孫若宸，許黛芳，葉芳芳，聶 鳳，何霜霜，黃子鋒

（嘉興學(xué)院設(shè)計學(xué)院，浙江嘉興 314001）

乳腺癌作為威脅全球女性生理健康的重大疾病之一，已經(jīng)位列女性惡性腫瘤之首，每年我國乳腺癌新發(fā)病例多達(dá)30 萬［1］。人們的健康意識逐漸加強(qiáng)，對健康的追求開始由醫(yī)療診治向健康監(jiān)護(hù)與疾病預(yù)防轉(zhuǎn)變。

可穿戴智能監(jiān)測服裝可以收集使用者的生理數(shù)據(jù)，并根據(jù)其進(jìn)行分析、判斷、決策等，從而掌握人體生理變化傾向，有助于研究人體健康與服裝的關(guān)系，對人體健康監(jiān)護(hù)具有重要意義［2］。

乳腺智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣采用可穿戴技術(shù)，利用柔性傳感器實時監(jiān)測使用者乳腺區(qū)域的生理數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理模塊對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理、存儲記憶和分析決策，并將處理結(jié)果通過無線模塊傳輸至移動終端與按摩模塊，在實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)按摩模式的同時，保證了穿著者能夠?qū)崟r掌握乳腺的健康狀況，具體環(huán)節(jié)如圖1 所示。該內(nèi)衣一方面實現(xiàn)了女性按摩內(nèi)衣智能化，另一方面具有及早發(fā)現(xiàn)女性乳腺疾病的作用［3］。

圖1 乳腺智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣設(shè)計流程

1 智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的研究現(xiàn)狀

1.1 可穿戴技術(shù)

可穿戴技術(shù)是將傳感器、無線通信、多功能模塊等技術(shù)系統(tǒng)地集中在可穿戴服裝上的一種技術(shù)，主要通過服裝及其附件依附于人體。既滿足了可穿戴物品的日常功能，又實現(xiàn)了人體生理數(shù)據(jù)的收集，從而達(dá)到對人體健康狀況進(jìn)行監(jiān)測的目的［4］。在智能化時代，可穿戴技術(shù)已經(jīng)逐漸成為科研工作者未來的研究趨勢，由最初簡單的縫制、粘貼轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃竦哪K化技術(shù)、嵌入式技術(shù)，涵蓋了生理數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、集成技術(shù)等多項技術(shù)。

1.1.1 柔性傳感器技術(shù)

柔性傳感器是指采用柔性材料制成的傳感器（如圖2 所示），相較于傳統(tǒng)的金屬傳感器，柔性傳感器具有體積小、便攜性強(qiáng)、光電性能突出、延展性強(qiáng)等優(yōu)點。

圖2 柔性傳感器

在乳腺按摩監(jiān)測內(nèi)衣中融入柔性傳感器，既實現(xiàn)了柔性傳感技術(shù)在女性按摩內(nèi)衣設(shè)計領(lǐng)域中的運(yùn)用，又保證了穿著者在穿著時各模塊的智能化與安全性。柔性傳感器具體可分為柔性電容傳感器、柔性壓阻傳感器、柔性壓電傳感器、柔性電感傳感器、柔性光纖傳感器等［5］。

2014 年，Mino 公司研制出一款基于柔性傳感器采集體溫、心率、呼吸等數(shù)據(jù)的智能嬰兒連體服。東華大學(xué)易紅霞［6］提出利用鍍銀導(dǎo)電紗線制作柔性傳感器并集成在服裝上，利用Visual Basic 6.0 實現(xiàn)信號傳輸?shù)膮f(xié)調(diào)以達(dá)到無線傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建。LIU 等［7］通過將硅橡膠與碳化三聚氰胺海綿結(jié)合，制備出用于檢測足底壓力的柔性壓力傳感器。曾曉［8］以石墨為導(dǎo)電填料，聚偏氟乙烯（PVDF）和聚環(huán)氧乙烷（PEO）為基體材料，研制出一款溫敏復(fù)合材料，由該材料制成的溫度傳感器具有良好的穩(wěn)定性與響應(yīng)性，且抗干擾能力很強(qiáng)。劉官正等［9］利用柔性電感傳感器制成一款呼吸監(jiān)測腰帶，實驗表明其同樣可用于日常生活中的呼吸監(jiān)測。

