可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

嚴(yán)妮妮，張 輝，鄧詠梅

(1.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡織學(xué)院，浙江 寧波 315211;2.西安工程大學(xué)服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，陜西 西安 710048)

可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

嚴(yán)妮妮1，2，張 輝1，鄧詠梅2

(1.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡織學(xué)院，浙江 寧波 315211;2.西安工程大學(xué)服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，陜西 西安 710048)

可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝可低負(fù)荷、長(zhǎng)期連續(xù)地獲取豐富的人體生理信息，從而達(dá)到疾病提前預(yù)防及治療的目的。綜述了醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝系統(tǒng)構(gòu)成、監(jiān)護(hù)服裝設(shè)計(jì)等方面的研究現(xiàn)狀;介紹了醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝系統(tǒng)的核心技術(shù)——穿戴式人體生理信號(hào)檢測(cè)技術(shù)、傳感技術(shù)、電子器件與服裝連接技術(shù)、信號(hào)處理及系統(tǒng)通訊等技術(shù)，并分析了其醫(yī)學(xué)應(yīng)用;總結(jié)及預(yù)測(cè)了可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝在設(shè)計(jì)研究和應(yīng)用中還有待解決的問(wèn)題，并展望了其發(fā)展前景。

可穿戴技術(shù);監(jiān)護(hù)服裝;服裝設(shè)計(jì);智能服裝

隨著社會(huì)的發(fā)展，老齡化成為一個(gè)全球性的問(wèn)題，由此而帶來(lái)的老年醫(yī)療健康問(wèn)題，成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)，這些疾病隨著人們生活方式的改變、環(huán)境的影響、專(zhuān)業(yè)醫(yī)療服務(wù)能力的相對(duì)薄弱而變愈加嚴(yán)重。這就勢(shì)必要求未來(lái)的醫(yī)療從醫(yī)院診療向健康監(jiān)護(hù)預(yù)防轉(zhuǎn)變［1－2］。醫(yī)療模式從診斷治療向日常監(jiān)護(hù)轉(zhuǎn)變的同時(shí)將促使小型醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備的出現(xiàn)，這些監(jiān)護(hù)設(shè)備具有日常家庭使用的特點(diǎn)，即可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備(Wearable Medical Devices)或稱(chēng)為便攜式醫(yī)療設(shè)備(Portable Medical Devices)［3］。

穿戴式醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備是指將醫(yī)療監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成在可穿戴系統(tǒng)上，即主要通過(guò)服裝及其附件而依附在人體上，既能實(shí)現(xiàn)穿戴物品的日常使用功能，又能實(shí)現(xiàn)人體生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到生理信息監(jiān)護(hù)與人體日常穿戴衣物、附件的無(wú)縫整合。多個(gè)研究小組通過(guò)將人體生理信號(hào)采集傳感器或者電極整合在可穿戴物件上，如衣服、腰帶、手表、手環(huán)、項(xiàng)鏈等，以獲取人體心電、呼吸、體溫、血壓、血氧、人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等重要生理參數(shù)［4－6］。而衣服作為與人體接觸最為密切的媒介，具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)，譬如舒適、輕薄、移動(dòng)性好、不具有視覺(jué)、接觸以及心理的排斥感，而且是日常必備物件，具有低生理、心理負(fù)荷的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)人體信號(hào)采集的最佳平臺(tái)。其大面積與人體接觸的特點(diǎn)也為獲取豐富的人體生理參數(shù)提供了可能。同時(shí)，其數(shù)據(jù)采集模式不會(huì)影響穿著者的日?；顒?dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，所以，服裝已成為可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備的最佳載體之一［7］。2014年美國(guó)消費(fèi)電子展(CES)上，可穿戴醫(yī)療產(chǎn)品成為本屆大會(huì)主角之一，眾多企業(yè)展示自己的最新產(chǎn)品。據(jù)預(yù)計(jì)，到2018年該市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)3倍。醫(yī)療健康領(lǐng)域呈現(xiàn)3大亮點(diǎn):用于健身的可穿戴技術(shù);社區(qū)家庭養(yǎng)老技術(shù);實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)。這些技術(shù)可幫助解決人口老齡化帶來(lái)的各種問(wèn)題，促進(jìn)健康醫(yī)療向以消費(fèi)者為中心的數(shù)字化轉(zhuǎn)型［8］。

1 穿戴醫(yī)療系統(tǒng)及發(fā)展現(xiàn)狀

通訊技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、電源系統(tǒng)、存儲(chǔ)技術(shù)以及材料技術(shù)的迅猛發(fā)展為可穿戴家庭及個(gè)人醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)(Wearble Health Monitoring Systems)的發(fā)展提供了諸多可能，也成為國(guó)內(nèi)外研究小組的研究熱點(diǎn)［9－11］。

