制部品はチョークであってもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線周波数電磁波を放射するように構成された第１のアンテナであって、少なくとも１つの分析物を含むターゲットに無線周波数送信信号を送信するように配置および配置されている、第１のアンテナと、無線周波数電磁波を検出するように構成された第２のアンテナであって、前記少なくとも１つの分析物を含む前記ターゲットへの前記第１のアンテナによる前記無線周波数送信信号の送信から生じる無線周波数応答を検出するように位置付けられ、配置されている第２のアンテナと、
前記第１アンテナに電気的に接続可能な送信回路であって、前記第１アンテナによって送信される前記無線周波数送信信号を生成するように構成された送信回路と、
前記送信回路を前記第１のアンテナに電気的に接続する送信電気導体と、
前記第２のアンテナに電気的に接続可能な受信回路であって、前記第２のアンテナによって検出された前記無線周波数応答を受信するように構成された受信回路と、
前記受信回路を前記第２のアンテナに電気的に接続する受信電気導体と、
前記受信回路と前記第２のアンテナとの間の受信電気導体上、および／または、前記送信回路と前記第１のアンテナとの間の送信電気導体上に、少なくとも１つの雑音抑制器を備える、非侵襲的分析物センサシステム。
【請求項2】
前記少なくとも１つの雑音抑制器は、前記受信回路と前記第２のアンテナとの間の前記受信電気導体上にある、請求項１に記載の非侵襲的分析物センサシステム。
【請求項3】
前記受信電気導体を前記第２のアンテナに接続する第１の無線周波数アダプタと、前記受信電気導体を前記受信回路に接続する第２の無線周波数アダプタとを備え、前記少なくとも１つの雑音抑制器は、前記第１の無線周波数アダプタまたは前記第２の無線周波数アダプタを囲んでいる、請求項２に記載の非侵襲的分析物センサシステム。
【請求項4】
前記少なくとも１つの雑音抑制器はチョークを含む、請求項１に記載の非侵襲的分析物センサシステム。
【請求項5】
前記少なくとも１つの分析物は、グルコース、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に記載の非侵襲的分析物センサシステム。
【請求項6】
それぞれが無線周波数電磁波を放射および受信するように構成された少なくとも３つのアンテナを有するアンテナアレイと、前記少なくとも３つのアンテナのうちの１つ以上に選択的に電気的に接続可能な送信回路であって、前記送信回路が電気的に接続された少なくとも３つのアンテナのうちの１つ以上によってターゲットに送信される電磁スペクトルの無線周波数範囲で少なくとも１つの送信信号を生成するように構成されている、送信回路と、
前記少なくとも３つのアンテナのうちの１つ以上に選択的に電気的に接続可能な受信回路であって、前記少なくとも１つの送信信号を、対象となる少なくとも１つの分析物を含むターゲットに送信した結果として、前記受信回路が電気的に接続された前記少なくとも３つのアンテナのうちの１つ以上に検出された応答を受信するように構成されている、受信回路と、
前記受信回路を前記少なくとも３つのアンテナと電気的に接続する電気導体と、
前記受信回路と前記少なくとも３つのアンテナ間の電気導体上の雑音抑制器と
を備える非侵襲的分析物センサシステム。
【請求項7】
前記雑音抑制器はチョークを含む、請求項６に記載の非侵襲的分析物センサシステム。
【請求項8】
前記電気導体を前記アンテナに接続する第１無線周波数アダプタと、前記電気導体を前記受信回路に接続する第２無線周波数アダプタとを備え、前記雑音抑制器は前記第１無線周波数アダプタまたは前記第２無線周波数アダプタを囲んでいる、請求項６に記載の非侵襲的分析物センサシステム。
【請求項9】
前記少なくとも１つの分析物は、グルコース、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６に記載の非侵襲的分析物センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して、検出器アレイ（アンテナアレイとも呼ばれる）を含む分析物センサを使用して分光技術によって分析物を検出し、検出器アレイが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し、分析物センサ内の雑音を抑制する装置、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ターゲット内の分析物を検出および／または測定できることに関心がもたれている。一例として、生物学的材料中のグルコースを測定することが挙げられる。患者の血糖値を測定する例では、現在の分析対象測定方法は、指先穿刺や実験室での検査で血液などの体液を測定するか、または侵襲的な経皮デバイスを使用して患者から採取した体液を測定するという点で侵襲的である。生物学的材料中のグルコース測定を実行できことを訴求する非侵襲的な方法がある。しかし、非侵襲的方法の多くは、一般的に、グルコースなどの対象分析物に対する特異性の欠如、温度変動による干渉、皮膚化合物（汗など）や色素による干渉、配置の複雑さ（センシングデバイスが患者の体の複数の場所にある）などの問題を抱えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本開示は、一般的に、電磁スペクトルの無線またはマイクロ波周波数範囲などの非光学周波数を使用する分光技術によって分析物を検出する装置、システム、および方法に関する。本明細書に記載の分析対象センサには、複数の検出器素子（アンテナ素子またはアンテナとも呼ばれる）を備えた検出器アレイが含まれており、これらの検出器素子の少なくとも１つは無線またはマイクロ波周波数範囲の電磁信号を送信でき、少なくとも１つは電磁信号の送信の結果として生じる無線またはマイクロ波周波数範囲の電磁信号を受信できる。
