智能服裝在健康監(jiān)護領(lǐng)域的研究

智能服裝(smart/intelligentclothing)是近年來的一個研究熱點，它的理念最早起源于上世紀70年代末80年代初流行的“可穿戴計算機”，由于小型化技術(shù)的進步，人們逐漸可以將原來安裝在背包中的沉重的計算機系統(tǒng)植入眼鏡或衣服中，并通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從系統(tǒng)中獲取信息。最早的智能服裝在1993年誕生于麻省理工學院的媒體實驗室。智能服裝結(jié)合了電子信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、紡織科學及材料科學等相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，通過兩大類方法來實現(xiàn)自身的智能化：一類是運用智能服裝材料，包括形狀記憶材料、相變材料、變色材料和刺激—反應水凝膠等;第二類是將信息技術(shù)和微電子技術(shù)引入人們?nèi)粘４┲姆b中，包括應用導電材料、柔性傳感器、無線通訊技術(shù)和電源等。

由于人們越來越重視自身的健康，而且智能服裝具有探測人體生理參數(shù)的極大潛能，因此智能服裝在健康監(jiān)護領(lǐng)域的研究應用也成了近年的重點。本文將簡要介紹智能服裝在健康監(jiān)護領(lǐng)域的研究。

1 設(shè)計核心問題

智能服裝在設(shè)計過程中主要受到各種數(shù)字傳感設(shè)備以及人體工程學的限制和引導。設(shè)計者首先必須認識到它們與一般醫(yī)療器械的不同：

(1)智能服裝需要被病人穿戴在身上;

(2)它們往往需要與穿著者發(fā)生作用才可以進行各種操作;

(3)它們常常在變化的環(huán)境中工作，而且該環(huán)境體系很難得到控制。

但這些差異也為智能服裝的研究提供了現(xiàn)實的意義，并促使研究者進一步考慮實際應用中存在的各種問題。

(1)生理信息的獲取—傳感器

傳感器可以用來監(jiān)護生理環(huán)境及其變化。健康監(jiān)護用智能服裝主要使用了醫(yī)學傳感器和周邊傳感器。

醫(yī)學傳感器可以監(jiān)護生理狀態(tài)和過程，而且也可以參與記錄生理和運動機能的各種參數(shù)。周邊傳感器用來監(jiān)控外部環(huán)境，將信息反饋到主系統(tǒng)中使其相應的改變自身功能，以提高主系統(tǒng)的情境感知能力，使其正確評估醫(yī)學傳感器的工作。它包括溫度計、二氧化碳探測器、麥克風甚至數(shù)碼相機等，可以用來檢測氣溫、濕度、空氣質(zhì)量、音量等環(huán)境指標;也可以輔助導航，如GPS、數(shù)碼指南針等導航傳感器。

健康監(jiān)護用智能服裝還廣泛使用無線傳感技術(shù)，不僅解決了傳感器工作的一系列問題，還使使用者獲得很大的自由和舒適。它們的設(shè)計集成了無線發(fā)射機和自發(fā)備電系統(tǒng)。無線智能傳感器可以進行數(shù)據(jù)采集及人體和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的有限信號處理。它一方面可以降低可穿戴處理器的工作負載，一方面也可以提高評價的速度，因此在實時應用中作用突出。

如圖1所示智能服裝中所用的醫(yī)學傳感器主要用來檢測各種生理信號，如：檢測心電、肌電、腦電和眼電等信號的體表電極，檢測體溫的熱敏電阻，檢測皮膚電導的皮電反應傳感器、檢測脈搏心率的壓電傳感器，用光體積測量法檢測血壓、血氧飽和度和心率的紅外發(fā)射接收系統(tǒng)。有的傳感器系統(tǒng)還包括運動生理學傳感器，如檢測運動速度的加速度器、檢測關(guān)節(jié)夾角的電子量角器、檢測障礙物的近距離傳感器和接觸傳感器等等。醫(yī)學上，它們也可以用來檢測一些與臨床病理相關(guān)的運動，如步態(tài)異常、顫抖、帕金森氏病等，并能引導視力損傷病人的行走，使他們避開障礙物。

以上大都是物理傳感器，近來也有研究將重點放在了檢測人體PH值等參數(shù)的化學傳感器上。 ShirleyCoyle等介紹了一種可以檢測人體汗液PH值的化學傳感器(圖2)的工作原理。比色法是該種傳感器的主要檢測方法。研究者將在對PH值靈敏的染料溴百里酚藍固定在織物基底，使染料直接與汗液接觸。同時發(fā)光二極管用作光源，并使用光電二極管作探測器。利用該染料對PH值在6.0至7.6范圍內(nèi)有不同的吸光特性，可以通過光電二極管檢測到染料放出光的波長，從而確定其PH值。

總之，物理傳感器和化學傳感器目前都在智能衣服的研究中的到了不同程度的應用，如下表所示：