穿戴式人體生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由以下功能模塊組成:穿戴式生理參數(shù)傳感(電極)系統(tǒng)、信號(hào)顯示與存儲(chǔ)系統(tǒng)、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息交互系統(tǒng)等。其中集成了生理信號(hào)獲取及傳輸系統(tǒng)的一體系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)信息的遠(yuǎn)程化可能，能夠達(dá)到與遠(yuǎn)程終端有線或者無(wú)線的信號(hào)傳輸［12］?？纱┐麽t(yī)療監(jiān)護(hù)服裝系統(tǒng)涵蓋了人體生理信號(hào)檢測(cè)技術(shù)、傳感技術(shù)、傳感器件與服裝集成技術(shù)、信號(hào)處理及系統(tǒng)通訊技術(shù)等技術(shù)模塊，是一門(mén)多學(xué)科交叉的技術(shù)領(lǐng)域。

1.1 穿戴式人體生理信號(hào)及檢測(cè)技術(shù)

心電、呼吸、體溫是人體生命體征的3大重要信號(hào)，在人體生理監(jiān)護(hù)中有極其重要的參考價(jià)值。準(zhǔn)確掌握生命體征的測(cè)量對(duì)確立護(hù)理診斷、明確護(hù)理目標(biāo)、為病人提供及時(shí)的護(hù)理服務(wù)具有十分重要的意義?？纱┐鞅O(jiān)護(hù)服裝將人體生理信號(hào)檢測(cè)技術(shù)與可穿戴服裝技術(shù)結(jié)合，通過(guò)在服裝中整合傳感器與電極等器件，以實(shí)現(xiàn)生理信號(hào)檢測(cè)的目的。隨著市場(chǎng)的需求及技術(shù)的發(fā)展，可穿戴醫(yī)療信息檢測(cè)將通過(guò)與日常用品的集成而實(shí)現(xiàn)家庭化、個(gè)人化，而其核心技術(shù)也將逐漸標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、小型化、多功能化和遠(yuǎn)程化［13］。

1.1.1 心電信號(hào)

心電圖(ECG)是反映心臟機(jī)能的一項(xiàng)重要生理指標(biāo)。心電信號(hào)是心臟心肌電位隨時(shí)間的變化曲線，由于人體系統(tǒng)為導(dǎo)體，所以，通過(guò)使用放置于人體皮膚表面的電極，就可將心肌生物電位變化曲線記錄下來(lái)，即為心電圖［14］。電極就成為將人體心臟產(chǎn)生的離子導(dǎo)電轉(zhuǎn)化為可用于外部檢測(cè)的電子導(dǎo)電器件。分析心電信號(hào)的時(shí)序和形態(tài)可幫助診斷心臟問(wèn)題。由于ECG信號(hào)屬于低頻低電壓信號(hào)，信號(hào)微弱，而且易受到外界因素的干擾，影響ECG信號(hào)的提取。其干擾因素包括人體本身原因(如肌肉電干擾，運(yùn)動(dòng)干擾)、電極方面的影響(包括電極表面電解質(zhì)狀態(tài)，接觸可靠性)以及外部的電磁波干擾等［14－15］。由于心電信號(hào)為矢量信號(hào)，因此，電極在人體表面的放置位置就顯得至關(guān)重要，將會(huì)影響心電信號(hào)的形狀。醫(yī)學(xué)上通常采用標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)連接模式，可從不同角度反映心臟活動(dòng)狀況;而用于家庭及個(gè)人的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀一般采用3導(dǎo)聯(lián)或5導(dǎo)聯(lián)就能夠滿足基本的心電測(cè)量，也適合日常使用，便攜式三導(dǎo)聯(lián)心電監(jiān)測(cè)方法如圖1所示。心電信號(hào)采集常使用傳統(tǒng)粘膠式一次性心電電極(Disposable Electrode)，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(shí)，為避免電極與皮膚之間的相對(duì)位移，在電極的邊緣使用了粘膠，這種方式很易造成皮膚過(guò)敏并且降低了電極使用的舒適性，因此，很難做到日?；褂谩４┐魇缴肀O(jiān)測(cè)系統(tǒng)要融入人們的日常生活，就必須采取無(wú)創(chuàng)的方式來(lái)獲取人體生理信號(hào)。近幾年，許多科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)集中在研究紡織結(jié)構(gòu)柔性電極。紡織結(jié)構(gòu)電極具有紡織品的柔軟性、舒適性、輕薄透氣性以及可水洗和循環(huán)使用的優(yōu)點(diǎn)，而且更易實(shí)現(xiàn)與服裝的結(jié)合［16－18］。

