[發明專利]無創可穿戴腦接口系統

在審

• 申請號: 201880093514.2
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN112154354A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: B·多瓦萊;R·金;J·達勒;H·卡特納尼;R·菲爾德
• 申請（專利權）人: HI有限責任公司
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S7/486;G01J1/44;A61B5/0476;A61B5/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉兆君

一種示例性無創可穿戴腦接口系統包括頭戴式設備和多個獨立的光電檢測器單元，所述頭戴式設備被配置為被穿戴在用戶的頭部上，所述多個獨立的光電檢測器單元被配置為能移除地附接到所述頭戴式設備。所述光電檢測器單元各自包括多個光電檢測器，所述多個光電檢測器被配置為在光的光子從所述用戶的腦內的目標反射之后檢測所述光子。所述腦接口系統還包括主控制單元，所述主控制單元通過多條電線被通信地耦合到所述光電檢測器單元中的每個光電檢測器單元并被配置為控制所述光電檢測器單元，所述主控制單元包括輸入電源端口，所述輸入電源端口被配置為連接到電源線，所述電源線從電源向所述主控制單元和所述光電檢測器單元提供電力。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2018年10月31日提交的PCT國際申請PCT/US18/58580的優先權，該申請要求于2018年7月31日提交的美國專利申請US16/051462的優先權，該申請根據35U.S.C.§119(e)要求于2018年5月17日提交的美國臨時專利申請US 62/673065和于2018年6月20日提交的美國臨時專利申請US 62/687659的優先權。通過引用將這些申請各自以其整體并入本文。

背景技術

對于醫學診斷、成像、神經工程、腦-計算機接口以及各種其他診斷和與消費者有關的應用來說，檢測腦中的神經活動是有用的。例如，可能期望檢測患者的腦中的神經活動，以確定腦的特定區域是否受到血液沖洗減少、出血或任何其他類型的損害的影響。作為另一示例，可能期望檢測用戶的腦中的神經活動并將檢測到的神經活動通過計算解碼成能夠用于(例如通過控制計算機屏幕上的光標，更改電視上的頻道，打開燈等)控制各種類型的消費者電子器件的命令。

能夠檢測單個光子(即，單個光能粒子)的光電檢測器是能夠用于檢測腦內神經活動的無創檢測器的示例。例如，這些靈敏的光電檢測器的陣列能夠記錄響應于一個或多個光脈沖的施加而從腦內組織反射回來的光子。基于由光電檢測器檢測光子所花費的時間，能夠確定或推斷腦的神經活動和其他屬性。

采用基于半導體的單光子雪崩二極管(SPAD)的光電檢測器能夠以很高的到達時間分辨率(幾十皮秒)捕獲個體光子。當光子被SPAD吸收時，它們的能量將結合的電荷載體(電子和空穴)釋放成自由載體對。在存在由施加到二極管的反向偏置電壓創建的電場的情況下，這些自由載體通過SPAD的被稱為倍增區域的區域被加速。當自由載體行進通過倍增區域時，它們與結合在半導體的原子晶格中的其他載體發生碰撞，從而通過被稱為碰撞電離的過程生成更多的自由載體。這些新的自由載體也會由于施加的電場而被加速并生成更多的自由載體。能夠檢測到該雪崩事件并將其用于確定光子的到達時間。

為了能夠檢測單個光子，利用反向偏置電壓來偏置SPAD，該反向偏置電壓的幅值大于其擊穿電壓，在該擊穿電壓之上，自由載體的生成能夠自我維持并引起失控的雪崩。SPAD的這種偏置被稱為裝備設備。當對SPAD裝備時，通過吸收單個光子所創建的單個自由載體對能夠創建失控的雪崩，從而產生易于檢測的宏觀電流。

常規的SPAD架構通過利用由有源電壓源生成的門控信號選擇性地偏置SPAD來對SPAD進行門控(即，對SPAD進行裝備和裝備解除)。使用有源電壓源對SPAD進行門控可能會不利地將噪聲引入光電檢測器輸出，消耗相對大量的功率，在鄰近的SPAD架構內引入電源電壓紋波，并且引起其他不期望的效應。

附圖說明

附圖圖示了各種實施例并且是說明書的部分。所圖示的實施例僅是示例并且不限制本公開的范圍。在所有附圖中，相同或相似的附圖標記表示相同或相似的元件。

圖1示出了本領域中已知的常規的SPAD架構。

圖2圖示了根據本文描述的原理的示例性快速門控光電檢測器中包括的各種部件。

圖3A圖示了根據本文描述的原理的示例性光電檢測器系統。

圖3B示出了根據本文描述的原理的實施光電檢測器系統的示例性無創可穿戴腦接口系統。