智能理療服裝研究現狀和發展趨勢

吳潔　徐增波

摘 要：目前智能服裝發展越來越迅速，對人體健康產生理療作用的智能理療服裝也應運而生。通過分析智能理療服裝的現狀，對目前市面上的智能理療服裝進行類別劃分，包括光療智能服裝、磁療智能服裝、電療智能服裝，并闡述了各類智能理療服裝的原理。就目前智能理療服裝的應用現狀，總結智能理療服裝在服用性、理療有效性、安全性、耐久性、環境污染和造價成本等上存在問題。從傳感器微型化與柔性化、理療功能專業化、服裝安全化、材料節能環保化、產品生產批量化和產品設計人性化等6個方面的發展方向進行分析，提出智能理療服裝的發展趨勢。

關鍵詞：人體健康；智能理療服裝；傳感器

中圖分類號：TS941.9? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-2346（2023）03-0035-07

Research Status and Development Trend of Smart Physiotherapy Clothing

WU Jie? ? XU Zengbo

（School of Textile and Fashion，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai，201600，China）

Abstract： At present，the development of smart clothing is more and more rapid，and the smart physiotherapy clothing that has a physiotherapy effect on human health has also emerged.Based on the analysis of the current situation of smart physiotherapy clothing，the smart physiotherapy clothing on the market is divided into categories，including light therapy smart clothing，magnetic therapy smart clothing and electric therapy smart clothing，and the principles of various kinds of smart physiotherapy clothing are expounded.Based on the current application status of smart physiotherapy clothing，the problems in wearability，effectiveness， safety，durability，environmental pollution and cost of smart physiotherapy clothing are summarized.The development trend of smart physiotherapy clothing is proposed by analyzing the development direction in six aspects，such as sensor miniaturization and flexibility，specialization of physiotherapy function，clothing safety，energy saving and environmental protection of materials， mass production and humanization of product design.

Key words： human health;smart physiotherapy clothing;sensor

隨著現代人們生活水平日益提高、科技進步和人口老齡化加速，人們對生活品質的追求以及康復保健意識的提高，使得社會對理療的需求也在不斷增長。當今社會，人們對于服裝的要求不再只是遮寒蔽體，更多是要滿足人體在不同環境下的不同需求。智能理療服裝是服裝行業與科學技術相結合，有益于人體健康的服裝，是現代紡織服裝發展的新方向。老齡化和人口政策的調整導致醫療衛生服務供給不足，康復、理療等相關服務需求在這一大背景下顯得更為迫切。智能理療服裝既不影響穿著舒適性，還能在穿著過程中進行身體數據的采集、監測與共享，實現一對一精確診斷和治療。

目前，智能理療服裝已被應用于緩解人體多個部位的不適。高炯文等[1]利用石墨烯發熱薄膜新型電熱材料設計開發了一款兼具保暖和理療功能的智能助老針織圍脖，通過產品內置的結構和裝置來減輕老年人因頸椎疾病所造成的不適。陳劉瑞等[2]將文胸與柔性納米增強遠紅外智能元件相結合，具有監測女性胸部生理信號和理療的功能。洪文進等[3]以納米增強遠紅外電熱技術為核心，設計了一款帶有柔性電熱元件、理療控制系統的智能保暖理療針織內褲。陳援峰等[4]針對患有骨質增生、腰椎間盤突出等疾病，設計了一種可實時控制加熱溫度和時間，并搭配藥包使用的智能理療腰帶。

本文旨在梳理智能理療服裝的概念，對智能理療服裝類型進行歸納，總結設計原理及目前面臨的問題，并展望智能理療服裝的未來發展。

1? ? 智能理療服裝概述

1.1? ? 智能服裝

智能服裝是指通過技術增強的服裝，功能超出了傳統用途，能夠感知穿戴者或周圍環境的數據，以無線方式或通過其他設備運行。智能服裝具有多種功能，比如溫度調節、健康監測、保護等。根據穿戴方式可分為可佩戴在頭部、手腕或手臂上的配件、可作為服裝或背包佩戴的紡織品。服裝智能化主要通過智能模塊與面料分離和強調智能模塊與紡織品的集成兩種方式實現。第二種方式具有更好的舒適性、靈活性和電子元件的隱蔽性，這將是未來智能服裝的主要趨勢[5]。