1.1.2 呼吸頻率

圖1 便攜式三導(dǎo)聯(lián)心電檢測(cè)Fig.1 Portable three-lead ECG detected

呼吸頻率是指人體在一定時(shí)間內(nèi)的吸氣與呼氣次數(shù)，它是人體體征的一個(gè)重要指標(biāo)，可反映多項(xiàng)重要生理信息，是人體3大重要生理參數(shù)之一。一個(gè)完整呼吸循環(huán)可通過(guò)人體胸腔的容積變化來(lái)判斷。呼吸頻率目前的監(jiān)測(cè)方法有口鼻氣流測(cè)試法、電阻抗體積掃描法、應(yīng)變式傳感器(壓力傳感器)測(cè)量法、呼吸感應(yīng)體積掃描法等［19－21］?？诒菤饬鳒y(cè)量是將溫度傳感器放置于呼吸管道上，人體呼、吸氣時(shí)產(chǎn)生的溫度變化會(huì)引起傳感器的電阻變化，用熱敏電阻式傳感器采樣信號(hào)的原理來(lái)測(cè)試(見(jiàn)圖2(a))。阻抗體積掃描法是指通過(guò)測(cè)試放置于胸腔區(qū)域的2～4個(gè)電極之間的人體阻抗隨呼吸過(guò)程的變化來(lái)反映人體的胸腔變化，從而測(cè)試呼吸頻率(氣體是電的不良導(dǎo)體，它會(huì)增加人體阻抗)(見(jiàn)圖2(b))。應(yīng)變式傳感器(壓力傳感器)的測(cè)試原理是隨著呼氣、吸氣的周期性變換，會(huì)產(chǎn)生呼吸管道以及胸腹部的周期性應(yīng)變，利用應(yīng)變傳感器來(lái)記錄胸腹表面的應(yīng)變量，以此來(lái)測(cè)定呼吸頻率(見(jiàn)圖2(c))呼吸感應(yīng)體積掃描法則采用電磁感應(yīng)的機(jī)制來(lái)反映呼吸變化，其原理是將2條呈“正弦”波形的導(dǎo)線放置于具有彈性服裝的胸前及腹部，采用Collpitts三點(diǎn)式震蕩電容電路，測(cè)量導(dǎo)線線圈橫截面的變化而引起線路的自感變化(見(jiàn)圖2(d))，從而得到呼吸頻率。以上4種方法中，口鼻氣流測(cè)量時(shí)傳感器需要放在鼻口，不易佩戴，也不易于集成在服裝中;阻抗體積掃描法不適合動(dòng)態(tài)條件下持續(xù)測(cè)量，易引入運(yùn)動(dòng)偽跡;應(yīng)變式傳感器和電感體積掃描法相對(duì)具有能夠獲取定量信息、靈敏準(zhǔn)確、抗運(yùn)動(dòng)干擾能力強(qiáng)、易于使用和低負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，適合動(dòng)態(tài)持續(xù)使用，是開(kāi)發(fā)可穿戴呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的首選方法。但是呼吸感應(yīng)體積掃描法具有與其他檢測(cè)量，諸如心電測(cè)試相互干擾的缺點(diǎn)。

圖2 呼吸頻率檢測(cè)方法Fig.2 Detection method of respiratory rate.(a)Oronasal airflow measurements;(b)Electrical impedance plethysmograph;(c)Strain sensor;(d)Inductive plethysmography

1.1.3 體溫

恒定的體溫是人體正常生命活動(dòng)的重要條件之一，體溫過(guò)高或過(guò)低都會(huì)危及生命，因此體溫在臨床上也是一個(gè)極為重要的生理參數(shù)。體溫測(cè)量常用諸如熱電偶、熱敏電阻、RTD、IC溫度等傳感器，通過(guò)直接測(cè)量口腔、腋下、直腸和耳朵等部位來(lái)測(cè)試溫度。溫度傳感器的集成技術(shù)目前比較先進(jìn)，穿戴式體溫傳感器一般采用熱敏電阻?？紤]到既要便于與服裝集成，又不影響穿著者日?；顒?dòng)，還能保證服裝的美觀性，因此，將溫度傳感器集成在服裝的腋窩處是最佳的選擇。

可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝系統(tǒng)采用三導(dǎo)聯(lián)心電檢測(cè)即可滿足基本的心電測(cè)量;胸腹呼吸頻率監(jiān)測(cè)有助于監(jiān)測(cè)呼吸系統(tǒng)及人體機(jī)能;熱敏電阻測(cè)量體表溫度可完美地與服裝集成，常用的傳感器及電極如圖 3和表 1 所示［19，22］。

表1 測(cè)量的人體生理信息及所用的傳感器Tab.1 Measurement of human physiological information and used sensor

1.2 傳感及電極技術(shù)