1.1.2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣作為智能服裝的一類，需要同時滿足服裝一體化的設(shè)計，其數(shù)據(jù)收集處理應(yīng)從整體出發(fā)。而整體的協(xié)調(diào)設(shè)定需要將多功能材料、柔性傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊、電子電路等多方面結(jié)合，同時兼顧設(shè)計制作成本，實現(xiàn)乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的智能化、人性化、市場化。2012 年，美國研發(fā)了第一款乳腺智能胸罩，通過感知乳腺溫度的細(xì)微變化判定乳腺內(nèi)因癌細(xì)胞導(dǎo)致的血管堵塞引發(fā)的人體溫度變化［10］。2015 年，美國Cycadia Health 公司推出一款智能背心iTBra，通過印刷在織物表面的溫度傳感器監(jiān)測用戶乳腺區(qū)域溫度，基于系列算法與人工智能比較健康組織與癌組織細(xì)胞之間的溫度差異，從而實現(xiàn)對乳腺健康的監(jiān)測［11］。2016 年，丁立研發(fā)了一款基于氣墊按摩壓力檢測女性乳腺是否發(fā)病的智能內(nèi)衣［12］。2019 年，深圳智裳科技公司聯(lián)合Lightness 研發(fā)了一款A(yù)I 智能乳腺健康監(jiān)測內(nèi)衣［13］，該內(nèi)衣采用紅外成像技術(shù)，通過16 個高精度溫度傳感器實現(xiàn)乳腺病變預(yù)警。

1.2 服裝本體研究

服裝本體研究是指在服裝紡織材料、服裝縫制結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計等方面進(jìn)行研究的一項技術(shù)，是一種針對服裝本身的研究。對服裝本體的研究既能夠在一定程度上滿足消費(fèi)的舒適性、服裝的美觀性、穿著的耐久性，又能夠滿足可穿戴技術(shù)在服裝上的高度集成。而且對服裝材料的研究還有助于實現(xiàn)綠色環(huán)保，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.1 功能性材料技術(shù)

具有良好吸濕排汗功能的透氣性面料是乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的首選，其次是面料的多功能性。面料的選取既要滿足良好的透氣性、吸濕性，又要保證滿足國家制定的服裝安全規(guī)則與內(nèi)衣安全標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)吸濕排汗性能較好的內(nèi)衣面料以滌綸為主，如圖3 所示，其面料橫截面呈“十”字狀，縱向呈溝槽形態(tài)，以保證具有良好的吸濕排汗性。國內(nèi)外對功能性面料都展開了大量的研究。王科林等［14］對精紡毛織物中的Coolmax 纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，當(dāng)Coolmax 纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時，織物的吸濕排汗性能最好，其中緞紋組織性能最好，平紋組織次之，斜紋組織最差。Wang 等［10］先將有機(jī)金屬骨架ZIF-8 與聚丙烯腈（PAN）融合制備表面粗糙的超細(xì)纖維，并將粗糙的超細(xì)纖維與聚丙烯腈納米纖維電紡交替疊加，形成多層結(jié)構(gòu)膜，再用酸和堿調(diào)整織物的親水性，引起多尺度的表面粗糙度，最終纖維具有優(yōu)異的吸濕排汗性能，并兼具顆粒吸附功能。

圖3 吸濕排汗滌綸纖維的橫截面照片

1.2.2 款式造型結(jié)構(gòu)