【0004】
本明細書に記載の非侵襲性分析物であるセンサには、受信素子部品および／または送信部品に雑音抑制部品が設けられており、外部の無線周波数雑音を抑制する。一実施形態では、受信アンテナと受信回路を接続する電気導体の外部に雑音抑制部品が設けられ、電気導体の外部で生成される余分な無線周波数雑音が抑制される。雑音抑制部品は、このような無線周波数雑音の抑制を実現するあらゆるタイプの雑音抑制デバイスであり得る。一実施形態では、雑音抑制部品はチョークであってもよい。
【0005】
本明細書で説明する雑音抑制素子は、信号伝送経路に存在するバンドパスフィルタまたはその他のフィルタとは異なる。本明細書で説明する雑音抑制素子は、信号伝送経路の外部にあり、信号伝送経路上およびその一部であり得る他の電子部品とは分離されている。一実施形態では、雑音抑制素子は、信号伝送経路の外部、例えば、電気導体の外部、または電気導体をアンテナおよび／または送信回路または受信回路に接続する無線周波数アダプタ（バレットアダプタとも呼ばれる）の外部に配置できる。
【0006】
本明細書に記載される一実施形態では、非侵襲性分析物センサシステムは、無線周波数電磁波を放射するように構成された第１アンテナを含むことができ、第１アンテナは、少なくとも１つの分析物を含むターゲットに無線周波数送信信号を送信するように配置および配置され、無線周波数電磁波を検出するように構成された第２アンテナは、少なくとも１つの分析物を含むターゲットに第１アンテナによって無線周波数送信信号が送信された結果生じる無線周波数応答を検出するように配置および配置される。送信回路は第１アンテナに電気的に接続可能であり、送信回路は第１アンテナによって送信される無線周波数送信信号を生成するように構成され、送信電気導体は送信回路を第１アンテナに電気的に接続する。さらに、受信回路は第２アンテナに電気的に接続可能であり、受信回路は第２アンテナによって検出された無線周波数応答を受信するように構成され、受信電気導体は受信回路を第２アンテナに電気的に接続する。少なくとも１つの雑音抑制器は、受信回路と第２アンテナ間の受信電気導体上、および／または送信回路と第１アンテナ間の送信電気導体上にある。
【0007】
一実施形態では、雑音抑制器は受信電気導体の外側に配置でき、受信電気導体内の漂遊（stray）無線周波数エネルギーを少なくとも３０～５０％低減する。
【0008】
本明細書に記載の別の実施形態では、非侵襲性分析物センサシステムは、それぞれが無線周波数電磁波を放射および受信するように構成された少なくとも３つのアンテナを備えたアンテナアレイを含み得る。送信回路は、少なくとも３つのアンテナのうちの１つ以上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た少なくとも３つのアンテナのうちの１つ以上によってターゲットに送信される電磁スペクトルの無線周波数範囲で少なくとも１つの送信信号を生成するように構成される。受信回路は、少なくとも３つのアンテナのうちの１つ以上に選択的に電気的に接続可能であり、受信回路は、少なくとも１つの送信信号を少なくとも１つの対象分析物を含むターゲットに送信した結果、受信回路が電気的に接続されている少なくとも３つのアンテナのうちの１つ以上に検出された応答を受信するように構成されている。さらに、電気導体が受信回路を少なくとも３つのアンテナと電気的に接続し、受信回路と少なくとも３つのアンテナ間の電気導体上に雑音抑制器が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施形態による、ターゲットに対する分析物センサを有する分析物センサシステムの概略図である。
【図2】受信アンテナ／素子と受信回路とを接続する電気導体の概略図である。
【図3】送信アンテナ／素子と送信回路とを接続する電気導体の概略図である。
【図4】３つのアンテナを有するアンテナアレイを備えた非侵襲性分析物センサシステムの実施形態の概略図である。
【0010】
同様の参照番号は、全体を通じて同様の部品を表している。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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などの非光学的な周波数を使用した分光技術（spectroscopic techniques）によって分析物を検出する装置、システム、および方法の詳細な説明である。本明細書に記載の分析対象センサには、複数の検出器素子（アンテナ素子またはアンテナとも呼ばれる）を備えた検出器アレイが含まれており、これらの検出器素子の少なくとも１つは無線またはマイクロ波周波数範囲の電磁信号を送信でき、少なくとも１つは電磁信号の送信の結果として生じる無線またはマイクロ波周波数範囲の電磁信号を受信できる。便宜上、検出器アレイは以下ではアンテナアレイと呼び、検出器素子は以下ではアンテナと呼ぶことにする。