智能服裝被廣泛運用于醫學保健、軍事、體育健身、安全防護、娛樂等領域，它的開發涉及了服裝設計、紡織技術、生物學、信息學和營銷管理等多個學科。英國諾丁漢特倫特大學與哥本哈根、舊金山等地的公司合作研發了一款電子智能襪。由于糖尿病患者感覺神經功能下降，無法感知腳部潰爛，該款智能襪可向患者提供預測性數據，發出警告[6]。何莎等[7]設計了一款針織柔性智能病號服，該服裝能實時監測患者在康復過程中的體溫、心率等重要身體指標，解決服裝設計結構、功能單一的問題以及滿足患者對服裝的智能化需求。唐茜等[8] 為解決嬰幼兒監護問題，將中國傳統的嬰幼兒裹肚和現代電子信息技術融為一體，設計了一種可穿戴式智能監控服裝，可以檢測嬰幼兒的體溫、相對濕度等，從照護方法上實現了對照顧人的功能性要求。唐世華[9]通過調研中老年人對跑步服的需求，設計了一款吸濕排汗性能好、穿脫方便、設計新穎的智能跑步服，同時增加了應急流程、天氣提醒功能、運動分析和建議等智能化的功能。

1.2? ? 智能安全理療服裝

隨著科學技術的發展以及人們對自身健康的重視，人們對衣著的需求已不再局限于具有基本服用的功能，并逐漸出現了將新型智能柔性電熱元件與服裝相結合，從而研制出了多功能的智能理療服裝，成為現代智能化服裝的主要發展方向。智能理療服裝既能把電能轉換為熱量儲備，從而對人體產生保暖效果的功能外，還增設了智能管理系統。該系統可通過調節電熱元器件的導熱強度，產生有利于身體保健的元素，并幫助人們調動身體的多種技能，進而實現了理療服務與保健防護的功能。當今社會，我國人口老齡化現象加劇，中老年群體的消費需求逐漸得到重視。伴隨著移動網絡的發展和社會壓力的劇增，諸多不好的生活習慣，比如長期保持不正確的姿勢、身體活動量減少，也導致了年輕群體中對具有理療功能的智能服裝需求不斷增加。裴嘉暉等[10]為了幫助緩解廣大亞健康狀態人群因長期頸椎姿勢不正確等而會導致嚴重的頸椎僵硬變形癥狀及緩解頸椎關節疼痛等問題，設計了一款坐姿監測及理療內衣。該內衣還可實現自動發熱并提示用戶頸椎有無傾斜，有效監測人體頸椎姿態，并具有保健理療的效果。

在這種市場發展趨勢下，健康紡織品市場開始逐步擴大，市場上有關不同功效的理療保健的紡織品也在日益增加。在政策上，中國保健協會最早于2005年出臺了《保健功能紡織品》的有關標準，具有遠紅外、磁、抗菌等健康功能紡織品的基本標準和產品技術指標的基本內涵，第一次將現代醫學意義上的人類保健功能作為評定健康功能紡織品的主要依據，[11]也為智能理療服裝的科學發展提供了保證。

2? ? 智能安全理療服裝的類型

理療是指通過對人體進行人為或自然的物理療法，實現對機體有益的反應，從而達到預防以及治療疾病的目的。常見的理療方法主要有光療法、磁療法、電療法等。光療法指的是用自然日光或人工光線（紅外線、紫外線等）照射來進行疾病的治療與預防，促進機體康復。磁療法指的是利用自然磁場作用照射于人體一定身體部位或局部穴位。電療法指的是對人體施加不同頻率的電流來進行治療。根據不同療法，市面上的安全智能理療服裝可分為以下三大類。

2.1? ? 光療智能服裝

市面上通常用石墨烯纖維作為智能理療服裝的原料。在常溫下的石墨烯織物，可以發射出波長范圍容易被人體吸收的遠紅外光波，對人體產生理療保健的效果。石墨烯是2004年英國科學家Andre Geim和Konstantin Novoselov用微機械剝離法從天然石墨中剝離獲得，它的機械強度高，光電特性獨特，導電能力強[12]。石墨烯在1000次的彎曲試驗中不會有明顯損壞或降解，證實了石墨烯電子織物具有機械穩定性，可用作可穿戴傳感器、智能套裝和化學防護屏障的電子紡織品。在人體體溫的作用下，石墨烯能高效地釋放出波長5～25μm的遠紅外線，具有抑菌除臭、緩解神經和肌肉、對關節炎等炎癥疾病產生消炎鎮痛的效果。

