健康监护服装的研究与展望

胡瑶+梁丽君+李津

（天津工业大学 纺织学院 天津 300387）

摘 要：健康监护服装能够长期监控人体的生理信号，并将采集到的数据保存并及时反馈给医疗机构，能够大幅度提高人民的生活质量，尤其是老年人的生活质量。文章介绍了健康监护服装的研究现状，针对健康监护服装研发过程中设计的关键技术进行说明，并对其未来发展进行了展望。

关键词：健康监护服装；生理信号采集；研究现状

近几年来可穿戴产品成为市场上的热门话题，可穿戴产品综合运用了软件应用、数据处理、触感技术等来实现特定的功能，健康监护服装正是可穿戴产品中的重要分支。服装作为与人体接触最为密切的媒介，具有低生理、心理负荷的特点，是实现生理信号（心电、呼吸、体温、精神状态等）采集的最佳平台[1]，因而将生理信号采集与服装相结合成为了新的研究方向。健康监护服装能够通过对穿戴者长期生理信息的趋势分析，及早发现问题，以防止急性事件和慢性心血管疾病的发生。

随着通信技术和医学的进步，促进了无处不在的医疗保健，健康监护服装使生理信号得以连续监测，帮助人们监管自己的健康且不受时间和地点的限制，但在生理信号采集实现过程中必须克服一些障碍，例如，设备体积、无线传输、电极的日常化和电源供能等。本文针对健康监护服装研发过程中涉及几项关键技术进行了系统介绍。

1 健康监护系统

在过去几十年里，健康监护系统吸引了科学界和工业界的大量关注，主要原因是健康监护成本的增加、微传感器设备的诞生，以及智能纺织品、微电子、无线通讯和可穿传感器基系统的连续进步。这些健康监护系统能够由多种微型的生理传感器、传输模块和处理模块构成，对健康、精神和活动状态进行连续地监测[2]。

健康监护系统是一种面向用户的以MCU为核心的应用电子仪器。在整个系统的研发过程中应遵循几个原则： 连续性原则、低功耗原则、可靠性原则、安全性原则、一键操作原则、舒适性原则。目前健康监护系统主要由以下功能模块组成：生理信号采集系统、信号处理分析系统、信号储存系统、GPS定位系统、电源系统、无线传输模块以及网关服务器等[3]。

2 无线传输

健康监护服装需要实现运动状态下的生理信号采集，不可能一直通过有线链路进行数据传输，因此采用最佳的无线传输方式显得至关重要。无线传输涉及多个传感器之间的无线通信和一个远程数据采集点，例如一台计算机就可以进行实时数据采集。在当今的移动世界中，远程数据采集点必然选择是一个移动电话。移动电话具备处理生理监测数据的能力和数据连接传输的能力，一旦手机接收了这些信息，便可利用其便利性和流动性进行数据的储存和传输[4]。没有电线，且不受运动限制是无线传输的主要优点，而且由于其易于使用，增加了患者的依从性。无线传输不需要线缆作为介质，因此不受卡口和线路的约束，目前已经有几种统一的无线传输协议，并且广泛普及；速率已经接近并超越部分有线传输方式；系统功耗可满足长时间的使用；有很好的升级和扩展潜力。运用到健康监护服装中最常用的无线通信标准是IEEE 802.15.1 （蓝牙）、 802.15.4 （Zigbee）、IrDA（红外）、MICS和802.11g。

3 织物电极

健康监护服装的生理信号采集离不开电极的使用，传统生理数据采集一般采用传统粘胶式一次性电极，这种电极为降低与皮肤之间的阻抗而使用了导电胶，同时为了避免电极与皮肤之间的相对位移，在电极的边缘使用了粘胶，这种方式很易造成皮肤过敏并且降低了电极使用的舒适性，因此，很难做到日常化使用[5]。健康监护服装要融入到人们的日常生活，就必须采取无创的方式来获取人体的生理信号。

织物电极具有纺织品的柔软性、舒适性和轻薄透气性，又可水洗和循环使用，而且更易实现与服装的结合。目前，各种类型的织物电极己经被开发出来，例如针织电极、刺绣电极、机织电极、导电布电极和有源电极等。将织物电极集成到健康监护服装上，可以避免一次性电极对人体带来的伤害。

4 服装加工及安全检测

健康监护服装是信息化和服装相结合的产品，怎样实现电子器件与服装的无缝结合是迄今为止服装设计领域面临的最大难度。健康监护服装的设计过程中必须遵循产品轻、不显眼、操作简单、低成本的原则，且要做到功能设计、款式设计和色彩设计的三位一体，同时可以实现批量化生产。健康监护服装的加工中涉及到的一个最关键的问题就是电子元件与服装的集成，即基于电子技术，将传感、通讯等高科技手段应用于服装中。电子元件必须为柔性和可拉伸的，在人体运动的影响下，这些嵌入服装的电子设备能被拉伸、折叠、扭曲和弄皱，还可以和服装一起洗涤。

健康监护服装需要长期直接与穿戴者皮肤接触，因此对于此类产品在电磁辐射等方面的影响需要进行准确评估，并采取相应防护措施，简单来说，健康监护服装需要经过一定的安全性评价，而标准是评定服装安全与否的依据，但标准复杂多样：对同一类服装的国内外标准不一，不同的服装品类又对应不同的标准，因此在健康监护服装的研发过程中要注意以标准维系的服装安全系统的构建，以实现良性循环。目前在现有产品检测方面，并没有行之有效的方法，还需要在后续的研究中不断探索。

5 总结与展望

在过去的几年中已经看到各种可穿戴设备的出现和快速成长，如智能手表、手环、戒指、眼镜、首饰和服装等。虽然可穿戴器件具有广泛的使用范围，但医疗保健是最有前途的领域之一，毫无置疑健康监护服装是医疗保健中重要的组成部分。在人口严重老龄化和心血管病人日益增加的背景下，健康监护服装的研发和推广具有极大的经济效益和社会效益，能够为后续的医疗养老模式变革提供技术支持。

健康监护服装的研究中需要融合先进材料、电子信息、人体功效学、服装设计和服装加工及检测等领域，是一个多学科交叉的产品。随着柔性导电材料、柔性传感器、低功耗电子电路集成技术、服装加工技术及相关检测技术和远程医疗与健康监护技术的发展，健康监护服装也会有新的突破。健康监护服装未来的发展方向：微型化、智能化、个性化。在实现生理信号采集的基础上，可以像普通服装一样用于日常穿戴，也可以根据个人喜好进行个性化设计，还可以对其功能进行拓展改进。

参考文献

[1] 岳蜀华，王美涵，郭飞等.可穿戴式无线心电监测仪的研究现状[J].生物医学工程与临床，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，鄭刚，戴敏，赵瑞.可穿戴心电信号采集与分析系统的设计与实现[J].计算机科学，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] 严妮妮，张辉，邓咏梅.可穿戴医疗监护服装研究现状与发展趋势[J]. 纺织学报，2015，36（6）：162-168.