心电监测技术在监测与健康护理服装设计中的应用

程浩南

（1.江西服装学院，江西 南昌330201；2.江西省现代服装工程技术研究中心，江西 南昌330201）

心电监测技术在监测与健康护理服装设计中的应用

程浩南1,2

（1.江西服装学院，江西 南昌330201；2.江西省现代服装工程技术研究中心，江西 南昌330201）

首先对心电监测技术的发展进行了简单的概括，然后详细展示该监测技术在国内外监测与健康护理服装设计中的应用。通过总结得到：心电监测技术与服装设计相结合，通过对人体心电信号的有效监测，较好地实现对人体静态生理参数的记录，但在人体进行活动时，心电信号的监测将受到较大的干扰，同时，该类监测与健康护理服装中含有电子测试元件，其产生的电磁辐射和热量需要在设计中进行有效的防护。除此之外，将心电监测技术应用到服装设计过程中涉及交叉学科，相关的测试缺乏统一标准，需要对相关标准进行制定和完善。

心电监测技术；服装设计；服用性能；测试标准

近年来，人口老龄化已经成为了一个全球性现象，人类的健康观念、健康方式以及监测健康状况的途径也在相应发生着深刻的变化。特别是各种心血管疾病已经成为导致老龄人死亡率最高的疾病，是威胁老年人健康的第一杀手[1]。由于定期常规体检已经无法有效地预防这类疾病，人们更希望在不影响日常工作和生活的前提下随时随地了解自身的健康状况。那么随着心电监测技术和纺织技术的发展，具有实时监测身体监控自身健康的服装受到了广大老年人的青睐。

1 心电监测技术的发展

意大利的物理学家Calo Matteucci在1842年发现了心脏跳动都会伴随着电流的产生的现象，为心电监测技术的发展提供了可能[2]。1878年，英国的生物学家John Burden Sanderson和Frederick Page用毛细管静电计记录了心脏电流，开始了心电信号记录的探索。1887年，英国生物学家 Augustus D.Waller发表了第一篇人类心脏生物电的报道。从那时起，世界各地很多领域的研究人员开始了对心脏生物电的调查研究[3]。

1903年，Einthoven利用弦线电流计对心电信号进行了采集，得到了灵敏度高且有足够高频响的心电波形，因此开创了心电信号记录的新时代。随着科学技术的不断发展，弦线式心电图仪逐步被电子管和晶体管放大式心电图机所替代，但由于这两类测试仪器体积较大且笨重，故障率也偏高，使用效率较低，很快在市场竞争中被淘汰。20世纪 60年代初期，持续床边心电监测技术在医学研究领域得到很好的应用，该技术实现了实时监测病人的心电状况，使得心脏病人及危重病人可以得到医院的密切观察，同时，医务人员可以根据病人的心电情况做出连续的分析和判断，对病人进行有效的治疗。因此，心电监测技术进入了利用计算机完成心电图波形测量及随后分析处理的发展阶段。20世纪 80年代初美国的Marquette公司首先推出数字化心电图仪，临床开始应用持续心电监测技术，心电测试技术进入了数字化、自动化和网络化管理有机结合的新时代[4]。

进入21世纪，随着科学技术的快速发展，集成了各种微型传感器、电极、无线发射-接收模块、控制处理单元，可以由患者在家庭环境中使用的穿戴式健康监测系统WHMS（Wearable Health Monitoring Systems）已经成为国内外研究人员关注的热点[5-7]。

2 心电监测技术在监测与健康护理服装设计中的应用

2.1 心电监测技术在国外监测与健康护理服装设计中的应用

目前，欧美、日本等发达国家对心电监测技术在纺织服装设计中的应用进行了大量尝试研究，并取得了一些成果。

美国佐治亚理工学院设计的智慧衫 (Smart shirt)，如图1所示[8]。其最关键的工序就是在布料的织造过程中，将金属纤维和柔性光纤呈螺旋状存在于布料当中。然后将接收心电信号的传感器与光纤有效进行连接，最后，把检测到的生理信号通过光纤发送给监测设备，该智慧衫可以有效监测到人体呼吸、体温和心率等生理变化所带来的心电信号变化。

图1 智慧衫[8]

美国 VivoMetrics公司通过不断地进行技术攻关，开发出了全球首个可以实现连续、无创以及可移动地获取生理参数的监护系统——生命衫 (Life Shirt)[9]。该服装主要是大量的应用嵌入式传感器，然后将服装中传感器与外部的记录和分析装置进行连接，可以测量受测试者日常活动中的血压、体温等30多个心肺生理参数。

欧盟的 IST FP5项目 WEALTHY[10]和AMON[11]。前者主要目标是将先进的信号处理技术、现代通讯技术、织物技术与以纤维或纱线形式的智能传感器结合在一起，从而实现对生理参数的连续监测。该项目所研制的服装，以其优良的弹性面料将其中的传导器件与身体贴合在一起。AMON是一款具有保健和预警功能的腕式远程医疗监护装置。其最大特点是利用先进技术将测试血压、心电、血氧饱和度、皮温的设备与通讯和处理装置集成在一个腕式装置中。其中实现了对人体血氧饱和度和皮温每小时测试30次的功能。