圖3 穿戴式生理參數(shù)傳感系統(tǒng)Fig.3 Wearable physiological parameters sensing system

醫(yī)學(xué)用傳感器是將人體生理信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用于測(cè)量電信號(hào)的裝置［19］，生理信號(hào)與測(cè)試得到的電信號(hào)之間的關(guān)系由傳感器的特性決定。傳感器與電極是醫(yī)學(xué)材料的核心部件，它為醫(yī)學(xué)診斷、治療提供原始數(shù)據(jù)。傳感器的發(fā)展隨著科技的進(jìn)展而突飛猛進(jìn)，其發(fā)展也將逐漸小型化、智能化、多功能化、遠(yuǎn)程化以及無(wú)創(chuàng)傷等［23］。目前可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝上大都采用新型材料傳感器，復(fù)合結(jié)構(gòu)封裝微型傳感器以及集信號(hào)采集與傳輸一體的集成傳感器。用于醫(yī)療服裝系統(tǒng)的電極、傳感器應(yīng)該具有柔性高和體積質(zhì)量小的特點(diǎn)，最好呈紡織結(jié)構(gòu)，這樣便于與服裝系統(tǒng)結(jié)合。因此，器件的微型化和柔性化發(fā)展也備受關(guān)注，發(fā)展的最終目標(biāo)就是智能服裝，即服裝自身具有傳感功能。目前國(guó)內(nèi)已有多個(gè)從事智能紡織結(jié)構(gòu)電極與傳感器的研究［24－26］，紡織結(jié)構(gòu)電極和傳感器穿著舒適，能夠保證長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試的需要，也可很好地與服裝集成。隨著材料科技的發(fā)展，紡織結(jié)構(gòu)可穿著的穿戴式系統(tǒng)將是可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。諸如EAP(電話性聚合物，Electroactive Polymers)有機(jī)材料，具有對(duì)外界電刺激表現(xiàn)出尺寸變化的特性，以其為材料而制得的相應(yīng)傳感器或者電子器件，可用于穿戴系統(tǒng)中［27］。表2列出了電子織物可監(jiān)測(cè)的主要生理信號(hào)或變量，監(jiān)測(cè)所需的傳感裝置和電子織物中的執(zhí)行元件。從表2中可看出，采用EAP材料的紡織纖維可制作壓阻和壓電傳感器等裝置，用來(lái)監(jiān)測(cè)人體多個(gè)生理信號(hào)或變量。

表2 電子織物可監(jiān)測(cè)執(zhí)行元件Tab.2 Monitoring in e-textile with their fabric implementation

1.3 電子器件與服裝集成技術(shù)

醫(yī)療監(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(wú)縫結(jié)合是迄今為止服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域面臨的最大難題［28］。由于目前電子器件的微型化和柔性化工藝不能夠讓人無(wú)法察覺(jué)，因此作為服裝的一部分，必須考慮其服裝的特性，盡量減少連線，合理優(yōu)化布局，避免造成穿著者負(fù)擔(dān)。心電、呼吸頻率、溫度等傳感器應(yīng)根據(jù)生理信號(hào)的檢測(cè)原理準(zhǔn)確放置于人體相應(yīng)的檢測(cè)位置上，信息處理模塊在設(shè)計(jì)和放置時(shí)應(yīng)考慮人體的可穿戴面積，選擇成年人體之間差異不大、運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)固定及承載表面積較大的區(qū)域，盡量減少用戶負(fù)擔(dān)。

柔性連接將成為可穿戴系統(tǒng)需要繼續(xù)解決的問(wèn)題之一，由于電極器件與柔性面料之間的剛度、材料性質(zhì)差異，將造成連接之間的難題［29］。只有將服裝和電子器件模塊進(jìn)行有效連接，才能實(shí)現(xiàn)功能服裝應(yīng)該具有的功能。焊接、訂合、黏合、縫合、可拆卸等方式都能夠?qū)崿F(xiàn)電子器件與服裝之間的鏈接。但采用拆卸式是目前剛性電子器件模塊和柔性服裝之間較為理想的連接方式，通過(guò)可拆卸的外部連接，能夠保證服裝的穿著舒適性、連接可靠性及可洗滌等性能。一般常采用附加袋、拉鏈、紐扣、掛鉤、搭扣等來(lái)實(shí)現(xiàn)，既能夠保證監(jiān)護(hù)服裝的柔軟舒適性，又能保證服裝的耐用性。目前應(yīng)用較多的可拆卸方式則是通過(guò)內(nèi)置有接口的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)連接，該方式連接牢固、不影響穿用、可拆卸、美觀大方。

電子器件與服裝之間的信號(hào)傳輸也是可穿戴電子服裝發(fā)展的一個(gè)挑戰(zhàn)和難點(diǎn)［30－32］。電子器件與服裝之間的信號(hào)常采用有線與無(wú)線的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸，由于信號(hào)干擾及電源續(xù)航原因，無(wú)線傳輸還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，從而使得有線傳輸造成對(duì)人體日?；顒?dòng)的干擾，一方面其質(zhì)量和形狀會(huì)對(duì)人體活動(dòng)造成一定的束縛，另一方面人體活動(dòng)會(huì)擠壓、拉扯、扭曲導(dǎo)線，造成信號(hào)檢測(cè)的不穩(wěn)定性。目前有以下5種解決方法:1)將功能模塊的電子芯片通過(guò)紡織的方法置于面料內(nèi)部;2)將電子元件與高分子材料進(jìn)行柔性集成，然后與面料進(jìn)行復(fù)合，從而實(shí)現(xiàn)集成的功能;3)通過(guò)微型電子嵌入式技術(shù)，將電子元件直接嵌入到面料中;4)采用纖維基的電子芯片包裹技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電子元件的纖維基封裝，實(shí)現(xiàn)功能化電子纖維;5)采用面料復(fù)合技術(shù)，諸如涂層、層合、印花等技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能化，達(dá)到信息的采集、傳輸?shù)裙δ埽?3］。

