光电体积描记法传感器的制作方法

本发明涉及光电体积描记法(ppg)传感器系统。

背景技术：

1、ppg测量长期以来一直被用来容易地获得生命体征。刚开始，这仅限于获得心率，但是多年来，已经能够从所获取的数据中提取更多的生命体征。原理在于，灯(通常是led)发光穿过受试者的组织，从而穿过血管，而放置在另一侧的光电二极管或光检测器可以捕获所透射的光。这被称为透射式ppg。基于到达光电二极管的光量的变化，可以确定受试者的心率。如今，通过使用不同颜色的led和先进的算法，可以获取其他生命体征，诸如呼吸率和spo2。换句话说，在透射式ppg传感器中，led和光电二极管被定位在受试者组织的相对的两侧上。因此，为了测量透射式ppg信号，led光需要穿透人体组织以到达位于该组织的另一侧上的光电二极管。

2、然而，对于某些应用(诸如其中防水性很重要的智能手表)来说，将led集成为与光电二极管相对是很困难的。因此，为了成本效益和易于制造，希望(一个或多个)led不与光电二极管相对，使得它们可以被集成到相同的防水电路板和壳体中。为此目的，开发了反射式ppg测量方法，其中用算法获取并处理从受试者的静脉反射的光反射中的变化。换句话说，在反射式ppg传感器中，led和光电二极管被定位在受试者组织的同一侧上，因此led光被受试者组织反射并到达位于同一侧上的光电二极管。这对于获取心率和其他一些生命体征来说相当有效，但它不太准确并且存在困难，特别是在spo2测量等方面。这是因为反射式ppg传感器技术对传感器与人体皮肤的接触状态很敏感，即，传感器的准确佩戴配置会影响ppg信号质量，从而影响生命体征跟踪精度。例如，运动和压力变化特别有可能导致spo2的测量不规律/不准确。

3、us2023/114269a1描述了用于血氧测量的方法，包括经由可穿戴设备接收用户的第一光电体积描记图(ppg)信号。

4、us2013/035562a1描述了一种被配置为在透射模式和反射模式之间切换的医疗传感器组件。

技术实现思路

1、本发明由权利要求书限定。

2、根据本发明一方面的示例，提供了一种ppg传感器系统，包括：第一光源，该第一光源被配置为发射光；光检测器，该光检测器被配置为检测入射在光检测器上的光；光波导，该光波导包括：在光波导的近端处的光输入以及在光波导的远端处的光输出，该光输入被配置为接收从第一光源发射的光，该光输出被配置为发射经由光输入接收的光；其中光波导是柔性的，以便准许调整光输出的方向，使得在使用中将接收到的光沿着朝向光检测器的方向从光输出发射出。

3、本发明提出使用光波导来将光从光源透射到波导的远端。以这种方式，可以在与所述光源的位置分离的位置处发射来自该光源的光。波导可以仅接收从光源发射的光的一部分，或者它可以接收从光源发射的全部光。

4、通过采用光波导，可以在ppg传感器系统中在不接近光源的点处发射光。例如，可以在与光检测器相对的点处并指向光检测器从波导发射光，使得可以启用透射式ppg。通过使用光波导，光源和光检测器可以被集成在同一电路板和壳体中，从而提高系统的效能。

5、换句话说，通过使用光波导，提供了能够进行透射式ppg的系统，其中光源和光检测器可以被集成在同一电路板中，并且因此可以被容纳在一起。壳体可以是防水的，从而使ppg系统能够有利地被集成到可穿戴设备中，例如智能运动手表。此外，由于无需进出壳体的电连接，使得系统对电磁干扰的抵抗能力更强。

6、实施例可以基于以下认识：透射式ppg光源实际上不需要被定位成远离光检测器，即与光检测器相对，使得光在其到达检测器的途中穿过组织。相反地，波导可以被用来将光从光源透射到远离光检测器的点，在那里光可以从波导的远端被发射，就像从位于该点的光源发射一样。因此，可以提供允许透射式ppg同时仍将光源和光检测器一起容纳在同一电路板上的配置。

7、总之，利用光波导允许从某个位置发射光，而无需在该点处安装光源。波导可以是柔性的，以便允许调整波导远端的位置，实质上允许调整虚拟光源的位置。以这种方式，可以在系统中实现可调整的透射式或反射式ppg，该系统还可以被制成防水的和抗电磁干扰的。该系统可以被特别用于集成到可穿戴设备中，诸如智能手表或婴儿监视器(例如，婴儿监视器袜)。该系统还可以被集成到脉搏血氧计设备中。利用本发明的脉搏血氧计设备在具有强磁场的环境中(诸如在mri机器中)将是有益的。

8、呈柔性的光波导允许波导易于调整，例如，围绕受试者的手腕、手指或脚踝弯曲，并仍然从其远端在有益的方向上发射光。此外，将光波导配置为使得在使用中沿着朝向光检测器的方向将接收到的光从光输出发射出使得能够实现透射式ppg，该透射式ppg需要朝向检测器透射光以使得光可以被检测到。这允许实现刚性ppg传感器系统(例如，诸如刚性手环)，使得用户无需自己配置系统。替代地，如果波导是柔性的以便准许调整光输出的方向，则用户能够调整波导以确保朝向光检测器发射光，并且该系统然后可以能够适应于不同用户的不同解剖几何形状。

9、在一些实施例中，该系统还可以包括处理器，该处理器被配置为基于由光检测器接收的光来生成至少一个生命体征参数值。这允许利用由光检测器接收到的光中包含的信息。因此，使用该系统提供一种有效的非侵入性方式来生成生命体征参数值。

