楊　敏，王朝暉

(東華大學(xué)，上海 200051)

?

女式智能助眠喚醒睡衣的功能性設(shè)計(jì)

楊敏，王朝暉

(東華大學(xué)，上海 200051)

文章分析了常規(guī)睡衣材料和款式的現(xiàn)狀，并針對(duì)睡眠需求展開調(diào)研，從睡衣面料、款式和助眠功能三方面歸納出睡衣的功能訴求，進(jìn)而對(duì)睡衣各部位進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開發(fā)出一套既符合人體工學(xué)、睡眠姿勢(shì)和睡眠健康，又可以較大程度提高睡眠質(zhì)量的智能助眠喚醒睡衣款式，為智能紡織品的開發(fā)提供了參考。

智能睡衣；功能要求；穴位按摩；生理指標(biāo)；傳感器

睡眠是一種恢復(fù)人體精力和體力的最佳休息方式，科學(xué)研究表明睡眠質(zhì)量好壞會(huì)影響免疫機(jī)制、神經(jīng)系統(tǒng)、修復(fù)機(jī)制、細(xì)胞壽命、生長激素、皮膚健康等。中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)調(diào)查，65%的網(wǎng)民睡眠質(zhì)量很差。其中近30%網(wǎng)民入睡時(shí)間超過30 min，50%以上網(wǎng)民有多夢(mèng)現(xiàn)象，70%的網(wǎng)民有夜間蘇醒現(xiàn)象[1]。目前，傳統(tǒng)睡衣就款式上分為連身式、連帽式、分體式三種，連身內(nèi)衣會(huì)導(dǎo)致睡覺翻身時(shí)衣服上衣部分全部堆在胸部；連帽式睡衣的帽子會(huì)壓在身下或“托起”頸部，引發(fā)酸痛、落枕等。市面上的睡衣面料大都分為四種：真絲、棉、化纖和人造纖維，在助眠方面都存在不足。因此無論在面料、款式和功能性等方面都需要對(duì)傳統(tǒng)睡衣重新設(shè)計(jì)，以提高睡眠質(zhì)量。

1　女士睡衣現(xiàn)狀

1.1睡衣的定義

睡衣是人們?cè)谒郀顟B(tài)下穿著的衣服，兼作室內(nèi)便衣，是內(nèi)衣的一種。其主要包括上衣和褲子，還有睡袍和睡裙，使用環(huán)境相對(duì)固定。睡衣的最大特點(diǎn)是寬松舒適，膚感柔軟，穿脫方便，睡眠時(shí)不受領(lǐng)和袖的牽制，有利于疲勞的恢復(fù)，可使人在輕松舒適的環(huán)境中迅速進(jìn)入夢(mèng)鄉(xiāng)[2]。

1.2女士睡衣面料和款式現(xiàn)狀

目前，市場(chǎng)上的女式家居型睡衣就材質(zhì)來說，真絲類有較好的吸濕性透濕性，能調(diào)節(jié)肌膚水分，保持肌膚潔凈，但洗滌和存放有較大難度；滌棉類同時(shí)具備滌綸和棉的優(yōu)點(diǎn)，柔軟度、舒適性和耐磨性都較好，尺寸穩(wěn)定性好，不易皺折，易洗、快干，但穿著過程中易產(chǎn)生靜電而吸附灰塵，難以洗滌，而且不耐高溫；純棉類柔軟舒適，吸濕、透氣、無悶熱感、無靜電，但是彈性差，穿著和洗滌后易起皺，保存時(shí)易發(fā)生霉變；其他化纖材料類都存在靜電問題[3]。就款式來說，睡衣寬松的袖口、下擺或腳口在睡眠中容易積聚在臂根、背部以及胸部或大腿處，形成凸起狀，導(dǎo)致睡眠舒適性差，易造成睡眠質(zhì)量下降以及身體部位的酸痛。

2　女士睡衣的功能性需求

女式睡衣要滿足消費(fèi)者的需求，就必須很好地了解和掌握女性的睡眠狀況。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，睡眠問題主要分為入睡時(shí)間長、睡眠質(zhì)量差、夜間蘇醒、醒后入睡難和早晨蘇醒困難，而相應(yīng)的功能需求見表1。

