CN112367904A

CN112367904A - 可穿戴设备

Info

Publication number: CN112367904A
Application number: CN201980038430.3A
Authority: CN
Inventors: T·R·格罗布; O·塔沙尔; E·C·V·塔尔戈恩; L·阿德里安森; M·巴林克; E·C·P·斯米茨; J·范登布兰德
Original assignee: Tno Hague; Koninklijke Philips NV
Current assignee: Tno Hague; Koninklijke Philips NV
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2021-02-12
Also published as: JP7285859B2; EP3801198B1; EP3578096A1; WO2019233807A1; US20210236036A1; EP3801198A1; JP2021525616A

Abstract

一种可穿戴系统用于抵靠对象的皮肤安装。其包括夹(例如层压)在顶层与基层之间的柔性电路板。所述柔性电路板具有端垫之间的曲折区段。所述基层和所述顶层通过具有围绕所述曲折区段的曲折开口的结合层结合在一起。这意指所述曲折区段的伸展性不会通过所述层压过程而被抑制。

Description

可穿戴设备

技术领域

本发明涉及可穿戴设备，诸如致动器或传感器。例如，本发明对用于测量对象的一个或多个生理参数的传感器感兴趣，其中，所述传感器可以由所述对象穿戴。例如，本发明涉及可穿戴贴片，其可以实施光电脉搏波(PPG)传感器、心电图(EGC)传感器、脑电图传感器(EEG)、可穿戴超声传感器(US)、可穿戴心率传感器、可穿戴皮肤电反应传感器(GSR)或运动传感器。

背景技术

生理参数的监测具有增加的兴趣，以允许更好的诊断和患者监测。例如已知提供对象可以在低紧急性设置(诸如普通病房)中和在家中穿戴的可穿戴监测设备，诸如贴片。需要普通病房中的更好的监测以减少死亡率。而且，可信赖医疗驱动使患者出院到其家中的需要，并且在家继续监测水平一段时间，通常多达30天。

通常，贴片舒适是非常重要的，特别是在其将影响患者依从性的家庭监测背景中。除了舒适之外，可穿戴传感器的可靠性是重要的以便到达家庭监测的期望时段(例如，30天)。

可穿戴设备便于使用，因为其为用户提供增加的行动自由，同时监测生理参数。以这种方式，能够在各种环境下测量生理参数，例如在对象的不同水平的体力消耗下。

生理参数传感器可以在不同的应用中被不同地安装到用户。安装的生理参数传感器相对于对象的位置取决于生理参数传感器的类型和/或生理感测发生的环境。通常，生理参数传感器应当与皮肤接触，但是存在生理参数传感器应当与对象的身体分离的其他情况。

例如，在PPG监测中，光传感器与皮肤之间的稳定距离对于传感器信号的最佳稳定性是期望的。对于超声换能器贴片，与皮肤的好的接触对于高质量图像是至关重要的。类似地，ECG监测设备或GSR传感器的电极应当与皮肤接触。

许多传感器设计利用皮肤的多个感测位置，例如使得可以在那些点之间测量导电性，或者使得可以确定不同位置处的不同信号定时。采用多种不同感测模态的传感器系统还可以具有多个感测位置。

本发明特别地涉及利用用于感测或致动的接触位置的可穿戴系统。多个位置可以例如与单个生理参数或多个参数的监测有关。需要使得这些多个传感器或致动位置能够相对于彼此移动，使得其被附接的身体能够移动，例如由于穿戴传感器系统的对象的呼吸、心脏搏动、或仅一般身体运动。

通常，这些不同位置需要能够与彼此电气通信，例如使得单个处理点可以收集来自多个区域的感测数据。这要求连接接触位置之间的导电轨道。已知将这些连接导电轨道提供为曲折路径，以提供一定程度的伸展性。灵活性和伸展性对于舒适并且对于好的皮肤接触是关键的。

可以例如提供包括曲折相互连接的柔性印刷电路板(PCB)。特定曲折形状可以被用于使在3D中伸展需要的力最小化，同时使临界点处的应力最小化，因此使破裂或破碎的几率最小化。

PCB可以例如连同传感器电路一起封装在外壳中以形成传感器贴片。

例如使PCB被封装是已知的。然而，优选的制造过程是层压过程。层压传感器贴片例如由主要通过卷到卷过程制造的层构建。

然而，由曲折PCB提供的相互连接的可靠性当曲折更多受层压约束时减小。特别地，由曲折区段提供的伸展能力是有限的。因此，需要一种用于可穿戴设备的改进的设计，诸如用于用作可穿戴传感器贴片。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据本发明的方面的范例，提供了一种用于抵靠对象的皮肤安装的可穿戴系统，包括：

