孫新建

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人們不再僅關(guān)注衣食住行等基本需求，對(duì)健康的重視程度越來越高，開始尋找多種方式來保證身體健康，比如適當(dāng)?shù)捏w育鍛煉、保持良好的生活習(xí)慣、定期體檢等。但是，醫(yī)院體檢的程序較多，耗時(shí)又費(fèi)力，而且只能對(duì)體檢者當(dāng)時(shí)的身體狀況進(jìn)行評(píng)估，沒辦法監(jiān)測(cè)體檢者長(zhǎng)期、持續(xù)的身體狀態(tài)。近年來，心電監(jiān)測(cè)服裝成為智能紡織品領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)，可以對(duì)人體心電信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)生成心電圖對(duì)穿衣者的心臟情況進(jìn)行反饋，達(dá)到心臟監(jiān)測(cè)和示警的作用。紡織電極與傳統(tǒng)醫(yī)用電極相比具有非常大的優(yōu)勢(shì)，柔軟透氣、準(zhǔn)確及時(shí)，可以實(shí)時(shí)傳輸心電監(jiān)測(cè)信號(hào)，長(zhǎng)期接觸不會(huì)造成人體皮膚過敏或者潰爛現(xiàn)象。

1 紡織電極簡(jiǎn)介

1.1 常用材料

紡織電極是通過特殊方式將導(dǎo)電物質(zhì)放在纖維、紗線等紡織物表面，使衣物能將人體心臟產(chǎn)生的離子導(dǎo)電轉(zhuǎn)化為可以被檢測(cè)到的電子導(dǎo)電的一種器件。應(yīng)用較為廣泛的紡織電極材料有導(dǎo)電纖維、織物或者紗線等服裝材料。在紡織電極研究領(lǐng)域，有大批學(xué)者和專業(yè)人員進(jìn)行深入研究，比如有研究人員將鍍銀滌綸紗線作為材料，使用電路模擬法、氯化改性處理法、手工刺繡成型法等方式，將電鍍工藝和紡織工藝科學(xué)結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種比較柔軟的電極面料，對(duì)紡織電極靜態(tài)性能的評(píng)估也有了較大的進(jìn)步[1]。高校的研究團(tuán)隊(duì)將一些棉質(zhì)織物浸入含有吡咯單體和摻雜劑的水溶液中，然后在混合水溶液中加入氧化劑，使吡咯聚合到棉織物上形成導(dǎo)電織物，完成了聚吡咯/棉織物心電電極的制備和性能評(píng)價(jià)。為了開展織物材料與電極織物之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，相關(guān)學(xué)者將聚酰胺織物、聚酯織物和棉織物分別浸泡在聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）/聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）溶液中進(jìn)行化學(xué)改性，制成紡織電極，隨后將紡織電極放在內(nèi)衣織物中，完成心電信號(hào)監(jiān)測(cè)。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過多次水洗后，棉織物電極和聚酰胺織物電極獲得的心電信號(hào)質(zhì)量較高，聚酯織物電極獲得的心電信號(hào)較弱。

1.2 制備方法

紡織電極的分類較多，其中，按照成品的種類可以分為非織造布電極、機(jī)織類電極、3D打印電極和針織類電極4種。這些紡織電極比較普遍的應(yīng)用方法有3種。（1）在織物表面沉積導(dǎo)電金屬或?qū)щ姼呔畚?，形成紡織電極；（2）使用導(dǎo)電纖維或者在纖維中加入適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電粒子，隨后將纖維制成紡織電極；（3）通過縫紉手段將導(dǎo)電紗線制成衣物的一部分，使其發(fā)揮心電監(jiān)測(cè)的功能。相關(guān)學(xué)者為了提升紡織電極的質(zhì)量，使用3D打印技術(shù)制作出一種高精度的三維形態(tài)結(jié)構(gòu)，通過在這一結(jié)構(gòu)中先后濺射鈦層和金層，形成電極。研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種電極能與人體產(chǎn)生更密切的接觸，降低外部因素對(duì)心電信號(hào)的影響，提升心電監(jiān)測(cè)的精確度，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)低成本、快生產(chǎn)、高精度電極的重要手段。

