心電監測技術在監測與健康護理服裝設計中的應用

程浩南

（1.江西服裝學院，江西 南昌330201；2.江西省現代服裝工程技術研究中心，江西 南昌330201）

心電監測技術在監測與健康護理服裝設計中的應用

程浩南1,2

（1.江西服裝學院，江西 南昌330201；2.江西省現代服裝工程技術研究中心，江西 南昌330201）

首先對心電監測技術的發展進行了簡單的概括，然后詳細展示該監測技術在國內外監測與健康護理服裝設計中的應用。通過總結得到：心電監測技術與服裝設計相結合，通過對人體心電信號的有效監測，較好地實現對人體靜態生理參數的記錄，但在人體進行活動時，心電信號的監測將受到較大的干擾，同時，該類監測與健康護理服裝中含有電子測試元件，其產生的電磁輻射和熱量需要在設計中進行有效的防護。除此之外，將心電監測技術應用到服裝設計過程中涉及交叉學科，相關的測試缺乏統一標準，需要對相關標準進行制定和完善。

心電監測技術；服裝設計；服用性能；測試標準

近年來，人口老齡化已經成為了一個全球性現象，人類的健康觀念、健康方式以及監測健康狀況的途徑也在相應發生著深刻的變化。特別是各種心血管疾病已經成為導致老齡人死亡率最高的疾病，是威脅老年人健康的第一殺手[1]。由于定期常規體檢已經無法有效地預防這類疾病，人們更希望在不影響日常工作和生活的前提下隨時隨地了解自身的健康狀況。那么隨著心電監測技術和紡織技術的發展，具有實時監測身體監控自身健康的服裝受到了廣大老年人的青睞。

1 心電監測技術的發展

意大利的物理學家Calo Matteucci在1842年發現了心臟跳動都會伴隨著電流的產生的現象，為心電監測技術的發展提供了可能[2]。1878年，英國的生物學家John Burden Sanderson和Frederick Page用毛細管靜電計記錄了心臟電流，開始了心電信號記錄的探索。1887年，英國生物學家 Augustus D.Waller發表了第一篇人類心臟生物電的報道。從那時起，世界各地很多領域的研究人員開始了對心臟生物電的調查研究[3]。

1903年，Einthoven利用弦線電流計對心電信號進行了采集，得到了靈敏度高且有足夠高頻響的心電波形，因此開創了心電信號記錄的新時代。隨著科學技術的不斷發展，弦線式心電圖儀逐步被電子管和晶體管放大式心電圖機所替代，但由于這兩類測試儀器體積較大且笨重，故障率也偏高，使用效率較低，很快在市場競爭中被淘汰。20世紀 60年代初期，持續床邊心電監測技術在醫學研究領域得到很好的應用，該技術實現了實時監測病人的心電狀況，使得心臟病人及危重病人可以得到醫院的密切觀察，同時，醫務人員可以根據病人的心電情況做出連續的分析和判斷，對病人進行有效的治療。因此，心電監測技術進入了利用計算機完成心電圖波形測量及隨后分析處理的發展階段。20世紀 80年代初美國的Marquette公司首先推出數字化心電圖儀，臨床開始應用持續心電監測技術，心電測試技術進入了數字化、自動化和網絡化管理有機結合的新時代[4]。

進入21世紀，隨著科學技術的快速發展，集成了各種微型傳感器、電極、無線發射-接收模塊、控制處理單元，可以由患者在家庭環境中使用的穿戴式健康監測系統WHMS（Wearable Health Monitoring Systems）已經成為國內外研究人員關注的熱點[5-7]。

2 心電監測技術在監測與健康護理服裝設計中的應用

2.1 心電監測技術在國外監測與健康護理服裝設計中的應用

目前，歐美、日本等發達國家對心電監測技術在紡織服裝設計中的應用進行了大量嘗試研究，并取得了一些成果。

美國佐治亞理工學院設計的智慧衫 (Smart shirt)，如圖1所示[8]。其最關鍵的工序就是在布料的織造過程中，將金屬纖維和柔性光纖呈螺旋狀存在于布料當中。然后將接收心電信號的傳感器與光纖有效進行連接，最后，把檢測到的生理信號通過光纖發送給監測設備，該智慧衫可以有效監測到人體呼吸、體溫和心率等生理變化所帶來的心電信號變化。