【0012】
一実施形態では、本明細書に記載のセンサのシステムは、ターゲット内の少なくとも１つの分析物の存在を検出するために使用できる。別の実施形態では、本明細書に記載のセンサのシステムは、ターゲット内の少なくとも１つの分析物の量または濃度を検出できる。ターゲットは、検出したい対象となる少なくとも１つの分析対象物を含む任意のターゲットであり得る。ターゲットは、人間または非人間、動物または非動物、生物または非生物のいずれかである。たとえば、ターゲットには、人間の組織、動物の組織、植物の組織、無生物、土壌、液体、遺伝物質、微生物などが含まれるが、これらに限定されない。ターゲットの非限定的な例としては、血液、間質液、脳脊髄液、リンパ液または尿などの体液、ヒト組織、動物組織、植物組織、無生物、土壌、遺伝物質、微生物などが挙げられるが、これらに限定されない。
【0013】
本明細書で説明するセンサによる検出は非侵襲的であり得、これはセンサが人体などのターゲットの外側に留まり、人体などのターゲットから体液やその他の除去を必要とせずに分析物の検出が行われることを意味する。人体におけるセンシングの場合、この非侵襲的センシングは生体内センシングとも呼ばれることがある。他の実施形態では、本明細書に記載のセンサは、分析物を含む材料が、例えば人体から除去されたインビトロのセンサであってもよい。
【0014】
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するように動作して、ターゲット内の少なくとも１つの分析物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内の少なくとも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つの周波数を持つ信号は、それぞれが個別の周波数を持ち、各周波数で別々の時間に別々に送信される個別の信号部分によって形成できる。別の実施形態では、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合信号の一部であってもよい。複合信号（complex signal）は、複数の信号を混合または多重化し、続いて送信することによって生成され、これにより複数の周波数が同時に送信される。複合信号を生成するための１つの可能な手法としては、逆フーリエ変換手法の使用が含まれるが、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つの対象分析物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。
【0015】
送信アンテナと受信アンテナは、互いにデカップリング（デチューンなどとも呼ばれる）され得る。デカップリングとは、送信アンテナと受信アンテナ間の直接通信を最小限に抑えるために、できればシールドなしで、送信アンテナと受信アンテナの構成や配置を意図的に作成することを指す。送信アンテナと受信アンテナ間のシールドを利用できる。ただし、シールドがなくても、送信アンテナと受信アンテナはデカップリングされる。
【0016】
受信アンテナによって検出された信号を分析し、受信信号の強度と、分析物が送信信号を吸収する１つ以上の周波数での強度の減少に基づいて分析物を検出できる。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性分光センサ）を使用して分析物を検出する例は、米国特許第１０，５４８，５０３号に記載されており、その全内容は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雑な信号であり、各信号成分は異なる周波数である。一実施形態では、検出された複合信号は、例えばフーリエ変換によって、異なる周波数のそれぞれにおける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合信号は、検出された信号が分析物の検出を行うのに十分な情報を提供している限り、全体として（すなわち、複合信号を多重分離することなく）分析物を検出するために分析され得る。さらに、受信アンテナによって検出される信号は、それぞれが個別の周波数を持つ個別の信号の部分であり得る。
【0017】
検出したい任意の分析物を分析物とし得る。分析物は、ヒトまたは非ヒト、動物または非動物、生物または非生物のいずれかである。例えば、分析物には、血糖値、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つ以上が含まれるが、これらに限定されない。分析物には、化学物質、化学物質の組み合わせ、ウイルス、細菌などが含まれるが、これらに限定されない。分析物は、別の媒体に含まれる化学物質であってもよく、そのような媒体の非限定的な例としては、少なくとも１つの分析物を含む流体、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、または微生物などが挙げられる。分析物は、鉱物や汚染物質などの非ヒト、非生物の粒子である場合もある。
【0018】