基层；

柔性电路板，其包括：

第一端垫，其具有面对所述基层的第一接触区域；

第二端垫，其具有面对所述基层的第二接触区域；以及

柔性曲折区段，其在所述第一端垫与所述第二端垫之间；以及

顶层，其中，所述柔性电路板被夹在所述基层与所述顶层之间，

其中，所述基层和所述顶层通过具有围绕所述柔性曲折区段的曲折开口的结合层结合在一起。

该系统具有用于接触对象的皮肤或用于非常接近于所述对象的皮肤定位的两个(或更多个)垫，例如用于获取一个或多个生理参数的读数，特别地其(要么单独要么一起)要求两个或更多个接触点。其可以代替地用于向皮肤提供信号。所述两个垫通过向所述系统给出伸展性的曲折区段连接，使得其可以适应对象的形状，其还可以随着对象移动演变。所述曲折区段在非结合区域中，使得曲折区段的平面外弯曲不会通过耦合到所述顶层和/或所述基层而被抑制。所述变形因此不受顶层和/或基层强制和/或约束。

该布置给出曲折区段的变形的增加的自由度，并且这显著地增加相互连接的可靠性。完全独立的相互连接给出可用性问题，例如相互连接可能由于一些东西(例如，衣服)后面的钩挂而被损坏。因此，本发明提供顶层与基层之间的封装(例如通过层压)，但是不粘附在曲折区段的区域中。

所述基层可以包括在所述第一接触区域和所述第二接触区域下面的第一基层开口和第二基层开口。这些使得能够直接访问垫接触区域。如果与皮肤的直接电流接触是期望的，则这是感兴趣的。这取决于传感器或致动器的类型。例如，间接接触可能对于电容传感器或移动传感器是足够的，而直接接触可能对于皮肤电阻传感器或ECG传感器是期望的。

所述系统然后可以包括：所述第一开口和所述第二开口中的第一皮肤接触电极和第二皮肤接触电极，其连接到所述第一接触区域和所述第二接触区域。这些可以突出到基层的平面外以提供突出接触电极。所述第一皮肤接触电极和所述第二皮肤接触电极例如包括胶电极。

所述结合层还可以包括对应于所述第一基层开口和所述第二基层开口的第一结合层开口和第二结合层开口。当所述结合层在所述柔性电路板下面(即，在所述电路板与所述基层之间)时，这些开口再次允许与所述端垫的接触区域直接接触。然而，所述结合层可以代替地在所述电路板上面(即，在所述电路板与所述顶层之间)，在该情况下，不要求所述开口。

所述结合层可以包括所述曲折开口内的接触锚点。这些可以例如在曲折空间中进行连接，使得它们增加系统的总体结构统一性但是不约束曲折区段的移动。

所述第一端垫可以具有在所述第一接触区域的相对侧上的第一电路区域，并且所述第二端垫可以具有在所述第二接触区域的相对侧上的第二电路区域。

电池可以被提供在所述第一电路区域上，并且信号处理电路可以被提供在所述第二电路区域上。所述第一电路区域和/或所述第二电路区域中的一个可以例如包括无线通信电路。因此，可以在可用区域之间共享要求的电路部件。电气功能例如包括本地电池电源、本地存储器存储、无线信号传输(并且可选地还有信号接收，例如用于接收执行感测或下载存储的传感器数据的命令)，并且可选地传感器信号处理。所述第一电路区域和所述第二电路区域中的一个还可以包括使得传感器信息能够被直接读出而不是或以及被存储和/或传递到外部设备的显示设备。

所述曲折区段优选地仅承载相互连接轨道。特别地，所述柔性曲折区段优选地包括所述第一端垫与所述第二端垫之间的电气连接。

所述结合层可以包括热熔层、压敏粘合剂、UV固化粘合剂或双面粘合带。其例如被用于将顶层和底层连接作为热层压过程的部分。

所述设备优选地包括可穿戴传感器贴片。可以存在通过两个或更多个柔性曲折区段相互连接的三个或更多个端垫。

所述传感器例如包括来自以下项的列表中的一个(或多个)：

ECG传感器；

PPG传感器；

EEG传感器；

GSR传感器；

热敏电阻温度传感器；

加速度计。

本发明的这些和其他方面将从在下文中所描述的(一个或多个)实施例而显而易见并且参考在下文中所描述的(一个或多个)实施例得以阐述。

附图说明

为了本发明的更好理解并且更清楚地示出其可以如何实现，现在将仅通过范例对附图进行参考，在附图中：

图1示出了已知传感器贴片；

图2以简化形式示出了根据本发明的一个范例的用于传感器贴片的结合层的设计；

图3以分解图示出了传感器系统的范例；

图4示出了结合层的设计的变型；并且

图5示出了对图4的结合层的设计的修改。

具体实施方式

本发明将参考附图来描述。

应当理解，详细描述和特定范例当指示装置、系统和方法的示范性实施例时旨在仅出于说明的目的并且不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将从以下描述、权利要求书和附图变得更好理解。应当理解，附图仅是示意性的并且不按比例绘制。还应当理解，相同附图标记贯穿附图被用于指示相同或者类似部分。