表1　女式睡衣的功能性需求

由表1可以看出，女式睡衣的功能性需求集中表現(xiàn)在：(1)入睡方面的需求：對(duì)于入睡時(shí)間長和失眠的女性，幫助其縮短進(jìn)入深度睡眠的時(shí)間；(2)睡眠質(zhì)量方面的需求：對(duì)于睡眠不穩(wěn)、夜間易醒、醒后難以入睡和早醒的女性，延長深度睡眠的整體百分比，保證穿著睡衣的女性有好的睡眠質(zhì)量。在夜間易醒的情況下幫助其從淺度睡眠狀態(tài)進(jìn)入到深度睡眠狀態(tài)，在夜間蘇醒后幫助女性快速入睡；(3)起床方面的需求：對(duì)于早晨起床困難者，能夠智能喚醒女性消費(fèi)者，保證其正常的上班時(shí)間和生活作息。

3　女式智能助眠喚醒睡衣設(shè)計(jì)

3.1睡眠分期以及監(jiān)測(cè)指標(biāo)的選取

睡眠時(shí)由于身體內(nèi)部的需要，感覺活動(dòng)和運(yùn)動(dòng)性活動(dòng)暫時(shí)停止，但給予適當(dāng)刺激就能使其立即覺醒。通過睡眠，疲勞的神經(jīng)細(xì)胞和機(jī)體器官恢復(fù)正常的生理功能，精神和體力得到恢復(fù)。

一次完整的睡眠分為四個(gè)階段，包含多個(gè)周期。20世紀(jì)60年代后期，美國加州大學(xué)腦研究所發(fā)布了睡眠分期的定義和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將睡眠分成6期，即醒覺期(W)，非快速眼動(dòng)期(NREM)S1、S2、S3、S4及快速眼動(dòng)期(REM)，其中S1、S2為淺睡，S3、S4為深睡。表2為睡眠分期及相應(yīng)時(shí)長[4]。

表2　睡眠分期及相應(yīng)時(shí)長

健康成年人的心率一般在0.8 Hz～1.5 Hz范圍內(nèi)。從圖1可以看出在整晚的心率變化：總體趨勢(shì)呈現(xiàn)減弱，即心率減慢。由于在整晚睡眠數(shù)據(jù)采集過程中，傳感器的佩戴問題，并不是每一個(gè)R波都能檢測(cè)到，尤其是在睡眠過程中有翻身等體動(dòng)時(shí)，所以本信號(hào)攜帶了體動(dòng)信息。圖1中標(biāo)記了比較典型的睡眠時(shí)相和整晚心率的趨勢(shì)。

對(duì)呼吸信號(hào)而言，呼吸率隨著NREM期和REM期的更替起伏變化，REM期呼吸急促并且非常不平穩(wěn)，NREM期較慢且平穩(wěn)，尤其在深睡期呼吸最為平穩(wěn)[5]。一般說來，健康成年人的呼吸頻率在0.13 Hz～0.6 Hz范圍內(nèi)。從圖2可以看出，所示在采集整晚呼吸信號(hào)過程中，由于在不同的睡眠時(shí)期，體動(dòng)信號(hào)不盡相同，從而引起呼吸帶的變動(dòng)，導(dǎo)致采集的信號(hào)不僅包含了呼吸信號(hào)，還有體動(dòng)信息的干擾。因此在所得到的呼吸率信號(hào)上能較容易地分辨深睡期和醒覺期[5～13]。隨著睡眠深度的加深，呼吸越來越平緩，呼吸頻率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖1　整晚心率(R-R間期)變化趨勢(shì)

圖2　整晚呼吸變化趨勢(shì)

對(duì)比圖1和圖2，發(fā)現(xiàn)呼吸率和脈搏率具有大致相同的趨勢(shì)，從入睡到起床都有逐漸減小的大趨勢(shì)。同時(shí)心率總體趨勢(shì)變化較為明顯，由于在睡眠過程中生理信息的變化，呼吸會(huì)出現(xiàn)一些波動(dòng)[4]。因此選取心率作為監(jiān)測(cè)睡眠指標(biāo)。