分析物には、例えば、天然物質、人工物質、代謝物、および／または反応生成物が含まれる。非限定的な例として、少なくとも１つの分析物には、以下が含まれるが、これらに限定されるわけではない。インスリン、アカルボキシプロトロンビン、アシルカルニチン、アデニンリン酸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、アルファフェトプロテイン、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）、アンドレノステニオン、アンチピリン、アラビニトールエナンチオマー、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、結合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アイソザイム、シクロスポリンＡ、ｄ－ペニシラミン、デエチルクロロキン、デヒドロエピアンドロステロン硫酸塩、ＤＮＡ（アセチル化因子多型、アルコール脱水素酵素、α１－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、β－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還元酵素、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、遊離チロキシン（ＦＴ４）、遊離トリヨードチロニン（ＦＴ３）、フマリルアセト酢酸酵素、ガラクトース／ガラクトース－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－リン酸脱水素酵素、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、グリコシル化ヘモグロビン、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－α－ヒドロキシプロゲステロン、ヒポキサンチンリン酸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、鉛、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、フェノバルビタール、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、逆トリヨードチロニン（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、デング熱ウイルス、メジナ虫、単包条虫、赤痢アメーバ、エンテロウイルス、ジアルジア・デュオデナリザ、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、ドノバン・リーシュマニア、レプトスピラ、麻疹／風疹／おたふく風邪、らい菌、肺炎マイコプラズマ、ミオグロビン、回旋糸状菌、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、緑膿菌、ＲＳウイルス、リケッチア（ツツガムシ病）、住血吸虫マンソン虫、トキソプラズマ・ゴンディ、トレペノーマ・パリジウム、トリパノソーマ・クルーズトリパノソーマ／ランジェリ、水疱性口内炎ウイルス、バンクロフト糸状虫、黄熱ウイルス）、特異抗原（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、甲状腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）、チロキシン（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合成酵素、ビタミンＡ、白血球、および亜鉛プロトポルフィリン
【0019】
分析物には、ターゲットに導入される１つ以上の化学物質も含まれる場合がある。分析物には、造影剤、放射性同位元素、その他の化学物質などのマーカーが含まれる場合がある。分析物には、フルオロカーボンベースの合成血液が含まれる場合がある。分析物には、薬物または医薬組成物が含まれ、非限定的な例としては、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）、吸入薬（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）、覚醒剤（アンフェタミン、メタンフェタミン、リタリン、サイレルト、プレルディン、ディドレックス、プレステート、ボラニル、サンドレックス、プレジン）、鎮静剤（バルビツール酸、メタクアロン、バリウム、リブリウム、ミルタウン、セラックス、エクアニル、トランキシーンなどの精神安定剤）、幻覚剤（フェンシクリジン、リゼルグ酸、メスカリン、ペヨーテ、シロシビン）、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）、アナボリックステロイド、およびニコチンが挙げられる。分析物には他の薬剤または医薬組成物が含まれる場合がある。分析物には、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（ＨＶＡ）、５－ヒドロキシトリプタミン（５ＨＴ）、５－ヒドロキシインドール酢酸（ＦＨＩＡＡ）などの神経化学物質または体内で生成されるその他の化学物質が含まれる。
【0020】