隨著科技的發(fā)展，電極或傳感器與服裝連接技術(shù)的微型化、集成化和無(wú)線化發(fā)展能夠很好的解決上述關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

1.4 信號(hào)處理及系統(tǒng)通信技術(shù)

生理信號(hào)處理是監(jiān)護(hù)服裝的核心功能之一。具體是把傳感器得到的生理信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化、轉(zhuǎn)換、選擇、分類(lèi)整理等步驟轉(zhuǎn)換成能夠顯示的信號(hào)，信號(hào)處理過(guò)程如圖4所示。處理過(guò)的信號(hào)再經(jīng)有線或無(wú)線(藍(lán)牙、紅外、RF射頻、GPRS及類(lèi)似的CDMA)傳輸?shù)揭苿?dòng)設(shè)備或者電腦等移動(dòng)設(shè)備上［33－34］，其中掌上電腦和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)是2種最流行的信號(hào)處理器。

圖4 監(jiān)護(hù)服裝信息處理過(guò)程Fig.4 Monitoring garment information processing

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸也將逐漸無(wú)線化和集成化。集成于服裝上的各種傳感器及電極，如果采用無(wú)線信號(hào)傳輸，將極大地減少導(dǎo)線的使用，而且對(duì)信號(hào)端口進(jìn)行集中整合，使得測(cè)試更加方便、靈活，而且端口還可進(jìn)行擴(kuò)展，為以后的功能添加提供可能。

2 監(jiān)護(hù)服裝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于穿戴式監(jiān)護(hù)服裝的研究主要還處于實(shí)驗(yàn)室階段，大多數(shù)監(jiān)護(hù)服裝的研究都是將傳感器與服裝“機(jī)械”地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)服裝在線連續(xù)監(jiān)測(cè)、分析、處理及顯示人體生理信息的功能。整個(gè)穿戴監(jiān)護(hù)由于其器件選用、聯(lián)接方式、電源等原因，還呈現(xiàn)出龐大、功能差、用戶體驗(yàn)差、消費(fèi)者接受度低、價(jià)格高等缺點(diǎn)［35］。還不能夠改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的穿戴觀念，應(yīng)用范圍也因此受到很大限制。該研究領(lǐng)域還沒(méi)有系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化，研究人員來(lái)自不同的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，在電子工程、醫(yī)學(xué)及材料等方面的研究較多，因此，在服裝方面，對(duì)于監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的穿戴性能研究方面還存在一定的不足，這就需要相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业拈L(zhǎng)期配合才能形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)規(guī)律。而且醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝的功能、安全性等綜合性能的評(píng)估還不夠完善，還要經(jīng)過(guò)很多的臨床實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，才能確定是否能夠按照一般的醫(yī)療儀器標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)。隨著醫(yī)療服裝的商業(yè)化發(fā)展，普通家庭的健康監(jiān)護(hù)必定會(huì)成為主流趨勢(shì)。因此，醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝設(shè)計(jì)應(yīng)該面向普通消費(fèi)者的日常需求，并考慮人體工學(xué)、服裝舒適性、安全性、美觀性等因素，完善并評(píng)估監(jiān)護(hù)服裝的設(shè)計(jì)［36］。雖然產(chǎn)品已經(jīng)相對(duì)成熟，但仍有以下問(wèn)題亟待解決:

1)可穿戴性能。包括服裝的外觀、整體的重量和分布、是否易于穿脫及舒適、監(jiān)測(cè)時(shí)的抗干擾能力等，會(huì)影響穿著者長(zhǎng)期穿著的舒適性和耐疲勞程度。

2)測(cè)試可靠性。由于服裝監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具有長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，因此必須考慮日?；顒?dòng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，以保證信號(hào)測(cè)試的可靠性。

3)耐久性(服用性能)。集成了電子設(shè)備的監(jiān)護(hù)服裝需要具備一定的物理性能，如耐水洗性、抗彎曲、拉伸、撕裂、耐磨、防水和吸濕透氣等服用性能，以應(yīng)對(duì)不同的環(huán)境。

4)安全性。由于可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝是長(zhǎng)期穿著、與人體近距離接觸的電子產(chǎn)品，因此必須對(duì)電磁輻射及熱量等因素對(duì)人體造成的危害進(jìn)行評(píng)估，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