圖1 智慧衫[8]

美國 VivoMetrics公司通過不斷地進行技術攻關，開發出了全球首個可以實現連續、無創以及可移動地獲取生理參數的監護系統——生命衫 (Life Shirt)[9]。該服裝主要是大量的應用嵌入式傳感器，然后將服裝中傳感器與外部的記錄和分析裝置進行連接，可以測量受測試者日常活動中的血壓、體溫等30多個心肺生理參數。

歐盟的 IST FP5項目 WEALTHY[10]和AMON[11]。前者主要目標是將先進的信號處理技術、現代通訊技術、織物技術與以纖維或紗線形式的智能傳感器結合在一起，從而實現對生理參數的連續監測。該項目所研制的服裝，以其優良的彈性面料將其中的傳導器件與身體貼合在一起。AMON是一款具有保健和預警功能的腕式遠程醫療監護裝置。其最大特點是利用先進技術將測試血壓、心電、血氧飽和度、皮溫的設備與通訊和處理裝置集成在一個腕式裝置中。其中實現了對人體血氧飽和度和皮溫每小時測試30次的功能。

日本東麗公司與NTT公司合作開發的一款監控自身健康的T恤衫，如圖2所示[12]。該服裝關鍵是采用了名為 “hitoe”的功能復合材料，該材料充分利用了東麗公司在纖維設計中的強大科技實力，將導電聚合物注入到直徑僅為 700 nm的納米纖維之間，然后結合NTT公司的光纖傳導技術，織造的服裝不僅可以有效測試人體的心率、心電圖等生理指標，還兼具了服裝設計要求中的柔軟舒適、緊貼感好和耐水洗等服用特點。

圖2 東麗公司生產監控自身健康的 T恤衫[12]

2.2 心電監測技術在國內監測與健康護理服裝設計中的應用

國內對于心電監測技術在監測與健康護理服裝設計中的應用研究較晚，但是經過科研人員的不斷努力，也取得了一些研究成果。其中最具代表性是中國香港中文大學的 “衛士”（WISSH）和保健衫 （h-Shirt）項目。

“衛士 （WISSH)集成了穿戴式節點上的多個小型化生物醫學傳感器以及區域傳感網絡的設計。保健衫 （h-Shirt）與其他功能類似的電子織物服裝相比，其最大的優點是：實現了服裝的無袖帶式血壓測量功能，并成功利用了液體靜力學原理對無袖帶式血壓測量進行了校準[13]。

郭勁松等人[14]研制了一種傳感器背心。該傳感器背心以彈性透氣面料為背心主要組成部分，以導電紡織面料作為測量電極。為了增加電極與皮膚接觸的可靠性，該研究者在將導電紡織面料縫合在背心上時，內部放置適當大小的海綿。但是，該背心在實際測試過程中，特別是在測試者進行運動的過程中，會造成心電信號基線平穩度較差，直接影響測試結果的準確性，在后續的研究當中，需要采取相應的改進措施來解決該問題。

丁鑫[15]開發出了一種醫用級鍍銀導電織物，該織物由醫用級鍍銀尼龍以及彈性纖維織物組成，其比例分別為76%和 24%，作為睡眠診療系統的一個子系統。在服裝設計過程中應用該面料，利用相應的心電信號接收裝置，可以實現對測試者的睡眠心電信號測量所涉及到的參數，并對其進行分析，從而提供一種家用式、非接觸的面向睡眠的心電測量方式，為睡眠治療儀的調試提供所需的數據。