ここで図１を参照すると、非侵襲性分析物センサ５を備えた非侵襲性分析物センサシステムの実施形態が示されている。センサ５は、対象分析物９、たとえば人体の間質液中の分析物を含むターゲット７を基準にして描かれている。この例では、センサ５は、送信アンテナ／素子１１（以下「送信アンテナ１１」）と受信アンテナ／素子１３（以下「受信アンテナ１３」）を含むアンテナアレイを含むよう描かれている。センサ５には、送信回路１５、受信回路１７、コントローラ１９がさらに含まれる。以下でさらに説明するように、センサ５には、バッテリーなどの電源も含み得る（図１には示されていない）。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を壁のコンセン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。
【0021】
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の信号２１をターゲット７に送信するように位置付けられ、配置され、および構成されている。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その他の適切な送信機であり得る。送信アンテナ１１は、分析物の検知を行うのに十分な範囲で、ターゲット７に対して任意の配置および向きをとり得る。限定されない一実施形態では、送信アンテナ１１は、実質的にターゲット７に向かう方向を向くように配置できる。
【0022】
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送信回路は、当該技術分野でよく知られている。一実施形態では、送信回路１５には、例えば、電源、周波数発生器、およびオプションで、ＲＦまたはマイクロ波周波数の電磁信号を生成する回路用のフィルタ、増幅器、またはその他の適切な素子への接続を含め得る。一実施形態では、送信回路１５によって生成される信号は、それぞれが約１０ｋＨｚから約１００ＧＨｚの範囲にある少なくとも２つの離散的な周波数（すなわち、複数の離散的な周波数）を有し得る。別の実施形態では、少なくとも２つの個別の周波数のそれぞれは、約３００ＭＨｚ～約６０００ＭＨｚの範囲であり得る。一実施形態では、送信回路１５は、約１０ｋＨｚから約１００ＧＨｚの範囲内の周波数範囲を掃引するように構成でき、別の実施形態では、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、複数の信号成分を含み、各信号成分が異なる周波数を有する複素送信信号を生成するように構成できる。複合信号は、複数の信号を混合または多重化し、続いて送信することによって生成され、これにより複数の周波数が同時に送信される。
【0023】
受信アンテナ１３は、送信アンテナ１１による送信信号２１がターゲット７に送信され、分析物９に衝突することによって生じる１つ以上の電磁応答信号２３を検出するように位置付けられ、配置され、および構成されている。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そ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の範囲にある少なくとも２つの周波数を持つ電磁信号を検出するように構成され、別の実施形態では、範囲は約３００ＭＨｚから約６０００ＭＨｚである。受信アンテナ１３は、応答信号２３を検出して分析物の検知を行えるようにするのに十分な、ターゲット７に対する任意の配置および向きをとり得る。限定されない一実施形態では、受信アンテナ１３は、実質的にターゲット７に向かう方向を向くように配置できる。
【0024】
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から受信し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とインターフェースして、受信アンテナ１３によって検出された電磁エネルギーを、応答信号２３を反映する１つ以上の信号に変換するのに適した任意の構成を持ち得る。受信回路の構成は当該技術分野でよく知られている。受信回路１７は、例えば信号を増幅したり、信号をフィルタリングしたりすることにより、コントローラ１９に信号を提供する前に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には、コントローラ１９に提供される信号を調整するためのフィルタ、増幅器、またはその他の適切な部品を含み得る。一実施形態では、受信回路１７またはコントローラ１９の少なくとも一方は、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雑な信号を、各構成信号成分に分解または多重分離するように構成できる。一実施形態では、複合信号を分解することは、検出された複合信号にフーリエ変換を適用することを含み得る。ただし、受信した複合信号を分解または多重分離することはオプションである。代わりに、実施形態では、受信アンテナによって検出された複合信号は、検出された信号が分析物を検出するのに十分な情報を提供している限り、全体として（すなわち、複合信号を多重分離することなく）分析物を検出するために分析され得る。
【0025】
