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CN115003212B - 具有集成显示器的健康和生命体征监测环及其制造 - Google Patents

具有集成显示器的健康和生命体征监测环及其制造

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CN115003212B
CN115003212B CN202080094865.2A CN202080094865A CN115003212B CN 115003212 B CN115003212 B CN 115003212B CN 202080094865 A CN202080094865 A CN 202080094865A CN 115003212 B CN115003212 B CN 115003212B
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CN
China
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display
sensor
layer
oxygen saturation
monitoring ring
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吉里什·萨蒂什·瓦布尔
帕特里克·约翰·韦尔登
迈克尔·尼古拉斯·阿法拉斯
通·布维
克里希纳维尼·达斯
塞·古鲁瓦·雷迪·阿武图
阿诺尔多·雷塔
约格·里希斯坦
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Jabil Circuit Inc
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Abstract

一种具有集成显示器的生命体征监测环，包括环壳体，该环壳体包括至少两个窗口以及被配置为附接到该环壳体的印刷电路板组件(PCBA)层。该PCBA层包括显示器部分、传感器部分、被配置为与该至少两个窗口对齐的透射式血氧饱和度测量部分、电源以及被配置为经由电源开启具有集成显示器的生命体征监测环的开关。显示器部分被配置为通过至少使用传感器部分和透射式血氧饱和度测量部分感测来自佩戴具有集成显示器的生命体征监测环的用户的指部的生理和动作信号以显示与用户相关联的生理和动作参数。

Description

具有集成显示器的健康和生命体征监测环及其制造
技术领域
本公开涉及电子设备，尤其涉及具有集成显示器的用于监测和显示健康体征、生命体征等的环。
背景技术
生命体征监测装置能够测量患者的多个生理参数。这些生理参数可以包括心率、心电图(ECG)信号、光电容积描记(PPG)信号和其他类似的信号和信息。生命体征监测装置有多种形式，包括智能手表、可穿戴装置等。随着用户变得更加注重健康，此类装置的使用变得普及。这些装置可用于各种环境，包括医疗设施、家庭和工作场所，以及在步行、锻炼和进行其他活动时使用。然而，这些装置缺乏对与装置上的多种传感模式相关的多参数测量例如ECG、氧饱和度、温度和pH值的描绘。此外，这些装置可能很昂贵，需要维护，并且可能难以使用或解释。因此，需要一种易于使用的生命体征监测装置，它可能更适合和适应各种环境。
发明内容
本文公开了具有集成显示器的健康和/或生命体征监测环的实施方式以及用于制造该环或装置的方法。
在实施方式中，一种具有集成显示器的生命体征监测环包括环壳体，该环壳体包括至少两个窗口和印刷电路板组件(PCBA)层，其被配置为附接到该环壳体。该PCBA层包括显示器部分、传感器部分、透射式血氧饱和度测量部分，其被配置为与至少两个窗口对齐，电源，以及开关，其被配置为经由电源开启该具有集成显示器的生命体征监测环。该显示器部分被配置为通过至少使用传感器部分和透射式血氧饱和度测量部分感测来自佩戴该具有集成显示器的生命体征监测环的用户的指部的生理和动作信号以显示与用户相关联的生理和动作参数。
在实施方式中，一种具有集成显示器的生命体征监测环包括：第一层，其具有显示器部分和激活开关，第二层，其具有传感器部分和电源，以及第三层，其具有血氧饱和度传感器。该第一层、第二层和第三层被电连接和机械连接并且共同被配置为圆柱形配置，其中，激活开关的激活经由电源将该具有集成显示器的生命体征监测环开启，以及该显示器部分被配置为通过至少使用传感器部分和血氧饱和度传感器感测来自佩戴该具有集成显示器的生命体征监测环的用户的指部的生理和动作信号以显示与用户相关联的生理和动作参数。
在实施方式中，一种具有集成显示器的生命体征监测环包括显示器层，其包括开关，以及传感器层，其至少包括加速度计、温度传感器和透射式血氧饱和度传感器。该显示器层和传感器层被电连接和机械连接并且共同被配置为圆柱形配置，其中，激活开关的激活经由电源将该具有集成显示器的生命体征监测环开启，以及该显示器部分被配置为通过至少使用该加速度计、温度传感器和透射式血氧饱和度传感器感测来自佩戴该具有集成显示器的生命体征监测环的用户的指部的信号以显示与用户相关联的传感器数据。
附图说明
当结合被并入从而构成本说明书的一部分的附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开。需要强调的是，根据惯例，附图中的各种特征不是按比例绘制的。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意扩大或缩小。
图1是根据某些实施方式具有集成显示器的生命体征监测环的示例的透视图。
图2是根据某些实施方式的图1的具有集成显示器的生命体征监测环的俯视图。
图3是根据某些实施方式的图1的具有集成显示器的生命体征监测环沿线B-B的截面图。
