發表時間:2022/5/26
自20世紀90年代起,智能紡織品就被廣泛應用于健康監測領域。集成到服裝中的電極、傳感器和執行器能夠監測或校正身體狀態。隨著科技的迅速發展,智能紡織品在健康監測領域的應用更為深入。
心電圖(ECG)測量
心電圖(ECG)從體表來測量心肌電活動。來自美國萊斯大學布朗工程學院實驗室的化學和生物分子工程師Matteo Pasquali博士帶領的研究團隊,利用新型可水洗、可縫紉、全碳納米纖維,成功縫紉出了一款智能心電圖監測T恤。
這款T恤由普通纖維和碳納米纖維創建的可縫紉電極以及信號傳輸線組成。這些電極纖維和信號傳導線與常規的縫紉纖維一樣柔軟,但具有金屬級別的導電性和低阻抗。碳納米纖維柔軟靈活,利用“之”字形圖案將其植入紡織品中后,其可以隨著T恤拉伸而不折斷,“之”字形圖案可靈活調整,以適應襯衫或其他織物不同的拉伸程度。同時,這些纖維還能通過緊身服裝與用戶皮膚穩定接觸,收集用戶身體上的電信號,并將數據傳輸到智能手機或其他設備上。經測試,這款智能心電圖監測T恤穿著舒適,在心電圖監測的準確性上甚至略優于市面上的商業醫用心電監護設備,且經過反復機洗不會影響其性能。
肌電圖(EMG)測量
肌電圖(EMG)記錄的是肌肉收縮和放松循環中發生肌肉電活動的測量值。通常肌肉活動是由直接放在皮膚上的三個電極捕獲。來自猶他大學和韓國國立慶尚大學的研究人員開發了一種低成本、操作簡便的生物電傳感器,可以測量肌肉收縮時產生的EMG信號。EMG信號可用于研究肌肉疲勞和恢復,并進一步為神經肌肉疾病的診斷和治療提供信息?;陔娮蛹徔椘返纳飩鞲衅骺梢酝ㄟ^大面積身體電極覆蓋以獲得更精確的測量結果。最初,研究人員將銀漿直接通過平網印花印在滌綸/棉混紡織物上。銀具有導電性,是監測電信號的良好材料。然而,其具有一定的毒性,長期接觸會導致皮膚過敏。所以,為了利用銀的有益特性,同時解決其帶來的問題,研究人員在銀片上沉積了一層金納米粒(Au NPs)包裹住銀顆粒,防止其接觸皮膚,從而獲得一個既能導電又不刺激皮膚的探測器。經實驗證明,Au/Ag生物傳感器具有良好的耐洗滌性。
腦電圖(EEG)測量
腦電圖(EEG)記錄由腦結構不同而產生的頭皮不同位置之間的電壓差,即每個通道連接到兩個電極。EEG電極可以是由小金屬板制成,并通過導電電極凝膠附著在頭皮上進行測量,其可以由多種材料制成,常用有錫(Sn)電極、銀/氯化銀(Ag/AgCl)電極、金(Au)電極及鉑(Pt)電極?,F在頭皮電極腦電圖常規使用的是國際10-20系統,該系統包括19個記錄電極和2個參考電極。除了起點位置的距離是10%之外,其余都是20%。此外根據不同病癥監測位置的需求,在10-20系統的基礎之上,在10%的位置上還可以擴展電極,得到10-10系統。這些電極通常固定在由彈性織物制成的帽子上,以保證正確的配置。
國際10-20系統
國際10-10系統
法國醫療器械公司BioSerenity旗下的Neuronaute?智能服裝(包括智能襯衫和智能帽子)中配備了可監測生理特征的生物傳感器,其可監測穿戴者的腦電圖、眼球運動、肌肉活動、心率、呼吸頻率、體溫和活動。相關數據可以通過藍牙同步至手機app,旨在幫助診斷和監測居家的癲癇患者,找出引發癲癇發作的原因。
身體其他參數
(1)汗/濕度傳感器
體液如汗液、尿液或眼淚可提供有關病人健康狀況的信息,因此可對其進行收集并分析以用于醫學診斷。
意大利羅馬第二大學的研究團隊研發了一種用于監測汗液中pH值的無線柔性表皮裝置。該裝置將平網印刷電位傳感器、集成電路和天線集成在聚酰亞胺(Kapton)材料上。二氧化銥膜電沉積在石墨工作電極上作為pH感應層,集成電路板可采集和存儲數據。經試驗證明,集成表皮裝置在跑步期間可以對身體汗液的pH值進行實時監測,其與pH測量計測試數據具有一致性。
(2)溫度傳感器
人體的溫度指標有時能提前預防疾病的惡化。2021年12月28日,《美國醫學會雜志》(JAMA)刊登了2013年~2018年中國糖尿病患者患病和治療的最新統計數據。根據這項調查研究,中國成人糖尿病患病率從2013年的10.9%上升至2018年的12.4%;糖尿病前期的患病率從2013年的36%上升至2018年的38%。大約25%的糖尿病患者在其一生中會經歷糖尿病足潰瘍(DFU)。糖尿病足潰瘍是一種糖尿病常見慢性并發癥,致殘率及致死率較高,早期正確預防和治療可使45%~85%患者免于截肢。皮膚溫度評估已被證明可以降低人體足部潰瘍的風險。
糖尿病患者健康監測公司Siren Care推出了一款智能襪子,其利用溫度傳感器對腳部六個關鍵位置進行連續監測,判斷糖尿病患者腳部是否出現了炎癥,通過算法監控溫度讀數并生成警報,從而來進行病情監控。
A圓圈標出的區域包含電池、微控制器單元和藍牙芯片;B襪底的傳感器分布在拇趾處(傳感器1)、跖骨點(傳感器2~4)、足中部(傳感器5)和足跟(傳感器6)。
嬰兒的自發性和自愿性運動
赫爾辛基大學的科學家開發了一種智能嬰兒連身衣,可以準確地測量七個月以上嬰兒的自發性和自愿性運動,從而反映嬰兒大腦網絡的發育完整性。這種智能連身衣集成了多種傳感器可在嬰兒運動過程中收集移動加速度計和陀螺儀數據,之后根據視頻記錄,使用專門設計用于評估給定年齡組嬰兒整體運動模式的新型注釋方案,手動注釋嬰兒的姿勢和運動模式。最后訓練基于深度卷積神經網絡(CNN)的機器學習算法,使用數據自動監測姿勢和運動類別。
(a)智能連身衣四處近端位置放置了運動傳感器;(b)注釋設置顯示同步視頻和運動數據
(來源:紡織導報官微)
主辦:中國紡織信息中心
主管:中國紡織工業聯合會
ISSN 1003-3025 CN11-1714/TS
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