5)美觀性。包括服裝結(jié)構(gòu)和外觀設(shè)計(jì)是否能夠被消費(fèi)者所接受并且具有一定的美感等。傳感器與服裝相結(jié)合會(huì)影響服裝整體的效果，因此，將傳感元件合理分布，達(dá)到服裝設(shè)計(jì)的美感將是服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)進(jìn)一步思考的方向。

3 前景展望

傳感器與服裝結(jié)合的醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝是多學(xué)科交叉的產(chǎn)品，主要涉及電子信息、人體功效、材料學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)和服裝設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，需要由這方面的研究專(zhuān)家共同合作來(lái)完成。服裝設(shè)計(jì)師最終要完成生理信號(hào)采集的傳感器與服裝的結(jié)合，因此，在服裝的外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有創(chuàng)新性。監(jiān)護(hù)服裝設(shè)計(jì)人體工學(xué)方面的考慮主要是要保證動(dòng)態(tài)條件下傳感器在服裝中的位置盡量不要移動(dòng)、服裝上的傳感器要與皮膚合理接觸以及傳感器在服裝中的集成技術(shù)研究［37］。可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝發(fā)展前景如下:

1)基于人體工效學(xué)的服裝款式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。電極及傳感器的柔性化發(fā)展為醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝的發(fā)展提供了可能。然而，人體日常生活會(huì)產(chǎn)生肢體移動(dòng)，造成柔性電極、傳感器與服裝相對(duì)位置移動(dòng)和接觸壓力的變化，這種變化將會(huì)影響到信息的檢測(cè)和判斷以及穿著時(shí)的舒適性。因此，應(yīng)加快對(duì)監(jiān)護(hù)服裝與皮膚之間的動(dòng)態(tài)作用研究，提高監(jiān)護(hù)服裝的可靠性及穿著舒適性，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2)三維人體掃描及監(jiān)護(hù)服的量身定制。人體生理信息監(jiān)測(cè)時(shí)要求傳感器要與人體有很好的接觸，這就要求集成了傳感器的醫(yī)療監(jiān)護(hù)服裝必須是量身裁剪的，否則將達(dá)不到監(jiān)護(hù)服應(yīng)具有的功能。因此，必須加快對(duì)人體三維掃描系統(tǒng)的研究，建立人體三維形態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)服的量身定制。

3)紡織傳感器。目前可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備上使用的傳感器大都采用傳統(tǒng)傳感器與服裝的簡(jiǎn)單物理結(jié)合，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的集成，采用紡織結(jié)構(gòu)傳感器將實(shí)現(xiàn)服裝功能與傳感功能的一體化。

4)服裝加工技術(shù)。目前的監(jiān)護(hù)服中由于集成了復(fù)雜的電子模塊，還只能夠在實(shí)驗(yàn)室中加工實(shí)現(xiàn)，如何能實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)服裝量產(chǎn)，將是未來(lái)商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。在服裝加工技術(shù)上，既要考慮服裝的一般要求，又要考慮采用不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)服裝作為一個(gè)特殊的硬件平臺(tái)，為硬件提供一個(gè)好的集成環(huán)境，同時(shí)又不破壞織物的一些基本性能。

5)織物結(jié)構(gòu)電路?？纱┐麽t(yī)療監(jiān)護(hù)服裝的最佳模式是既實(shí)現(xiàn)穿戴功能，又實(shí)現(xiàn)醫(yī)療監(jiān)護(hù)功能，即紡織品自身具有傳感功能，也就是我們所稱(chēng)的紡織結(jié)構(gòu)傳感器或者電極。所以，將集成電路紡織化將成為智能紡織發(fā)展的一個(gè)重要方向，也為可穿戴醫(yī)療提供了可能，同時(shí)，未來(lái)將嘗試將電源、信號(hào)處理元件與顯示元件的紡織化，實(shí)現(xiàn)了電子元件與服裝系統(tǒng)的完美整合。

［1］ Online Computer Library Cente， Inc. History of OCLC［EB/OL］.［2014 －10 －08］.http://www.techex.com/equipment/medical/news/0364102.

［2］ 滕曉菲，張?jiān)?移動(dòng)醫(yī)療.:穿戴式醫(yī)療儀器的發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)醫(yī)療器械雜志，2006，30(5):330－340.TENG Xiaofei， ZHANG Yuanting. Mobilemedical treatment:the development trend of wearable medical instrument［J］. Chinese Journal of Medical Instrumentation，2006，30(5):330－340.

［3］ SALDITT P.Trends in medical device design and manufacturing［J］.Journal of SMT，2004，17(3):19 －24.

［4］ FENSLI R，GNNARSON E，HEJLESEN O.A wireless ECG system for continuous event recording andcommunication to a clinical alarm station［J］.Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc，2004(3):2208 －2211.

［5］ MARTIN T，JOVANOV E，RASKOVIC D.Issues in wearable computing for medical monitoring applications:a case study of a wearable ECG monitoring device［J］.ISWC，2000(5):43－49.