图4A-图4B是根据某些实施方式的图1的具有集成显示器的生命体征监测环的印刷电路板组件(PCBA)和外部壳的透视图。
图5A是根据某些实施方式的用于具有集成显示器的生命体征监测环的PCBA的俯视图或外表面。
图5B是根据某些实施方式的图5A的PCBA的仰视图或内表面。
图5C是根据某些实施方式的图5A的PCBA的侧视图。
图6是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环的透视图。
图7是根据某些实施方式的图6的具有集成显示器的生命体征监测环的分解透视图。
图8A是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环的透视图。
图8B是根据某些实施方式的图8A的具有集成显示器的生命体征监测环的外层的透视图。
图8C是根据某些实施方式的图8A的具有集成显示器的生命体征监测环的PCBA层的透视图。
图8D是根据某些实施方式的图8A的具有集成显示器的生命体征监测环的内层的透视图。
图9是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环的硬件架构的示例图。
图10是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环的软件架构的示例图。
图11A-图11B是根据某些实施方式的装置上用于与具有集成显示器的生命体征监测环交互的界面屏幕的示例图。
图12是根据某些实施方式的用于具有集成显示器的生命体征监测环的透射式血氧饱和度测量的流程图。
图13是根据某些实施方式的用于具有集成显示器的生命体征监测环的示例显示器架构的图示。
图14是根据某些实施方式的用于具有集成显示器的生命体征监测环的示例显示器架构的图示。
图15A和图15B是根据某些实施方式的用于具有集成显示器的生命体征监测环的示例显示器架构的图示。
具体实施方式
本文提供的附图和描述可以被简化以说明与清楚地理解本文公开的过程、机器、制造和/或物质的组成相关的所描述的实施例的方面，同时为了清楚的目的而消除可以在典型的类似装置、系统、成分和方法中找到的其他方面。因此，普通技术人员可以认识到，其他元件和/或步骤对于实施本文所述的装置、系统、成分和方法可能是可取的或必要的。然而，因为这样的元件和步骤在本领域中是众所周知的，并且因为它们不利于更好地理解所公开的实施例，所以本文可能不提供对这样的元件和步骤的讨论。然而，本公开被认为固有地包括根据本文的讨论对相关领域的普通技术人员已知的所描述的方面的所有这些元件、变化和修改。
自始至终提供了实施例，以使本公开充分透彻并且向本领域技术人员充分传达所公开实施例的范围。阐述了许多特定细节，例如特定方面、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且可以以不同的形式体现实施例。因此，所阐述的示例性实施例不应被解释为限制本公开的范围。
本文使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在进行限制。例如，如本文所用，单数形式“一”和“该”也可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包含”、“包括”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
因此，本文所述的步骤、过程和操作不应被解释为必然要求它们以所讨论或图示的特定顺序执行它们，除非特别标识为优选或所需的执行顺序。还应当理解，可以采用附加的或替代的步骤来代替或结合所公开的方面。
此外，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种元件、步骤或方面，但是这些元件、步骤或方面不应受这些术语的限制。这些术语可能仅用于将一个元件或方面与另一个进行区分。因此，在本文中使用时，诸如“第一”、“第二”之类的术语和其他数字术语并不暗示序列或顺序，除非上下文明确指出。因此，以下讨论的第一元件、步骤、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、步骤、组件、区域、层或部分，而不脱离本公开的教导。
如本文所用，术语“确定”和“识别”或其任何变体包括选择、查明、计算、查找、接收、确定、建立、获取或使用本文示出和描述的一种或多种装置和方法以任何方式进行的识别或确定。
如本文所用,术语“示例”、“实施例”、“实施方式”、“方面”、“特征”或“元素”表示用作示例、实例或说明。除非明确指出，否则任何示例、实施例、实施方式、方面、特征或元素都独立于其他示例、实施例、实施方式、方面、特征或元素，并且可以与任何其他示例、实施例、实施方式、方面、特征或元素结合使用。
如本文所用,术语“或”旨在表示包含性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明，或从上下文中清楚知悉，“X包括A或B”旨在表示任何自然包含性排列。也就是说，如果X包括A；X包括B；或X包括A和B，则在上述任何情况下都满足“X包括A或B”。此外，本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”通常应解释为表示“一个或多个”，除非另有说明或从上下文中明确知悉指向单数形式。
如本文所用,术语“计算机”或“计算装置”包括能够执行本文公开的任何方法或其任何部分或多个部分的任何单元或单元组合。例如，“计算机”或“计算装置”可以包括至少一个或多个处理器。