款式造型的結(jié)構(gòu)設(shè)計，一方面在較大程度上影響了乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣內(nèi)部的元器件排布與電路銜接，進(jìn)而影響了穿著的舒適性與安全性；另一方面，一旦不符合大眾的審美將降低銷量，難以打開市場。因此，款式造型的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要根據(jù)目標(biāo)消費(fèi)人群不斷改進(jìn)。如當(dāng)下內(nèi)衣流行美背款，將內(nèi)衣與幾何學(xué)結(jié)合起來，運(yùn)用勾股定理，在女性背部蝴蝶骨上勾畫出穩(wěn)定直角的天秤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)人體工學(xué)和性感美學(xué)的統(tǒng)一與平衡。季鳳芹等［15］針對26～30 歲女性消費(fèi)人群設(shè)計出一款采用碎褶夾棉彈性罩杯、短腰骨衣、水平型“工”字形肩帶內(nèi)衣（如圖4 所示）。不斷改進(jìn)乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的款式是保證整體協(xié)調(diào)性與技術(shù)進(jìn)步的前提。

圖4 水平型“工”字形肩帶內(nèi)衣設(shè)計圖

1.2.3 服裝工藝設(shè)計

服裝工藝作為服裝設(shè)計的延續(xù)與展現(xiàn)，在一定程度上會影響服裝整體的功能性與美觀性，而智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣作為貼身衣物，其工藝設(shè)計將大大影響穿著者的舒適性，因此國內(nèi)外都加強(qiáng)了對內(nèi)衣的工藝設(shè)計。20世紀(jì)90年代，意大利圣東尼公司推出無縫三維立體織造技術(shù)［16］，將3D 無縫一體技術(shù)運(yùn)用到女性內(nèi)衣設(shè)計上，設(shè)計出舒適性強(qiáng)、無壓迫緊繃的內(nèi)衣，使胸部輕松自由。梁素貞等［17］在三維人體掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過上下拼縫、加寬文胸下扒的工藝設(shè)計，在智能內(nèi)衣設(shè)計上采用刺繡或編織的方式，將心電紡織傳感器等多項電子元件安裝到文胸心臟部位，實現(xiàn)了智能內(nèi)衣的便攜性與可拆卸化。另外還有諸如超聲波工藝、伸拉特工藝等，都對內(nèi)衣穿著舒適性的提升起到促進(jìn)作用。

2 智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣設(shè)計存在的問題

目前，國內(nèi)外針對乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的設(shè)計基本處于探索、實驗狀態(tài)，因人體乳腺區(qū)域的各項數(shù)據(jù)互相影響且較為雜亂，而大多數(shù)智能內(nèi)衣只是將電子元件與內(nèi)衣機(jī)械地結(jié)合在一起，監(jiān)測的生理指標(biāo)較為基礎(chǔ)單一，多為溫度、血壓等，無法準(zhǔn)確監(jiān)測乳腺區(qū)域的健康以實現(xiàn)預(yù)警。而且由于傳感器、數(shù)據(jù)處理器、線路連接、集成方式等多方面因素，乳腺智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣仍具有體驗感差、笨重、功能單一、價格昂貴、受眾低等多項缺點。

行業(yè)內(nèi)沒有該類服裝的具體標(biāo)準(zhǔn)，整體的設(shè)計需要多項學(xué)科交叉，研究人員來自各個不同領(lǐng)域，而國內(nèi)交叉學(xué)科仍屬于新興學(xué)科，沒有較好的研究基礎(chǔ)。此外，針對智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣的性能評估仍不夠完善，需要大量實驗進(jìn)行完善。隨著科技進(jìn)步，該監(jiān)測按摩內(nèi)衣需要面向市場，因此該服裝的設(shè)計需要滿足消費(fèi)者的消費(fèi)能力。

綜上所述，監(jiān)測按摩內(nèi)衣的設(shè)計需要考慮美觀舒適性、便捷安全性、人體工效學(xué)、可靠性等。

2.1 便捷安全性

智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣設(shè)計應(yīng)滿足服裝的便攜性、可拆卸化、耐水洗，保證用戶使用時無壓力、便捷輕松，各電子部位的銜接保證密封并防水，降低出現(xiàn)機(jī)械故障等現(xiàn)象。

