近日，美國(guó)專利商標(biāo)局發(fā)布了蘋果公司的一項(xiàng)專利申請(qǐng)，涉及改善在各種可穿戴設(shè)備（Apple Watch、智能眼鏡、HMD）以及未來(lái)的 iPhone、iPad 和車輛、家用電器、門鎖、機(jī)器人等一系列其他設(shè)備中使用健康傳感器的靈敏度、功能、精確度、速度和可靠性。

該專利申請(qǐng)中描述的實(shí)施例涉及使用可穿戴設(shè)備中的傳感器確定用戶健康參數(shù)的可穿戴設(shè)備、系統(tǒng)和方法。在某些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)光學(xué)傳感器被放置在手表、智能手機(jī)、袖口、耳機(jī)、智能眼鏡、XR 頭顯或其他設(shè)備上，可用于測(cè)量用戶的健康指標(biāo)。

例如，心率和外周血氧飽和度（SpO2）可以使用紅外線（IR）、紅色和綠色發(fā)光二極管（LED）進(jìn)行測(cè)量。在其他實(shí)施例中，非光學(xué)傳感器，如壓電或聲學(xué)傳感器，也可用于測(cè)量健康指標(biāo)，并可以啟用連續(xù)或按需健康指標(biāo)測(cè)量或監(jiān)測(cè)。

非光學(xué)傳感器很有趣，因?yàn)樗鼈冇锌赡芙档统龉鈱W(xué)傳感器的功耗要求，這可能是有利的，因?yàn)橄M(fèi)品通常在尺寸、電池壽命等方面面臨挑戰(zhàn)。設(shè)備功耗要求的任何降低都有利于延長(zhǎng)設(shè)備在電池充電之間的使用，和/或使設(shè)備能夠以更小尺寸或重量的電池運(yùn)行。

此外，兩個(gè)或多個(gè)壓電聚偏氟乙烯（PVDF）傳感器和/或聲學(xué)傳感器可以集成到可穿戴設(shè)備中，并用于獲取健康傳感的相關(guān)信號(hào)。可穿戴設(shè)備可以是手表、手機(jī)、耳機(jī)、眼鏡、平板電腦、睡眠產(chǎn)品（如床內(nèi)傳感器墊）、袖套（如血壓袖帶）、胸帶等。

這種安排的工作原理是測(cè)量生理健康參數(shù)，并拒絕影響與生理健康參數(shù)相關(guān)的信號(hào)的無(wú)關(guān)外部干擾。這使得外部噪聲干擾可以被衰減，從而提高信噪比（SNR），并與光學(xué)傳感器相比，在低功耗下實(shí)現(xiàn)局部微振動(dòng)傳感。健康指標(biāo)信息可以在減去外部干擾因素（例如噪音）后從感應(yīng)到的信號(hào)中提取。在某些實(shí)施例中，對(duì)獲得的信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，以確定用戶的心率（HR）、呼吸率、微振動(dòng)的存在等。在某些實(shí)施例中，設(shè)備中可能包含多種類型的傳感器，以改善信噪比和/或降低功耗。

提高信號(hào)質(zhì)量的相關(guān)傳感器包括麥克風(fēng)、壓電 PVDF 傳感器、電容式間隙傳感器、應(yīng)變儀、加速器和加速度計(jì)。此類傳感器可能會(huì)增加測(cè)量生理健康參數(shù)的傳感帶寬、靈敏度、信噪比、動(dòng)態(tài)范圍或線性度。此類傳感器可用于獲取用戶的 HR、球形心電圖（BCG）/地震心電圖（SCG）、呼吸運(yùn)動(dòng)、肺部聲音等，可以使用地震心電圖測(cè)量用戶的呼吸頻率。這種傳感器可能不太容易受到身體汗水、環(huán)境聲學(xué)噪聲、運(yùn)動(dòng)偽影等的影響。在某些實(shí)施例中，此類傳感器可能是光學(xué)傳感的伴侶，并可能根據(jù)光學(xué)信噪比而打開(kāi)或關(guān)閉。

