孫新建

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089）

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提升，人們不再僅關(guān)注衣食住行等基本需求，對健康的重視程度越來越高，開始尋找多種方式來保證身體健康，比如適當?shù)捏w育鍛煉、保持良好的生活習(xí)慣、定期體檢等。但是，醫(yī)院體檢的程序較多，耗時又費力，而且只能對體檢者當時的身體狀況進行評估，沒辦法監(jiān)測體檢者長期、持續(xù)的身體狀態(tài)。近年來，心電監(jiān)測服裝成為智能紡織品領(lǐng)域的研發(fā)熱點，可以對人體心電信號進行長期、實時的監(jiān)測，同時生成心電圖對穿衣者的心臟情況進行反饋，達到心臟監(jiān)測和示警的作用。紡織電極與傳統(tǒng)醫(yī)用電極相比具有非常大的優(yōu)勢，柔軟透氣、準確及時，可以實時傳輸心電監(jiān)測信號，長期接觸不會造成人體皮膚過敏或者潰爛現(xiàn)象。

1 紡織電極簡介

1.1 常用材料

紡織電極是通過特殊方式將導(dǎo)電物質(zhì)放在纖維、紗線等紡織物表面，使衣物能將人體心臟產(chǎn)生的離子導(dǎo)電轉(zhuǎn)化為可以被檢測到的電子導(dǎo)電的一種器件。應(yīng)用較為廣泛的紡織電極材料有導(dǎo)電纖維、織物或者紗線等服裝材料。在紡織電極研究領(lǐng)域，有大批學(xué)者和專業(yè)人員進行深入研究，比如有研究人員將鍍銀滌綸紗線作為材料，使用電路模擬法、氯化改性處理法、手工刺繡成型法等方式，將電鍍工藝和紡織工藝科學(xué)結(jié)合，設(shè)計出一種比較柔軟的電極面料，對紡織電極靜態(tài)性能的評估也有了較大的進步[1]。高校的研究團隊將一些棉質(zhì)織物浸入含有吡咯單體和摻雜劑的水溶液中，然后在混合水溶液中加入氧化劑，使吡咯聚合到棉織物上形成導(dǎo)電織物，完成了聚吡咯/棉織物心電電極的制備和性能評價。為了開展織物材料與電極織物之間的關(guān)系實驗，相關(guān)學(xué)者將聚酰胺織物、聚酯織物和棉織物分別浸泡在聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）/聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）溶液中進行化學(xué)改性，制成紡織電極，隨后將紡織電極放在內(nèi)衣織物中，完成心電信號監(jiān)測。通過測試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過多次水洗后，棉織物電極和聚酰胺織物電極獲得的心電信號質(zhì)量較高，聚酯織物電極獲得的心電信號較弱。

1.2 制備方法

紡織電極的分類較多，其中，按照成品的種類可以分為非織造布電極、機織類電極、3D打印電極和針織類電極4種。這些紡織電極比較普遍的應(yīng)用方法有3種。（1）在織物表面沉積導(dǎo)電金屬或?qū)щ姼呔畚铮纬杉徔楇姌O；（2）使用導(dǎo)電纖維或者在纖維中加入適當?shù)膶?dǎo)電粒子，隨后將纖維制成紡織電極；（3）通過縫紉手段將導(dǎo)電紗線制成衣物的一部分，使其發(fā)揮心電監(jiān)測的功能。相關(guān)學(xué)者為了提升紡織電極的質(zhì)量，使用3D打印技術(shù)制作出一種高精度的三維形態(tài)結(jié)構(gòu)，通過在這一結(jié)構(gòu)中先后濺射鈦層和金層，形成電極。研究和實驗發(fā)現(xiàn)，這種電極能與人體產(chǎn)生更密切的接觸，降低外部因素對心電信號的影響，提升心電監(jiān)測的精確度，是當前實現(xiàn)低成本、快生產(chǎn)、高精度電極的重要手段。

2 紡織電極在心電監(jiān)測服裝設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 紡織電極在健康監(jiān)測服裝設(shè)計中的應(yīng)用