如本文所用,术语“处理器”表示一个或多个处理器，例如一个或多个专用处理器、一个或多个数字信号处理器、一个或多个微处理器、一个或多个控制器、一个或多个微控制器、一个或多个应用处理器、一个或多个中央处理单元(CPU)、一个或多个图形处理单元(GPU)、一个或多个数字信号处理器(DSP)、一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个专用标准产品、一个或多个现场可编程门阵列、集成电路的任何其他类型或组合、一个或多个状态机或其任何组合。
如本文所用,术语“存储器”表示任何计算机可用或计算机可读介质或装置，它们可以有形地包含、存储、通信或传输任何处理器可能使用或与之相关的任何信号或信息。例如，存储器可以是一个或多个只读存储器(ROM)、一个或多个随机存取存储器(RAM)、一个或多个寄存器、低功耗双倍数据速率(LPDDR)存储器、一个或多个高速缓冲存储器、一个或多个半导体存储装置、一个或多个磁性介质、一个或多个光学介质、一个或多个磁光介质或其任意组合。
如本文所用,术语“指令”可以包括用于执行本文公开的任何方法或其任何部分或多个部分的指示或表达，并且可以以硬件、软件或其任何组合来实现。例如，指令可以实现为存储在存储器中的信息，例如计算机程序，该信息可以由处理器执行以执行任何相应的方法、算法、方面或其组合，如本文所描述地。指令或其一部分可被实现为专用处理器或电路，其可包括用于执行如本文所述的任何方法、算法、方面或其组合的专用硬件。在一些实施方式中，指令的各部分可以分布在单个装置上的多个处理器上、多个装置上，这些装置可以直接通信或通过诸如局域网、广域网、互联网或其组合的网络进行通信。
如本文所用,术语“应用”通常是指实现或执行一个或多个功能、任务或活动的可执行软件单元。例如，应用可以执行一项或多项功能，包括但不限于生命体征监测、健康监测、电话、网络浏览器、电子商务交易、媒体播放器、旅行安排和管理、智能家居管理、娱乐等等。可执行软件单元通常在预定环境和/或处理器中运行。
本文描述的非限制性实施例是关于环或装置以及用于制造环或装置的方法，其中环或装置是具有集成显示器的生命体征监测或健康体征监测环或装置。环或装置以及用于制造具有集成显示器的环或装置的方法可以针对多种应用和用途进行修改，同时保持在权利要求的精神和范围内。在此描述的和/或在附图中示出的实施例和变体仅通过示例的方式呈现并且不限制范围和精神。本文的描述可以适用于该装置和制造该装置的方法的所有实施例。
本文公开了具有集成显示器的健康或生命(统称为“生命”)体征监测环或装置(统称为“环”)的实施方式以及用于制造环的方法。具有显示器的生命体征监测环是一种很容易附接至用户以及从用户移除。环可以使用传感器、印刷电子器件、电池、显示电子器件、柔性材料或外壳的组合。在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环包括基于有机、电致变色或量子点显示技术和材料的柔性显示器层。可在环上显示的参数包括但不限于心率(HR)、心率变异性(HRV)、氧饱和度(SpO2)、体表温度、pH水平等。
具有集成显示器的生命体征监测环在一个可穿戴装置中集成了多种传感方式，例如但不限于光电容积描记(PPG)、氧饱和度映射(血氧饱和度测量)、温度监测和pH监测，用于检测脉动信号或脉动信号的缺乏。在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环可以包括单导联或多导联心电图(ECG)传感器。该装置和捕获的数据用于随时间跟踪来自多种传感模式的数据。在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环是可重复使用和可充电的。
在一个实施方式中，各种传感器可以包括但不限于PPG传感器、温度传感器和加速度计。在一个实施方式中，PPG传感器是透射式血氧饱和度传感器。在一个实施方式中，透射式血氧饱和度传感器可以包括发光二极管(LED)和光电二极管。LED可以是红色LED、近红外(NIR)LED和/或绿色LED。在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环可以包括单导联ECG传感器。
在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环可能包括低功耗微控制器，其具有用于通信的蓝牙，模拟前端(AFE)，用于测量血氧饱和度测量信号(PPG)和氧饱和度(SpO2)、加速度计、温度传感器，以及包括LED和光电二极管的血氧饱和度测量层。在一个实施方式中，LED和光电二极管在同一层和同一平面上。在这种情况下，血氧饱和度测量是经由反射或反射式血氧饱和度测量完成的。在一个实施方式中，LED和光电二极管在同一层和不同平面上。在这种情况下，血氧饱和度测量是经由透射式血氧饱和度测量进行的。在一个实施方式中，反射式和透射式的组合可以通过适当放置LED和光电二极管来完成。在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环的AFE可以测量ECG信号，并且具有集成显示器的生命体征监测环可以包括丝网印刷银-氯化银电极(Ag-AgCl)。在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环可以包括pH传感器。
如本文所述，环的电源由电池或电源在内部提供。电池为具有集成显示器的生命体征监测环上的各种组件供电。电池可以允许具有集成显示器的生命体征监测环在限定的时间段内以连续操作模式运行。例如，限定的时间段可以是7天。在一个实施方式中，电池可以是例如提供3.6V和50mAh的锂聚合物或类似电池的堆叠。在实施方式中，电池是柔性电池。在实施方式中，电池是刚性电池。在实施方式中，电池是可弯曲电池。
来自具有集成显示器的生命体征监测环的数据可以传送到移动装置以进行显示或分析。在一个实施方式中，可以经由无线、蓝牙等来完成通信。数据可以包括ECG实时数据、心率、心率变异性、跌倒检测、SpO2、pH、体表温度等。在一个实施方式中，柔性电池是可充电的。