翟紅藝等人[16]研制了一種基于織物電極的可穿戴心電異常檢測系統。其中織物電極是由導電面料、海綿填充層和支撐墊三部分構成，在穿戴衣中處于內側，實現了與人體皮膚的直接接觸。由于導電布與皮膚充分接觸，可以較為準確的感知心電信號的變化，同時，導電布較為柔軟，增加了穿戴衣的舒適性。但是，該檢測系統在測試過程中，心電信號的采集更容易受到基線漂移、工頻等噪聲的干擾，限制了該服裝的應用。

郭維[17]利用鍍銀滌綸導電紡織材料研制出了一款新型穿戴心電測量電極，該電極通過改變電極與皮膚接觸的涂層材料及調整外形尺寸的方法，改善由于電極與皮膚接觸所帶來的阻抗變化引起的信號干擾，提高心電信號信噪比，極大地提高了心電信號測試的準確性。除此之外，該電極的設計采用了自動適應放大器作為核心的心電信號調理電路，避免了信號飽和的出現。

2.3 心電監測技術在監測與健康護理服裝設計中存在的問題

心電監控技術在監測與健康護理服裝設計中的應用主要還處于試驗和測試階段，也存在著一些問題。

（1）大多數監測與健康護理服裝就是將心電信號接收裝置與服裝 “機械”地結合起來，這樣由于心電信號接收裝置和電源等元件的存在，導致服裝款型效果較差，且價格偏高，不適應大眾化消費[18]。

（2）監測與健康護理服裝的設計涉及紡織工程、電子工程和醫學等學科的交叉，該研究領域目前缺乏統一的標準，相關的性能測試不能有效進行，特別是安全性方面，需要相關部門制定相關的國家標準，規范監測與健康護理服裝的設計[19]。

（3）監測與健康護理服裝的設計要重視服裝的服用性能[20]。隨著醫療服裝商業化的快速發展，普通家庭的健康監護模式必定會成為醫療保健發展的主流趨勢。目前該類服裝的耐水洗性、抗彎曲性能、拉伸性能、撕裂、耐磨、防水和吸濕透氣等也有待提高。

3 結論

現階段研究表明心電測試技術應用到監測與護理服裝設計當中可以較好地實現對人體靜態心電信號的記錄與分析，但當人體處于活動過程，心電信號的測試會受到干擾，測試數據準確性下降，同時，該類服裝中的絕大部分含有電子測試元件，這些元件在服裝穿著過程中產生的電磁輻射和熱量需要進行有效的防護。所以，將心電監測技術應用到服裝設計的過程中，使服裝兼具良好穿戴性、測試可靠性、耐久性、安全性和美觀性是發展趨勢。

除此之外，將心電監測技術應用到服裝設計過程中，其設計人員因來自不同研究領域，相關的測試缺乏統一標準，這就需要研究人員通過大量的實驗及臨床測試，對該類服裝相關性能的測試標準進行制定和完善。

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APPLICATION OF ELECTROCARDIOGRAPH TECHNOLOGY IN MONITORING AND HEALTH CARE FASHION DESIGN

CHENG Hao-nan1,2
(1.Jiangxi Institute of Fashion Technology，Nanchang Jiangxi330201，China；2.Jiangxi ProvincialModern Research Center of Clothing Engineering Technology，Nanchang Jiangxi330201，China)

Introduced the development of electrocardiograph technology，demonstrated the application of electrocardiograph technology in health care monitoring and costume design at home and abroad.Summa-rized below，electrocardiograph technology and fashion design can be well combined with the detection of human ECG in static，butwhen in activity，ECGmonitoring will have noise interference.Meanwhile，this kind ofmonitoring and health care apparel contains electronic testing component，the generated electromagnetic radiation and heat also need to have effective protection in design.In addition，the application of electrocardiograph technology to garment design involves interdisciplinary，testing lack of uniform standards. Relevant system needs to develop and complete.

electrocardiograph technology，fashion design，wearability，testing standard

R443.8

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2017.01.005

1672-500X(2017)01-0022-05

2016-11-15

程浩南 （1986-），男，河南周口人，碩士，助教，研究方向為紡織材料改性及測試技術的改進。