2.2 美觀舒適性

目前大多數(shù)監(jiān)測按摩內(nèi)衣多將電子元件與內(nèi)衣機(jī)械結(jié)合，所以電子設(shè)備的排放、線路的銜接都會影響穿著的美觀性與舒適性，因此以后的設(shè)計需要考慮其模塊的設(shè)計與搭配。

2.3 可靠性

監(jiān)測和處理數(shù)據(jù)作為監(jiān)測按摩內(nèi)衣的核心功能，應(yīng)在考慮用戶日常穿著的狀態(tài)下保證其數(shù)據(jù)監(jiān)測的穩(wěn)定性，實現(xiàn)服裝整體功能的可靠。

3 智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的發(fā)展趨勢

隨著科技發(fā)展，從智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣發(fā)展趨勢來看，應(yīng)從柔性傳感技術(shù)、監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、功能性材料研發(fā)和款式造型與工藝設(shè)計4個方面進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 柔性傳感技術(shù)

隨著未來柔性傳感技術(shù)的發(fā)展，柔性傳感器的性能將更加穩(wěn)定、精確，靈敏度與可重復(fù)性將會得到提升，從而更加準(zhǔn)確地監(jiān)測乳腺的健康狀況，而質(zhì)量輕的柔性電壓傳感器將成為該領(lǐng)域的研究重點。Samadi 等［18］在多步聚合后實現(xiàn)了四氧化三鐵（Fe3O4）納米顆粒和氧化石墨烯（GO）納米板的高協(xié)同作用。GUO 等［19］利用絲素蛋白和PVDF 納米纖維制備了一種全纖維混合壓電式傳感器。這一類傳感器性能更加穩(wěn)定、精確，而且靈敏度高、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可重復(fù)性強(qiáng)，是未來的研究方向。

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

內(nèi)衣與人體皮膚的接觸最為密切，因此智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣監(jiān)測系統(tǒng)是人體信號收集的最佳平臺。Cho 等［20］研究電極的放置位置，確定了心電信號監(jiān)測采集的最佳位置：將內(nèi)衣的表面切成均勻的網(wǎng)格，在前后衣片每間隔6 cm 位置設(shè)置一個電極，共設(shè)置56 個，然后從這56 個位置確定監(jiān)測心電圖電極的最佳位置。王裕等［21］通過在乳腺智能監(jiān)測內(nèi)衣中安裝血流量傳感器，分析乳腺各部位血管形狀、含血量、含氧量，以區(qū)分乳腺病變區(qū)域與正常部位，并以此劃分出4 種乳腺內(nèi)血流豐富程度加以監(jiān)測。高駿［22］也通過對心電、體溫、噪音等生理信號進(jìn)行監(jiān)測設(shè)計，研究出乳腺監(jiān)測內(nèi)衣，并申請了相關(guān)專利。

3.3 功能性材料

國內(nèi)對于智能內(nèi)衣面料研發(fā)的方向是吸濕排汗，還在嘗試多種其他方法，如智能材料的研究。而隨著材料科學(xué)的發(fā)展，越來越多的多功能材料被運(yùn)用到服裝領(lǐng)域。北京創(chuàng)新愛尚家科技股份有限公司（又稱Aika 愛家科技）制備的石墨烯紡織物材料具有良好的柔韌性，可裁剪、水洗、干洗，有良好的導(dǎo)電性，且加熱穩(wěn)定均勻，30 s 即可加熱到40 ℃，并能發(fā)射性能更好的遠(yuǎn)紅外線，實現(xiàn)理療保健功能，供壓只需5 V，保證了用戶的安全。日本NTT 公司通過在絲綢或合成纖維等材料表面覆蓋導(dǎo)電性高分子“PEDOT-PSS”的生物傳感材料，研究出一款具有柔軟、親水、高強(qiáng)度、可嵌入內(nèi)衣的電極材料（如圖5 所示），其生物相容性高，不僅可以用于心電圖測量，還可以測量神經(jīng)活動電位［23］。