目前基于石墨烯纖維的理療紡織品的開發與研究已取得一定進展，石墨烯纖維制備的紡織品多為與人體皮膚接觸的抗菌防臭、防輻射、防紫外線等功能性纖維開發有關。

崔曉曉[13]通過以石墨烯纖維為基礎開發的智能柔性電子元件與醫學、服裝的跨學科研究，基于石墨烯纖維產生的對人體有利的功效原理，提出了針對不同關節炎患者智能理療保健型的服裝。愛家科技設計的石墨烯智能服裝不僅具有出色的導電導熱性能，還能發射高于其他碳系材料30％的遠紅外光波，能夠改善血液循環、促進新陳代謝等。同時加入了石墨烯傳感器和生物電采集傳感器，可以采集人體的心率、血氧等健康數據[14]。苗月珍等[15]申請了一種石墨烯智能遠紅外理療服裝，通電后可加熱和釋放遠紅外線，實現了服裝加熱和理療的功能。2022年的冬奧會運動館內最低溫度可達-30℃，惠州領跑者科技公司為禮儀小姐設計了一款石墨烯智能馬甲。馬甲通電后能快速升溫，并且防水柔軟、舒適輕便[16]。Lee[17]開發了一種基于石墨烯電子織物的智能多功能化學防護服，用于應對常規和非常規威脅。英國研究人員Coskun等人利用石墨烯研發出一種可自動調節溫度的智能服裝。該服裝在炎熱條件下可充分利用紅外線輻射降低人體溫度，在寒冷條件下可阻擋紅外線輻射減少體熱的損失[18]。

2.2? ? 磁療智能服裝

我國是最早發現和利用磁性物質的國家。早在漢代司馬遷的《史記·扁鵲倉公列傳》中就記載了將磁石與其他中藥煎煮后服用湯汁的方法[19]。英國女王的私人醫生William Gilbert于1600年撰寫的《德馬格涅特》中記載了用磁石來治療英國女王的各種健康問題的方法[20]。磁性物質產生的磁場可通過經穴和經脈調節人體的新陳代謝[21]，但磁場對人體的作用與磁場的類型、強度、作用時間以及人體的狀態等有關。

磁療是以經絡學為依據，利用磁場替代針灸療法，對患者身體表面的特定靜脈進行治療[22]。目前常用的磁療法有靜磁療法、旋磁療法、磁化的水療法和磁針療法等。靜磁療法是指將磁鐵片敷到人體病變的局部或穴位上，產生恒定的磁場。動磁療法，也稱旋磁療法，利用旋轉磁療機產生旋轉磁場用以治療疾病。磁性織物的纖維中均勻排列含有永久磁鐵的微粒材料，織物表面存在磁場。磁性織物有優異的保健性能，能夠促進血液循環、增強蛋白質新陳代謝，激活人體細胞、消炎止痛和抗老化的功能[23]。目前市面上的磁療服裝主要有磁性襪、磁性帽、磁性內衣產品、磁性護腰、護肘和護肩等產品。磁性織物與現代磁場療法相結合，還創新地結合了現代醫學等其他學科，磁療智能服裝也隨之產生。

馬鴻軍[24]設計了一款智能磁療鞋，鞋面設置了太陽能發電板，鞋底內部設智能系統，實現了對磁療鞋的智能調節設定及監控。牛輝[25]在文胸內部設置至少一個按摩磁體，磁體由控制裝置進行控制，使得在佩戴該文胸時隨時能擁有磁療和按摩的功能。曾玥[26]發明了一種智能磁療卡接手環，手環本體內有一電路板和磁療層，在照明的同時還能起到磁療的作用。Marina設計了一款可通過磁共振耦合實現安全無線供電的智能服裝。該服裝具有防水和防污的特性，同時在不降低性能的情況下能進行多達50次的標準機洗[27]。

2.3? ? 電療智能服裝

電療是一種現代的物理療法，具有效果好、副作用小、無痛無創等優點，目前正被廣泛地運用于現代醫學領域[28]。經醫學研究成果的證實，在治療各種類型的疾病、疼痛和身體紊亂時，可利用微小的電流沖擊神經、肌腱、穴位等。刺激神經可導致體內形成天然的嗎啡樣多肽化學物質，有效控制身體對疼痛的識別與感受，減輕關節僵硬痛苦，同時導致肌腱放松，促進了局部血液循環、機體免疫能力提高、減輕酸脹和松弛肌肉等作用[29]。

