健康監(jiān)護(hù)服裝的研究與展望

胡瑤+梁麗君+李津

（天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院 天津 300387）

摘 要：健康監(jiān)護(hù)服裝能夠長期監(jiān)控人體的生理信號，并將采集到的數(shù)據(jù)保存并及時反饋給醫(yī)療機(jī)構(gòu)，能夠大幅度提高人民的生活質(zhì)量，尤其是老年人的生活質(zhì)量。文章介紹了健康監(jiān)護(hù)服裝的研究現(xiàn)狀，針對健康監(jiān)護(hù)服裝研發(fā)過程中設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行說明，并對其未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：健康監(jiān)護(hù)服裝；生理信號采集；研究現(xiàn)狀

近幾年來可穿戴產(chǎn)品成為市場上的熱門話題，可穿戴產(chǎn)品綜合運(yùn)用了軟件應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理、觸感技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)特定的功能，健康監(jiān)護(hù)服裝正是可穿戴產(chǎn)品中的重要分支。服裝作為與人體接觸最為密切的媒介，具有低生理、心理負(fù)荷的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)生理信號（心電、呼吸、體溫、精神狀態(tài)等）采集的最佳平臺[1]，因而將生理信號采集與服裝相結(jié)合成為了新的研究方向。健康監(jiān)護(hù)服裝能夠通過對穿戴者長期生理信息的趨勢分析，及早發(fā)現(xiàn)問題，以防止急性事件和慢性心血管疾病的發(fā)生。

隨著通信技術(shù)和醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，促進(jìn)了無處不在的醫(yī)療保健，健康監(jiān)護(hù)服裝使生理信號得以連續(xù)監(jiān)測，幫助人們監(jiān)管自己的健康且不受時間和地點(diǎn)的限制，但在生理信號采集實(shí)現(xiàn)過程中必須克服一些障礙，例如，設(shè)備體積、無線傳輸、電極的日?；碗娫垂┠艿取１疚尼槍】当O(jiān)護(hù)服裝研發(fā)過程中涉及幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹。

1 健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

在過去幾十年里，健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)吸引了科學(xué)界和工業(yè)界的大量關(guān)注，主要原因是健康監(jiān)護(hù)成本的增加、微傳感器設(shè)備的誕生，以及智能紡織品、微電子、無線通訊和可穿傳感器基系統(tǒng)的連續(xù)進(jìn)步。這些健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)能夠由多種微型的生理傳感器、傳輸模塊和處理模塊構(gòu)成，對健康、精神和活動狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)地監(jiān)測[2]。

健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是一種面向用戶的以MCU為核心的應(yīng)用電子儀器。在整個系統(tǒng)的研發(fā)過程中應(yīng)遵循幾個原則： 連續(xù)性原則、低功耗原則、可靠性原則、安全性原則、一鍵操作原則、舒適性原則。目前健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要由以下功能模塊組成：生理信號采集系統(tǒng)、信號處理分析系統(tǒng)、信號儲存系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、無線傳輸模塊以及網(wǎng)關(guān)服務(wù)器等[3]。

2 無線傳輸

健康監(jiān)護(hù)服裝需要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動狀態(tài)下的生理信號采集，不可能一直通過有線鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此采用最佳的無線傳輸方式顯得至關(guān)重要。無線傳輸涉及多個傳感器之間的無線通信和一個遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，例如一臺計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集。在當(dāng)今的移動世界中，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集點(diǎn)必然選擇是一個移動電話。移動電話具備處理生理監(jiān)測數(shù)據(jù)的能力和數(shù)據(jù)連接傳輸?shù)哪芰Γ坏┦謾C(jī)接收了這些信息，便可利用其便利性和流動性進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存和傳輸[4]。沒有電線，且不受運(yùn)動限制是無線傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)，而且由于其易于使用，增加了患者的依從性。無線傳輸不需要線纜作為介質(zhì)，因此不受卡口和線路的約束，目前已經(jīng)有幾種統(tǒng)一的無線傳輸協(xié)議，并且廣泛普及；速率已經(jīng)接近并超越部分有線傳輸方式；系統(tǒng)功耗可滿足長時間的使用；有很好的升級和擴(kuò)展?jié)摿?。運(yùn)用到健康監(jiān)護(hù)服裝中最常用的無線通信標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.15.1 （藍(lán)牙）、 802.15.4 （Zigbee）、IrDA（紅外）、MICS和802.11g。