3.2女式智能助眠喚醒睡衣元器件的選擇

3.2.1獲取生理數(shù)據(jù)的傳感器的選擇

生物醫(yī)學(xué)傳感器是獲取生物信息并將其轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量和處理信號(hào)的一個(gè)關(guān)鍵器件。

如圖3和圖4所示，LST1303光電傳感器把綠色LED和高科技納米涂層環(huán)境光檢查傳感器組合封裝入小型COB封裝。內(nèi)部集成一級(jí)放大器、濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器，性能與靈敏度極高，可自由靈活地測(cè)量身體部位。更有配套開源APP，可實(shí)時(shí)地用圖形把心率表現(xiàn)出來[14～15]，表3顯示了LST1303光電傳感器詳細(xì)規(guī)格表。

圖3　LST1303光電傳感器

圖4　LST1303光電傳感器工作示意圖

項(xiàng)目規(guī)格尺寸(mm)12×5LED光波波長(mm)570nm綠光電壓(V)3V輸出信號(hào)電子信號(hào)適用范圍智能手環(huán)智能手表等可穿戴設(shè)備

3.2.2微型按摩儀及按摩穴位的選擇

如圖5所示，導(dǎo)電式醫(yī)用硅膠按摩貼片形狀大小可變，適于嵌在服裝中。其按摩原理：利用不同種類的生物電流刺激人體肌肉，產(chǎn)生敲擊、揉捏、快慢錘、針灸等復(fù)合式的感覺。驅(qū)動(dòng)技術(shù)：與手機(jī)無線連接，實(shí)現(xiàn)25 m范圍內(nèi)的智能遙控，可在多種模式間切換；按摩器可充電，無需外接電源。功效：醫(yī)用硅膠與人體有很好的生物相容性，對(duì)人體組織無刺激、無毒性，按摩可疏通血路障礙、促進(jìn)血液循環(huán)，有效緩解部位酸痛不適，有安神助眠的功效。按摩選取肩部穴位：肩髃、肩貞、肩髎；臂部穴位：臂臑；腰部穴位：腰眼；腿部穴位：足三里。各穴位位置如圖6所示。

3.2.3香氛機(jī)的選擇

無線香氛機(jī)，倒入香氛精油，使香氛精油的氣味均勻擴(kuò)散至房間；分兩個(gè)子系統(tǒng)，助眠系統(tǒng)(釋放助眠香氛)，醒腦系統(tǒng)(釋放醒腦香氛)；可進(jìn)行無線遙控，開啟任一子系統(tǒng)。其助眠氣味有：西洋甘菊、薰衣草香、茶葉天竺葵、柑橘香，均為柔和怡人的氣味。醒腦氣味為：薄荷香、檸檬香、咖啡香，目的在于幫助蘇醒。

圖5　導(dǎo)電式醫(yī)用硅膠按摩貼片

圖6　各穴位及其位置

3.2.4手機(jī)入眠曲和喚醒音樂的選擇

入眠曲需安靜祥和，能夠舒緩神經(jīng)，使人保持輕松愉悅的心情，不宜緊張、嘈雜、有刺激性，應(yīng)選取平緩溫和的純音樂；喚醒音樂需節(jié)奏平緩、自然協(xié)調(diào)，應(yīng)選取鳥鳴聲、雞鳴聲、水流聲、莫扎特的小提琴曲等。

3.3女式智能助眠喚醒睡衣的工作原理

利用信號(hào)傳輸技術(shù)(藍(lán)牙)及終端處理器(手機(jī))，在特定的APP上進(jìn)行操作，將心率的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成為實(shí)時(shí)心率圖，判斷睡眠狀態(tài)并對(duì)按摩貼片和香氛機(jī)發(fā)出執(zhí)行和停止指令，自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及指令，用戶可自行設(shè)定入睡時(shí)間和蘇醒時(shí)間。假定入睡時(shí)間為23∶00，起床時(shí)間為07∶00時(shí)，入睡時(shí)助眠系統(tǒng)開始工作，香氛機(jī)釋放香氛、手機(jī)播放入眠曲、穴位按摩器按摩選定的穴位，幫助女性快速入睡。當(dāng)睡眠中手機(jī)接收到睡眠不穩(wěn)和將醒的心率特征時(shí)，香氛機(jī)再次釋放助眠香氛，幫助穩(wěn)定睡眠。早晨07∶00，香氛機(jī)釋放醒腦香氛的同時(shí)，手機(jī)播放喚醒音樂，幫助女性消費(fèi)者蘇醒，其工作原理如圖7所示。