10、在一些实施例中，生命体征参数值可以包括以下中的至少一者：心率值；呼吸率值；以及脉搏血氧饱和度(spo2)值。这些是待确定的临床上有益的生命体征参数，并且能够基于由ppg传感器系统中的光检测器检测到的光所确定。

11、在一些实施例中，第一光源和光检测器可以被集成到同一电路板中。这可以使第一光源和光检测器的位置相对于彼此能够是固定的。这还可以简化系统并降低制造成本，同时最大限度地减少对长电线的需求，使系统更能抵抗电磁干扰。

12、在一些实施例中，该系统还可以包括壳体，其中第一光源和光检测器被容纳在壳体内。这提高了系统的效能，允许将第一光源和光检测器容纳在一起，第一光源和光检测器能够位于同一电路板上。这还允许系统被完全密封和/或防水，没有任何电气连接进出。由于壳体没有任何电子连接，因此该设计可以更有效地抵抗电磁干扰。长电线和接口很容易受到这种干扰。例如，在其上集成有第一光源和光检测器的电路板可以被容纳在壳体内。

13、在一些实施例中，壳体可以是防水壳体。例如，这允许系统被集成到例如用户可能希望在游泳时佩戴的智能运动手表设备中。因此，该系统可以被配置为以便准许无线数据传送和充电。

14、在一些实施例中，该系统还可以包括被定位在第一光源和波导的光输入之间的透明窗口。这允许波导位于壳体的外部并仍然接收来自光源的光。

15、在一些实施例中，光波导可以包括以下中的至少一者：玻璃；丙烯酸纤维；聚碳酸酯；石英；塑料；硅酮；碳；以及二氧化硅。发现这些是对光波导有益的材料。例如，波导可以是包括这些材料中的一些或全部的光纤。

16、在一些实施例中，第一光源可以接近光检测器，并且其中光波导可以被配置为使得在使用中由第一光源发射的光的一部分不被光波导的光输入接收并且适合于反射式ppg。这允许一个光源同时被用于反射式ppg和透射式ppg。没有被波导接收的那部分光可以从受试者的表面或浅层组织反射并且被用于反射式ppg。相反地，由波导接收的那部分光可以朝向检测器被发射通过受试者的组织，以便被用于透射式ppg。因此，这提供了仅用一个光源就能够进行反射式ppg和透射式ppg的高效系统。

17、在一些实施例中，该系统还可以包括第二光源，该第二光源被配置为发射具有的波长在第二波长范围内的光，其中光输入可以被配置为还接收从第二光源发射的光。这允许波导接收和透射来自第二光源以及第一光源的光。这可以允许通过波导透射更大量的光。

18、在一些实施例中，第一光源可以被配置为发射具有的波长在不同于第二波长范围的第一波长范围内的光。这使得波导能够接收和透射至少两种不同波长的光(例如，红光和红外光这两者)，这两种光对于透射式ppg都是有益的。

19、在一些实施例中，该系统还可以包括反射光源，该反射光源被配置为发射反射波长带中的光，其中反射光源可以接近光检测器，以使得在使用中光检测器能够接收从反射光源发射的、经受试者的表面反射的光。这允许在与第一光源相同的系统中使用更适合于反射式ppg的光源，第一光源可以被配置用于透射式ppg。例如，已发现绿光对于反射式ppg有益，但对于透射式ppg则不是特别有效。因此，该系统可以包括适用于不同ppg感测目的的不同光源，从而提供更有效的系统。

20、在一些实施例中，第二光源也可以被容纳在壳体内。

21、在一些实施例中，反射光源也可以被容纳在壳体内。

22、在一些实施例中，透明窗口还可以被配置为被定位在第二光源与光输入之间。

23、在一些实施例中，该系统可以包括另外的透明窗口，该另外的透明窗口被配置为在使用中位于反射光源与受试者的表面之间。

24、在一些实施例中，该系统可以包括另外的透明窗口，该另外的透明窗口被配置为在使用中被定位在光检测器与受试者的表面之间。这可以允许光检测器仍然接收从壳体外部(例如，从光波导的远端)发射的光。

25、在一些实施例中，另外的透明窗口可以是透明窗口。例如，可以仅提供一个大透明窗口，该大透明窗口覆盖光源和光检测器。

26、在一些实施例中，第一光源和光检测器可以被集成到同一平坦电路板中。

27、还提供了一种包括本文公开的任何ppg传感器系统的可穿戴设备。

28、在一些实施例中，该可穿戴设备可以包括智能手表或婴儿监视器。例如，婴儿监视器可以是婴儿可穿戴的设备，诸如智能婴儿袜或智能婴儿手套。

29、在本发明的另一方面，提供了一种ppg传感器系统，包括：第一光源，该第一光源被配置为发射光；光检测器，该光检测器被配置为检测入射在光检测器上的光；光波导，该光波导包括：在光波导的近端处的光输入以及在光波导的远端处的光输出，该光输入被配置为接收从第一光源发射的光，该光输出被配置为发射经由光输入接收的光。

30、还提供了一种包括本文公开的任何ppg传感器系统的脉搏血氧计设备。

31、还提供了一种ppg感测方法，该方法包括：在光波导的近端处的光输入处接收光；以及在光波导的远端处的光输出处发射接收到的光；以及用光检测器来检测所发射的接收光。

32、因此，可以提出ppg传感器系统的概念。

33、参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得到阐明。