隨著我國人口老齡化程度不斷加深，老年人口占總?cè)丝诘谋壤絹碓礁?，老年群體的各項身體機能會出現(xiàn)或多或少的退化現(xiàn)象，引發(fā)各種各樣的基礎(chǔ)病。因此，監(jiān)測和反饋人體醫(yī)學(xué)信號對人體疾病的預(yù)防和預(yù)警具有非常重要的意義[2]。國際上研發(fā)出一款健康監(jiān)測內(nèi)衣，內(nèi)部有高分子樹脂的聚酯紡織電極，能對穿衣者的心臟肌肉活動進行實時監(jiān)測。我國對紡織電極也有比較深入的研究，相關(guān)學(xué)者和研究團隊使用Ag和AgCl這兩種材料制成紡織電極，與社會上的科技企業(yè)進行合作，開發(fā)出我國首款心電監(jiān)測智能服飾。該服飾與人體緊密貼合，但是不會使人體皮膚出現(xiàn)過敏或者潰爛現(xiàn)象，而且清洗比較方便，可以使用洗衣機清洗，在心電監(jiān)測服裝領(lǐng)域獲得了廣泛的好評。

2.2 紡織電極在運動監(jiān)測服裝設(shè)計中的應(yīng)用

隨著社會的不斷發(fā)展，人們的思想發(fā)生了很大的變化，為了保證身體健康，人們不僅會定期進行體育運動，還會定期體檢來對疾病進行預(yù)防和示警。但是，人們在運動和鍛煉的過程中往往缺乏專業(yè)指導(dǎo)，對運動量無法進行嚴密的把控，導(dǎo)致出現(xiàn)運動過量的現(xiàn)象。運動過量會導(dǎo)致人體出現(xiàn)肌肉、關(guān)節(jié)和韌帶損傷等問題，甚至?xí)a(chǎn)生比較嚴重的心臟負擔，在這種情況下，容易引發(fā)心血管疾病，對人體健康和生命安全造成不利影響。因此，相關(guān)研究領(lǐng)域加強對運動監(jiān)測產(chǎn)品的研究，對保障人體健康具有重要意義。聯(lián)想公司開發(fā)出一款智能心電衣，主要通過編織的方式，將12塊柔性織物電極織入心電衣中，這類產(chǎn)品可以對人體的基本特征進行實時監(jiān)測，不間斷地對人體心電信號進行采集和分析，且采集和分析結(jié)果比較準確。

2.3 紡織電極在其他監(jiān)測領(lǐng)域服裝設(shè)計中的應(yīng)用

紡織電極作為一種新技術(shù)，在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，比如健康監(jiān)測、運動監(jiān)測等。相關(guān)研究團隊設(shè)計了一款無縫智能胎兒監(jiān)測服，將柔性導(dǎo)電紡織電極以編織的方式放入服裝中，主要作用是監(jiān)測孕婦和胎兒的生命信號，主要體征有孕婦的心率、胎兒的心率以及孕婦子宮內(nèi)的情況，這種監(jiān)測可以比較準確地評估孕婦和胎兒的健康程度。當前，市面上還存在一種監(jiān)測服裝，是將光纖材料植入衣服中，可以對穿衣者的心電信號、體溫、心率等特征進行監(jiān)測。此外，這種監(jiān)測服裝還能發(fā)送危險信號，相關(guān)部門會根據(jù)接收的信號判斷穿著者的受傷部位及受傷程度，及時制定科學(xué)有效的救援方案。

3 紡織電極在心電監(jiān)測服裝設(shè)計中存在的問題及發(fā)展趨勢

3.1 紡織電極在心電監(jiān)測服裝設(shè)計中存在的問題

紡織電極在心電監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，這種關(guān)鍵部件能推動智能紡織品走向舒適化、小型化以及一體化，但是還存在一些問題需要完善和解決。首先，紡織電極與傳統(tǒng)的醫(yī)用電極在使用方面具有較大區(qū)別，紡織電極在使用時不需要用導(dǎo)電膠，雖然這種方式會避免人體皮膚出現(xiàn)敏感、潰爛現(xiàn)象，但是會導(dǎo)致電極與測試者的貼合度不高，如果穿衣者處于運動狀態(tài)，就會影響測試的質(zhì)量，導(dǎo)致測試信號中出現(xiàn)大量的噪聲，對心電測試的準確性造成影響[3]。運動型的心電監(jiān)測服裝在設(shè)計和制作時一般會使用緊密貼合人體的材料，加大衣服與人體表面的接觸面積，但是如果衣服過緊，會影響服裝的舒適度。因此，在設(shè)計運動心電監(jiān)測服裝時，需綜合考量人體與服裝的貼合度。其次，測試效果的可靠性還需要提升。對身體健康分析和運動指導(dǎo)而言，最重要的環(huán)節(jié)就是要準確接收心電信號。但是，當前市面上的心電監(jiān)測產(chǎn)品只能監(jiān)測人體的靜態(tài)心電信號，當人處于運動狀態(tài)時，心電信號的接收效果難以達到標準，這就需要在分析心電信息時，對運動狀態(tài)進行更細致的解析，對人體在不同狀態(tài)下的心電信息進行詳細記錄，降低運動狀態(tài)對心電信號準確性的影響。最后，紡織電極在心電監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用的評價標準不夠規(guī)范，缺乏統(tǒng)一的標準。當前，心電監(jiān)測領(lǐng)域比較普遍的評價指標是阻抗，但是這種指標對紡織電極的質(zhì)量很難進行全面的表達，不利于心電監(jiān)測領(lǐng)域的標準化發(fā)展。因此，相關(guān)部門要不斷優(yōu)化和完善這一領(lǐng)域的標準[3]。

