智能理疗服装研究现状和发展趋势

吴洁　徐增波

摘 要：目前智能服装发展越来越迅速，对人体健康产生理疗作用的智能理疗服装也应运而生。通过分析智能理疗服装的现状，对目前市面上的智能理疗服装进行类别划分，包括光疗智能服装、磁疗智能服装、电疗智能服装，并阐述了各类智能理疗服装的原理。就目前智能理疗服装的应用现状，总结智能理疗服装在服用性、理疗有效性、安全性、耐久性、环境污染和造价成本等上存在问题。从传感器微型化与柔性化、理疗功能专业化、服装安全化、材料节能环保化、产品生产批量化和产品设计人性化等6个方面的发展方向进行分析，提出智能理疗服装的发展趋势。

关键词：人体健康；智能理疗服装；传感器

中图分类号：TS941.9             文献标识码：A              文章编号：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

隨着现代人们生活水平日益提高、科技进步和人口老龄化加速，人们对生活品质的追求以及康复保健意识的提高，使得社会对理疗的需求也在不断增长。当今社会，人们对于服装的要求不再只是遮寒蔽体，更多是要满足人体在不同环境下的不同需求。智能理疗服装是服装行业与科学技术相结合，有益于人体健康的服装，是现代纺织服装发展的新方向。老龄化和人口政策的调整导致医疗卫生服务供给不足，康复、理疗等相关服务需求在这一大背景下显得更为迫切。智能理疗服装既不影响穿着舒适性，还能在穿着过程中进行身体数据的采集、监测与共享，实现一对一精确诊断和治疗。

目前，智能理疗服装已被应用于缓解人体多个部位的不适。高炯文等[1]利用石墨烯发热薄膜新型电热材料设计开发了一款兼具保暖和理疗功能的智能助老针织围脖，通过产品内置的结构和装置来减轻老年人因颈椎疾病所造成的不适。陈刘瑞等[2]将文胸与柔性纳米增强远红外智能元件相结合，具有监测女性胸部生理信号和理疗的功能。洪文进等[3]以纳米增强远红外电热技术为核心，设计了一款带有柔性电热元件、理疗控制系统的智能保暖理疗针织内裤。陈援峰等[4]针对患有骨质增生、腰椎间盘突出等疾病，设计了一种可实时控制加热温度和时间，并搭配药包使用的智能理疗腰带。

本文旨在梳理智能理疗服装的概念，对智能理疗服装类型进行归纳，总结设计原理及目前面临的问题，并展望智能理疗服装的未来发展。

1    智能理疗服装概述

1.1    智能服装

智能服装是指通过技术增强的服装，功能超出了传统用途，能够感知穿戴者或周围环境的数据，以无线方式或通过其他设备运行。智能服装具有多种功能，比如温度调节、健康监测、保护等。根据穿戴方式可分为可佩戴在头部、手腕或手臂上的配件、可作为服装或背包佩戴的纺织品。服装智能化主要通过智能模块与面料分离和强调智能模块与纺织品的集成两种方式实现。第二种方式具有更好的舒适性、灵活性和电子元件的隐蔽性，这将是未来智能服装的主要趋势[5]。

智能服装被广泛运用于医学保健、军事、体育健身、安全防护、娱乐等领域，它的开发涉及了服装设计、纺织技术、生物学、信息学和营销管理等多个学科。英国诺丁汉特伦特大学与哥本哈根、旧金山等地的公司合作研发了一款电子智能袜。由于糖尿病患者感觉神经功能下降，无法感知脚部溃烂，该款智能袜可向患者提供预测性数据，发出警告[6]。何莎等[7]设计了一款针织柔性智能病号服，该服装能实时监测患者在康复过程中的体温、心率等重要身体指标，解决服装设计结构、功能单一的问题以及满足患者对服装的智能化需求。唐茜等[8] 为解决婴幼儿监护问题，将中国传统的婴幼儿裹肚和现代电子信息技术融为一体，设计了一种可穿戴式智能监控服装，可以检测婴幼儿的体温、相对湿度等，从照护方法上实现了对照顾人的功能性要求。唐世华[9]通过调研中老年人对跑步服的需求，设计了一款吸湿排汗性能好、穿脱方便、设计新颖的智能跑步服，同时增加了应急流程、天气提醒功能、运动分析和建议等智能化的功能。