本发明提供可穿戴系统，诸如用于抵靠对象的皮肤安装的传感器系统。其包括夹(例如层压)在顶层与基层之间的柔性电路板。所述柔性电路板具有端垫之间的曲折区段。基层和顶层通过具有围绕曲折区段的曲折开口的结合层结合在一起。这意味着曲折区段的伸展性不会通过层压过程而被抑制。

图1示出了已知传感器贴片10，其包括基层12、柔性电路板20和顶层30。柔性电路板20具有两个端垫22、24，其通过曲折区段26相互连接。

示出的三个层被层压在一起以形成密封贴片。

图2以简化形式示出了根据本发明的范例的使用在用于传感器系统的层压过程中的结合层的设计。在该范例中，结合层40将被提供在柔性电路板上。结合层40具有曲折区段26上的开口42，使得曲折区段不受层压过程约束。为了清晰起见，图2示出了通过开口42看到的结合层下面的曲折区段26。

图3以分解图示出了可穿戴系统的范例。

可穿戴系统包括基层12、柔性电路板20、顶层30和具有曲折开口42的结合层40。在该范例中，结合层在柔性电路板下面，即，在柔性电路板与基层之间。结合可以额外地或者备选地被提供在顶层与柔性电路板之间，再次排除曲折区段。因此，结合可以被提供在柔性电路板上面和/或下面。

柔性电路板20包括具有面对基层的第一接触区域的第一端垫22(并且因此在图4中未看到)。在一个范例中，第一接触区域的相对侧可以包括第一电路区域，其例如向电池23提供连接。

第二端垫24具有面对基层的第二接触区域(再次在图3中未看到)。在一个范例中，第二接触区域的相对侧可以包括第二电路区域，其例如向传感器处理电路和无线传输电路25提供连接。

该柔性电路板可以包括常规聚酰亚胺柔性PCB，但是其还可以包括可弯曲聚合物衬底上的屏幕印刷或喷墨印刷电路，诸如聚萘二甲酸乙二酯(PEN)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

曲折区段26在第一端垫与第二端垫之间并且其提供由端垫承载的电路之间的电气连接，以及向端垫的接触区域提供连接。曲折区段优选地仅承载相互连接轨道。特别地，曲折区段优选地包括第一端垫与第二端垫之间的电气连接。

柔性电路板例如是双面板，其中，面对基层的接触区域用作传感器输入垫或致动器输出垫，并且面对顶层的电气轨道用作连接线和用于电路部件的接触垫。

在图3中所示的范例中，端垫的下面的接触区域用于与皮肤进行直接电流接触。基层12具有与接触区域对准的开口14，并且结合层40还具有对应的开口44。

为了提供皮肤与接触区域之间的接口，可以提供胶接触电极50。这些适合放入开口14和44中，使得皮肤接触垫延伸超过基层12的平面。

大多数基本设计具有用于接触对象的皮肤的两个垫，但是可以存在通过曲折区段与彼此相互连接的三个或更多个垫。曲折区段在非结合区域中，使得曲折区段的伸展不会通过耦合到顶层或基层而被抑制。以这种方式，存在曲折区段的变形的增加的自由度。

曲折区段优选地是平面的，并且定义该平面中的波状轨道，例如如所示的交替U形管的序列。然而，可以形成其他曲折路径，例如其总体跟随直线路径或弯曲路径。

结合层可以简单地围绕总体可穿戴系统外壳的外边缘，使得该开口42、44被形成为单个开口。

然而，结合层优选地(从上面或下面)包围或覆盖端垫，使得每个端垫被形成到它自己的外壳中。因此，在图3的范例中，存在完全围绕每个开口44的结合层的区域，并且在图2的范例中，结合层完全覆盖每个端垫。这为电路部件提供更好的密封。

曲折开口可以是对应于曲折区段的外包络形状的矩形。然而，可以使用其他形状。曲折开口可以完全包围曲折区段26，但是可以存在由结合层覆盖的曲折区段的部分，诸如端部。

图4示出了结合层40的设计的变型。端垫各自被形成为双圆圈以实现增加的接触区域。电路可以例如全部在柔性电路板的面向下的一侧。中心区域60向非柔性印刷电路板提供连接。

曲折开口42被形成为两个区段42a、42b，一个区段在中心区域60的每侧上。

图5示出了对图4的结合层的设计的修改。结合层40具有曲折开口42a、42b内的接触锚点70。这些在电路板的曲折路径之间的空间中的顶层与基层之间进行连接。系统的总体结构统一性被改进而不约束曲折区段的移动。

