近日，美国专利商标局公布了苹果公司的一项专利申请，该专利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和包括车辆、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。

本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。在一些实施方案中，一个或多个光学传感器被安置在设备上，如手表、智能手机、袖口、耳机、智能眼镜、XR头显或其他设备，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。在其他实施方案中，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，并可实现连续或按需的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功耗要求，这可能是有利的，因为消费产品通常在尺寸、电池寿命等方面面临挑战。减少设备功耗要求有利于延长设备在两次电池充电之间的使用时间，和/或使设备能够使用尺寸或重量更小的电池来操作。

此外，两个或更多的压电聚偏氟乙烯（PVDF）传感器和/或声学传感器可被集成到可穿戴设备中，并用于获得相关的健康感应信号。可穿戴设备可以是手表、电话、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。

这种安排通过测量生理健康参数和拒绝影响与生理健康参数相关的信号的不相关外部干扰而发挥作用。这使得外部噪声干扰得以衰减，从而提高了信噪比（SNR），并且与光学传感器相比，能够以较低的功率消耗进行局部微振动感应。在减去外部干扰因素（如噪音）后，可以从传感信号中提取健康指标信息，在一些实施方案中，可以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。在一些实施方案中，多种类型的传感器可以集成在设备中，以提高信噪比和/或降低功耗。

改善信号质量的相关传感器包括麦克风、压电式PVDF传感器、电容式间隙传感器、应变仪、加速器和加速度计。这类传感器可以增加传感带宽、灵敏度、信噪比、动态范围或所测生理健康参数的线性度。此类传感器可用于获取用户的心率、球形心电图（BCG）/地震心电图（SCG）、呼吸运动、肺部声音等。用户的呼吸率可以用震荡心电图来测量。这样的传感器可以不那么容易受到人体汗液、环境声学噪音、运动伪影等影响。在一些实施方案中，这类传感器可以是光学传感的伴侣，可以根据光学信噪比来开启或关闭。

在苹果公司的专利图1B和1C中，可穿戴设备（#100：Apple Watch）中的传感器系统可以包括多像素PVDF、应变或电容性间隙传感器#130、#132、#134和#136，嵌入到后盖#114或周围（例如，在第二后盖部分#114-2周围），以测量交流（AC）肺和心脏信号。

这种安排可用于测量部分凝血活酶时间（PTT）、呼吸率（RR）或心率（HR），通过多位置传感器安排测量和降低外部噪音。这种多像素排列也可用于检测Apple Watch是否被佩戴和/或佩戴时手表的松紧度，或检测用户的皮肤和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说明了一种新的多像素传感器被添加进未来的Apple Watch表带上。

苹果公司的专利图2说明了iPhone的透视前视图，它具有用于确定用户健康参数的传感器和替代的生物认证传感器。据苹果公司称，这些传感器还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。

在一些实施例中，如图3，用户可以佩戴一对可穿戴设备#300，形式为独立的耳机。在这些实施方案中，可以测量用户头部每一侧（例如，每只耳朵）特有的环境和/或生理信号。

在这样的实施方案中，嵌入每个可穿戴设备#300或外壳#308内的准确时钟/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，由传感器#314产生的信号变化时间可以指示空气运动（例如，压力变化或声音传播）。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，嵌入用户每只耳朵或用户头部每一侧的外壳#308内部或表面上的柔性热电堆传感器），实现对两只耳朵之间温度的测量，并推断出用户的核心体温。

苹果公司的专利图4说明了另一个可穿戴设备#400的示例透视前视图，该设备具有用于确定可穿戴设备#400的用户健康参数的传感器。可穿戴设备#400可以是一副眼镜，如智能眼镜产品等等。

在苹果公司的专利图4中，多像素传感器系统#416可以包括安装到可穿戴设备#400上的第一传感器#422和第二传感器#424。在非限制性的实施方案中，第一传感器被配置为检测与用户的生理测量相关的振动、运动或辐射的变化，并根据生理测量产生第一信号。

第二传感器被配置为感知可穿戴设备环境中的机械波，并产生第二信号，该信号可被用作测量和拒绝外部噪声干扰源的参考。在一些实施例中，第一和第二传感器都可以连接到监测用户活动或健康的控制器#426。