編譯/VR陀螺

近日，美國專利商標局公布了蘋果公司的一項專利申請，該專利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和包括車輛、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。

本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。在一些實施方案中，一個或多個光學傳感器被安置在設(shè)備上，如手表、智能手機、袖口、耳機、智能眼鏡、XR頭顯或其他設(shè)備，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。在其他實施方案中，非光學傳感器，如壓電或聲學傳感器，也可用于測量健康指標，并可實現(xiàn)連續(xù)或按需的健康指標測量或監(jiān)測。

非光學傳感器很有趣，因為它們有可能降低功耗要求，這可能是有利的，因為消費產(chǎn)品通常在尺寸、電池壽命等方面面臨挑戰(zhàn)。減少設(shè)備功耗要求有利于延長設(shè)備在兩次電池充電之間的使用時間，和/或使設(shè)備能夠使用尺寸或重量更小的電池來操作。

此外，兩個或更多的壓電聚偏氟乙烯（PVDF）傳感器和/或聲學傳感器可被集成到可穿戴設(shè)備中，并用于獲得相關(guān)的健康感應信號。可穿戴設(shè)備可以是手表、電話、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。

這種安排通過測量生理健康參數(shù)和拒絕影響與生理健康參數(shù)相關(guān)的信號的不相關(guān)外部干擾而發(fā)揮作用。這使得外部噪聲干擾得以衰減，從而提高了信噪比（SNR），并且與光學傳感器相比，能夠以較低的功率消耗進行局部微振動感應。在減去外部干擾因素（如噪音）后，可以從傳感信號中提取健康指標信息，在一些實施方案中，可以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。在一些實施方案中，多種類型的傳感器可以集成在設(shè)備中，以提高信噪比和/或降低功耗。

改善信號質(zhì)量的相關(guān)傳感器包括麥克風、壓電式PVDF傳感器、電容式間隙傳感器、應變儀、加速器和加速度計。這類傳感器可以增加傳感帶寬、靈敏度、信噪比、動態(tài)范圍或所測生理健康參數(shù)的線性度。此類傳感器可用于獲取用戶的心率、球形心電圖（BCG）/地震心電圖（SCG）、呼吸運動、肺部聲音等。用戶的呼吸率可以用震蕩心電圖來測量。這樣的傳感器可以不那么容易受到人體汗液、環(huán)境聲學噪音、運動偽影等影響。在一些實施方案中，這類傳感器可以是光學傳感的伴侶，可以根據(jù)光學信噪比來開啟或關(guān)閉。

圖源：patentlyapple

在蘋果公司的專利圖1B和1C中，可穿戴設(shè)備（#100：Apple Watch）中的傳感器系統(tǒng)可以包括多像素PVDF、應變或電容性間隙傳感器#130、#132、#134和#136，嵌入到后蓋#114或周圍（例如，在第二后蓋部分#114-2周圍），以測量交流（AC）肺和心臟信號。

這種安排可用于測量部分凝血活酶時間（PTT）、呼吸率（RR）或心率（HR），通過多位置傳感器安排測量和降低外部噪音。這種多像素排列也可用于檢測Apple Watch是否被佩戴和/或佩戴時手表的松緊度，或檢測用戶的皮膚和手表之間的接觸質(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說明了一種新的多像素傳感器被添加進未來的Apple Watch表帶上。

圖源：patentlyapple

蘋果公司的專利圖2說明了iPhone的透視前視圖，它具有用于確定用戶健康參數(shù)的傳感器和替代的生物認證傳感器。據(jù)蘋果公司稱，這些傳感器還可以應用于家庭門鎖、恒溫器、冰箱或其他家用電器、車輛導航系統(tǒng)、機器人導航系統(tǒng)、iPad等。

在一些實施例中，如圖3，用戶可以佩戴一對可穿戴設(shè)備#300，形式為獨立的耳機。在這些實施方案中，可以測量用戶頭部每一側(cè)（例如，每只耳朵）特有的環(huán)境和/或生理信號。

圖源：patentlyapple

在這樣的實施方案中，嵌入每個可穿戴設(shè)備#300或外殼#308內(nèi)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，由傳感器#314產(chǎn)生的信號變化時間可以指示空氣運動（例如，壓力變化或聲音傳播）。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，嵌入用戶每只耳朵或用戶頭部每一側(cè)的外殼#308內(nèi)部或表面上的柔性熱電堆傳感器），實現(xiàn)對兩只耳朵之間溫度的測量，并推斷出用戶的核心體溫。

圖源：patentlyapple

蘋果公司的專利圖4說明了另一個可穿戴設(shè)備#400的示例透視前視圖，該設(shè)備具有用于確定可穿戴設(shè)備#400的用戶健康參數(shù)的傳感器?？纱┐髟O(shè)備#400可以是一副眼鏡，如智能眼鏡產(chǎn)品等等。

在蘋果公司的專利圖4中，多像素傳感器系統(tǒng)#416可以包括安裝到可穿戴設(shè)備#400上的第一傳感器#422和第二傳感器#424。在非限制性的實施方案中，第一傳感器被配置為檢測與用戶的生理測量相關(guān)的振動、運動或輻射的變化，并根據(jù)生理測量產(chǎn)生第一信號。

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，并產(chǎn)生第二信號，該信號可被用作測量和拒絕外部噪聲干擾源的參考。在一些實施例中，第一和第二傳感器都可以連接到監(jiān)測用戶活動或健康的控制器#426。

想了解更多專利細節(jié)，請查閱蘋果公司的專利申請# US 20230064273 A1。該專利的主要發(fā)明人為Meagan Spencer，是蘋果公司健康產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)理。

來源：patentlyapple