一种PPG传感器、生理参数传感器及智能可穿戴设备制造技术

一种PPG传感器(100,300,500,600)、生理参数传感器及智能可穿戴设备。PPG传感器(100,300,500,600)包括：传感器序列(400,602)，其中，传感器序列(400,602)包括至少三个发射器/检测器组，至少三个发射器/检测器组被选择性激活以提供至少三路PPG信号，至少三路PPG信号与被激活的发射器/检测器组一一对应；和处理器。处理器用于接收至少三路PPG信号并提供PPG传感器(100,300,500,600)的输出结果，PPG传感器(100,300,500,600)的输出结果至少包括脉搏波传递方向。脉搏波传递方向根据至少三路PPG信号之间的相位差以及PPG传感器(100,300,500,600)的布局确定，PPG传感器(100,300,500,600)的布局根据被激活的发射器/检测器组确定。如此，改进PPG测量结果和提高测量精度。改进PPG测量结果和提高测量精度。改进PPG测量结果和提高测量精度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种PPG传感器、生理参数传感器及智能可穿戴设备


[0001]本申请涉及智能终端
，具体涉及一种PPG传感器、生理参数传感器及智能可穿戴设备。

技术介绍

[0002]随着智能终端技术的发展，智能可穿戴设备在监测人体相关生理参数上取得了巨大应用。智能可穿戴设备如智能手表、智能手环等加入了测量各种生理参数特别是血液相关参数的功能。其中，无损伤测量技术特别是通过光学测量手段来获得血液流动特点、血液参数和/或进行血液分析的技术取得了巨大应用。基于光学的血液测量装置一般包括发射端和检测端，并且紧贴在用户身体的一部分如手腕、手指、耳朵、前额、脸颊或者眼球，由发射端将光辐射透射到身体该部分中或者通过身体该部分反射，然后由检测端检测被身体该部分衰减后的光从而得到测量信号。这些测量信号可以用于分析并确定生理参数如血氧饱和度和脉搏等。基于光学的血液测量技术所依赖的原理是，光经过身体该部分时可以被吸收、反射或者折射从而造成衰减。其中，身体该部分包括皮肤、肌肉、骨骼、脂肪、色素等成分，光因这些成分而导致的衰减通常是不变的或者被认为在测量期间是基本不变的，而血管里特别是动脉血管里的血液的流动会导致光的衰减发生变化。这一点体现在测量信号中可以分成时不变的直流电(Direct Current，DC)信号和时变的交流电(Alternating Current，AC)信号，通过提取测量信号中的AC信号可以获得血液流动特点、血液参数和/或进行血液分析。例如，光电容积脉搏波描记法(Photoplethysmography，PPG)测量经过人体血管和组织反射、吸收后的衰减光，得到容积脉搏波的血流变化，从而描记出血管的搏动状态并测量脉搏波速度。再例如，脉搏血氧测定法(Pulse Oximetry)利用动脉血对光的吸收量随动脉搏动而变化的原理，通过检测血液对光吸收量的变化而测量血氧饱和度，也就是血液中被氧结合的氧合血红蛋白的容量占全部可结合的血红蛋白容量的百分比。