3.4女式智能助眠喚醒睡衣的材料選擇

智能助眠喚醒睡衣不僅需具有普通女式睡衣的服用性，還要兼具功能性。

智能調(diào)溫纖維又叫空調(diào)纖維，是將相變材料(簡(jiǎn)稱PCM)技術(shù)與纖維制造技術(shù)相結(jié)合開發(fā)出的一類新型功能性產(chǎn)品，具有雙向溫度調(diào)節(jié)作用。當(dāng)外界環(huán)境溫度升高時(shí)，纖維中包含的相變材料發(fā)生相變，從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，吸收熱量?jī)?chǔ)存于纖維內(nèi)部；當(dāng)外界環(huán)境溫度降低時(shí)，相變材料從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，釋放出儲(chǔ)存的熱量，保持體表溫度，使人體處于一種舒適的狀態(tài)。智能調(diào)溫纖維的這種吸熱和放熱過程是自動(dòng)的、可逆的、無限次的[16]。

圖7　女式智能助眠喚醒睡衣的工作原理

采用微膠囊復(fù)合紡絲法制成的桑蠶絲銀絲智能調(diào)溫纖維主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是天然綠色纖維，成分為45%桑蠶絲+55%銀纖維，柔軟光澤，具有蠶絲衣物的輕薄感，且具有銀絲的金屬光澤，與皮膚接觸非常舒適；二是具有良好的調(diào)溫性，提供適宜人體的溫度；三是安神助眠，銀絲能抗靜電且具有超強(qiáng)導(dǎo)電性，促進(jìn)微循環(huán)及血液循環(huán)；四是抗菌除臭，金屬銀能阻斷細(xì)菌的生理過程，且能迅速吸附因細(xì)菌滋生產(chǎn)生的異味；五是吸濕性強(qiáng)，夏天吸濕隔熱，冬天鎖住體溫，有效吸收皮膚表面汗液和蒸汽。

3.5女式智能助眠喚醒睡衣的款式設(shè)計(jì)

睡衣主要是睡覺時(shí)穿著的服裝，是人們自由放松狀態(tài)下的著裝，應(yīng)該給人舒適的穿衣環(huán)境和輕松的外觀效果[16]。如圖8、圖9所示。睡衣分為上衣和褲子兩件，領(lǐng)子基型為圓領(lǐng)，舒適性、健康性、安全性都較好，在設(shè)計(jì)上舍去單調(diào)的圓領(lǐng)，在領(lǐng)子上加入了與衣服相呼應(yīng)的分割。袖子采用插肩袖的樣式，并在與穴位對(duì)應(yīng)的位置在布料中嵌入按摩片，有助于進(jìn)入睡眠。胸口的數(shù)字貼片可以嵌入LST1303光電傳感器裝置，做成可開合的樣式，主要便于拆卸和洗滌。上衣的所有分割線都是根據(jù)按摩穴位的位置設(shè)定。下擺、袖口、領(lǐng)口為親膚柔軟有彈性的羅紋，活動(dòng)舒適性好。

圖8　女式智能助眠喚醒睡衣上衣

圖9　女式智能助眠喚醒睡衣褲子

褲子腰部為系帶式，可調(diào)節(jié)腰圍大小。褲型成錐形，上部分寬松，小腿部分逐漸收緊，直至腳口留3 cm～5 cm松量，避免睡覺時(shí)褲腳口向上移。睡衣整體為較寬松型，分體式結(jié)構(gòu)，穿著舒適、活動(dòng)自如，在局部采用拼接的方式滿足不同穴位的按摩要求。