2 紡織電極在心電監(jiān)測(cè)服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 紡織電極在健康監(jiān)測(cè)服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隨著我國(guó)人口老齡化程度不斷加深，老年人口占總?cè)丝诘谋壤絹碓礁?，老年群體的各項(xiàng)身體機(jī)能會(huì)出現(xiàn)或多或少的退化現(xiàn)象，引發(fā)各種各樣的基礎(chǔ)病。因此，監(jiān)測(cè)和反饋人體醫(yī)學(xué)信號(hào)對(duì)人體疾病的預(yù)防和預(yù)警具有非常重要的意義[2]。國(guó)際上研發(fā)出一款健康監(jiān)測(cè)內(nèi)衣，內(nèi)部有高分子樹脂的聚酯紡織電極，能對(duì)穿衣者的心臟肌肉活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。我國(guó)對(duì)紡織電極也有比較深入的研究，相關(guān)學(xué)者和研究團(tuán)隊(duì)使用Ag和AgCl這兩種材料制成紡織電極，與社會(huì)上的科技企業(yè)進(jìn)行合作，開發(fā)出我國(guó)首款心電監(jiān)測(cè)智能服飾。該服飾與人體緊密貼合，但是不會(huì)使人體皮膚出現(xiàn)過敏或者潰爛現(xiàn)象，而且清洗比較方便，可以使用洗衣機(jī)清洗，在心電監(jiān)測(cè)服裝領(lǐng)域獲得了廣泛的好評(píng)。

2.2 紡織電極在運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們的思想發(fā)生了很大的變化，為了保證身體健康，人們不僅會(huì)定期進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)，還會(huì)定期體檢來對(duì)疾病進(jìn)行預(yù)防和示警。但是，人們?cè)谶\(yùn)動(dòng)和鍛煉的過程中往往缺乏專業(yè)指導(dǎo)，對(duì)運(yùn)動(dòng)量無法進(jìn)行嚴(yán)密的把控，導(dǎo)致出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過量的現(xiàn)象。運(yùn)動(dòng)過量會(huì)導(dǎo)致人體出現(xiàn)肌肉、關(guān)節(jié)和韌帶損傷等問題，甚至?xí)a(chǎn)生比較嚴(yán)重的心臟負(fù)擔(dān)，在這種情況下，容易引發(fā)心血管疾病，對(duì)人體健康和生命安全造成不利影響。因此，相關(guān)研究領(lǐng)域加強(qiáng)對(duì)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的研究，對(duì)保障人體健康具有重要意義。聯(lián)想公司開發(fā)出一款智能心電衣，主要通過編織的方式，將12塊柔性織物電極織入心電衣中，這類產(chǎn)品可以對(duì)人體的基本特征進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不間斷地對(duì)人體心電信號(hào)進(jìn)行采集和分析，且采集和分析結(jié)果比較準(zhǔn)確。

2.3 紡織電極在其他監(jiān)測(cè)領(lǐng)域服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

紡織電極作為一種新技術(shù)，在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，比如健康監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)等。相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款無縫智能胎兒監(jiān)測(cè)服，將柔性導(dǎo)電紡織電極以編織的方式放入服裝中，主要作用是監(jiān)測(cè)孕婦和胎兒的生命信號(hào)，主要體征有孕婦的心率、胎兒的心率以及孕婦子宮內(nèi)的情況，這種監(jiān)測(cè)可以比較準(zhǔn)確地評(píng)估孕婦和胎兒的健康程度。當(dāng)前，市面上還存在一種監(jiān)測(cè)服裝，是將光纖材料植入衣服中，可以對(duì)穿衣者的心電信號(hào)、體溫、心率等特征進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外，這種監(jiān)測(cè)服裝還能發(fā)送危險(xiǎn)信號(hào)，相關(guān)部門會(huì)根據(jù)接收的信號(hào)判斷穿著者的受傷部位及受傷程度，及時(shí)制定科學(xué)有效的救援方案。

3 紡織電極在心電監(jiān)測(cè)服裝設(shè)計(jì)中存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 紡織電極在心電監(jiān)測(cè)服裝設(shè)計(jì)中存在的問題