隨著智能可穿戴技術的發展[30]，電療技術、服裝設計、醫學、智能可穿戴技術等相互結合，制成了現有的電療智能服裝。電療智能服裝具備良好的透氣性、柔軟性、可隨意折疊性且穿戴簡單舒服、長時間使用后沒有肌膚刺激性等優點。在目前的電療智能服裝中大多數使用的電極可重復使用數十次，性能優良，但存在易破碎且不易清洗的問題。目前市場上已有較豐富的電療智能服裝。

陳曉等[31]發明了一種一體式心電信號監測的電療服裝，將生理信號監測和電刺激理療通過一體式設計結合在一起，既滿足了封閉空間工作人員的健康監測和緩解疲勞、肌肉萎縮等功能，還提高了工作者的工作效率。劉佳浩[32]開發了一款智能襯衫，具有電療和按摩的功能，有效地提高了使用者的工作效率，提高了裝置的實用性。謝晶晶等[33]研制了一款穿戴式慢性軟組織損傷的電療儀。它以MSP430單片機為核心，產生低頻治療脈沖，再經過電路和織物電極作用于人體，電極阻抗監測電路，避免產生打火灼傷人體皮膚，同時基于藍牙技術實現智能手機控制終端與單片機的無線數據通信和測控，有利于及時控制病情，節約就醫時間。Nisar等[34]共同設計了一款專門用來防治壓瘡病的無線控制治療性可穿戴服裝。該智能服裝包含了嵌入式的電刺激設備和柔性皮膚粘附電極，可將電刺激直接傳導至臀肌中的受壓點。使用者還可借助智能手機應用程序調整電理療技術參數，并且用戶的治療歷史記錄存儲在云中，以供分析和醫生反饋。Li等[35]基于嵌入式編織技術的針織品設計，并結合中國針灸療法開發了一款電理療智能服裝。這款服裝大部分電能有效地被傳遞到人體的不同位置，可以極大地改善患者的疼痛。

3? ? 智能理療服裝目前面臨的問題

智能理療服裝是紡織產業與先進的科學技術融合的產物，具有很大的發展空間和市場潛力。它與普通服裝的區別在于融入了科技性，有很多不足需要攻克和解決，包括服用性、理療有效性、安全性、耐久性、環境污染及造價成本問題。隨著人工智能逐步成為各個領域的發展方向，研發者應開發出舒適性更好、功能更齊全、耐洗滌性好、實用性強且綠色環保的智能理療服裝。

3.1? ? 服用性問題

隨著智能理療服裝的功能需求增多，越來越多新型智能紡織材料和適合特殊功能傳感器和處理器被添加到服裝中。由于智能化元件尺寸很大，材料特性又和傳統紡織材料在物理性能方面存在著本質差異，使得智能理療服裝很難同時兼顧舒適度與實用性。成衣的智能元件和紡織材質的剝離，使得衣物穿著使用期限不長，甚至造成了穿著舒適度以及衣物后期清理維護的困難。

3.2? ? 理療有效性問題

作為需要理療的特殊社會群體，服裝款式是否時尚并不是在選擇上的實際需求。智能理療服裝的本質在于本身具備理療功能有效性。理療效果因人而異導致消費者消費欲望不高。

3.3? ? 安全性問題

智能理療服裝最重要的問題是理療安全。理療安全不僅指的是紡織品原材料（染色牢度、甲醛含量、pH值符合國家紡織品安全生產標準）的安全性，還涉及智能元件安全以及將紡織品面料縫制成整體的安全特性[36]。智能理療服裝中含有大量的導電線和智能元器件，因此具有漏電和電子輻射的危險性，同時智能元器件的長度、尺寸偏大會使服裝穿著不適。數據傳輸過程中也同樣面臨著風險，安全特性也得不到有效的保證，消費者接受程度逐漸降低。

3.4? ? 耐久性問題

智能元件在經過水洗浸泡后極易發生老化、變形，且服裝在日常穿戴過程中易發生摩擦、損壞，因此實現智能理療服裝耐久性是一大難題。

3.5? ? 環境污染問題

智能理療服裝除了織物造成的化學纖維污染外，大量的電子元件往往會造成更多的污染，在制造過程中涉及激光切割、電焊等，導致有毒氣體排放和碳排放、金屬蒸汽、酸堿廢水和輻射等環境污染[37-38]。環境污染是阻礙智能理療服裝可持續發展的重要因素。