圖5 涂覆導(dǎo)電性高分子“PEDOT-PSS”的電極材料

因此，智能材料的研究創(chuàng)新將有力促進(jìn)女性智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣的創(chuàng)新，在傳感方面可以增加人體生理指標(biāo)監(jiān)測的準(zhǔn)確性，在保健方面可以實現(xiàn)智能內(nèi)衣的加熱與理療功能，女性乳腺按摩內(nèi)衣的創(chuàng)新設(shè)計需要功能性面料的創(chuàng)新。

3.4 款式造型與工藝設(shè)計

智能內(nèi)衣作為人體貼身衣物，在設(shè)計其款式與工藝制作時要更多地考慮利用人體功效學(xué)對服裝進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合人體生理學(xué)與醫(yī)療相關(guān)知識，保證舒適性與安全性，為了滿足消費(fèi)者對智能內(nèi)衣美觀舒適的要求，許多研究人員在款式設(shè)計、裁剪、工藝等方面展開創(chuàng)新。如仿生蜂巢模杯，采用芯狀結(jié)構(gòu)，模杯上的透氣孔洞保證空氣的流通，快速蒸發(fā)皮膚表面的濕氣，舒適透氣，導(dǎo)濕排汗防止細(xì)菌滋生；使用新款式，如背心款、美背款、U 型款、V 型款、抹胸款等，將幾何學(xué)運(yùn)用至內(nèi)衣造型設(shè)計中，遵循人體結(jié)構(gòu)學(xué)帶來舒適感的提升，實現(xiàn)人體工效學(xué)和性感美學(xué)的統(tǒng)一與平衡；調(diào)整鋼圈分布，將普通鋼圈換成舒適減壓的無鋼圈與隱形軟鋼圈，以面代線地緩解束縛，使穿著體驗更舒適，保證用戶胸部血液順暢循環(huán)［24］。改進(jìn)智能乳腺按摩內(nèi)衣款式造型是滿足消費(fèi)者審美、擴(kuò)大市場的關(guān)鍵。

4 結(jié)語

從柔性傳感技術(shù)、監(jiān)測系統(tǒng)、功能面料技術(shù)、款式造型與工藝4 個方面分析了女性乳腺智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣的研究進(jìn)展。4 方面的研究存在關(guān)聯(lián)性，研發(fā)者在研究時要兼顧整體的協(xié)調(diào)性，重視多學(xué)科的交叉融合，統(tǒng)籌考慮內(nèi)衣設(shè)計的美觀舒適性、安全性、可靠性等。

研究下述問題將有利于智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的發(fā)展：（1）柔性傳感器與多功能面料結(jié)合，使傳感器與面料更好地結(jié)合，減小傳感器的體積與質(zhì)量，提高其便攜性與靈敏性，實現(xiàn)內(nèi)衣舒適性的提升；（2）監(jiān)測系統(tǒng)的改進(jìn)與創(chuàng)新，不斷完善監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與靈敏性，加強(qiáng)多因素結(jié)合，實現(xiàn)乳腺監(jiān)測的豐富與完善；（3）面料多功能研究與創(chuàng)新，加強(qiáng)多功能面料的開發(fā)，實現(xiàn)服裝面料的智能化，以期更好地配合監(jiān)測內(nèi)衣的整體設(shè)計；（4）改進(jìn)乳腺按摩監(jiān)測內(nèi)衣款式結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對電子元件的排布、線路的銜接、服裝的美觀性、可穿脫性等都具有影響；（5）建立成熟的乳腺按摩監(jiān)測內(nèi)衣整體協(xié)調(diào)評估機(jī)制。

乳腺智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣融合多項不同技術(shù)，且相互制約影響，因此建立針對其整體協(xié)調(diào)的評估機(jī)制尤為重要，只有建立科學(xué)的評估機(jī)制，才能為乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣功能協(xié)調(diào)一體化的研究提供參考。