1.2    智能安全理疗服装

随着科学技术的发展以及人们对自身健康的重视，人们对衣着的需求已不再局限于具有基本服用的功能，并逐渐出现了将新型智能柔性电热元件与服装相结合，从而研制出了多功能的智能理疗服装，成为现代智能化服装的主要发展方向。智能理疗服装既能把电能转换为热量储备，从而对人体产生保暖效果的功能外，还增设了智能管理系统。该系统可通过调节电热元器件的导热强度，产生有利于身体保健的元素，并帮助人们调动身体的多种技能，进而实现了理疗服务与保健防护的功能。当今社会，我国人口老龄化现象加剧，中老年群体的消费需求逐渐得到重视。伴随着移动网络的发展和社会压力的剧增，诸多不好的生活习惯，比如长期保持不正确的姿势、身体活动量减少，也导致了年轻群体中对具有理疗功能的智能服装需求不断增加。裴嘉晖等[10]为了帮助缓解广大亚健康状态人群因长期颈椎姿势不正确等而会导致严重的颈椎僵硬变形症状及缓解颈椎关节疼痛等问题，设计了一款坐姿监测及理疗内衣。该内衣还可实现自动发热并提示用户颈椎有无倾斜，有效监测人体颈椎姿态，并具有保健理疗的效果。

在这种市场发展趋势下，健康纺织品市场开始逐步扩大，市场上有关不同功效的理疗保健的纺织品也在日益增加。在政策上，中国保健协会最早于2005年出台了《保健功能纺织品》的有关标准，具有远红外、磁、抗菌等健康功能纺织品的基本标准和产品技术指标的基本内涵，第一次将现代医学意义上的人类保健功能作为评定健康功能纺织品的主要依据，[11]也为智能理疗服装的科学发展提供了保证。

2    智能安全理疗服装的类型

理疗是指通过对人体进行人为或自然的物理疗法，实现对机体有益的反应，从而达到预防以及治疗疾病的目的。常见的理疗方法主要有光疗法、磁疗法、电疗法等。光疗法指的是用自然日光或人工光线（红外线、紫外线等）照射来进行疾病的治疗与预防，促进机体康复。磁疗法指的是利用自然磁场作用照射于人体一定身体部位或局部穴位。电疗法指的是对人体施加不同频率的电流来进行治疗。根据不同疗法，市面上的安全智能理疗服装可分为以下三大类。

2.1    光疗智能服装

市面上通常用石墨烯纤维作为智能理疗服装的原料。在常温下的石墨烯织物，可以发射出波长范围容易被人体吸收的远红外光波，对人体产生理疗保健的效果。石墨烯是2004年英国科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov用微机械剥离法从天然石墨中剥离获得，它的机械强度高，光电特性独特，导电能力强[12]。石墨烯在1000次的弯曲试验中不会有明显损坏或降解，证实了石墨烯电子织物具有机械稳定性，可用作可穿戴传感器、智能套装和化学防护屏障的电子纺织品。在人体体温的作用下，石墨烯能高效地释放出波长5～25μm的远红外线，具有抑菌除臭、缓解神经和肌肉、对关节炎等炎症疾病产生消炎镇痛的效果。