3.2 紡織電極在心電監(jiān)測服裝設(shè)計中的發(fā)展趨勢

當前，可穿戴設(shè)備在家庭自主監(jiān)護管理中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，智能監(jiān)測設(shè)備的可持續(xù)使用時間越來越長，能監(jiān)測的生理參數(shù)也越來越完善，能充分發(fā)揮疾病預(yù)防和早期治療的作用。當前，智能紡織品能監(jiān)測的疾病范圍也越來越廣，逐漸朝著心臟驟停、心肌梗塞等疾病的預(yù)防和術(shù)后恢復(fù)方向發(fā)展。智能紡織物通過對穿衣者生理信息和病理信息兩個方面的把握，能提供有針對性的應(yīng)急措施和治療方案，為后續(xù)的臨床治療工作提供有效的參考[4]。社會的發(fā)展使人們的健康觀念發(fā)生了很大的變化，人們對健康的關(guān)注程度和疾病的預(yù)防意識越來越強，使醫(yī)療儀器的類型逐漸朝著家用和個人的小型化發(fā)展。信息技術(shù)、集成電路等先進技術(shù)的發(fā)展使相關(guān)研究領(lǐng)域提出了無線體域網(wǎng)系統(tǒng)這一概念，以人體為系統(tǒng)的中心，將個人電子設(shè)備作為基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò)，向用戶提供身體的實時參數(shù)，同時還能將信號傳遞給遠程醫(yī)療服務(wù)器。這種智能服裝系統(tǒng)不僅能滿足人們?nèi)粘５拇┐餍枨螅€能實現(xiàn)任何時間、地點的人體生理信號實時監(jiān)測。家庭監(jiān)護設(shè)備和智能紡織品的飛速發(fā)展使學(xué)者開始將監(jiān)測技術(shù)運用于醫(yī)療領(lǐng)域，加強了對疾病病理方面的監(jiān)護，紡織電極逐漸朝著促進運動和疾病康復(fù)的方向發(fā)展。相關(guān)學(xué)者對心電監(jiān)測與紡織電極的研究越來越深入，有學(xué)者提出了一種用于高危心臟病患者的健康監(jiān)測系統(tǒng)，對患者的生命體征進行綜合監(jiān)測和分析，并提出有針對性的治療方案，為臨床醫(yī)生提供參考。有學(xué)者研發(fā)了一種適用于帕金森患者的可穿戴遠程監(jiān)測系統(tǒng)，收集和運算患者的臨床病理數(shù)據(jù)，通過遠程監(jiān)測系統(tǒng)為患者提供有效的疾病治療和藥物服用參考。部分學(xué)者指出，慢性疾病嚴重影響了青少年的身心健康，比如癲癇患兒的死亡率是健康兒童的5倍左右，而且死亡原因主要是治療措施不到位。

4 結(jié)語

紡織電極能對人體進行長期和實時監(jiān)測，對心電信號的監(jiān)測效果比較好，在心電監(jiān)測服裝設(shè)計中的應(yīng)用比較廣泛，但是因為起步較晚，還存在一些問題需要完善和解決。當前，我國紡織電極的整體研究水平和技術(shù)水平與發(fā)達國家相比還存在一定的差距，因此，我國相關(guān)領(lǐng)域要對國外的優(yōu)秀研究成果進行選擇性學(xué)習(xí)，不斷提升我國紡織電極的生產(chǎn)水平，提高我國心電監(jiān)測服裝產(chǎn)品的市場競爭力。