图1是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环1000的透视图，图2是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环1000的俯视图，图3是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环1000的沿线B-B的截面图，图4A-图4B是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环1000的印刷电路板组件(PCBA)层1100和环壳1200的透视图。在一个实施方式中，PCBA层1100被配置为圆柱形地定位在环壳1200上并且附接到环壳1200。在一个实施方式中，PCBA层1100被配置为圆柱形地定位在环壳1200上并且接合到环壳1200上。
具有集成显示器的生命体征监测环1000包括PCBA层1100和环壳1200。如本文所示和所述，PCBA层1100可以是柔性双面填充PCBA。在实施方式中，PCBA层1100可以包括显示区域1300。在一个实施方式中，显示区域1300可以是2位7段显示器。在一个实施方式中，显示区域8110可以具有更多或更少的数位。在一个实施方式中，显示区域1300可以是印刷显示器。在一个实施方式中，显示区域1300可以是使用如本文所述的有机、电致变色或量子点显示技术和材料实现的印刷LED显示器。在一个实施方式中，显示区域1300可以显示氧饱和度、pH水平、温度、心率和其他生理参数。在一个实施方式中，显示区域1300可以包括步数和其他动作相关参数。在一个实施方式中，显示区域1300可以包括多个显示区域，其中每个显示区域可以显示不同的生理或动作相关参数。
在一个实施方式中，PCBA层1100可以包括一对印刷的银-氯化银(Ag-AgCl)电极，用于ECG传感器测量或其他传感器测量。在一个实施方式中，电极是丝网印刷的Ag-AgCl电极。在一个实施方式中，PCBA层1100的每个表面都有一个电极，其中当具有集成显示器的生命体征监测环1000位于用户指部上时，第一电极接触用户表面，第二电极可由用户触摸或接合以完成具有第一电极的传感器电路。在一个实施方式中，第一电极经由水凝胶层接触用户表面。
在一个实施方式中，PCBA层1100可以包括多种传感器(如本文所示和所述)，包括但不限于PPG传感器、ECG传感器、加速度计、pH传感器和温度传感器。在一个实施方式中，加速度计可用于活动跟踪，例如步数、跌倒检测、睡眠效率和睡眠阶段。在一个实施方式中，例如，一个或多个温度传感器可用于确定伤口的温度曲线。一个或多个温度传感器可以感测或监测局部身体区域的表面温度。在一个实施方式中，pH传感器可以监测局部身体区域的pH水平。pH水平可以从0到14变化，并且如本文所述，可以经由层1显示。例如，正常愈合伤口的pH范围从5.5到6.5，非愈合伤口的pH大于6.5。在一个实施方式中，pH传感器可以是电位pH传感器。在一个实施方式中，pH传感器可以使用碳/聚苯胺和Ag-AgCl电极来实施。
在一个实施方式中，环壳1200可以具有线轴或心轴型形式，包括圆柱体1210，该圆柱体1210在圆柱体1210的每一端具有一对边缘或脊1220和1222。在一个实施方式中，圆柱体1210可以包括凸片或突起1230，用于将PCBA层1100保持在圆柱体1210上。在一个实施方式中，圆柱体1210可以包括窗口1240，用于如本文所述的PCBA层1100上的传感器的操作。例如，窗口1240可以允许来自发光二极管(LED)的光传输影响用户表面并且在光传输穿过用户指部等之后被光电二极管检测。在一个实施方式中，圆柱体1210可以包括用于对具有集成显示器的生命体征监测环1000进行充电和再充电的充电端口1250。在一个实施方式中，环壳1200可以是可弯曲的。在一个实施方式中，环壳1200可以是刚性的。在一个实施方式中，环壳1200可以是柔性的。
图5A是根据某些实施方式的用于具有集成显示器的生命体征监测环的PCBA层5000的俯视图或外表面5100。PCBA层5000的外表面5100可以包括显示器部分5200、开关5300、加速度计5400、模拟前端5500和其他组件。在一个实施方式中，显示器部分5200可以是包括多个LED的分段LED显示器。图5B是根据某些实施方式的图5A的PCBA层5000的仰视图或内表面5150。PCBA层5000的内表面5150可以包括充电端子5600和5650、温度传感器5700、光电二极管5800和5850、传感器LED 5900和5950以及其他组件。图5C是根据某些实施方式的图5A的PCBA层5000的侧视图。PCBA层5000的侧视图可以示出开关5300、模拟前端5500、光电二极管5800、传感器LED5900和其他组件。PCBA层5000和本文所述的组件如说明书中所述起作用。
图6是根据某些实施方式的具有集成显示器的示例生命体征监测环6000的透视图。图7是根据某些实施方式的图6的具有集成显示器的生命体征监测环6000的分解透视图。具有集成显示器的生命体征监测环6000包括环壳6100、PCBA层6200和包覆成型层6300。如本文所示和所述，PCBA层6200可以是柔性双面填充PCBA。开关6400连接到PCBA层6200，电池6500附接到环壳6100并且连接到PCBA层6200。环壳6100和PCBA层6200以及组件如本文在说明书中描述的那样起作用。例如，PCBA层6200可以包括多种传感器(如本文所示和所述)，包括但不限于温度传感器6600。包覆成型层6300覆盖环壳6100、PCBA层6200和电池6500，并提供对开关6400的访问。