目前基于石墨烯纤维的理疗纺织品的开发与研究已取得一定进展，石墨烯纖维制备的纺织品多为与人体皮肤接触的抗菌防臭、防辐射、防紫外线等功能性纤维开发有关。

崔晓晓[13]通过以石墨烯纤维为基础开发的智能柔性电子元件与医学、服装的跨学科研究，基于石墨烯纤维产生的对人体有利的功效原理，提出了针对不同关节炎患者智能理疗保健型的服装。爱家科技设计的石墨烯智能服装不仅具有出色的导电导热性能，还能发射高于其他碳系材料30％的远红外光波，能够改善血液循环、促进新陈代谢等。同时加入了石墨烯传感器和生物电采集传感器，可以采集人体的心率、血氧等健康数据[14]。苗月珍等[15]申请了一种石墨烯智能远红外理疗服装，通电后可加热和释放远红外线，实现了服装加热和理疗的功能。2022年的冬奥会运动馆内最低温度可达-30℃，惠州领跑者科技公司为礼仪小姐设计了一款石墨烯智能马甲。马甲通电后能快速升温，并且防水柔软、舒适轻便[16]。Lee[17]开发了一种基于石墨烯电子织物的智能多功能化学防护服，用于应对常规和非常规威胁。英国研究人员Coskun等人利用石墨烯研发出一种可自动调节温度的智能服装。该服装在炎热条件下可充分利用红外线辐射降低人体温度，在寒冷条件下可阻挡红外线辐射减少体热的损失[18]。

2.2    磁疗智能服装

我国是最早发现和利用磁性物质的国家。早在汉代司马迁的《史记·扁鹊仓公列传》中就记载了将磁石与其他中药煎煮后服用汤汁的方法[19]。英国女王的私人医生William Gilbert于1600年撰写的《德马格涅特》中记载了用磁石来治疗英国女王的各种健康问题的方法[20]。磁性物质产生的磁场可通过经穴和经脉调节人体的新陈代谢[21]，但磁场对人体的作用与磁场的类型、强度、作用时间以及人体的状态等有关。

磁疗是以经络学为依据，利用磁场替代针灸疗法，对患者身体表面的特定静脉进行治疗[22]。目前常用的磁疗法有静磁疗法、旋磁疗法、磁化的水疗法和磁针疗法等。静磁疗法是指将磁铁片敷到人体病变的局部或穴位上，产生恒定的磁场。动磁疗法，也称旋磁疗法，利用旋转磁疗机产生旋转磁场用以治疗疾病。磁性织物的纤维中均匀排列含有永久磁铁的微粒材料，织物表面存在磁场。磁性织物有优异的保健性能，能够促进血液循环、增强蛋白质新陈代谢，激活人体细胞、消炎止痛和抗老化的功能[23]。目前市面上的磁疗服装主要有磁性袜、磁性帽、磁性内衣产品、磁性护腰、护肘和护肩等产品。磁性织物与现代磁场疗法相结合，还创新地结合了现代医学等其他学科，磁疗智能服装也随之产生。

马鸿军[24]设计了一款智能磁疗鞋，鞋面设置了太阳能发电板，鞋底内部设智能系统，实现了对磁疗鞋的智能调节设定及监控。牛辉[25]在文胸内部设置至少一个按摩磁体，磁体由控制装置进行控制，使得在佩戴该文胸时随时能拥有磁疗和按摩的功能。曾玥[26]发明了一种智能磁疗卡接手环，手环本体内有一电路板和磁疗层，在照明的同时还能起到磁疗的作用。Marina设计了一款可通过磁共振耦合实现安全无线供电的智能服装。该服装具有防水和防污的特性，同时在不降低性能的情况下能进行多达50次的标准机洗[27]。

2.3    电疗智能服装

电疗是一种现代的物理疗法，具有效果好、副作用小、无痛无创等优点，目前正被广泛地运用于现代医学领域[28]。经医学研究成果的证实，在治疗各种类型的疾病、疼痛和身体紊乱时，可利用微小的电流冲击神经、肌腱、穴位等。刺激神经可导致体内形成天然的吗啡样多肽化学物质，有效控制身体对疼痛的识别与感受，减轻关节僵硬痛苦，同时导致肌腱放松，促进了局部血液循环、机体免疫能力提高、减轻酸胀和松弛肌肉等作用[29]。

随着智能可穿戴技术的发展[30]，电疗技术、服装设计、医学、智能可穿戴技术等相互结合，制成了现有的电疗智能服装。电疗智能服装具备良好的透气性、柔软性、可随意折叠性且穿戴简单舒服、长时间使用后没有肌肤刺激性等优点。在目前的电疗智能服装中大多数使用的电极可重复使用数十次，性能优良，但存在易破碎且不易清洗的问题。目前市场上已有较丰富的电疗智能服装。

