近日，美國專利商標局發(fā)布了蘋果公司的一項專利申請，涉及改善在各種可穿戴設(shè)備（Apple Watch、智能眼鏡、HMD）以及未來的 iPhone、iPad 和車輛、家用電器、門鎖、機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。

該專利申請中描述的實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。在某些實施例中，一個或多個光學(xué)傳感器被放置在手表、智能手機、袖口、耳機、智能眼鏡、XR 頭顯或其他設(shè)備上，可用于測量用戶的健康指標。

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）進行測量。在其他實施例中，非光學(xué)傳感器，如壓電或聲學(xué)傳感器，也可用于測量健康指標，并可以啟用連續(xù)或按需健康指標測量或監(jiān)測。

非光學(xué)傳感器很有趣，因為它們有可能降低超出光學(xué)傳感器的功耗要求，這可能是有利的，因為消費品通常在尺寸、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行。

此外，兩個或多個壓電聚偏氟乙烯（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。可穿戴設(shè)備可以是手表、手機、耳機、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)的信號的無關(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，在低功耗下實現(xiàn)局部微振動傳感。健康指標信息可以在減去外部干擾因素（例如噪音）后從感應(yīng)到的信號中提取。在某些實施例中，對獲得的信號進行過濾，以確定用戶的心率（HR）、呼吸率、微振動的存在等。在某些實施例中，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。

提高信號質(zhì)量的相關(guān)傳感器包括麥克風、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。此類傳感器可能會增加測量生理健康參數(shù)的傳感帶寬、靈敏度、信噪比、動態(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）、呼吸運動、肺部聲音等，可以使用地震心電圖測量用戶的呼吸頻率。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、運動偽影等的影響。在某些實施例中，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，在第二個后蓋部分#114-2 周圍），以測量交流（AC）肺和心臟信號。

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

蘋果公司的上述專利圖 1C 說明了一個新的多像素傳感器正在添加到未來的 Apple Watch 表帶中。

蘋果的專利圖 2 說明了 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)、機器人導(dǎo)航系統(tǒng)、iPad 等。

在某些實施例中，例如圖 3，用戶可以佩戴一對可穿戴設(shè)備#300，其形式為獨立的耳機。在這些實施例中，可以測量用戶頭部兩側(cè)（例如每只耳朵）特有的環(huán)境和/或生理信號。

在這些實施例中，嵌入每個可穿戴設(shè)備#300 或外殼#308 中的準確時鐘/晶體可用于同步和對齊從不同可穿戴設(shè)備或外殼的傳感器#314 獲得的時間戳和/或時間序列測量。

例如，傳感器#314 產(chǎn)生的信號變化時間可以指示空氣運動（例如，壓力變化或聲學(xué)傳播）。作為另一個例子，這可以通過使用與用戶接觸的溫度傳感器（例如，傳感器#314）測量兩只耳朵之間的熱通量（例如，嵌入用戶每個耳朵或用戶頭部兩側(cè)外殼#308 表面的柔性熱電堆傳感器）來測量兩只耳朵之間的溫度，并推斷用戶的核心體溫。

蘋果的專利圖 4 說明了另一個可穿戴設(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。可穿戴設(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 上的第一個傳感器#422 和第二個傳感器#424。在非限制性實施例中，第一個傳感器被配置為檢測與用戶生理測量相關(guān)的振動、運動或輻射變化，并根據(jù)生理測量生成第一個信號。

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