在一个实施方式中，PCBA层6200可以包括显示区域6210。在一个实施方式中，显示区域6210可以是2位7段显示器。在一个实施方式中，显示区域6210可以具有更多或更少的数位。在一个实施方式中，显示区域6210可以是印刷显示器。在一个实施方式中，显示区域6210可以是使用如本文所述的有机、电致变色或量子点显示技术和材料实现的印刷LED显示器。在一个实施方式中，显示区域6210可以显示氧饱和度、pH水平、温度、心率和其他生理参数。在一个实施方式中，显示区域6210可以包括步数和其他动作相关参数。在一个实施方式中，显示区域6210可以包括多个显示区域，其中每个显示区域可以显示不同的生理或动作相关参数。
图8A是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环8000的透视图，图8B是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环8000的外层8100的透视图，图8C是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环8000的PCBA层8200的透视图，图8D是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环8000的内层8300的透视图。在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环8000可以包括用于保持或容纳外层8100、PCBA层8200和内层8300的环结构，例如图1的环壳1200。在一个实施方式中，外层8100、PCBA层8200和内层8300可以是可弯曲的。在一个实施方式中，外层8100、PCBA层8200和内层8300可以是柔性的。
在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环8000的外层8100可以包括显示区域8110。在一个实施方式中，显示区域8110可以例如是3个数位。在一个实施方式中，显示区域8110可以具有更多或更少的数位。在一个实施方式中，显示区域8110可以是印刷显示器。在一个实施方式中，显示区域8110可以是使用如本文所述的有机、电致变色或量子点显示技术和材料实现的印刷LED显示器。在一个实施方式中，显示区域8110可以显示氧饱和度、pH水平、温度、心率和其他生理参数。在一个实施方式中，显示区域8110可以包括步数和其他动作相关参数。在一个实施方式中，显示区域8110可以包括多个显示区域，其中每个显示区域可以显示不同的生理或动作相关参数。
在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环8000的外层8100可以包括用于ECG传感器测量或用于其他传感器测量的一对印刷银-氯化银(Ag-AgCl)电极的第一电极。在一个实施方式中，第一电极是丝网印刷银-氯化银(Ag-AgCl)电极，用户可触摸或接合该电极以完成具有第二电极的传感器电路。在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环8000的外层8100可以包括用于开启具有集成显示器的生命体征监测环8000的电源按钮。
在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环8000的PCBA层8200可以包括如本文所述的电源、无源和有源电子设备、传感器等。具有集成显示器的生命体征监测环8000的PCBA层8200可以被电连接和机械连接到具有集成显示器的生命体征监测环8000的外层8100。在一个实施方式中，电源可以例如是提供3.6V和50mAh的锂聚合物或类似电池的堆叠。在一个实施方式中，电源可以是柔性电池。电源为具有集成显示器的生命体征监测环8000上的各种组件供电。
在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环8000的内层8300可以包括透射式血氧饱和度传感器组件8310，其可以包括LED 8320和光电二极管8330，并且如本文所述起作用。LED 8320可以是红色LED、近红外(NIR)LED和/或绿色LED。在一个实施方式中，可以使用电致变色、有机或量子点材料和技术来实施LED 8320和光电二极管8330。在一个实施方式中，具有集成显示器的生命体征监测环8000的内层8300可以包括用于ECG传感器测量或用于其他传感器测量的一对印刷Ag-AgCl电极的第二电极。在一个实施方式中，当有集成显示器的生命体征监测环8000位于用户指部上时，第二电极接触用户表面。在一个实施方式中，第二电极经由水凝胶层接触用户表面。具有集成显示器的生命体征监测环8000的内层8300可以被电连接和机械连接到具有集成显示器的生命体征监测环8000的PBCA层8200。
血氧仪通过光学量化氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb)的浓度来感测组织中的氧饱和度。脉冲血氧饱和度测量是一种通过利用至少两个不同波长的光电容积描记(PPG)对搏动的动脉血进行比率光学测量的方式。PPG包括光电组件，例如LED和光电二极管。在一个实施方式中，透射式血氧饱和度测量组件可以包括红色和NIR LED或红色和绿色LED。HbO2和Hb的摩尔吸收系数在红色和NIR波长处是不同的。红色LED和NIR LED充当发射器(将电能转换为光能)，其中的光分别以612nm和712nm波长传输。在一个实施方式中，红色和绿色(532nm)也可以用作LED组合。
光电二极管感测来自LED的非吸收光。信号通过运算放大器进行置反。这些信号被解释为被探测的组织吸收并分配给直流(DC)和交流(AC)分量的光。DC分量被视为被组织、静脉血和非搏动的动脉血吸收的光。AC分量被视为搏动的动脉血。