［6］ PARK S，JAYARAMAN S.Enhancing the quality of life through wearable technology［J］.IEEE-EMBM，2000，22(3):41－48.

［7］ 鮑淑娣，張?jiān)?遠(yuǎn)程醫(yī)療:穿戴式生物醫(yī)療儀器［J］.中國(guó)醫(yī)療器械信息，2004(5):13－47.BAO Shudi，ZHANG Yuanting.Telemedicine:wearable biomedical devices［J］.Chinese Medical Devices Information，2004(5):13 －47.

［8］ Online Computer Library Cente， Inc， History of OCLC［EB/OL］.［2014－10－08］.http://news.hc3i.cn/art/201401/28266.htm.

［9］ PANTELOPOULOS A，BOURBAKIS N G.A Survey on wearable sensor-based systems for health monitoring and prognosis［J］.IEEE Trans on Systems，Man，and Cybernetics:Part C:Applications and Reviews，2001，40(1):1－12.

［10］ HABETHA J.The My Heartproject － fighting cardiovascular diseases by prevention and early diagnosis［C］//The 28th Annual International Conference of the IEEE EMBS，2006:6746 －6749.

［11］ HEILMAN K J，PORGES S W. Accuracy of the Lifeshirt(vivometrics)in the detection of cardiac rhythms［J］.Biol Psychol，2007(3):300－305.

［12］ 黃家祺，盧家賓.穿戴式監(jiān)護(hù)儀概述［J］.科技資訊，2012，22:248 －250.HUANG Jiaqi，LU Jiabin.Summary of the wearable Monitor ［J］.Science and Technology Information，2012，22:248－250.

［13］ 汪朝紅，吳凱，吳效明.穿戴式生理檢測(cè)技術(shù)的研究及應(yīng)用［J］.中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)，2007，22:4384－4387.WANG Chaohong，WU Kai，WU Xiaoming.Research and application of wearable physiological detection technology［J］.Chinese Journal of the Tissue Engineering Research，2007，22:4384 －4387.

［14］ 蔡建新，張唯真.生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)［M］.北京:北京大學(xué)出版社，1997:8.CAI Jianxin， ZHANG Weizhen. Biomedical Electronics［M］.Beijing:Peking University Press，1997:8.

［15］ 武文君.多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀質(zhì)量控制檢測(cè)技術(shù)［M］.北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2010:14－29.WU Wenjun.Multi-Parameter Monitor Quality Control Testing Technology［M］.Beijing:China Metrology Press，2010:14 －29.

［16］ 郭勁松，鄧親愷.可穿戴式心電呼吸傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)的研制［J］.中國(guó)醫(yī)療器械雜志，2006(5):341－344.GUO Jinsong，DENG Qinkai.The design of a wearable ECG and respiration sensor vest and its monitoring system［J］.Chinese Journal of Medical Instrumentation，2006(5):341－344.

［17］ 劉光達(dá)，郭維，李肅義，等.穿戴式人體參數(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(3):771－775.LIU Guangda，GUO WEI，LI Suyi，et al.Wearable system for continuouly physiological parameters monitoring［J］.Journal of Jilin University，2011(3):771－775.

［18］ 翟紅藝，王春民，張晶，等.基于織物電極的心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，30(2):186 －192.ZHAI Hongyi，WANG Chunmin，ZHANG Jing，et al.ECG monitoring system based on textile electrodes［J］.Journal of Jilin University，2012，30(2):186 －192.

［19］ 王明時(shí)，關(guān)曉光，張春文.醫(yī)用傳感器與人體信息檢測(cè)［M］.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，1987:2－3.WANG Mingshi，GUAN Xiaoguang，ZHANG Chunwen.Medical Sensors and Human Information Detection［M］Tianjin:Tianjin Science and Technology Press，1987:2－3.

［20］ ANNALISA B，DANILO D R.Wearable Monitoring Systems［M］.New York:Verlag Inc，2010:3 －10.

［21］ 張政波，畢亞瓊，俞夢(mèng)孫，等.穿戴式呼吸感應(yīng)體積描記用于睡眠呼吸事件檢測(cè)［J］.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2008(2):318－322.ZHANG Zhengbo，BI Yaqiong，YU Mengsun，et al.Detecting sleep apnea/hypopnea events with a wearable respiratory inductive plethysmograph system［J］.Journal of Biomedical Engineering，2008(2):318 －322.

［22］ 張政波，俞夢(mèng)孫，趙顯亮，等.穿戴式多參數(shù)協(xié)同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程，2008，21(2):66－69.ZHANG Zhengbo，YU Mengsun，ZHAO Xianliang，et al.Collaborative wearable multi-parameter monitoring system design［J］.Journal of Aerospace Medicine and Medical Engineering，2008，21(2):66 －69.