陈晓等[31]发明了一种一体式心电信号监测的电疗服装，将生理信号监测和电刺激理疗通过一体式设计结合在一起，既满足了封闭空间工作人员的健康监测和缓解疲劳、肌肉萎缩等功能，还提高了工作者的工作效率。刘佳浩[32]开发了一款智能衬衫，具有电疗和按摩的功能，有效地提高了使用者的工作效率，提高了装置的实用性。谢晶晶等[33]研制了一款穿戴式慢性软组织损伤的电疗仪。它以MSP430单片机为核心，产生低频治疗脉冲，再经过电路和织物电极作用于人体，电极阻抗监测电路，避免产生打火灼伤人体皮肤，同时基于蓝牙技术实现智能手机控制终端与单片机的无线数据通信和测控，有利于及时控制病情，节约就医时间。Nisar等[34]共同设计了一款专门用来防治压疮病的无线控制治疗性可穿戴服装。该智能服装包含了嵌入式的电刺激设备和柔性皮肤粘附电极，可将电刺激直接传导至臀肌中的受压点。使用者还可借助智能手机应用程序调整电理疗技术参数，并且用户的治疗历史记录存储在云中，以供分析和医生反馈。Li等[35]基于嵌入式编织技术的针织品设计，并结合中国针灸疗法开发了一款电理疗智能服装。这款服装大部分电能有效地被传递到人体的不同位置，可以极大地改善患者的疼痛。

3    智能理疗服装目前面临的问题

智能理疗服装是纺织产业与先进的科学技术融合的产物，具有很大的发展空间和市场潜力。它与普通服装的区别在于融入了科技性，有很多不足需要攻克和解决，包括服用性、理疗有效性、安全性、耐久性、环境污染及造价成本问题。随着人工智能逐步成为各个领域的发展方向，研发者应开发出舒适性更好、功能更齐全、耐洗涤性好、实用性强且绿色环保的智能理疗服装。

3.1    服用性问题

随着智能理疗服装的功能需求增多，越来越多新型智能纺织材料和适合特殊功能传感器和处理器被添加到服装中。由于智能化元件尺寸很大，材料特性又和传统纺织材料在物理性能方面存在着本质差异，使得智能理疗服装很难同时兼顾舒适度与实用性。成衣的智能元件和纺织材质的剥离，使得衣物穿着使用期限不长，甚至造成了穿着舒适度以及衣物后期清理维护的困难。

3.2    理疗有效性问题

作为需要理疗的特殊社会群体，服装款式是否时尚并不是在选择上的实际需求。智能理疗服装的本质在于本身具备理疗功能有效性。理疗效果因人而异导致消费者消费欲望不高。

3.3    安全性问题

智能理疗服装最重要的问题是理疗安全。理疗安全不仅指的是纺织品原材料（染色牢度、甲醛含量、pH值符合国家纺织品安全生产标准）的安全性，还涉及智能元件安全以及将纺织品面料缝制成整体的安全特性[36]。智能理疗服装中含有大量的导电线和智能元器件，因此具有漏电和电子辐射的危险性，同时智能元器件的长度、尺寸偏大会使服装穿着不适。数据传输过程中也同样面临着风险，安全特性也得不到有效的保证，消费者接受程度逐渐降低。

3.4    耐久性问题

智能元件在经过水洗浸泡后极易发生老化、变形，且服装在日常穿戴过程中易发生摩擦、损坏，因此实现智能理疗服装耐久性是一大难题。

3.5    环境污染问题

智能理疗服装除了织物造成的化学纤维污染外，大量的电子元件往往会造成更多的污染，在制造过程中涉及激光切割、电焊等，导致有毒气体排放和碳排放、金属蒸汽、酸碱废水和辐射等环境污染[37-38]。环境污染是阻碍智能理疗服装可持续发展的重要因素。

3.6    造价成本问题

智能理疗服装的目的是在日常生活中实现理疗的效果、减少去医院的次数、降低医疗成本以及实时监测自身的身体状况。普通服装的生产过程包括纺纱、染色、剪裁、缝纫和整理，智能理疗服装在此基础上还增加了金属、硅胶、电池等材料，成本大大增加。电子信息技术和材料技术的融合也提高了智能理疗服装制造的特殊性和复杂性，很难做到走出实验室真正进行批量化生产。