日本东丽公司与NTT公司合作开发的一款监控自身健康的T恤衫，如图2所示[12]。该服装关键是采用了名为 “hitoe”的功能复合材料，该材料充分利用了东丽公司在纤维设计中的强大科技实力，将导电聚合物注入到直径仅为 700 nm的纳米纤维之间，然后结合NTT公司的光纤传导技术，织造的服装不仅可以有效测试人体的心率、心电图等生理指标，还兼具了服装设计要求中的柔软舒适、紧贴感好和耐水洗等服用特点。

图2 东丽公司生产监控自身健康的 T恤衫[12]

2.2 心电监测技术在国内监测与健康护理服装设计中的应用

国内对于心电监测技术在监测与健康护理服装设计中的应用研究较晚，但是经过科研人员的不断努力，也取得了一些研究成果。其中最具代表性是中国香港中文大学的 “卫士”（WISSH）和保健衫 （h-Shirt）项目。

“卫士 （WISSH)集成了穿戴式节点上的多个小型化生物医学传感器以及区域传感网络的设计。保健衫 （h-Shirt）与其他功能类似的电子织物服装相比，其最大的优点是：实现了服装的无袖带式血压测量功能，并成功利用了液体静力学原理对无袖带式血压测量进行了校准[13]。

郭劲松等人[14]研制了一种传感器背心。该传感器背心以弹性透气面料为背心主要组成部分，以导电纺织面料作为测量电极。为了增加电极与皮肤接触的可靠性，该研究者在将导电纺织面料缝合在背心上时，内部放置适当大小的海绵。但是，该背心在实际测试过程中，特别是在测试者进行运动的过程中，会造成心电信号基线平稳度较差，直接影响测试结果的准确性，在后续的研究当中，需要采取相应的改进措施来解决该问题。

丁鑫[15]开发出了一种医用级镀银导电织物，该织物由医用级镀银尼龙以及弹性纤维织物组成，其比例分别为76%和 24%，作为睡眠诊疗系统的一个子系统。在服装设计过程中应用该面料，利用相应的心电信号接收装置，可以实现对测试者的睡眠心电信号测量所涉及到的参数，并对其进行分析，从而提供一种家用式、非接触的面向睡眠的心电测量方式，为睡眠治疗仪的调试提供所需的数据。

翟红艺等人[16]研制了一种基于织物电极的可穿戴心电异常检测系统。其中织物电极是由导电面料、海绵填充层和支撑垫三部分构成，在穿戴衣中处于内侧，实现了与人体皮肤的直接接触。由于导电布与皮肤充分接触，可以较为准确的感知心电信号的变化，同时，导电布较为柔软，增加了穿戴衣的舒适性。但是，该检测系统在测试过程中，心电信号的采集更容易受到基线漂移、工频等噪声的干扰，限制了该服装的应用。

郭维[17]利用镀银涤纶导电纺织材料研制出了一款新型穿戴心电测量电极，该电极通过改变电极与皮肤接触的涂层材料及调整外形尺寸的方法，改善由于电极与皮肤接触所带来的阻抗变化引起的信号干扰，提高心电信号信噪比，极大地提高了心电信号测试的准确性。除此之外，该电极的设计采用了自动适应放大器作为核心的心电信号调理电路，避免了信号饱和的出现。

2.3 心电监测技术在监测与健康护理服装设计中存在的问题

心电监控技术在监测与健康护理服装设计中的应用主要还处于试验和测试阶段，也存在着一些问题。

（1）大多数监测与健康护理服装就是将心电信号接收装置与服装 “机械”地结合起来，这样由于心电信号接收装置和电源等元件的存在，导致服装款型效果较差，且价格偏高，不适应大众化消费[18]。

（2）监测与健康护理服装的设计涉及纺织工程、电子工程和医学等学科的交叉，该研究领域目前缺乏统一的标准，相关的性能测试不能有效进行，特别是安全性方面，需要相关部门制定相关的国家标准，规范监测与健康护理服装的设计[19]。

（3）监测与健康护理服装的设计要重视服装的服用性能[20]。随着医疗服装商业化的快速发展，普通家庭的健康监护模式必定会成为医疗保健发展的主流趋势。目前该类服装的耐水洗性、抗弯曲性能、拉伸性能、撕裂、耐磨、防水和吸湿透气等也有待提高。

3 结论

现阶段研究表明心电测试技术应用到监测与护理服装设计当中可以较好地实现对人体静态心电信号的记录与分析，但当人体处于活动过程，心电信号的测试会受到干扰，测试数据准确性下降，同时，该类服装中的绝大部分含有电子测试元件，这些元件在服装穿着过程中产生的电磁辐射和热量需要进行有效的防护。所以，将心电监测技术应用到服装设计的过程中，使服装兼具良好穿戴性、测试可靠性、耐久性、安全性和美观性是发展趋势。

除此之外，将心电监测技术应用到服装设计过程中，其设计人员因来自不同研究领域，相关的测试缺乏统一标准，这就需要研究人员通过大量的实验及临床测试，对该类服装相关性能的测试标准进行制定和完善。

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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，硕士，助教，研究方向为纺织材料改性及测试技术的改进。