心電衣發展現狀及創新設計

劉梓昕，徐利平，任苗苗，倪丹娜，周芷璇，聶 鳳

(嘉興學院，浙江 嘉興 314000)

心電衣將心電采集系統與紡織服裝相結合，穿著時電極貼合皮膚，可與心電記錄系統配套使用。意大利物理學家Calo Matteucci在1842年發現心臟跳動會伴隨著電流的變化，這為心電監測技術的發展提供了可能。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相結合的新時代[1]。目前“東南大學-聯想”穿戴式心臟-睡眠-情緒智能監控聯合實驗室研發的全球首款可穿戴式動態十二導聯心電監測設備正在江蘇省人民醫院進行臨床試用。心電衣將電子信息技術應用于服裝，可以有效監測心率且能夠及時反饋心率信息，為心血管疾病患者群體提供健康監護。

1 心電衣研發應用現狀

1.1 現代技術在心電衣上的運用

1.1.1電子信息技術

電子信息技術是一門應用計算機等現代化技術進行電子信息控制和信息處理的技術，主要研究信息的獲取與處理，電子設備與信息系統的設計、開發、應用和集成。電子信息技術的主要內容包括無線通信技術、無線體域網技術、信息集成技術和傳感技術等[2]。電子器件與服裝的結合使服裝成為具有信息識別、傳遞、存儲和處理功能的高科技產品[3]，運用該技術可以完成心電衣從信息收集到信息傳遞的整體設計。

1.1.2人機交互技術

人機交互技術(Human-Computer Interaction Techniques)是指通過計算機輸入、輸出設備，以有效的方式實現人與計算機對話的技術。人機交互技術主要分為機器通過輸出或顯示設備給人提供信息和人通過輸入設備給機器輸入信息兩部分。在心電衣的設計中，運用此技術可將在人體上所收集到的信息傳遞到電子設備上。

電子信息技術與人機交互技術可以實現心電衣所需的全部技術，包括從收集信息到傳遞信息再到與電子設備交互的信息存儲與分析。

1.2 心電衣的作用

1.2.1健康監控

心肌梗塞、心力衰竭等心臟疾病的發病率較高，心血管疾病是威脅人類健康的主要殺手之一，有了可以實時監測心率的心電衣，在很大程度上可以提前對此類疾病加以防控。

1.2.2運動監控

心電衣可在人們進行運動鍛煉時監測心率，通過分析收集的運動數據，根據心率變化制定運動規劃，獲得更好的鍛煉效果，避免發生運動過量的情況。

1.3 存在的問題

目前心電衣存在的主要問題是：智能材料的研發跟不上產業化需求；可穿戴電子模塊不夠人性化；可穿戴設備未形成一個完整的系統，資源的整合有待加強；時尚度不夠；性價比低；安全性能有待提高[4]。另外，現階段多數的心電服是將心電信號接收裝置與服裝“機械”地結合起來，但由于心電信號接收裝置和電源等元件的存在，導致服裝服用性能較差且價格偏高，不能很好滿足消費者需求[5]。

2 心電衣的設計

2.1 設計方向

心電衣服裝制作過程中需實現穿插具有導電性的金屬紗線或者縫制導電紗線來實現信息傳輸，信息通過心電主機傳輸到電子設備中的APP上，實現實時監測。整體設計以易拆卸、易清洗、實用、美觀為主。設計的心電衣輕便、價格適中，才可以適應大眾化的消費。心電衣系統運作流程見圖1。

圖1 心電衣系統運作流程

運用材料：金屬紗線(可縫紉的金屬線)、心電主機(接收、分析信息)、心電護腕(收集信息)、連接器，見圖2、圖3、圖4。

圖2 心電主機

圖3 金屬紡織線和護腕

圖4 連接器

2.2 工藝設計

2.2.1設計原則

在設計過程中，主要遵循以下原則：電子器件與服裝結合時需兼具隱蔽性、安全性、合理性、舒適性；電子器件與服裝結合牢固、不能輕易松動，避開人體行動時動作較大的部位；電子器件與服裝結合不得影響人的活動，不會對自己或他人造成傷害。

2.2.2具體設計

(1)把通電導線穿插進服裝的縫份之間形成信息傳輸(如圖5所示)。

圖5 心電衣設計一

(2)直接將通電導線紡織在心電衣上實現信息傳輸(如圖6所示)。

圖6 心電衣設計二

(3)對心電衣外觀進行設計，將通電導線穿插進服裝從而進行連接(如圖7所示)。

圖7 心電衣設計三

三種設計使服裝與電子器件之間的結合較為緊密與牢固，隱蔽性較強，安全性較高，成本較低。電子器件的結合避開了人體行動時動作幅度較大的地方，外觀較為美觀。

3 結語

本文基于電子信息技術與人機交互技術，將服裝與電子設備結合制成心電衣，可實時監控穿衣者的心率，有助于心血管疾病患者防范健康風險。