[发明专利]光学诊断传感器系统和方法

说明书

所描述的是通过使用光学诊断传感器来确定诸如生命体征的生理数据的方法的实施例，该方法包括在位于光电二极管与沟槽、硅中的开口或背面晶片级封装(WLP)涂层之间的半导体材料处接收高于红光的波长的第一波长的光和第二波长的光，所述半导体材料充当阻挡低于红光的波长的波长滤光器；在光电二极管处检测第一波长或第二波长中的至少一个的光；以及使用检测到的光来确定生命体征。

相关申请的交叉引用

本专利申请涉及并根据35USC§119(e)要求共同待决且共同拥有的 美国专利申请No.62/885,081的优先权权益，该美国专利申请于2019年8 月9日提交，题为“OpticalDiagnostic Sensor Systems and Methods”，列出 了Craig Easson、Joy Jones、JohnHanks、Khanh Tran和Arkadii Samoilov作 为发明人，出于所有目的通过引用将该美国专利申请的专利文件的全部内 容并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及诊断传感器，例如生命体征监视器。更具体地，本 公开涉及用于光学诊断传感器的系统和方法。

背景技术

脉搏血氧传感器是一种非侵入式生物统计光学传感器，其利用从皮下 血管反射的光学IR信号来测量人体血液的外周血氧饱和度(SpO2)水平。 脉搏血氧传感器也可以用作光电容积脉搏波传感器，该传感器监测定期变 化的血容量脉动或皮肤中的灌注。检测到的光学IR信号还可以用于确定人 的心律。

当今的脉搏血氧测定法基于氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧或还原血红 蛋白(Hb)的红光(波长700nm)和红外光(波长700nm)吸收特性(见 图1)。HbO2比Hb吸收更多的红外光，即HbO2比Hb允许更多的红光通 过。相反，Hb吸收更多的红光，并允许更多的红外光通过。由于皮肤吸收 的红光与红外光的比值表示HbO2与Hb的比值，因此通常可以使用凭经验获得的公式来转换红光/IR比值以得出SpO2值。

虽然可以从检测到的红外光信号中相对简单地得出心率，但是氧合度 (血液中结合的血红蛋白的百分比)的测量通常涉及在现有的脉搏血氧饱 和度传感器处交替地发出红外光和红光。红外光和红光由在两种不同波长 下操作的两个LED光源生成，例如，一个LED产生约660nm波长的红光， 另一个LED产生约940nm波长的IR光。然后，通过传感器内的光电二极 管一次一个地测量从皮肤反射的两个波长。然后，收集到的信息可以用于 计算心率并确定用户的皮下血管中的氧气浓度。另外，如果测量红光的交 流分量(即，心率脉搏波的包络)与红光的直流分量的比值除以红外光的 交流分量与直流分量的比值，则可以获得(外周)灌注指数。

对于红外光应用，例如光学心率测量，与正面照明(FSI)方法相比， 背面照明(BSI)技术节省了大量成本。但是，尚无已知的等效BSI应用用 于测量SpO2的脉搏血氧传感器。这主要是由于SpO2测量所需的红光在半 导体器件的硅衬底中在相对较小的穿透深度内被吸收的事实。如图2所示， 红光在约660nm的波长下的硅穿透深度为约5μm。这使得将现有BSI技术 用于使用脉搏血氧传感器进行的SpO2测量不可行。

此外，对于诸如耳塞和助听器之类的消费产品中的某些传感器，随着 光电二极管导通和关断而发光或闪烁的可观察到的红光不是所期望的。此 外，抵靠在人皮肤上的耳塞需要相对较小的占用面积，例如，它们必须具 有足够小的外形尺寸，才能舒适地安装在直径4mm至5mm的耳道中。

因此，需要能够利用BSI技术所提供的成本和占用面积减少的优点， 同时使用光学诊断传感器(例如脉搏血氧传感器)来避免消费产品中的在 美学上令人讨厌的特征的系统和方法。

附图说明

将参考本发明的实施例，其示例可以在附图中示出。这些图仅是说明 性的，而非限制性的。尽管一般在这些实施例的上下文中描述了本发明， 但是应当理解，并不旨在将本发明的范围限制于这些特定实施例。图中的 项目未按比例绘制。