[發明專利]用于節能的、低噪聲的光電容積描記傳感器模塊的光學布置

在審

• 申請號: 201611250465.8
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN107260150A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: M·M·阿特梅捷德;B·P·德斯格諾;Y·張
• 申請（專利權）人: 硅實驗室公司
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61B5/0205;A61B5/02;A61B5/1455
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 徐東升,趙蓉民

技術領域

本公開涉及生物計量監測裝置，更具體地，涉及用于包括在生物計量監測裝置內的功率節能的、低噪聲的光電容積描記(PPG)傳感器模塊的光學布置。

技術背景

以下描述和實施例僅作為背景提供，并且旨在揭示被認為與本公開可能相關的信息。不必特意承認或解釋為任何以下信息構成影響本文要求保護的主題的可給予專利權的特征的現有技術。

傳感器、電子設備和電源小型化的最新進展已經允許提供小尺寸的個人健康監測裝置，本文中也稱為生物計量監測裝置。這些生物計量監測裝置可以從嵌入在所述監測裝置內的各種傳感器或裝置收集和/或導出一種或多種類型的生理數據和/或環境數據，并且可以將這類數據提供給用戶接口而用于跟蹤個人的健康或運動狀態。可以由生物計量監測裝置監測的信息的示例類型包括但不限于心率、血壓、氧飽和度、呼吸率、皮膚溫度和/或體溫、燃燒的卡路里、爬樓和/或下樓的樓層、曝光、地理位置和/或前進方向、高度、步行速度和/或行進距離等。

特別地，在現今生物計量感測技術可用于各種身體狀況的人(從尋求提高運動表現的嚴肅認真的運動員到僅尋求更健康的、更積極的生活方式的人)之后，心率監測是最受歡迎的一種生物計量感測技術。精確的心率監測能夠精確計算消耗的卡路里，使其更容易維持飲食養生方案。

心率測量傳統上限于使用鏈接到外部裝置(如智能手機或專用健身手表)或鏈接到集成到健身設備上的電觸摸板的胸帶。這些心率測量解決方案帶來了獨特的問題。例如，許多人發現胸帶穿起來不方便或不舒服，而其他人發現智能手機難以在跑步或騎行時進行監測，并且健身手表太笨重了。由于集成到健身設備上的電觸摸板不是可穿戴式生物計量監測裝置，因此只能在使用者與觸摸墊接觸時從這些裝置獲取心率測量值。

最近，在腕戴式生物計量監測裝置中提供了心率監測技術，因此只要使用者佩戴所述裝置，就提供了更方便舒適的方式來測量心率。然而，常規的腕戴式監測裝置的測量準確度經常受到以下所列項的不利影響：手腕中較弱(與胸部相比)的血流信號、由使用者的運動引入測量信號的復雜運動偽影、皮膚組成和顏色的差異和/或設計不良的傳感器模塊。常規的腕戴式監測裝置也趨向于是昂貴的且耗電量大的，這限制了這類裝置的電池壽命。一些腕戴式生物計量監測裝置也是笨重的且佩戴麻煩。

因此，需要一種改進的生物計量監測裝置，所述生物計量監測裝置在空間受限的可穿戴式裝置中提供精確的心率監測，同時降低功耗并延長電池壽命。雖然本文描述的是可穿戴式生物計量監測裝置，并且更具體地是腕戴式生物計量監測裝置，但是本文所描述的傳感器模塊可用于各種各樣的可穿戴式設備(包括活動跟蹤健身帶和條帶、計步器和智能手表)以及健身設備、浴室秤以及患者監測裝置。

發明內容

光電容積描記(PPG)傳感器模塊和包括所述PPG傳感器模塊的生物計量監測裝置的各種實施例的以下描述不以任何方式解釋為限制所附權利要求的主題。

總體來說，認為本公開提供了一種改進的生物計量監測裝置，所述生物計量監測裝置在空間受限的可穿戴式裝置中提供精確的心率監測，同時降低功耗并延長電池壽命。本公開通過使所述生物計量監測裝置具有改進的PPG傳感器模塊來實現這些目的，所述PPG傳感器模塊優化了包括在所述PPG傳感器模塊內的一個或多個發光二極管和一個或多個光電探測器的光學布置，以便使可以從生物組織接收并由所述(多個)光電探測器探測的反射光的量最大化。本文所公開的優化布置改善了探測到的信號的信噪比(SNR)，并且提高了心率測量信號的準確度，使得即使在具有較弱血流的周邊位置也能夠精確地監測心率。由于改進了SNR，所以可以在本文描述的PPG傳感器模塊中降低功耗而不會不利地影響測量準確度。在一些實施例中，可以通過在所述PPG傳感器模塊內提供多個LED/光電探測器對來進一步改進準確度，每對LED/光電探測器可能提供用于接收來自生物組織的反射光的不同信號路徑。這提供了信號分集并且可以通過使具有最佳SNR的反射信號用于監測心率而顯著地改進各種不同皮膚類型和測量位置(例如，手腕、上臂、腳踝等)的測量準確度。雖然本文描述的是用于監測心率，但是本文描述的PPG傳感器模塊還可用于監測呼吸和其他循環狀況，如血壓、血容量、動脈硬度、氧飽和度、血糖水平、心律、血容量不足以及血容量過多等等。