在一个实施方式中，可以通过蓝牙连接将数据流式传输到装置应用。图11A-图11B是根据某些实施方式的装置上用于与具有集成显示器的生命体征监测环交互的界面屏幕11000的示例图。界面屏幕11000可以具有用于选择用于环血氧饱和度显示器11200的子菜单的链接或标签11100。环血氧饱和度显示器11200可以示出，例如SpO2 11210、温度11220、步数11220和其他生理或动作参数。
如上所述，具有集成显示器的生命体征监测环还可以包括可以在诸如移动装置、终端用户装置、蜂窝电话、互联网协议(IP)装置、移动计算机、膝上型电脑、掌上电脑、PDA、个人媒体装置、智能手机、笔记本电脑、记事本、平板手机、智能手表等等(统称为“用户装置”)的装置上运行的应用。具有集成显示器的生命体征监测环可以与用户装置无线通信，并且该应用与用户装置一起可以分析、显示和向用户提供由具有集成显示器的生命体征监测环收集的生命体征数据的警报。具有集成显示器的生命体征监测环可以与应用交互以测量、流式传输和记录实时数据，从而为用户提供全面的感测信息。图11A-图11B是用于查看如本文所述的传感器数据的界面屏幕的示例图。
图9是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环9000的硬件架构的示例图。具有集成显示器的生命体征监测环9000包括模拟前端(AFE)9100，其可以连接到存在于具有集成显示器的生命体征监测环9000上的各种传感器。AFE 9100可以连接到处理器9200，处理器9200还连接到LED显示器9300、温度传感器9400、血氧饱和度传感器9500、电源9600、加速度计9700和天线9800。在一个实施方式中，处理器9200是具有集成蓝牙的低功耗MCU。在一个实施方式中，天线9800是可以使用相应天线9950与装置9900通信的蓝牙。在一个实施方式中，硬件架构可以部分地在PCBA层1100、PCBA层8200等等上实现。
图10是根据某些实施方式的具有集成显示器的生命体征监测环10000的软件架构的示例图。具有集成显示器的生命体征监测环10000的处理器软件/固件包括但不限于电源模块10100、数据传输模块10150和驱动器10200，该驱动器10200用于LED 10210、AFE10220、蓝牙协议栈10230、加速度计10240、显示器10250、温度传感器10260、血氧仪10270、串行外围接口10280等等。应用装置10500可以包括但不限于用于处理和显示SpO2数据10510、温度10520、步数/跌倒检测(经由加速度计)10530等数据的应用。应用装置还包括数据存储模式10540、蓝牙协议栈10550和其他库10560。在一个实施方式中，软件/固件架构可以部分地在处理器9200上或与处理器9200一起实施。
图12是根据一些实施方式的用于具有集成显示器的生命体征监测环的透射式血氧饱和度测量的方法12000的流程图。方法12000包括：将来自LED的光引导到用户指部并且感测在光电二极管处的被传输的光(12100)；检测特定波长(12200)；产生SpO2信号(12300)；预处理产生的SpO2信号(12400)；检测预处理后的SpO2信号的信号特征(12500)；进行吸收比测量(12600)；针对校准模型应用吸收比测量值(12700)；以及预测SpO2水平(12800)。
方法12000包括将来自LED的光引导到用户指部并且感测在光电二极管处的被传输的光(12100)。具有集成显示器的生命体征监测环可以被放置在用户的指部上。激活后，LED通过用户指部传输或发射光。光电二极管在光穿过用户指部时感测或捕获被传输的光。在一个实施方式中，使用红色和NIR LED。在一个实施方式中，使用红色和绿色LED。
方法12000包括检测特定波长(12200)。从捕获的被传输的光中分离或过滤与特定波长相关的信号。在一个实施方式中，红色和NIR波长被过滤。在一个实施方式中，过滤红色和绿色波长。
方法12000包括产生SpO2信号(12300)以及预处理产生的SpO2信号(12400)。SpO2信号由过滤后的波长信号产生，数字信号处理应被用于SpO2信号。
方法12000包括检测预处理的SpO2信号的信号特征(12500)。确定决定SpO2的信号特征，例如但不限于处理后的SpO2信号的波谷和波峰。
方法12000包括进行吸收比测量(12600)。根据SpO2信号特征计算吸收比测量值。
方法12000包括针对校准模型应用吸收比测量值(12700)。该吸收比测量值根据模型进行归一化或校准。
方法12000包括预测SpO2水平(12800)。校准的吸收比测量值用于预测SpO2水平。
图13是根据某些实施方式的用于具有集成显示器的生命体征监测环的示例有机发光二极管(OLED)堆叠13000的图示。OLED堆叠13000可以包括密封层13100、阴极层13200、发射层13300、导电层13400、阳极层13500和衬底13600。在一个实施方式中，发射层13300可以是响应于电流注入而发光的有机化合物膜。有机化合物可以是有机聚合物、油墨、发光聚合物等。在一个实施方式中，导电层13400可以是有机聚合物、油墨等。
图14是根据某些实施方式的用于具有集成显示器的生命体征监测环的示例电致变色装置(ECD)堆叠14000的图示。ECD堆叠可以包括基板14100、电解质层14200、电致变色层14300和14310、电极14400和14410以及基板14500。在这种情况下，电致变色材料是在充电时改变颜色的有机或无机物质。ECD通过施加电压以连续但可逆的方式控制光学特性，例如透射率、吸收率、反射率和/或发射率。ECD可以被印刷在塑料、纸上等，并提供柔性但坚固的结构。ECD使用超低功率并由小电流激活。ECD可以与用于运动、触摸、接近、温度等的传感器集成。
