苹果新专利：智能手表及智能眼镜等有望搭载多种健康监测传感器
近日，美国专利商标局发布了苹果公司的一项专利申请，涉及改善在各种可穿戴设备（apple watch、智能眼镜、hmd）以及未来的 iphone、ipad 和车辆、家用电器、门锁、机器人等一系列其他设备中使用健康传感器的灵敏度、功能、精确度、速度和可靠性。
该专利申请中描述的实施例涉及使用可穿戴设备中的传感器确定用户健康参数的可穿戴设备、系统和方法。在某些实施例中，一个或多个光学传感器被放置在手表、智能手机、袖口、耳机、智能眼镜、xr 头显或其他设备上，可用于测量用户的健康指标。
例如，心率和外周血氧饱和度（spo2）可以使用红外线（ir）、红色和绿色发光二极管（led）进行测量。在其他实施例中，非光学传感器，如压电或声学传感器，也可用于测量健康指标，并可以启用连续或按需健康指标测量或监测。
非光学传感器很有趣，因为它们有可能降低超出光学传感器的功耗要求，这可能是有利的，因为消费品通常在尺寸、电池寿命等方面面临挑战。设备功耗要求的任何降低都有利于延长设备在电池充电之间的使用，和/或使设备能够以更小尺寸或重量的电池运行。
此外，两个或多个压电聚偏氟乙烯（pvdf）传感器和/或声学传感器可以集成到可穿戴设备中，并用于获取健康传感的相关信号。可穿戴设备可以是手表、手机、耳机、眼镜、平板电脑、睡眠产品（如床内传感器垫）、袖套（如血压袖带）、胸带等。
这种安排的工作原理是测量生理健康参数，并拒绝影响与生理健康参数相关的信号的无关外部干扰。这使得外部噪声干扰可以被衰减，从而提高信噪比（snr），并与光学传感器相比，在低功耗下实现局部微振动传感。健康指标信息可以在减去外部干扰因素（例如噪音）后从感应到的信号中提取。在某些实施例中，对获得的信号进行过滤，以确定用户的心率（hr）、呼吸率、微振动的存在等。在某些实施例中，设备中可能包含多种类型的传感器，以改善信噪比和/或降低功耗。
提高信号质量的相关传感器包括麦克风、压电 pvdf 传感器、电容式间隙传感器、应变仪、加速器和加速度计。此类传感器可能会增加测量生理健康参数的传感带宽、灵敏度、信噪比、动态范围或线性度。此类传感器可用于获取用户的 hr、球形心电图（bcg）/地震心电图（scg）、呼吸运动、肺部声音等，可以使用地震心电图测量用户的呼吸频率。这种传感器可能不太容易受到身体汗水、环境声学噪声、运动伪影等的影响。在某些实施例中，此类传感器可能是光学传感的伴侣，并可能根据光学信噪比而打开或关闭。
在苹果公司的专利图 1b 和 1c 中，可穿戴设备（#100：apple watch）中传感器系统可能包括多像素 pvdf、应变或电容式间隙传感器#130、#132、#134 和 #136，嵌入后盖#114 或周围（例如，在第二个后盖部分#114-2 周围），以测量交流（ac）肺和心脏信号。
这种安排可以通过多位置传感器安排测量和降低外部噪音，用于测量部分凝血活酶时间（ptt）、呼吸率（rr）或心率（hr）。这种多像素排列还可用于检测 apple watch 是否佩戴和/或佩戴时手表的松紧度，或检测用户皮肤与手表之间的接触质量，或检测手表的任何旋转、倾斜或方向。
苹果公司的上述专利图 1c 说明了一个新的多像素传感器正在添加到未来的 apple watch 表带中。
苹果的专利图 2 说明了 iphone 的透视前视图，该 iphone 具有用于确定用户健康参数和替代生物认证传感器的传感器。据苹果公司称，这些传感器也可以应用于家庭门锁、恒温器、冰箱或其他家用电器、车辆导航系统、机器人导航系统、ipad 等。
在某些实施例中，例如图 3，用户可以佩戴一对可穿戴设备#300，其形式为独立的耳机。在这些实施例中，可以测量用户头部两侧（例如每只耳朵）特有的环境和/或生理信号。
在这些实施例中，嵌入每个可穿戴设备#300 或外壳#308 中的准确时钟/晶体可用于同步和对齐从不同可穿戴设备或外壳的传感器#314 获得的时间戳和/或时间序列测量。
例如，传感器#314 产生的信号变化时间可以指示空气运动（例如，压力变化或声学传播）。作为另一个例子，这可以通过使用与用户接触的温度传感器（例如，传感器#314）测量两只耳朵之间的热通量（例如，嵌入用户每个耳朵或用户头部两侧外壳#308 表面的柔性热电堆传感器）来测量两只耳朵之间的温度，并推断用户的核心体温。