コントローラ１９は、センサ５の動作を制御する。例えば、コントローラ１９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ように送信回路１５に指示できる。コントローラ１９は、受信回路１７から信号をさらに受信する。コントローラ１９は、受信回路１７からの信号をオプションで処理して、ターゲット７内の分析物９を検出できる。一実施形態では、コントローラ１９は、オプションで、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、４Ｇ、５Ｇ、ＬＴＥ（登録商標）などの無線データ接続、またはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）などの１つ以上の無線接続を介して、ユーザーデバイスおよび／またはリモートサーバー２７などの少なくとも１つの外部デバイス２５と通信できる。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ー２７は、コントローラ１９が受信回路１７から受信した信号を処理（またはさらに処理）して、たとえば分析物９を検出できる。外部センサ２５が提供されている場合、外部デバイス２５は、例えば有線データ接続を使用するか、または外部デバイス２５の無線データ接続またはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）を介してリモートサーバー２７への接続を提供することにより、センサ５とリモートサーバー２７との間の通信を提供するために使用できる。
【0026】
図１を引き続き参照すると、センサ５は、内部空間３１を定義するセンサハウジング２９（破線で表示）を含み得る。センサ５の部品はハウジング２９に取り付けられ、またはハウジング２９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配置されてもよい。いくつかの実施形態では、アンテナ１１、１３はハウジング２９に取り付けられるが、少なくとも部分的にまたは完全に内部空間３１の外側に配置されてもよい。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。
【0027】
受信アンテナ１３は、送信アンテナ１１に関してデカップリングされるか、またはデチューニングされることがあり、これにより、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３との間の電磁的な結合が低減される。送信アンテナ１１と受信アンテナ１３とのデカップリングにより、受信アンテナ１３によって検出される信号のうちターゲット７からの応答信号２３の部分が増加し、受信アンテナ１３による送信信号２１の直接の受信が最小限に抑えられる。送信アンテナ１１と受信アンテナ１３とのデカップリングにより、送信アンテナと受信アンテナとが結合された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への送信の順方向ゲイン（Ｓ２１）が減少し、出力での反射（Ｓ２２）が増加する。
【0028】
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。別の実施形態では、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。別の実施形態では、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。別の実施形態では、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。
【0029】
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と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つ以上の意図的に作製された構成および／または配置によって達成できる。
【0030】
例えば、後述する一実施形態では、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３のデカップリングは、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３を意図的に互いに異なる形状に構成することによって実現できる。意図的に異なる形状とは、送信アンテナ１１と受信アンテナ１３の意図的な異なる形状構成を指す。意図的な形状の違いは、製造上の誤りや許容差などにより、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形状の違いとは異なる。
【0031】
送信アンテナ１１と受信アンテナ１３のデカップリングを実現する別の技術は、アンテナ１１、１３をデカップリングするのに十分な、各アンテナ１１、１３間の適切な間隔を設け、送信信号２１の電磁力線の一部をターゲット７に向けさせ、これにより、受信アンテナ１３が送信アンテナ１１から直接電磁エネルギーを受信してターゲット７に侵入するのを可能な限り最小限に抑えるか、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、送信される信号の周波数、およびアンテナ間のシールドの存在など（ただしこれらに限定されない）の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分析物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認するのに役立つ。いくつかの実施形態では、アンテナ１１、１３間の適切な間隔を、アンテナ１１、１３の形状の意図的な違いと組み合わせて使用して、デカップリングを実現できる。