紡織電極在心電監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，這種關(guān)鍵部件能推動(dòng)智能紡織品走向舒適化、小型化以及一體化，但是還存在一些問題需要完善和解決。首先，紡織電極與傳統(tǒng)的醫(yī)用電極在使用方面具有較大區(qū)別，紡織電極在使用時(shí)不需要用導(dǎo)電膠，雖然這種方式會(huì)避免人體皮膚出現(xiàn)敏感、潰爛現(xiàn)象，但是會(huì)導(dǎo)致電極與測(cè)試者的貼合度不高，如果穿衣者處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就會(huì)影響測(cè)試的質(zhì)量，導(dǎo)致測(cè)試信號(hào)中出現(xiàn)大量的噪聲，對(duì)心電測(cè)試的準(zhǔn)確性造成影響[3]。運(yùn)動(dòng)型的心電監(jiān)測(cè)服裝在設(shè)計(jì)和制作時(shí)一般會(huì)使用緊密貼合人體的材料，加大衣服與人體表面的接觸面積，但是如果衣服過緊，會(huì)影響服裝的舒適度。因此，在設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)心電監(jiān)測(cè)服裝時(shí)，需綜合考量人體與服裝的貼合度。其次，測(cè)試效果的可靠性還需要提升。對(duì)身體健康分析和運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)而言，最重要的環(huán)節(jié)就是要準(zhǔn)確接收心電信號(hào)。但是，當(dāng)前市面上的心電監(jiān)測(cè)產(chǎn)品只能監(jiān)測(cè)人體的靜態(tài)心電信號(hào)，當(dāng)人處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，心電信號(hào)的接收效果難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，這就需要在分析心電信息時(shí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行更細(xì)致的解析，對(duì)人體在不同狀態(tài)下的心電信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，降低運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)心電信號(hào)準(zhǔn)確性的影響。最后，紡織電極在心電監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不夠規(guī)范，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，心電監(jiān)測(cè)領(lǐng)域比較普遍的評(píng)價(jià)指標(biāo)是阻抗，但是這種指標(biāo)對(duì)紡織電極的質(zhì)量很難進(jìn)行全面的表達(dá)，不利于心電監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。因此，相關(guān)部門要不斷優(yōu)化和完善這一領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)[3]。

3.2 紡織電極在心電監(jiān)測(cè)服裝設(shè)計(jì)中的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，可穿戴設(shè)備在家庭自主監(jiān)護(hù)管理中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的可持續(xù)使用時(shí)間越來越長(zhǎng)，能監(jiān)測(cè)的生理參數(shù)也越來越完善，能充分發(fā)揮疾病預(yù)防和早期治療的作用。當(dāng)前，智能紡織品能監(jiān)測(cè)的疾病范圍也越來越廣，逐漸朝著心臟驟停、心肌梗塞等疾病的預(yù)防和術(shù)后恢復(fù)方向發(fā)展。智能紡織物通過對(duì)穿衣者生理信息和病理信息兩個(gè)方面的把握，能提供有針對(duì)性的應(yīng)急措施和治療方案，為后續(xù)的臨床治療工作提供有效的參考[4]。社會(huì)的發(fā)展使人們的健康觀念發(fā)生了很大的變化，人們對(duì)健康的關(guān)注程度和疾病的預(yù)防意識(shí)越來越強(qiáng)，使醫(yī)療儀器的類型逐漸朝著家用和個(gè)人的小型化發(fā)展。信息技術(shù)、集成電路等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展使相關(guān)研究領(lǐng)域提出了無線體域網(wǎng)系統(tǒng)這一概念，以人體為系統(tǒng)的中心，將個(gè)人電子設(shè)備作為基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò)，向用戶提供身體的實(shí)時(shí)參數(shù)，同時(shí)還能將信號(hào)傳遞給遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)器。這種智能服裝系統(tǒng)不僅能滿足人們?nèi)粘５拇┐餍枨?，還能實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、地點(diǎn)的人體生理信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。家庭監(jiān)護(hù)設(shè)備和智能紡織品的飛速發(fā)展使學(xué)者開始將監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用于醫(yī)療領(lǐng)域，加強(qiáng)了對(duì)疾病病理方面的監(jiān)護(hù)，紡織電極逐漸朝著促進(jìn)運(yùn)動(dòng)和疾病康復(fù)的方向發(fā)展。相關(guān)學(xué)者對(duì)心電監(jiān)測(cè)與紡織電極的研究越來越深入，有學(xué)者提出了一種用于高危心臟病患者的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)患者的生命體征進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)和分析，并提出有針對(duì)性的治療方案，為臨床醫(yī)生提供參考。有學(xué)者研發(fā)了一種適用于帕金森患者的可穿戴遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，收集和運(yùn)算患者的臨床病理數(shù)據(jù)，通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為患者提供有效的疾病治療和藥物服用參考。部分學(xué)者指出，慢性疾病嚴(yán)重影響了青少年的身心健康，比如癲癇患兒的死亡率是健康兒童的5倍左右，而且死亡原因主要是治療措施不到位。

4 結(jié)語

紡織電極能對(duì)人體進(jìn)行長(zhǎng)期和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)心電信號(hào)的監(jiān)測(cè)效果比較好，在心電監(jiān)測(cè)服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用比較廣泛，但是因?yàn)槠鸩捷^晚，還存在一些問題需要完善和解決。當(dāng)前，我國(guó)紡織電極的整體研究水平和技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定的差距，因此，我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域要對(duì)國(guó)外的優(yōu)秀研究成果進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)，不斷提升我國(guó)紡織電極的生產(chǎn)水平，提高我國(guó)心電監(jiān)測(cè)服裝產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。