心电衣发展现状及创新设计

刘梓昕，徐利平，任苗苗，倪丹娜，周芷璇，聂 凤

(嘉兴学院，浙江 嘉兴 314000)

心电衣将心电采集系统与纺织服装相结合，穿着时电极贴合皮肤，可与心电记录系统配套使用。意大利物理学家Calo Matteucci在1842年发现心脏跳动会伴随着电流的变化，这为心电监测技术的发展提供了可能。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相结合的新时代[1]。目前“东南大学-联想”穿戴式心脏-睡眠-情绪智能监控联合实验室研发的全球首款可穿戴式动态十二导联心电监测设备正在江苏省人民医院进行临床试用。心电衣将电子信息技术应用于服装，可以有效监测心率且能够及时反馈心率信息，为心血管疾病患者群体提供健康监护。

1 心电衣研发应用现状

1.1 现代技术在心电衣上的运用

1.1.1电子信息技术

电子信息技术是一门应用计算机等现代化技术进行电子信息控制和信息处理的技术，主要研究信息的获取与处理，电子设备与信息系统的设计、开发、应用和集成。电子信息技术的主要内容包括无线通信技术、无线体域网技术、信息集成技术和传感技术等[2]。电子器件与服装的结合使服装成为具有信息识别、传递、存储和处理功能的高科技产品[3]，运用该技术可以完成心电衣从信息收集到信息传递的整体设计。

1.1.2人机交互技术

人机交互技术(Human-Computer Interaction Techniques)是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。人机交互技术主要分为机器通过输出或显示设备给人提供信息和人通过输入设备给机器输入信息两部分。在心电衣的设计中，运用此技术可将在人体上所收集到的信息传递到电子设备上。

电子信息技术与人机交互技术可以实现心电衣所需的全部技术，包括从收集信息到传递信息再到与电子设备交互的信息存储与分析。

1.2 心电衣的作用

1.2.1健康监控

心肌梗塞、心力衰竭等心脏疾病的发病率较高，心血管疾病是威胁人类健康的主要杀手之一，有了可以实时监测心率的心电衣，在很大程度上可以提前对此类疾病加以防控。

1.2.2运动监控

心电衣可在人们进行运动锻炼时监测心率，通过分析收集的运动数据，根据心率变化制定运动规划，获得更好的锻炼效果，避免发生运动过量的情况。

1.3 存在的问题

目前心电衣存在的主要问题是：智能材料的研发跟不上产业化需求；可穿戴电子模块不够人性化；可穿戴设备未形成一个完整的系统，资源的整合有待加强；时尚度不够；性价比低；安全性能有待提高[4]。另外，现阶段多数的心电服是将心电信号接收装置与服装“机械”地结合起来，但由于心电信号接收装置和电源等元件的存在，导致服装服用性能较差且价格偏高，不能很好满足消费者需求[5]。

2 心电衣的设计

2.1 设计方向

心电衣服装制作过程中需实现穿插具有导电性的金属纱线或者缝制导电纱线来实现信息传输，信息通过心电主机传输到电子设备中的APP上，实现实时监测。整体设计以易拆卸、易清洗、实用、美观为主。设计的心电衣轻便、价格适中，才可以适应大众化的消费。心电衣系统运作流程见图1。

图1 心电衣系统运作流程

运用材料：金属纱线(可缝纫的金属线)、心电主机(接收、分析信息)、心电护腕(收集信息)、连接器，见图2、图3、图4。

图2 心电主机

图3 金属纺织线和护腕

图4 连接器

2.2 工艺设计

2.2.1设计原则

在设计过程中，主要遵循以下原则：电子器件与服装结合时需兼具隐蔽性、安全性、合理性、舒适性；电子器件与服装结合牢固、不能轻易松动，避开人体行动时动作较大的部位；电子器件与服装结合不得影响人的活动，不会对自己或他人造成伤害。

2.2.2具体设计

(1)把通电导线穿插进服装的缝份之间形成信息传输(如图5所示)。

图5 心电衣设计一

(2)直接将通电导线纺织在心电衣上实现信息传输(如图6所示)。

图6 心电衣设计二

(3)对心电衣外观进行设计，将通电导线穿插进服装从而进行连接(如图7所示)。

图7 心电衣设计三

三种设计使服装与电子器件之间的结合较为紧密与牢固，隐蔽性较强，安全性较高，成本较低。电子器件的结合避开了人体行动时动作幅度较大的地方，外观较为美观。

3 结语

本文基于电子信息技术与人机交互技术，将服装与电子设备结合制成心电衣，可实时监控穿衣者的心率，有助于心血管疾病患者防范健康风险。