[發明專利]健康監測裝置

有效

• 申請號: 201880048856.2
• 申請日: 2018-07-17
• 公開（公告）號: CN110958851B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: A·布哈伊馬;A·凱松;C·恩茲
• 申請（專利權）人: 洛桑聯邦理工學院
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/0205;A61B5/1455;A61B5/0295;H01L27/144;H04N5/335;H01L27/146;H04N5/347;H04N5/351;H04N5/3745
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所 11313
• 代理人: 章凱;楊陽

本發明涉及一種光電體積描記(PPG)感測裝置，其包括：?脈沖光源；?至少一個像素，其用于產生光生電子，所述至少一個像素與所述脈沖光源同步。它主要特征在于，每個像素包括：?針扎式光電二極管(PPD)，其具有兩個電子連接節點；?感測節點(SN)，其用于將所述光生電子轉換為電壓；以及?轉移門(TGtransfer)晶體管，其具有電子地連接到所述針扎式光電二極管(PPD)的一個電子連接節點的源極，并且被配置為充當所述針扎式光電二極管(PPD)和所述感測節點(SN)之間的轉移門(TG)，從而當光被脈沖關閉時允許所述光生電子匯集，當所述光被脈沖打開時允許所述光生電子積累，并且將所述積累的光生電子的至少一部分轉移到所述感測節點用于讀出。

發明領域

本發明涉及用于生物醫學應用特別是健康監測的CMOS傳感器領域。

如今，鑒于人口老齡化以及肥胖水平上升和心臟相關病癥(即心血管疾病)增加的共同作用，健康監測變得越來越重要。醫療保健行業越來越依賴于新方法來監測患者。

隨著人們對健身和健康興趣的增加，這就需要更實惠且更精確的健康監測裝置，尤其是在可穿戴時。

在這樣的背景下，光電體積描記(PPG)是已知的，并且看起來是一項關鍵技術，其可以無創地監測重要生物指標，諸如心率(HR)、血氧飽和度(S_pO₂)、呼吸率(RR)和動脈壓(AP)。

標準PPG系統包括與光電傳感器同步的脈沖LED以及處理鏈。LED在人體皮膚中漫射光。處理由反射的漫射光保留的信號允許提取一些重要參數。

標準PPG通過簡單地將特定波長的光照射到組織上并讀出反射光或透過組織的透射光來測量一些心臟參數。大部分的光被組織吸收，而少量光到達檢測器。一旦到達檢測器，光即被轉換成光生電流，最終被采集鏈(即電子電路)過濾和處理。為了實現這種效果，標準PPG包括至少兩個發光二極管(LED)和一個寬帶“光電二極管”(PD)。

通常，兩個LED利用在血液中循環的分子且特別是氧合血紅蛋白(HbO₂)和脫氧血紅蛋白(Hb)的不同吸收特性，以兩種不同的波長(例如，可見光和中紅外)按照時分復用(即異相)方式發光。HbO₂分子在整個血紅蛋白分子上的“計數”給出氧飽和度(S_pO₂)，所述參數報告在血液中流動的氧的量。組織是一個相當復雜的環境，其具有大量吸收物質，發射光的功率應該足夠大以允許足夠多的光子(它們中的大部分將被組織吸收)撞擊檢測器。基于PPG的系統的最大瓶頸是LED功耗。

這就是為什么基于常規PN或PIN二極管的當前醫療PPG系統(諸如US 2016/183813中公開的那些)與便攜式或可穿戴解決方案不兼容。

且盡管最近引入的研究工作提出了依賴光電二極管的板載系統(SOB)解決方案，但是這種SOB呈現出相對復雜的電路。此外，可商購獲得的智能手表和其他連接的服飾在可靠性、精度和電池壽命方面都無法滿足客戶需求。

本發明旨在解決這些缺點。

發明內容

更準確地，本發明涉及一種光電體積描記(PPG)感測裝置，其被配置為輸出包括DC分量和AC分量的信號，所述裝置包括：

-脈沖光源，其適于脈沖打開或脈沖關閉，

-至少一個像素，其用于光對電荷轉換以產生光生電子，

-每個像素與所述脈沖光源同步。

它主要特征在于每個像素包括：

-針扎式光電二極管(PPD)，其包括阱并且具有兩個電子連接節點，

-感測節點(SN)，所述感測節點是n⁺-p結電容，其作用是通過所述電容的轉換增益將針扎式光電二極管(PPD)阱中的光生電子轉換為電壓，以及