4    智能理疗服装的发展方向

智能理疗服装具有学科交叉性和系统复杂性，秉承着人性化需求，如何使產品设计传感器微型化与柔性化、理疗功能专业化、服装安全化、材料节能环保化、产品生产批量化和产品设计人性化是未来需要注重的地方。

4.1    传感器微型化与柔性化

传感器作为可穿戴式电子设备的核心部件之一。传感器要具有安全、可信的特性，而传感器长期与人近距离接触，产生的射线是否会对人类身体产生一定的危害。传感器装到衣服中必须做到没有损伤衣服的内部结构，又没有降低衣服的舒适度。如何做到感应器的微型化与柔性化也是其中需要考量的一项因素。目前，柔性电子技术（柔性传感器、薄膜电池、柔性屏幕等）可用于改善智能理疗服装的舒适性。

4.2    理疗功能专业化

智能理疗服装舒适性的难点在于将科学与服装完美融合，但往往为了追求功效而导致服装穿着欠佳。从消费者的需求出发，是为了在日常生活中能更好地接受治疗，如何将理疗功能实现得更专业、有效是需要解决的难点。因此，相关机构需制定相关的理疗效果标准，针对不同消费人群进行更细地划分。

4.3    服装安全化

安全性主要包括服装的电路安全性、包装材料安全、电器辐射安全性、信息网络安全等，容易对消费者产生隐患[39]。目前的智能产品制造工艺还没有建立系统性、规范性的体系，没有对服装所含有害物质的详细描述，也没有完善的监测标准和方法，所以制造出来的产品不能确保品质的安全性[40]。因此相关部门需要尽快制定智能理疗服装的有害物质监测，来促进企业的持续发展。

4.4    材料节能环保化

智能理疗服装综合了纺织品、电子元件等材料，工序复杂，其中纺织品的印染和电子元件的加工极易造成环境污染和资源浪费等问题[41]。考虑到节能环保，在智能理疗服装的研发中，要降低材料的金属含量以提高环保性和可再生利用性，达到服装的可持续使用，避免造成环境污染。其次，产品在市面上的流通主要依靠回收，但大多数消费者很少将服装退回生产商或企业，他们通常选择丢弃废旧的服装。主要原因有环保理念宣傳力度不够、二次循环机制不完善。相关部门应制定新的回收智能服装标准，包括废弃服装的回收和重新设计[42]，实现整个产业链的快速循环。同时除了产品之外，产品的外包装还可使用环保、可回收和可降解的材料，既可作为智能理疗服装的宣传方式，还可建立绿色、可持续的品牌形象。

4.5    产品生产批量化

产品制造的批量化要建立统一检验规范，将电子元件按用途分级，以保证每一件使用于智能理疗服装的电子元件都为合格产品，也将建立由相关组织不断地对穿着有效性评估和安全性检测，进而健全智能理疗服装的质量测评系统。根据市场需求与消费者行为，注重商业化需求，合理实施商品功能分类研究和管理，理解消费者对智能理疗服装产品的感知性与主动性，进行合理的市场宣传，提高该群体的需求和购买主动程度，以满足市场化需求。

4.6    产品设计人性化

智能理疗服装的开发与设计，要把产品设计充分引入消费者的实际应用情景中，满足穿着者的需求，作出相应的行为和反馈，与穿着者实现情感交流、认知交流和行为交流等。

5    结论

随着智能化时代的到来和人们对自身健康的关注，未来人们对智能理疗服装的需求也会呈直线上升。智能理疗服装的市场前景广阔，对于具有良好功效的纤维开发和制备技术也会不断进步。智能理疗服装将会根据用户需求更细化地分类、更有针对性地解决人体健康问题。随着智能技术与健康功效纤维开发技术在纺织品应用的不断成熟，智能理疗服装将会往更具智能化、安全性和功效性的方向发展。智能理疗服装也会逐步在人们日常中的得到应用和普及，提高人们的生活质量，同时减轻自身和医疗资源缺乏的负担。

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