【0032】
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、たとえば７～１２以上の異なる個別の周波数を持ち得る。別の実施形態では、送信信号は、一連の個別の信号であり、各個別の信号は単一の周波数または複数の異なる周波数を有し得る。
【0033】
一実施形態では、送信信号（または各送信信号）は、約３００ミリ秒未満、約３００ミリ秒と等しい、または約３００ミリ秒を超える送信時間にわたって送信できる。別の実施形態では、送信時間は約２００ｍｓ未満、約２００ｍｓに等しい、または約２００ ｍｓを超え得る。さらに別の実施形態では、送信時間は約３０ｍｓ未満、約３０ｍｓと等しい、または約３０ｍｓを超え得る。送信時間は、１秒、５秒、１０秒など、秒単位で測定される大きさを持つこともできる。一実施形態では、同じ送信信号を複数回送信し、その後送信時間を平均化し得る。別の実施形態では、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され得る。
【0034】
送信された信号と分析物との間の相互作用により、受信アンテナによって検出される信号の強度が増加する場合もあれば、受信アンテナによって検出される信号の強度が減少する場合もある。例えば、１つの非限定的な実施形態では、検出された応答を分析する場合、検出されている対象分析物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た応答信号には、分析物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。吸収の周波数は分析物ごとに異なる。受信アンテナによって検出された応答信号は、対象の分析物に関連付けられた周波数で分析され、対象の分析物による吸収に対応する周波数で信号強度の低下が観察されるかどうかに基づいて、分析物による吸収に対応する信号強度の低下に基づいて分析物を検出できる。分析物によって引き起こされる信号の強度の増加に関しても同様の技術を使用できる。
【0035】
分析物の存在の検出は、例えば、分析物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た信号強度の変化を識別することによって達成できる。送信信号が分析物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が生じ得る。分析物に関連する既知の周波数は、例えば、分析物を含むことが知られている溶液をテストすることによって確立できる。分析物の量の決定は、例えば、入力変数が信号の変化の大きさであり、出力変数が分析物の量である関数を使用して、既知の周波数における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。分析物の量の決定は、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することもできる。一実施形態では、例えば、最初に検出された信号の変化を識別して分析物の存在を検出し、次に検出された信号を処理して変化の大きさを識別して量を決定することによって、分析物が存在することと分析物の量の決定の両方を決定してもよい。
【0036】
センサ５およびその部品とそのバリエーションに関する詳細情報は、米国特許１１，０６３，３７３、１１，０３１，９７０、１１，０５８，３１７、１１，０５８，３３１、および１１，０３３，２０８に記載されており、これらの特許の全内容は参照により本明細書に援用される。
【0037】
センサ５は、受信部品および／または送信部品に１つ以上の雑音抑制部品を組み込み、外部の無線周波数雑音を抑制する。本明細書で説明する雑音抑制部品は、受信アンテナ１３と受信回路１７の間、および送信アンテナ１１と送信回路１５の間の信号伝送経路の外部にあり、信号伝送経路上、またはその一部に存在し得る他の電子部品とは分離されている。本明細書で説明する雑音抑制部品は、信号伝送パスに存在するバンドパスフィルタまたはその他のフィルタとは異なる。本明細書で説明する雑音抑制素子は、信号伝送経路の外部にあり、信号伝送経路上およびその一部に存在し得る他の電子部品とは分離されている。
【0038】
図２を参照すると、一実施形態が示される。この実施形態では、受信アンテナ１３は、電気導体４０（ケーブルまたはワイヤとも呼ばれる）を介して受信回路１７に電気的に接続されているように概略的に示されている。導体４０は、受信アンテナ１３と受信回路１７との間に信号伝送経路を提供し、受信アンテナ１３によって検出された信号を受信回路１７に導く。導体４０は、受信アンテナ１３と受信回路１７との間の直接的な信号経路を形成することも、受信アンテナ１３と受信回路１７との間の信号経路上に中間電気部品（図示せず）を設けることもできる。
【0039】
導体４０の外部には、１つ以上の雑音抑制部品４２が設けられている。雑音抑制部品４２は、電気導体４０の外部で発生する外来の無線周波数雑音を抑制する。雑音抑制部品４２は、このような無線周波数雑音の抑制を実現する任意のタイプの雑音抑制デバイスであり得る。一実施形態では、雑音抑制部品４２はチョークであってもよい。使用できる適切なチョークの例は、ミズーリ州チェスターフィールドのＬａｉｒｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．から入手できる。