[0003]PPG测量以及PPG传感器的原理是通过发射器如发光二极管(Light Emitting Diode，LED)发出的光经人体特定部位如手腕处的血液和组织反射后再被传感器如光敏二极管(Photodiode，PD)接收，通过检测经人体反射回来的光线(例如对光电转换后的电信号进行分析)可以获得上述的AC信号并进而检测血氧或者心率等生理参数。其中，PPG传感器的测量精度以及检测效果受到AC信号相对于DC信号的比值(也称之为调制深度)影响，实际中AC信号相对于DC信号的比值一般不到千分之一，而且还收到各种噪声的影响，例如背景噪声、电子电路扰动及器件状态偏移等因素也会带来负面影响。为此，需要提高AC信号相对于DC信号的比值以及提高系统的信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)。
[0004]现有技术中，中国专利申请公布号CN 105748053A公开了利用两个摄像头分别获取同一个脉搏波的两路PPG信号，再通过两路PPG信号上的时域特征点对应的时间点之间的差值或者差值的平均值推算出脉搏波传递时间(Pulse Transit Time，PTT)，接着基于两个摄像头的预设距离计算出脉搏波传递速度(Pulse Wave Velocity，PWV)，从而提高了PTT和PWV的获取精度；还公开了利用不同波长如红光(Red)绿光(Green)和蓝光(Blue)三路PPG信
号，从中选择两路信号或者三路信号的平均值或者选择SNR最大的一路信号作为目标PPG信号。国际申请号PCT/CN2018/091071及其PCT申请公布号WO 2019/237281A1公开了利用不同的PD与LED之间的距离各自对应不同的应用场景下对功耗和AC信号相对于DC信号的比值的需求，设计PD与LED之间的布局以使得PD与LED之间的距离有长距离和短距离，例如其中示出了三个均为RGB三合一的LED和两个PD，从而形成共计18条光线通路，包括12条长距离通路和6条短距离通路，并且通过对18条光线通路上的反射光强设置不同权重或者通过12条长距离通路之间的信号差异来提高检测精度。然而，上述现有技术并没有充分考虑到脉搏波传递方向所带来的影响，也没有考虑测量部位的动脉走向所带来的影响，仅仅只是通过对不同光线通路上的反射光强进行取平均值或者加权或者求差值等做法来提高测量精度。取决于脉搏波传递方向或者动脉走向与特定的PD与LED之间的布局的相对方位，例如脉搏波传递方向与作为比较对象的两条光线通路各自的相对方位，可能导致较差的测量效果并且这种负面影响很难通过后期的平均值或加权等算法进行弥补。并且，PPG测量用于人体不同的部位，各个部位也有不同的动脉分布和走向，每个用户作为个体在同一部位也有各自的不同情况，这些因素都会影响最终的测量精度。
[0005]为此，需要一种PPG传感器、生理参数传感器及智能可穿戴设备，不仅能考虑脉搏波传递方向或者动脉走向对PPG测量的影响，还能灵活应对复杂多变的应用场景，包括适用于人体不同的部位和不同用户的个体差异。

