胡瑤+梁麗君+李津

（天津工業(yè)大學 紡織學院 天津 300387）

摘 要：健康監(jiān)護服裝能夠長期監(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)療機構，能夠大幅度提高人民的生活質量，尤其是老年人的生活質量。文章介紹了健康監(jiān)護服裝的研究現(xiàn)狀，針對健康監(jiān)護服裝研發(fā)過程中設計的關鍵技術進行說明，并對其未來發(fā)展進行了展望。

關鍵詞：健康監(jiān)護服裝；生理信號采集；研究現(xiàn)狀

近幾年來可穿戴產品成為市場上的熱門話題，可穿戴產品綜合運用了軟件應用、數(shù)據(jù)處理、觸感技術等來實現(xiàn)特定的功能，健康監(jiān)護服裝正是可穿戴產品中的重要分支。服裝作為與人體接觸最為密切的媒介，具有低生理、心理負荷的特點，是實現(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合成為了新的研究方向。健康監(jiān)護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。

隨著通信技術和醫(yī)學的進步，促進了無處不在的醫(yī)療保健，健康監(jiān)護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的限制，但在生理信號采集實現(xiàn)過程中必須克服一些障礙，例如，設備體積、無線傳輸、電極的日?；碗娫垂┠艿?。本文針對健康監(jiān)護服裝研發(fā)過程中涉及幾項關鍵技術進行了系統(tǒng)介紹。

1 健康監(jiān)護系統(tǒng)

在過去幾十年里，健康監(jiān)護系統(tǒng)吸引了科學界和工業(yè)界的大量關注，主要原因是健康監(jiān)護成本的增加、微傳感器設備的誕生，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)進步。這些健康監(jiān)護系統(tǒng)能夠由多種微型的生理傳感器、傳輸模塊和處理模塊構成，對健康、精神和活動狀態(tài)進行連續(xù)地監(jiān)測[2]。

健康監(jiān)護系統(tǒng)是一種面向用戶的以MCU為核心的應用電子儀器。在整個系統(tǒng)的研發(fā)過程中應遵循幾個原則： 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)關服務器等[3]。

2 無線傳輸

健康監(jiān)護服裝需要實現(xiàn)運動狀態(tài)下的生理信號采集，不可能一直通過有線鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸，因此采用最佳的無線傳輸方式顯得至關重要。無線傳輸涉及多個傳感器之間的無線通信和一個遠程數(shù)據(jù)采集點，例如一臺計算機就可以進行實時數(shù)據(jù)采集。在當今的移動世界中，遠程數(shù)據(jù)采集點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接收了這些信息，便可利用其便利性和流動性進行數(shù)據(jù)的儲存和傳輸[4]。沒有電線，且不受運動限制是無線傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點，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，因此不受卡口和線路的約束，目前已經有幾種統(tǒng)一的無線傳輸協(xié)議，并且廣泛普及；速率已經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；有很好的升級和擴展?jié)摿?。運用到健康監(jiān)護服裝中最常用的無線通信標準是IEEE 802.15.1 （藍牙）、 802.15.4 （Zigbee）、IrDA（紅外）、MICS和802.11g。

3 織物電極

健康監(jiān)護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，而且更易實現(xiàn)與服裝的結合。目前，各種類型的織物電極己經被開發(fā)出來，例如針織電極、刺繡電極、機織電極、導電布電極和有源電極等。將織物電極集成到健康監(jiān)護服裝上，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)護服裝是信息化和服裝相結合的產品，怎樣實現(xiàn)電子器件與服裝的無縫結合是迄今為止服裝設計領域面臨的最大難度。健康監(jiān)護服裝的設計過程中必須遵循產品輕、不顯眼、操作簡單、低成本的原則，且要做到功能設計、款式設計和色彩設計的三位一體，同時可以實現(xiàn)批量化生產。健康監(jiān)護服裝的加工中涉及到的一個最關鍵的問題就是電子元件與服裝的集成，即基于電子技術，將傳感、通訊等高科技手段應用于服裝中。電子元件必須為柔性和可拉伸的，在人體運動的影響下，這些嵌入服裝的電子設備能被拉伸、折疊、扭曲和弄皺，還可以和服裝一起洗滌。

健康監(jiān)護服裝需要長期直接與穿戴者皮膚接觸，因此對于此類產品在電磁輻射等方面的影響需要進行準確評估，并采取相應防護措施，簡單來說，健康監(jiān)護服裝需要經過一定的安全性評價，而標準是評定服裝安全與否的依據(jù)，但標準復雜多樣：對同一類服裝的國內外標準不一，不同的服裝品類又對應不同的標準，因此在健康監(jiān)護服裝的研發(fā)過程中要注意以標準維系的服裝安全系統(tǒng)的構建，以實現(xiàn)良性循環(huán)。目前在現(xiàn)有產品檢測方面，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 總結與展望

在過去的幾年中已經看到各種可穿戴設備的出現(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域之一，毫無置疑健康監(jiān)護服裝是醫(yī)療保健中重要的組成部分。在人口嚴重老齡化和心血管病人日益增加的背景下，健康監(jiān)護服裝的研發(fā)和推廣具有極大的經濟效益和社會效益，能夠為后續(xù)的醫(yī)療養(yǎng)老模式變革提供技術支持。

健康監(jiān)護服裝的研究中需要融合先進材料、電子信息、人體功效學、服裝設計和服裝加工及檢測等領域，是一個多學科交叉的產品。隨著柔性導電材料、柔性傳感器、低功耗電子電路集成技術、服裝加工技術及相關檢測技術和遠程醫(yī)療與健康監(jiān)護技術的發(fā)展，健康監(jiān)護服裝也會有新的突破。健康監(jiān)護服裝未來的發(fā)展方向：微型化、智能化、個性化。在實現(xiàn)生理信號采集的基礎上，可以像普通服裝一樣用于日常穿戴，也可以根據(jù)個人喜好進行個性化設計，還可以對其功能進行拓展改進。

參考文獻

[1] 岳蜀華，王美涵，郭飛等.可穿戴式無線心電監(jiān)測儀的研究現(xiàn)狀[J].生物醫(yī)學工程與臨床，2006，10（4）：262-266.

[2] A Pantelopoulos， G Bourbakis. Survey on Wearable Sensor-Based Systems for Health Monitoring and Prognosis[J]. IEEE Transactions on Systems Man & Cybernetics Part C Applications & Reviews， 2010，40（1）：1-12.

[3] 孟妍，鄭剛，戴敏，趙瑞.可穿戴心電信號采集與分析系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機科學，2015，42（10）.

[4] Krisjanis Nesenbergs， Leo Selavo. Smart textiles for wearable sensor networks： Review and early lessons[A]. IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications （MeMeA）， 2015，5.

[5] 嚴妮妮，張輝，鄧詠梅.可穿戴醫(yī)療監(jiān)護服裝研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 紡織學報，2015，36（6）：162-168.