［23］ 王明時(shí)，高偉，李寧，等.醫(yī)用傳感器的發(fā)展［J］.中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)，2005(6):668－671.WANG Mingshi， GAO Wei， LINing， et al.Development of medical sensor［J］.Chinese Journal of Biomedical Engineering，2005(6):668 －671.

［24］ ZHANG Hui，TAO Xiaoming.A single-layer stitched electrotextile as flexible pressure mapping sensor［J］.Journal of The Textile Institute，2013，103(11):1151 －1159.

［25］ ZHANG Hui，TAO Xiaoming.From wearable to aware:Intrinsically conductive electrotextiles for human strain/stress sensing［J］.IEEE-EMBS International Conference on Biomedical and Health Informatics (BHI)，2012(2):468－471.

［26］ ZHANG Hui，TAO Xiaoming，LI Weiru，et al.Textile structured human body surface biopotentialsignal acquisition electrode［J］.IEEE 4th International Congress on Image and Signal Processing，2011(6):2792－2797.

［27］ CARPI F，ROSSI D D.Electroactive polymer-based devices for e-textiles in biomedicine［J］.IEEE Trans on Information Technology in iomedicine，2005，9(3):295－318.

［28］ MARTIN T，JONES M，JOSH E，et al.Towards a design fame work for wearable electronic textiles ［J］.ISWC，2003(11):1－11.

［29］ 張龍女，王云儀.電子服裝技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)［J］.紡織導(dǎo)報(bào)，2013(1):92－93.ZHANG Longnv，WANG Yunyü.Characteristics and trends in electronics clothing technology［J］.China Textile Leader，2013(1):92 －93.

［30］ 肖紅，周宏.信息化服裝關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)途徑探討［C］//第八屆功能性紡織品及納米技術(shù)研討會(huì)論文集.北京:北京紡織工程學(xué)會(huì)，2008:4.XIAO Hong，ZHOU Hong.Apparel critical information technology and its implementation approaches［C］//The 8th Conference on Functional Textiles and Annometer Technology.Beijing:Beijing Institute of Textile Engineering，2008:4.

［31］ ADHAN W.IT evolution at infineon［J］.Textile Month，2002(7):24－25.

［32］ 常麗霞.電子服裝的研究與發(fā)展［J］.針織工業(yè)，2005(1):53－56 CHANG Lixia.Research and development of electronic clothing［J］.Knitting Industries，2005(1):53 －56.

［33］ 鞏繼賢.智能服裝的現(xiàn)狀及展望［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2004(l):47－49.GONG Jixian.The present situation and outlook of smart clothing［J］.Advanced Textile Technology，2004(1):47－49.

［34］ BARRY G. SILVERMAN， AHLESHA J， et al.Intelligent Paradigms for Heal thcare Enterprises :Systems Thinking［M］.Netherlands:Springer-verlag Berlin and Heidelberg，2005:35－50.

［35］ 肖居霞.智能服裝:21世紀(jì)服裝行業(yè)發(fā)展引擎［J］.陜西紡織，2003(3):25－26 XIAO Juxia.Smart clothing:the engine of clothing industry development in 21st century［J］.Shanxi Textile，2003(3):25－26.

［36］ 田苗，李俊.智能服裝的設(shè)計(jì)模式與發(fā)展趨勢(shì)［J］.紡織學(xué)報(bào)，2014，35(2):109 －115.TIAN Miao，LI Jun.Design pattern and development trend of intelligent clothing［J］.Journal of Textile Research，2014，35(2):109 －115.

［37］ DUNNE L E.The design of wearable technology:addressing the human-device interface through functional apparel design［D］.Ithaca:Cornell University，2004:25－38.

Research progress and development trend of wearable medical monitoring clothing

YAN Nini1，2，ZHANG Hui1，DENG Yongmei2
(1.School of Textiles，Zhejiang Fashion Institute of Technology，Ningbo，Zhejiang 315211，China;2.Apparel＆ Art Design College，Xi'an Polytechnic University，Xi'an，Shaanxi 710048，China)

Wearable medical monitoring clothing can continuously acquire human physiological information with low load for long term，so as to achieve the purpose of early disease prevention and treatment.In this paper，the research progress of wearable medical monitoring clothing components and design of medical monitoring clothing system are reviewed.The key technologies such as wearable human physiological signal detection technology，sensing technology，integration technology of electronics and clothing，signal processing and communication system are introduced. Meanwhile， the medical applications are also introduced.Finally the main problems of wearable medical system are also analyzed and listed.

wearable technology;medical monitoring clothing;clothing design;intelligent clothing

R 443.8

A

10.13475/j.fzxb.20140400707

2014－04－02

2014－10－16

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(51303157);寧波自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2013A610079);寧波市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目(2012B82014);西安工程大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(BS0907)

嚴(yán)妮妮(1989—)女，碩士生。主要研究方向?yàn)榉b功能性與舒適性。張輝，通信作者，E-mail:zhanghuinb@gmail.com。