结合层可以是用于在层压期间热固化的热熔层，诸如聚氨酯薄膜、或例如使用硅酮粘合剂、聚氨酯粘合剂或丙烯酸粘合剂的另一粘合剂。还可以使用粘合剂泡沫。

顶层30是例如泡沫结构，诸如热成型泡沫结构。其具有为电路部件提供壳体区域的形状。

柔性电路板20是例如具有铜导体层(例如还具有几或几十微米的厚度)的聚酰亚胺柔性箔(例如，具有几十微米的厚度)。

基层12包括硅酮或热塑性聚氨酯的衬垫。

接触电极50例如包括被提供在接触区域处的屏幕印刷氯化银(在柔性电路板的底部处)。接触电极可以备选地使用导电粘合剂提供。

可穿戴系统例如包括来自以下项的列表中的一种(或多种)传感器类型：

ECG传感器；

PPG传感器；

EEG传感器；

GSR传感器；

热敏电阻温度传感器；

加速度计。

因此，可穿戴系统可以被用于确定诸如以下的各种参数中的一个或多个：心率、呼吸率、心率变化性、皮肤温度、身体姿势、跌倒检测和活动水平(诸如步数)。

如上文所提到的，可穿戴系统优选地是电池操作的，并且电池被提供在电路区域之一上。信号调节或处理电路和无线通信电路也被提供在电路区域上。还可以存在存储器存储、显示设备。

本发明适用于可穿戴传感器或致动器，并且其可以采取贴片或织物的形式。

本发明不限于生理感觉身体系统。本发明还可以例如用于身体运动感测。在该情况下，可穿戴传感器将不测量生理身体参数，但是将以确定身体的移动的陀螺仪或加速度计的形式。另一选项是衬衣中的非感觉电子设备，诸如灯、可伸展显示器、太阳能电池、暖气设备、或甚至某些治疗选项。曲折设计可以被使用在所有这些可伸展的电子设备情况中。

通过研究附图、说明书和随附的权利要求书，本领域技术人员在实践所主张的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。互不相同的从属权利要求中记载了特定措施的仅有事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在适合的介质(诸如连同其他硬件一起或作为其一部分供应的光学存储介质或固态介质)，而且可以以其他形式分布(诸如经由因特网或其他有线或无线电信系统)。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为对范围的限制。

Claims

1.一种用于抵靠对象的皮肤安装的可穿戴系统(10)，包括：

基层(12)；

柔性电路板(20)，其包括：

第一端垫(22)，其具有面对所述基层的第一接触区域；

第二端垫(24)，其具有面对所述基层的第二接触区域；以及

柔性曲折区段(26)，其在所述第一端垫与所述第二端垫之间；以及

顶层(30)，其中，所述柔性电路板被夹在所述基层与所述顶层之间，

其中，所述基层(12)和所述顶层(30)通过具有围绕所述柔性曲折区段的曲折开口(42)的结合层(40)结合在一起。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基层(12)包括在所述第一接触区域和所述第二接触区域下面的第一基层开口和第二基层开口(14)。

3.根据权利要求2所述的系统，还包括：所述第一基层开口和所述第二基层开口(14)中的第一皮肤接触电极和第二皮肤接触电极(50)，其连接到所述第一接触区域和所述第二接触区域。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一皮肤接触电极和所述第二皮肤接触电极(50)包括胶电极。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的系统，其中，所述结合层(40)包括对应于所述第一基层开口和所述第二基层开口(14)的第一结合层开口和第二结合层开口(44)。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的系统，其中，所述结合层(40)包括所述曲折开口(42)内的接触锚点(70)。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其中，所述第一端垫(22)具有在所述第一接触区域的相对侧上的第一电路区域并且所述第二端垫(24)具有在所述第二接触区域的相对侧上的第二电路区域。

8.根据权利要求7所述的系统，包括所述第一电路区域上的电池(23)。

9.根据权利要求7或8所述的系统，包括所述第二电路区域上的信号处理电路(25)。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的系统，其中，所述第一电路区域和所述第二电路区域中的一个包括无线通信电路和/或显示设备。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的系统，其中，所述结合层(40)包括热熔层、压敏粘合剂、UV固化粘合剂或双面粘合带。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的系统，其中，所述柔性曲折区段(26)包括所述第一端垫(20)与所述第二端垫(22)之间的电气连接。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的系统，包括可穿戴传感器贴片。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的系统，包括通过两个或更多个柔性曲折区段相互连接的三个或更多个端垫的集合。

15.根据权利要求1至14中的任一项所述的系统，包括来自以下项的列表中的一个或多个：

ECG传感器；

PPG传感器；

EEG传感器；

GSR传感器；

热敏电阻温度传感器；

加速度计。