【0040】
雑音抑制部品４２は、外部の無線周波数雑音を抑制するのに十分な導体４０の外側のどこにでも配置できる。例えば、一実施形態では、雑音抑制部品４２は、受信アンテナ１３と受信回路１７との間の導体４０の外部に設け得る。
【0041】
図２はまた、導体４０がオプションで、それぞれ無線周波数（ＲＦ）アダプタ４４ａ、４４ｂを介して受信アンテナ１３および受信回路１７に接続できることも示している。アダプタ４４ａ、４４ｂ（図２に実線で表示）は、バレットアダプタとも呼ばれる。図２に示すように、一実施形態では、チョークなどの雑音抑制部品４２ａ、４２ｂ（破線で表示）をアダプタ４４ａ、４４ｂの外側に設けて、外部ＲＦ雑音を抑制できる。別の実施形態では、雑音抑制部品４２、４２ａ、４２ｂのすべてが利用されてもよい。一実施形態では、雑音抑制部品４２、４２ａ、４２ｂは、ＲＦ雑音を約３０％～約５０％低減する。
【0042】
別の実施形態を図３に示す。図３では、図２の要素と同様の要素は同じ参照番号を使用して参照されている。この実施形態では、送信アンテナ１１は、電気導体４６（ケーブルまたはワイヤとも呼ばれる）を介して送信回路１５に電気的に接続されているように概略的に示されている。導体４６は、送信アンテナ１１と送信回路１５との間に信号伝送経路を提供し、送信アンテナ１１によって送信される信号を送信回路１５から導く。導体４６は、送信アンテナ１１と送信回路１５との間の直接的な信号経路を形成することも、送信アンテナ１１と送信回路１５との間の信号経路上に中間電気部品（図示せず）を設けることもできる。雑音抑制部品４２の１つ以上を導体４６の外部および／またはＲＦアダプタ４４ａ、４４ｂの外側に設けて、外部ＲＦ雑音を抑制できる。
【0043】
図４～５は、非侵襲的分析物センサシステム１００の追加の実施形態の概略図である。図４～５に示すシステム１００には、少なくとも３本以上のアンテナ（図４）または少なくとも６本以上のアンテナ（図５）が含まれる。ただし、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つ以上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ている。図４～５では、同様の要素は同じ参照番号を使用して参照されている。図１で前述した実施形態と同様に、図４～５のアンテナアレイはデカップリングアンテナアレイにすることができ、アンテナアレイのアンテナは互いにデカップリングできる。ただし、一部の実施形態では、システム１００のアンテナは互いにデカップリングされていない場合がある。一実施形態では、図４～５のアレイで使用されるアンテナは、互いに異なる形状を持ち得る。
【0044】
図４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上に配置した３つのアンテナ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを有する。システムにはさらに、３つのスイッチ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、受信スイッチコントローラ１１０ａ、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、送信回路１１２、受信回路１１４、およびコントローラ１１６が含まれる。図５の実施形態では、システム１００のアンテナアレイは、基板１０６上にそれぞれ配置された６つのアンテナ１０２ａ～ｆと、６つのスイッチ１０８ａ～ｆとを有する。図４および５のシステム１００に関する詳細情報は、米国特許第１１，０５８，３２１号に記載されており、その全内容は参照により本明細書に援用される。
【0045】
図４および５のシステムでは、雑音抑制部品４２、４２ａ、４２ｂ （破線で表示）は、アンテナ１０２ａ－１０２ｃと受信回路１１４および／または送信回路１１２との間の信号経路を形成する電気導体上の１つ以上の場所に配置できる。雑音抑制部品４２は、図２～３の実施形態と同様に電気導体の周囲に配置でき、部品４２ａ、４２ｂは、図２～３のＲＦアダプタ４４ａ、４４ｂと同様に機能するＲＦアダプタ（便宜上図示せず）の周囲に配置できる。
【0046】
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目的としており、限定するものではない。「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」という用語には、特に明記されていない限り、複数形も含まれる。本明細書で使用される「含む」および／または「含む」という用語は、記載されている特徴、整数、ステップ、操作、素子、および／または部品の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または部品の存在または追加を排除するものではない。
【0047】
本出願で開示された例は、あらゆる点において例示的なものであり、限定的なものではないとみなされるべきである。本発明の範囲は、前述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および同等性の範囲内にあるすべての変更は、特許請求の範囲に含まれる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】