图15A和图15B是量子点发光二极管(QLED)的架构。图15A是量子点15000的示意图，其是在纳米尺寸区域内具有光学和电学特性的半导体颗粒。量子点15000一般包括核15100、壳15200和配体15300。核15100是发光材料，壳15200是保护核15100的涂层，配体15300是长链分子，使得量子点可以以液体形式打印。
图15B是根据某些实施方式的用于具有集成显示器的生命体征监测环的QLED堆叠15500的图示。QLED堆叠15500包括负电压电极15600、电荷注入材料层15650、核-壳量子点层15700、电荷注入层15750、正电压电极15800和透明基板15850。QLED产生纯单色光(红、绿、蓝)且功耗低。注入QLED堆叠15500中的电荷导致电致发光。量子点的化学组成和尺寸允许调节发射光的颜色。
通常，具有集成显示器的生命体征监测环包括环壳体，该环壳体包括至少两个窗口以及被配置为附接到该环壳体的印刷电路板组件(PCBA)层。该PCBA层包括显示器部分、传感器部分、被配置为与该至少两个窗口对齐的透射式血氧饱和度测量部分、电源以及被配置为经由电源开启具有集成显示器的生命体征监测环的开关。显示器部分被配置为通过至少使用传感器部分和透射式血氧饱和度测量部分感测来自佩戴具有集成显示器的生命体征监测环的用户指部的生理和动作信号以显示与用户相关联的生理和动作参数。
在一个实施方式中，传感器部分包括加速度计、心电图(ECG)传感器、温度传感器和pH传感器中的至少一种。在一个实施方式中，PCBA层还包括第一印刷银-氯化银电极，其印刷在该PCBA层的顶表面上，第二印刷银-氯化银电极，其印刷在该PCBA层的底表面上，以及水凝胶层，其连接到该第二印刷银-氯化银电极，其中，当具有集成显示器的生命体征监测环位于指部上时，该第二印刷银-氯化银电极通过第三窗口接触用户指部，以及其中，当用户触摸该第一印刷银-氯化银电极时，具有该第二印刷银-氯化银电极的传感器电路被完成。在一个实施方式中，该透射式血氧饱和度测量组件还包括第一波长发光二极管，其被配置为在指部处传输光，第二波长发光二极管，其被配置为在指部处传输光，以及光电二极管，其被配置为捕获穿过指部的被传输的光，其中，该第一波长发光二极管和第二波长发光二极管中的一个，或者该光电二极管在至少两个窗口中的一个窗口中对齐，并且该第一波长发光二极管和第二波长发光二极管中剩余的一个，或者该光电二极管在至少两个窗口中的另一个窗口中对齐。在一个实施方式中，PCBA层还包括无线组件，该无线组件被配置为至少将传感器数据传输到监测装置。在一个实施方式中，PCBA层还包括处理器，该处理器被配置为对捕获的光信号进行过滤以确定第一波长信号和第二波长信号，从该第一波长信号和第二波长信号产生血氧饱和度信号，确定该血氧饱和度信号的信号特征，从确定的血氧饱和度信号的信号特征确定吸收比测量值，校准该吸收比测量值，以及预测血氧饱和度水平。在一个实施方式中，该环壳体还包括充电端口，该电源被配置为经由该充电端口充电。
通常，具有集成显示器的生命体征监测环包括第一层，其具有显示器部分和激活开关，第二层，其具有传感器部分和电源，以及第三层，其具有血氧饱和度传感器。该第一层、第二层和第三层被电连接和机械连接并且共同被配置为圆柱形配置，其中，激活开关的激活经由电源将具有集成显示器的生命体征监测环开启，以及，显示器部分被配置为通过至少使用传感器部分和血氧饱和度传感器感测来自佩戴具有集成显示器的生命体征监测环的用户指部的生理和动作信号以显示与用户相关联的生理和动作参数。
在一个实施方式中，传感器部分包括加速度计、心电图(ECG)传感器、温度传感器和pH传感器中的至少一种。在一个实施方式中，该第一层包括印刷在该第一层的顶表面上的第一印刷银-氯化银电极，该第三层包括印刷在该第三层的底表面上的第二印刷银-氯化银电极，以及水凝胶层，其连接到该第二印刷银-氯化银电极，其中，当具有集成显示器的生命体征监测环位于指部上时，该第二印刷银-氯化银电极接触用户指部，以及其中，当用户触摸该第一印刷银-氯化银电极时，具有该第二印刷银-氯化银电极的传感器电路被完成。在一个实施方式中，该血氧饱和度传感器包括透射式血氧饱和度测量组件，该透射式血氧饱和度测量组件还包括第一波长发光二极管，其被配置为在指部处传输光，第二波长发光二极管，其被配置为在指部处传输光，以及光电二极管，其被配置为捕获穿过指部的被传输的光。在一个实施方式中，该血氧饱和度传感器包括反射式血氧饱和度测量组件，该反射式血氧饱和度测量组件还包括光电二极管，其被配置为捕获从指部反射的被传输的光。在一个实施方式中，该环还包括环壳，该环壳被配置为容纳该第一层、第二层和第三层。在一个实施方式中，该环壳还包括充电端口，电源配置为经由该充电端口充电。在一个实施方式中，该第二层还包括处理器，该处理器被配置为对捕获的光信号进行过滤以确定第一波长信号和第二波长信号，从该第一波长信号和第二波长信号产生血氧饱和度信号，确定该血氧饱和度信号的信号特征，从确定的血氧饱和度信号的信号特征确定吸收比测量值，校准该吸收比测量值，以及预测血氧饱和度水平。
通常，具有集成显示器的生命体征监测环包括显示器层，其包括开关，以及传感器层，其至少包括加速度计、温度传感器和透射式血氧饱和度传感器。该显示器层和传感器层被电连接和机械连接并且共同被配置为圆柱形配置，其中，激活开关的激活经由电源将具有集成显示器的生命体征监测环开启，并且显示器部分被配置为通过至少使用加速度计、温度传感器和透射式血氧饱和度传感器感测来自佩戴具有集成显示器的生命体征监测环的用户指部的信号以显示与用户相关联的传感器数据。