技术实现思路

[0006]本申请实施例为了解决不仅能考虑脉搏波传递方向或者动脉走向对PPG测量的影响，还能灵活应对复杂多变的应用场景，包括适用于人体不同的部位和不同用户的个体差异，这样的技术难题，通过提供了一种PPG传感器、生理参数传感器及智能可穿戴设备，从而实现了改进PPG测量结果和提高测量精度。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种PPG传感器。所述PPG传感器包括：传感器序列，其中，所述传感器序列包括至少三个发射器/检测器组，所述至少三个发射器/检测器组被选择性激活以提供至少三路PPG信号，所述至少三路PPG信号与被激活的发射器/检测器组一一对应；和处理器。其中，所述处理器用于接收所述至少三路PPG信号并提供所述PPG传感器的输出结果，所述PPG传感器的输出结果至少包括脉搏波传递方向。其中，所述脉搏波传递方向根据所述至少三路PPG信号之间的相位差以及所述PPG传感器的布局确定，所述PPG传感器的布局根据所述被激活的发射器/检测器组确定。
[0008]第一方面所描述的技术方案，实现了改进PPG测量结果和提高测量精度。
[0009]根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了所述至少三个发射器/检测器组中的任意两个发射器/检测器组之间具有不同的发射器或者不同的检测器或者发射器和检测器均不同。
[0010]根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了所述至少三个发射器/检测器组包括：由一个发射器和三个检测器分别组成的三个发射器/检测器组，或者，由一个检测器和三个发射器分别组成的三个发射器/检测器组，或者，由两个发射器和两个检测器分别组成的四个发射器/检测器组。
[0011]根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了所述发
射器是LED，所述检测器是PD。
[0012]根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了所述PPG传感器的输出结果还包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种PPG传感器，其特征在于，所述PPG传感器包括：传感器序列，其中，所述传感器序列包括至少三个发射器/检测器组，所述至少三个发射器/检测器组被选择性激活以提供至少三路PPG信号，所述至少三路PPG信号与被激活的发射器/检测器组一一对应；和处理器，其中，所述处理器用于接收所述至少三路PPG信号并提供所述PPG传感器的输出结果，所述PPG传感器的输出结果至少包括脉搏波传递方向，其中，所述脉搏波传递方向根据所述至少三路PPG信号之间的相位差以及所述PPG传感器的布局确定，所述PPG传感器的布局根据所述被激活的发射器/检测器组确定。2.根据权利要求1所述的PPG传感器，其特征在于，所述至少三个发射器/检测器组中的任意两个发射器/检测器组之间具有不同的发射器或者不同的检测器或者发射器和检测器均不同。3.根据权利要求2所述的PPG传感器，其特征在于，所述至少三个发射器/检测器组包括：由一个发射器和三个检测器分别组成的三个发射器/检测器组，或者，由一个检测器和三个发射器分别组成的三个发射器/检测器组，或者，由一个发射器和四个检测器分别组成的四个发射器/检测器组。4.根据权利要求1所述的PPG传感器，其特征在于，所述发射器是LED，所述检测器是PD。5.根据权利要求1所述的PPG传感器，其特征在于，所述PPG传感器的输出结果还包括脉搏波传递时间PTT或者脉搏波传递速度PWV。6.根据权利要求1所述的PPG传感器，其特征在于，所述PPG传感器的布局根据所述被激活的发射器/检测器组确定，包括：根据所述被激活的发射器/检测器组确定多条光线通路以及所述多条光线通路各自的中点，所述PPG传感器的布局包括所述多条光线通路各自的中点所组成的多边形的边长和内角。7.根据权利要求1所述的PPG传感器，其特征在于，所述PPG传感器的布局根据所述被激活的发射器/检测器组确定，包括：根据所述被激活的发射器/检测器组确定多条光线通路以及所述多条光线通路各自的中点，所述PPG传感器的布局包括所述多条光线通路各自的中点之间的距离及相对方位。8.根据权利要求1所述的PPG传感器，其特征在于，所述传感器序列所包括的所有发射器/检测器组在所述PPG传感器上的位置预先设定。9.根据权利要求1所述的PPG传感器，其特征在于，所述PPG传感器还包括：光场分布补偿模块，其中，所述光场分布补偿模块与所述传感器序列通信地连接，所述光场分布补偿模块根据所述被激活的发射器/检测器组的发射光场和接收光场之间的重叠情况来计算所述被激活的发射器/检测器组的光场分布补偿结果。10.根据权利要求9所述的PPG传感器，其特征在于，所述光场分布补偿模块还根据至少以下之一来计算所述被激活的发射器/检测器组的光场分布补偿结果：所述被激活的发射器/检测器组的发射光的波长、所述被激活的发射器/检测器组的发射角、所述被激活的发射器/检测器组的接收角、所述PPG传感器的测量区域的弯曲程度。11.根据权利要求9或10所述的PPG传感器，其特征在于，所述PPG传感器的布局根据所述被激活的发射器/检测器组确定，包括：根据所述被激活的发射器/检测器组确定多条光线通路以及所述多条光线通路各自的中点，所述光场分布补偿模块或者所述处理器根据所
述被激活的发射器/检测器组的光场分布补偿结果以及所述多条光线通路各自的中点来...

【专利技术属性】
技术研发人员：周勇，
申请(专利权)人：深圳市脉度科技有限公司，
类型：发明
国别省市：