3.6? ? 造價成本問題

智能理療服裝的目的是在日常生活中實現理療的效果、減少去醫院的次數、降低醫療成本以及實時監測自身的身體狀況。普通服裝的生產過程包括紡紗、染色、剪裁、縫紉和整理，智能理療服裝在此基礎上還增加了金屬、硅膠、電池等材料，成本大大增加。電子信息技術和材料技術的融合也提高了智能理療服裝制造的特殊性和復雜性，很難做到走出實驗室真正進行批量化生產。

4? ? 智能理療服裝的發展方向

智能理療服裝具有學科交叉性和系統復雜性，秉承著人性化需求，如何使產品設計傳感器微型化與柔性化、理療功能專業化、服裝安全化、材料節能環保化、產品生產批量化和產品設計人性化是未來需要注重的地方。

4.1? ? 傳感器微型化與柔性化

傳感器作為可穿戴式電子設備的核心部件之一。傳感器要具有安全、可信的特性，而傳感器長期與人近距離接觸，產生的射線是否會對人類身體產生一定的危害。傳感器裝到衣服中必須做到沒有損傷衣服的內部結構，又沒有降低衣服的舒適度。如何做到感應器的微型化與柔性化也是其中需要考量的一項因素。目前，柔性電子技術（柔性傳感器、薄膜電池、柔性屏幕等）可用于改善智能理療服裝的舒適性。

4.2? ? 理療功能專業化

智能理療服裝舒適性的難點在于將科學與服裝完美融合，但往往為了追求功效而導致服裝穿著欠佳。從消費者的需求出發，是為了在日常生活中能更好地接受治療，如何將理療功能實現得更專業、有效是需要解決的難點。因此，相關機構需制定相關的理療效果標準，針對不同消費人群進行更細地劃分。

4.3? ? 服裝安全化

安全性主要包括服裝的電路安全性、包裝材料安全、電器輻射安全性、信息網絡安全等，容易對消費者產生隱患[39]。目前的智能產品制造工藝還沒有建立系統性、規范性的體系，沒有對服裝所含有害物質的詳細描述，也沒有完善的監測標準和方法，所以制造出來的產品不能確保品質的安全性[40]。因此相關部門需要盡快制定智能理療服裝的有害物質監測，來促進企業的持續發展。

4.4? ? 材料節能環保化

智能理療服裝綜合了紡織品、電子元件等材料，工序復雜，其中紡織品的印染和電子元件的加工極易造成環境污染和資源浪費等問題[41]。考慮到節能環保，在智能理療服裝的研發中，要降低材料的金屬含量以提高環保性和可再生利用性，達到服裝的可持續使用，避免造成環境污染。其次，產品在市面上的流通主要依靠回收，但大多數消費者很少將服裝退回生產商或企業，他們通常選擇丟棄廢舊的服裝。主要原因有環保理念宣傳力度不夠、二次循環機制不完善。相關部門應制定新的回收智能服裝標準，包括廢棄服裝的回收和重新設計[42]，實現整個產業鏈的快速循環。同時除了產品之外，產品的外包裝還可使用環保、可回收和可降解的材料，既可作為智能理療服裝的宣傳方式，還可建立綠色、可持續的品牌形象。

4.5? ? 產品生產批量化

產品制造的批量化要建立統一檢驗規范，將電子元件按用途分級，以保證每一件使用于智能理療服裝的電子元件都為合格產品，也將建立由相關組織不斷地對穿著有效性評估和安全性檢測，進而健全智能理療服裝的質量測評系統。根據市場需求與消費者行為，注重商業化需求，合理實施商品功能分類研究和管理，理解消費者對智能理療服裝產品的感知性與主動性，進行合理的市場宣傳，提高該群體的需求和購買主動程度，以滿足市場化需求。

4.6? ? 產品設計人性化

智能理療服裝的開發與設計，要把產品設計充分引入消費者的實際應用情景中，滿足穿著者的需求，作出相應的行為和反饋，與穿著者實現情感交流、認知交流和行為交流等。

5? ? 結論

隨著智能化時代的到來和人們對自身健康的關注，未來人們對智能理療服裝的需求也會呈直線上升。智能理療服裝的市場前景廣闊，對于具有良好功效的纖維開發和制備技術也會不斷進步。智能理療服裝將會根據用戶需求更細化地分類、更有針對性地解決人體健康問題。隨著智能技術與健康功效纖維開發技術在紡織品應用的不斷成熟，智能理療服裝將會往更具智能化、安全性和功效性的方向發展。智能理療服裝也會逐步在人們日常中的得到應用和普及，提高人們的生活質量，同時減輕自身和醫療資源缺乏的負擔。

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