在一个实施方式中，该传感器部分还包括心电图(ECG)传感器和pH传感器中的至少一种。在一个实施方式中，该显示器层包括印刷在显示器层的顶表面上的第一印刷银-氯化银电极，该传感器层包括印刷在传感器层的底表面上的第二印刷银-氯化银电极，以及水凝胶层，其连接到该第二印刷银-氯化银电极，其中，当具有集成显示器的生命体征监测环位于指部上时，该第二印刷银-氯化银电极接触用户指部，以及其中，当用户触摸该第一印刷银-氯化银电极时，具有该第二印刷银-氯化银电极的传感器电路被完成。在一个实施方式中，该透射式血氧饱和度传感器还包括第一波长发光二极管，其被配置为在指部处传输光，第二波长发光二极管，其被配置为在指部处传输光，以及光电二极管，其被配置为捕获穿过指部的被传输的光。在一个实施方式中，该传感器层还包括处理器，该处理器被配置为对捕获的光信号进行过滤以确定第一波长信号和第二波长信号，从该第一波长信号和第二波长信号产生血氧饱和度信号，确定该血氧饱和度信号的信号特征，从确定的血氧饱和度信号的信号特征确定吸收比测量值，校准该吸收比测量值，以及预测血氧饱和度水平。
如在各种示例性实施例中所示的方法的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了几个实施例，但许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例的变化、参数值、安装布置、材料和组件的使用、颜色、方向等)。例如，元件的位置可以颠倒或以其他方式改变，并且离散元件或位置的性质或数量可以变更或改变。因此，所有这些修改旨在包括在本公开的范围内。根据替代实施例，任何过程或方法步骤的顺序或序列可以改变或重新排序。在不脱离本公开的范围的情况下，可以在示例性实施例的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
虽然附图可能显示方法步骤的特定顺序，但步骤的顺序可能与所描绘的不同。也可以同时或部分同时执行两个或更多步骤。这种变化将取决于所选的软件和硬件系统以及设计师的选择。所有这些变体都在本公开的范围内。同样，软件实现可以用标准编程技术和基于规则的逻辑和其他逻辑来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。
虽然已经结合某些实施例描述了本公开，但是应当理解，本公开不限于所公开的实施例，相反，旨在涵盖包括在所附权利要求范围内的各种修改和等效布置，该范围应被给予最广泛的解释，以涵盖法律允许的所有此类修改和等效结构。

Claims (11)

1.一种具有集成显示器的生命体征监测环，包括：
环壳体，所述环壳体包括至少两个窗口；以及
印刷电路板组件(PCBA)层，其被配置为附接到所述环壳体，所述PCBA层包括：
显示器部分；
传感器部分；
第一印刷银-氯化银电极，其印刷在所述PCBA层的顶表面上；
第二印刷银-氯化银电极，其印刷在所述PCBA层的底表面上；以及
水凝胶层，其连接到所述第二印刷银-氯化银电极，其中，当所述具有集成显示器的生命体征监测环位于用户的指部上时，所述第二印刷银-氯化银电极通过第三窗口接触所述指部，其中，当所述用户触摸所述第一印刷银-氯化银电极时，具有所述第二印刷银-氯化银电极的传感器电路被完成，以及其中，所述传感器部分中的传感器是使用所述第一印刷银-氯化银电极和所述第二印刷银-氯化银电极实现的；
透射式血氧饱和度测量部分，其被配置为与所述至少两个窗口对齐；
电源；以及
开关，其被配置为经由所述电源开启所述生命体征监测环，
其中，所述显示器部分被配置为通过至少使用所述传感器部分和所述透射式血氧饱和度测量部分感测来自佩戴所述生命体征监测环的用户的指部的生理和动作信号以显示与所述用户相关联的生理和动作参数。
2.根据权利要求1所述的生命体征监测环，其中，所述传感器部分包括加速度计、心电图(ECG)传感器、温度传感器和pH传感器中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的生命体征监测环，其中，所述传感器是pH传感器。
4.根据权利要求1所述的生命体征监测环，其中，所述透射式血氧饱和度测量组件还包括：
第一波长发光二极管，其被配置为在所述指部处传输光；
第二波长发光二极管，其被配置为在所述指部处传输光；以及
光电二极管，其被配置为捕获穿过所述指部的被传输的光，
其中，所述第一波长发光二极管和所述第二波长发光二极管中的一个，或者所述光电二极管在所述至少两个窗口中的一个窗口中对齐，并且所述第一波长发光二极管和所述第二波长发光二极管中剩余的一个，或者所述光电二极管在所述至少两个窗口中的另一个窗口中对齐。
5.根据权利要求1所述的生命体征监测环，其中，所述PCBA层还包括无线组件，所述无线组件被配置为至少将传感器数据传输到监测装置。
6.根据权利要求1所述的生命体征监测环，其中，所述PCBA层还包括处理器，所述处理器被配置为：
对捕获的光信号进行过滤以确定第一波长信号和第二波长信号；
从所述第一波长信号和所述第二波长信号产生血氧饱和度信号；
确定所述血氧饱和度信号的信号特征；
从确定的所述血氧饱和度信号的信号特征确定吸收比测量值；
校准所述吸收比测量值；以及
预测血氧饱和度水平。
7.根据权利要求1所述的生命体征监测环，其中，所述环壳体还包括充电端口，所述电源被配置为经由所述充电端口充电。
8.根据权利要求1所述的生命体征监测环，还包括：
反射式血氧饱和度测量部分，其被配置为与所述透射式血氧饱和度测量部分结合工作，所述反射式血氧饱和度测量部分包括光电二极管，其被配置为捕获从所述指部反射的被传输的光。
9.根据权利要求1所述的生命体征监测环，还包括：
反射式血氧饱和度测量部分，其包括被配置为捕获从所述指部反射的被传输的光的光电二极管。
10.根据权利要求1所述的生命体征监测环，其中，所述显示器部分是印刷显示器。
11.根据权利要求1所述的生命体征监测环，其中，所述PCBA层是双面填充PCBA层。
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