4　結(jié)論

女式智能助眠喚醒睡衣的設(shè)計(jì)不僅使睡衣的舒適性得到改善，功能性也有很大提高。要想成功地設(shè)計(jì)女式智能助眠喚醒睡衣，不僅要著眼于功能的開發(fā)，還應(yīng)綜合考慮消費(fèi)者的生理和心理需求。以此為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地完成女式智能助眠喚醒睡衣的外觀設(shè)計(jì)以及功能性元件選擇，以實(shí)現(xiàn)女式智能助眠喚醒睡衣的整體功能性。

[1]齊華，周越.睡眠腦電圖的研究[A].2007年全國運(yùn)動(dòng)生理學(xué)論文報(bào)告會(huì)論文匯編[C].北京：中國生理學(xué)會(huì)，2007：255—259.

[2]李玲.基于創(chuàng)新型實(shí)用家居服的舒適性研究[D].大連：大連工業(yè)大學(xué)，2009.

[3]王革輝.服裝材料學(xué)[M].北京：中國紡織出版社，2010.

[4]范應(yīng)威，徐禮勝，章星，等.接觸式的睡眠生理信號(hào)監(jiān)測(cè)和睡眠分期[J].中國科技論文在線，2013.

[5]楊軍，俞夢(mèng)孫.多參數(shù)信息融合實(shí)現(xiàn)非腦電的睡眠結(jié)構(gòu)分期[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)，2006，25(3)：315—321.

[6]Mohan K Rajagopal，Esther Rodriguez Villegas. Towards Wearable Sleep Diagnostic Systems for Point-of-care Applications[J].IEEE Point-of-care Healthcare Technologies，2013，25(3)：26—29.

[7]Yogesh Nijsure，Wee Peng Tay. An Impulse Radio Ultra-wideband System for Contactless Noninvasive Respiratory Monitoring[J]. IEEE Transactions on Biomedical Engineering，2013，60(6)：1059—1517.

[8]Naresh M. Punjabi，Karen Bandeen Roche，et al. The Association between Daytime Sleepiness and Sleep-disordered Breathing in NREM and REM Sleep[J]. Sleep，2002，25(3)：307—314.

[9]Christian Cajochen. Heart Rate Dynamics During Human Sleep[J]. Physiol Behav，1994，55(4)：769—74.

[10]鄭慧君.微動(dòng)敏感床墊式睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)生理參數(shù)提取[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.

[11]朱瑩瑩，楊軍，劉常春，等.基于光電容積脈搏波特征信息的睡眠呼吸事件判別[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)，2008， 27(5)：679—683.

[12]吳鋒，成奇明，周玉彬，等.基于小波分析提取心動(dòng)周期中睡眠呼吸事件信息[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程，2011，30(2)：150—153.

[13]Barbara C Galland，Evan Tan，Bar J Taylor. Pulse Transit Time and Blood Pressure Changes Following Auditory-evoked Subcortical Arousal and Waking of Infants[J]. Sleep，2007，30(7)：891—897.

[14]朱小寧，江虹.植入式光電脈搏傳感器[J].傳感器世界，2013，19(07)：10—13.

[15]李珍，劉琳琳.基于光電式脈搏傳感器的脈搏信號(hào)獲取[J].中國醫(yī)療器械信息，2008，14(11)：19—20，57.

[16]張琳琳，王躍強(qiáng).智能調(diào)溫纖維綜述[J].印染助劑，2011，28(1)：9—13.

Function Design of Female Intelligent Aid-sleep and Wake Pajama

YangMin,WangZhaohui

(Donghua University, Shanghai 200051, China)

In this study the conventional pajamas were analyzed from three aspects of the materials, styles and aid-sleep function. And then each part of pajama was designed systematically to develop a style of pajama with intelligent sleep and wake-up system which could satisfy the ergonomics, sleep postures, sleep health and largely improve sleep quality. It provided

for the developments of intelligent textile.

intelligent pajamas； functional requirements； point massage； physiological index； transducer

2016-07-27

楊敏(1990—)，女，河南開封人，碩士研究生。

TS941.17

B

1009-3028(2016)05-0013-05