3 織物電極

健康監(jiān)護(hù)服裝的生理信號采集離不開電極的使用，傳統(tǒng)生理數(shù)據(jù)采集一般采用傳統(tǒng)粘膠式一次性電極，這種電極為降低與皮膚之間的阻抗而使用了導(dǎo)電膠，同時為了避免電極與皮膚之間的相對位移，在電極的邊緣使用了粘膠，這種方式很易造成皮膚過敏并且降低了電極使用的舒適性，因此，很難做到日?；褂肹5]。健康監(jiān)護(hù)服裝要融入到人們的日常生活，就必須采取無創(chuàng)的方式來獲取人體的生理信號。

織物電極具有紡織品的柔軟性、舒適性和輕薄透氣性，又可水洗和循環(huán)使用，而且更易實(shí)現(xiàn)與服裝的結(jié)合。目前，各種類型的織物電極己經(jīng)被開發(fā)出來，例如針織電極、刺繡電極、機(jī)織電極、導(dǎo)電布電極和有源電極等。將織物電極集成到健康監(jiān)護(hù)服裝上，可以避免一次性電極對人體帶來的傷害。

4 服裝加工及安全檢測

健康監(jiān)護(hù)服裝是信息化和服裝相結(jié)合的產(chǎn)品，怎樣實(shí)現(xiàn)電子器件與服裝的無縫結(jié)合是迄今為止服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域面臨的最大難度。健康監(jiān)護(hù)服裝的設(shè)計(jì)過程中必須遵循產(chǎn)品輕、不顯眼、操作簡單、低成本的原則，且要做到功能設(shè)計(jì)、款式設(shè)計(jì)和色彩設(shè)計(jì)的三位一體，同時可以實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。健康監(jiān)護(hù)服裝的加工中涉及到的一個最關(guān)鍵的問題就是電子元件與服裝的集成，即基于電子技術(shù)，將傳感、通訊等高科技手段應(yīng)用于服裝中。電子元件必須為柔性和可拉伸的，在人體運(yùn)動的影響下，這些嵌入服裝的電子設(shè)備能被拉伸、折疊、扭曲和弄皺，還可以和服裝一起洗滌。

健康監(jiān)護(hù)服裝需要長期直接與穿戴者皮膚接觸，因此對于此類產(chǎn)品在電磁輻射等方面的影響需要進(jìn)行準(zhǔn)確評估，并采取相應(yīng)防護(hù)措施，簡單來說，健康監(jiān)護(hù)服裝需要經(jīng)過一定的安全性評價，而標(biāo)準(zhǔn)是評定服裝安全與否的依據(jù)，但標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜多樣：對同一類服裝的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)不一，不同的服裝品類又對應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)，因此在健康監(jiān)護(hù)服裝的研發(fā)過程中要注意以標(biāo)準(zhǔn)維系的服裝安全系統(tǒng)的構(gòu)建，以實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。目前在現(xiàn)有產(chǎn)品檢測方面，并沒有行之有效的方法，還需要在后續(xù)的研究中不斷探索。

5 總結(jié)與展望

在過去的幾年中已經(jīng)看到各種可穿戴設(shè)備的出現(xiàn)和快速成長，如智能手表、手環(huán)、戒指、眼鏡、首飾和服裝等。雖然可穿戴器件具有廣泛的使用范圍，但醫(yī)療保健是最有前途的領(lǐng)域之一，毫無置疑健康監(jiān)護(hù)服裝是醫(yī)療保健中重要的組成部分。在人口嚴(yán)重老齡化和心血管病人日益增加的背景下，健康監(jiān)護(hù)服裝的研發(fā)和推廣具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，能夠?yàn)楹罄m(xù)的醫(yī)療養(yǎng)老模式變革提供技術(shù)支持。

健康監(jiān)護(hù)服裝的研究中需要融合先進(jìn)材料、電子信息、人體功效學(xué)、服裝設(shè)計(jì)和服裝加工及檢測等領(lǐng)域，是一個多學(xué)科交叉的產(chǎn)品。隨著柔性導(dǎo)電材料、柔性傳感器、低功耗電子電路集成技術(shù)、服裝加工技術(shù)及相關(guān)檢測技術(shù)和遠(yuǎn)程醫(yī)療與健康監(jiān)護(hù)技術(shù)的發(fā)展，健康監(jiān)護(hù)服裝也會有新的突破。健康監(jiān)護(hù)服裝未來的發(fā)展方向：微型化、智能化、個性化。在實(shí)現(xiàn)生理信號采集的基礎(chǔ)上，可以像普通服裝一樣用于日常穿戴，也可以根據(jù)個人喜好進(jìn)行個性化設(shè)計(jì)，還可以對其功能進(jìn)行拓展改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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