苹果的专利图 4 说明了另一个可穿戴设备#400 的透视前视图，该示例具有用于确定可穿戴设备#400 用户健康参数的传感器。可穿戴设备#400 可以是一副眼镜、智能眼镜等。
在苹果公司的专利图 4 中，多像素传感器系统#416 可能包括安装在可穿戴设备#400 上的第一个传感器#422 和第二个传感器#424。在非限制性实施例中，第一个传感器被配置为检测与用户生理测量相关的振动、运动或辐射变化，并根据生理测量生成第一个信号。
第二传感器被配置为感知可穿戴设备环境中的机械波，并生成第二个信号，该信号可以用作测量和拒绝外部噪声干扰源的参考。在某些实施例中，第 1 和第 2 个传感器都可以连接到监控用户活动或健康状况的控制器#426。
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该专利申请中描述的实施例涉及使用可穿戴设备中的传感器确定用户健康参数的可穿戴设备、系统和方法。在某些实施例中，一个或多个光学传感器被放置在手表、智能手机、袖口、耳机、智能眼镜、xr 头显或其他设备上，可用于测量用户的健康指标。
例如，心率和外周血氧饱和度（spo2）可以使用红外线（ir）、红色和绿色发光二极管（led）进行测量。在其他实施例中，非光学传感器，如压电或声学传感器，也可用于测量健康指标，并可以启用连续或按需健康指标测量或监测。
非光学传感器很有趣，因为它们有可能降低超出光学传感器的功耗要求，这可能是有利的，因为消费品通常在尺寸、电池寿命等方面面临挑战。设备功耗要求的任何降低都有利于延长设备在电池充电之间的使用，和/或使设备能够以更小尺寸或重量的电池运行。
此外，两个或多个压电聚偏氟乙烯（pvdf）传感器和/或声学传感器可以集成到可穿戴设备中，并用于获取健康传感的相关信号。可穿戴设备可以是手表、手机、耳机、眼镜、平板电脑、睡眠产品（如床内传感器垫）、袖套（如血压袖带）、胸带等。
这种安排的工作原理是测量生理健康参数，并拒绝影响与生理健康参数相关的信号的无关外部干扰。这使得外部噪声干扰可以被衰减，从而提高信噪比（snr），并与光学传感器相比，在低功耗下实现局部微振动传感。健康指标信息可以在减去外部干扰因素（例如噪音）后从感应到的信号中提取。在某些实施例中，对获得的信号进行过滤，以确定用户的心率（hr）、呼吸率、微振动的存在等。在某些实施例中，设备中可能包含多种类型的传感器，以改善信噪比和/或降低功耗。
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在苹果公司的专利图 1b 和 1c 中，可穿戴设备（#100：apple watch）中传感器系统可能包括多像素 pvdf、应变或电容式间隙传感器#130、#132、#134 和 #136，嵌入后盖#114 或周围（例如，在第二个后盖部分#114-2 周围），以测量交流（ac）肺和心脏信号。
这种安排可以通过多位置传感器安排测量和降低外部噪音，用于测量部分凝血活酶时间（ptt）、呼吸率（rr）或心率（hr）。这种多像素排列还可用于检测 apple watch 是否佩戴和/或佩戴时手表的松紧度，或检测用户皮肤与手表之间的接触质量，或检测手表的任何旋转、倾斜或方向。
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苹果的专利图 2 说明了 iphone 的透视前视图，该 iphone 具有用于确定用户健康参数和替代生物认证传感器的传感器。据苹果公司称，这些传感器也可以应用于家庭门锁、恒温器、冰箱或其他家用电器、车辆导航系统、机器人导航系统、ipad 等。
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例如，传感器#314 产生的信号变化时间可以指示空气运动（例如，压力变化或声学传播）。作为另一个例子，这可以通过使用与用户接触的温度传感器（例如，传感器#314）测量两只耳朵之间的热通量（例如，嵌入用户每个耳朵或用户头部两侧外壳#308 表面的柔性热电堆传感器）来测量两只耳朵之间的温度，并推断用户的核心体温。
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