心電衣發(fā)展現(xiàn)狀及創(chuàng)新設(shè)計(jì)

劉梓昕，徐利平，任苗苗，倪丹娜，周芷璇，聶 鳳

(嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314000)

心電衣將心電采集系統(tǒng)與紡織服裝相結(jié)合，穿著時(shí)電極貼合皮膚，可與心電記錄系統(tǒng)配套使用。意大利物理學(xué)家Calo Matteucci在1842年發(fā)現(xiàn)心臟跳動(dòng)會(huì)伴隨著電流的變化，這為心電監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供了可能。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)的Marquette公司首先推出數(shù)字化心電圖儀，臨床開始應(yīng)用持續(xù)心電監(jiān)測(cè)技術(shù)，心電測(cè)試技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化管理相結(jié)合的新時(shí)代[1]。目前“東南大學(xué)-聯(lián)想”穿戴式心臟-睡眠-情緒智能監(jiān)控聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的全球首款可穿戴式動(dòng)態(tài)十二導(dǎo)聯(lián)心電監(jiān)測(cè)設(shè)備正在江蘇省人民醫(yī)院進(jìn)行臨床試用。心電衣將電子信息技術(shù)應(yīng)用于服裝，可以有效監(jiān)測(cè)心率且能夠及時(shí)反饋心率信息，為心血管疾病患者群體提供健康監(jiān)護(hù)。

1 心電衣研發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)代技術(shù)在心電衣上的運(yùn)用

1.1.1電子信息技術(shù)

電子信息技術(shù)是一門應(yīng)用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行電子信息控制和信息處理的技術(shù)，主要研究信息的獲取與處理，電子設(shè)備與信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用和集成。電子信息技術(shù)的主要內(nèi)容包括無線通信技術(shù)、無線體域網(wǎng)技術(shù)、信息集成技術(shù)和傳感技術(shù)等[2]。電子器件與服裝的結(jié)合使服裝成為具有信息識(shí)別、傳遞、存儲(chǔ)和處理功能的高科技產(chǎn)品[3]，運(yùn)用該技術(shù)可以完成心電衣從信息收集到信息傳遞的整體設(shè)計(jì)。

1.1.2人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互技術(shù)(Human-Computer Interaction Techniques)是指通過計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)對(duì)話的技術(shù)。人機(jī)交互技術(shù)主要分為機(jī)器通過輸出或顯示設(shè)備給人提供信息和人通過輸入設(shè)備給機(jī)器輸入信息兩部分。在心電衣的設(shè)計(jì)中，運(yùn)用此技術(shù)可將在人體上所收集到的信息傳遞到電子設(shè)備上。

電子信息技術(shù)與人機(jī)交互技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)心電衣所需的全部技術(shù)，包括從收集信息到傳遞信息再到與電子設(shè)備交互的信息存儲(chǔ)與分析。

1.2 心電衣的作用

1.2.1健康監(jiān)控

心肌梗塞、心力衰竭等心臟疾病的發(fā)病率較高，心血管疾病是威脅人類健康的主要?dú)⑹种唬辛丝梢詫?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率的心電衣，在很大程度上可以提前對(duì)此類疾病加以防控。

1.2.2運(yùn)動(dòng)監(jiān)控

心電衣可在人們進(jìn)行運(yùn)動(dòng)鍛煉時(shí)監(jiān)測(cè)心率，通過分析收集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，根據(jù)心率變化制定運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，獲得更好的鍛煉效果，避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)過量的情況。

1.3 存在的問題

目前心電衣存在的主要問題是：智能材料的研發(fā)跟不上產(chǎn)業(yè)化需求；可穿戴電子模塊不夠人性化；可穿戴設(shè)備未形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，資源的整合有待加強(qiáng)；時(shí)尚度不夠；性價(jià)比低；安全性能有待提高[4]。另外，現(xiàn)階段多數(shù)的心電服是將心電信號(hào)接收裝置與服裝“機(jī)械”地結(jié)合起來，但由于心電信號(hào)接收裝置和電源等元件的存在，導(dǎo)致服裝服用性能較差且價(jià)格偏高，不能很好滿足消費(fèi)者需求[5]。

2 心電衣的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方向

心電衣服裝制作過程中需實(shí)現(xiàn)穿插具有導(dǎo)電性的金屬紗線或者縫制導(dǎo)電紗線來實(shí)現(xiàn)信息傳輸，信息通過心電主機(jī)傳輸?shù)诫娮釉O(shè)備中的APP上，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。整體設(shè)計(jì)以易拆卸、易清洗、實(shí)用、美觀為主。設(shè)計(jì)的心電衣輕便、價(jià)格適中，才可以適應(yīng)大眾化的消費(fèi)。心電衣系統(tǒng)運(yùn)作流程見圖1。

圖1 心電衣系統(tǒng)運(yùn)作流程

運(yùn)用材料：金屬紗線(可縫紉的金屬線)、心電主機(jī)(接收、分析信息)、心電護(hù)腕(收集信息)、連接器，見圖2、圖3、圖4。

圖2 心電主機(jī)

圖3 金屬紡織線和護(hù)腕

圖4 連接器

2.2 工藝設(shè)計(jì)

2.2.1設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)過程中，主要遵循以下原則：電子器件與服裝結(jié)合時(shí)需兼具隱蔽性、安全性、合理性、舒適性；電子器件與服裝結(jié)合牢固、不能輕易松動(dòng)，避開人體行動(dòng)時(shí)動(dòng)作較大的部位；電子器件與服裝結(jié)合不得影響人的活動(dòng)，不會(huì)對(duì)自己或他人造成傷害。

2.2.2具體設(shè)計(jì)

(1)把通電導(dǎo)線穿插進(jìn)服裝的縫份之間形成信息傳輸(如圖5所示)。

圖5 心電衣設(shè)計(jì)一

(2)直接將通電導(dǎo)線紡織在心電衣上實(shí)現(xiàn)信息傳輸(如圖6所示)。

圖6 心電衣設(shè)計(jì)二

(3)對(duì)心電衣外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，將通電導(dǎo)線穿插進(jìn)服裝從而進(jìn)行連接(如圖7所示)。

圖7 心電衣設(shè)計(jì)三

三種設(shè)計(jì)使服裝與電子器件之間的結(jié)合較為緊密與牢固，隱蔽性較強(qiáng)，安全性較高，成本較低。電子器件的結(jié)合避開了人體行動(dòng)時(shí)動(dòng)作幅度較大的地方，外觀較為美觀。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于電子信息技術(shù)與人機(jī)交互技術(shù)，將服裝與電子設(shè)備結(jié)合制成心電衣，可實(shí)時(shí)監(jiān)控穿衣者的心率，有助于心血管疾病患者防范健康風(fēng)險(xiǎn)。