在蘋果公司的專利圖 1B 和 1C 中，可穿戴設(shè)備（#100：Apple Watch）中傳感器系統(tǒng)可能包括多像素 PVDF、應(yīng)變或電容式間隙傳感器#130、#132、#134 和 #136，嵌入后蓋#114 或周圍（例如，在第二個(gè)后蓋部分#114-2 周圍），以測(cè)量交流（AC）肺和心臟信號(hào)。

這種安排可以通過(guò)多位置傳感器安排測(cè)量和降低外部噪音，用于測(cè)量部分凝血活酶時(shí)間（PTT）、呼吸率（RR）或心率（HR）。這種多像素排列還可用于檢測(cè) Apple Watch 是否佩戴和/或佩戴時(shí)手表的松緊度，或檢測(cè)用戶皮膚與手表之間的接觸質(zhì)量，或檢測(cè)手表的任何旋轉(zhuǎn)、傾斜或方向。

蘋果公司的上述專利圖 1C 說(shuō)明了一個(gè)新的多像素傳感器正在添加到未來(lái)的 Apple Watch 表帶中。

蘋果的專利圖 2 說(shuō)明了 iPhone 的透視前視圖，該 iPhone 具有用于確定用戶健康參數(shù)和替代生物認(rèn)證傳感器的傳感器。據(jù)蘋果公司稱，這些傳感器也可以應(yīng)用于家庭門鎖、恒溫器、冰箱或其他家用電器、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)、iPad 等。

在某些實(shí)施例中，例如圖 3，用戶可以佩戴一對(duì)可穿戴設(shè)備#300，其形式為獨(dú)立的耳機(jī)。在這些實(shí)施例中，可以測(cè)量用戶頭部?jī)蓚?cè)（例如每只耳朵）特有的環(huán)境和/或生理信號(hào)。

在這些實(shí)施例中，嵌入每個(gè)可穿戴設(shè)備#300 或外殼#308 中的準(zhǔn)確時(shí)鐘/晶體可用于同步和對(duì)齊從不同可穿戴設(shè)備或外殼的傳感器#314 獲得的時(shí)間戳和/或時(shí)間序列測(cè)量。

例如，傳感器#314 產(chǎn)生的信號(hào)變化時(shí)間可以指示空氣運(yùn)動(dòng)（例如，壓力變化或聲學(xué)傳播）。作為另一個(gè)例子，這可以通過(guò)使用與用戶接觸的溫度傳感器（例如，傳感器#314）測(cè)量?jī)芍欢渲g的熱通量（例如，嵌入用戶每個(gè)耳朵或用戶頭部?jī)蓚?cè)外殼#308 表面的柔性熱電堆傳感器）來(lái)測(cè)量?jī)芍欢渲g的溫度，并推斷用戶的核心體溫。

蘋果的專利圖 4 說(shuō)明了另一個(gè)可穿戴設(shè)備#400 的透視前視圖，該示例具有用于確定可穿戴設(shè)備#400 用戶健康參數(shù)的傳感器?？纱┐髟O(shè)備#400 可以是一副眼鏡、智能眼鏡等。

在蘋果公司的專利圖 4 中，多像素傳感器系統(tǒng)#416 可能包括安裝在可穿戴設(shè)備#400 上的第一個(gè)傳感器#422 和第二個(gè)傳感器#424。在非限制性實(shí)施例中，第一個(gè)傳感器被配置為檢測(cè)與用戶生理測(cè)量相關(guān)的振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)或輻射變化，并根據(jù)生理測(cè)量生成第一個(gè)信號(hào)。

第二傳感器被配置為感知可穿戴設(shè)備環(huán)境中的機(jī)械波，并生成第二個(gè)信號(hào)，該信號(hào)可以用作測(cè)量和拒絕外部噪聲干擾源的參考。在某些實(shí)施例中，第 1 和第 2 個(gè)傳感器都可以連接到監(jiān)控用戶活動(dòng)或健康狀況的控制器#426。

審核編輯 ：李倩