穿戴醫(yī)療系統(tǒng)及發(fā)展現(xiàn)狀 通訊技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)、電源系統(tǒng)、存儲技術(shù)以及材料技術(shù)的迅猛發(fā)展為可穿戴家庭及個人醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)( Wearble Health Monitoring Systems) 的發(fā)展提供了諸多可能，也成為國內(nèi)外研究小組的研究熱點。

　　穿戴式人體生理參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)由以下功能模塊組成： 穿戴式生理參數(shù)傳感( 電極) 系統(tǒng)、信號顯示與存儲系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、遠程信息交互系統(tǒng)等。其中集成了生理信號獲取及傳輸系統(tǒng)的一體系統(tǒng)，實現(xiàn)了可穿戴醫(yī)療監(jiān)護信息的遠程化可能，能夠達到與遠程終端有線或者無線的信號傳輸�？纱┐麽t(yī)療監(jiān)護服裝系統(tǒng)涵蓋了人體生理信號檢測技術(shù)、傳感技術(shù)、傳感器件與服裝集成技術(shù)、信號處理及系統(tǒng)通訊技術(shù)等技術(shù)模塊，是一門多學科交叉的技術(shù)領(lǐng)域。

　　 1. 1 穿戴式人體生理信號及檢測技術(shù)

　　心電、呼吸、體溫是人體生命體征的3 大重要信號，在人體生理監(jiān)護中有極其重要的參考價值。準確掌握生命體征的測量對確立護理診斷、明確護理目標、為病人提供及時的護理服務(wù)具有十分重要的意義�？纱┐鞅O(jiān)護服裝將人體生理信號檢測技術(shù)與可穿戴服裝技術(shù)結(jié)合，通過在服裝中整合傳感器與電極等器件，以實現(xiàn)生理信號檢測的目的。隨著市場的需求及技術(shù)的發(fā)展，可穿戴醫(yī)療信息檢測將通過與日常用品的集成而實現(xiàn)家庭化、個人化，而其核心技術(shù)也將逐漸標準化、智能化、小型化、多功能化和遠程化。

　　 1. 1. 1 心電信號

　　心電圖( ECG) 是反映心臟機能的一項重要生理指標。心電信號是心臟心肌電位隨時間的變化曲線，由于人體系統(tǒng)為導體，所以，通過使用放置于人體皮膚表面的電極，就可將心肌生物電位變化曲線記錄下來，即為心電圖。電極就成為將人體心臟產(chǎn)生的離子導電轉(zhuǎn)化為可用于外部檢測的電子導電器件。分析心電信號的時序和形態(tài)可幫助診斷心臟問題。由于ECG 信號屬于低頻低電壓信號，信號微弱，而且易受到外界因素的干擾，影響ECG 信號的提取。其干擾因素包括人體本身原因( 如肌肉電干擾，運動干擾) 、電極方面的影響( 包括電極表面電解質(zhì)狀態(tài)，接觸可靠性) 以及外部的電磁波干擾等。由于心電信號為矢量信號，因此，電極在人體表面的放置位置就顯得至關(guān)重要，將會影響心電信號的形狀。醫(yī)學上通常采用標準12 導聯(lián)連接模式，可從不同角度反映心臟活動狀況； 而用于家庭及個人的便攜式心電監(jiān)護儀一般采用3 導聯(lián)或5 導聯(lián)就能夠滿足基本的心電測量，也適合日常使用，便攜式三導聯(lián)心電監(jiān)測方法如圖1 所示。心電信號采集常使用傳統(tǒng)粘膠式一次性心電電極( Disposable Electrode) ，這種電極為降低與皮膚之間的阻抗而使用了導電膠，同時，為電極與皮膚之間的相對位移，在電極的邊緣使用了粘膠，這種方式很易造成皮膚過敏并且降低了電極使用的舒適性，因此，很難做到日�；褂谩４┐魇缴肀O(jiān)測系統(tǒng)要融入人們的日常生活，就必須采取無創(chuàng)的方式來獲取人體生理信號。近幾年，許多科研機構(gòu)已經(jīng)集中在研究紡織結(jié)構(gòu)柔性電極。紡織結(jié)構(gòu)電極具有紡織品的柔軟性、舒適性、輕薄透氣性以及可水洗和循環(huán)使用的優(yōu)點，而且更易實現(xiàn)與服裝的結(jié)合。

　　圖1 便攜式三導聯(lián)心電檢測

　　Fig.1 Portable three-lead ECG detected

　　1. 1. 2 呼吸頻率

　　呼吸頻率是指人體在一定時間內(nèi)的吸氣與呼氣次數(shù)，它是人體體征的一個重要指標，可反映多項重要生理信息，是人體3 大重要生理參數(shù)之一。一個完整呼吸循環(huán)可通過人體胸腔的容積變化來判斷。呼吸頻率目前的監(jiān)測方法有口鼻氣流測試法、電阻抗體積掃描法、應(yīng)變式傳感器( 壓力傳感器) 測量法、呼吸感應(yīng)體積掃描法等�？诒菤饬鳒y量是將溫度傳感器放置于呼吸管道上，人體呼、吸氣時產(chǎn)生的溫度變化會引起傳感器的電阻變化，用熱敏電阻式傳感器采樣信號的原理來測試( 見圖2( a) ) 。阻抗體積掃描法是指通過測試放置于胸腔區(qū)域的2 ～ 4 個電極之間的人體阻抗隨呼吸過程的變化來反映人體的胸腔變化，從而測試呼吸頻率( 氣體是電的不良導體，它會增加人體阻抗) ( 見圖2( b) ) 。應(yīng)變式傳感器( 壓力傳感器) 的測試原理是隨著呼氣、吸氣的周期性變換，會產(chǎn)生呼吸管道以及胸腹部的周期性應(yīng)變，利用應(yīng)變傳感器來記錄胸腹表面的應(yīng)變量，以此來測定呼吸頻率( 見圖2( c) ) 呼吸感應(yīng)體積掃描法則采用電磁感應(yīng)的機制來反映呼吸變化，其原理是將2 條呈“正弦”波形的導線放置于具有彈性服裝的胸前及腹部，采用Collpitts 三點式震蕩電容電路，測量導線線圈橫截面的變化而引起線路的自感變化( 見圖2( d) ) ，從而得到呼吸頻率。以上4 種方法中，口鼻氣流測量時傳感器需要放在鼻口，不易佩戴，也不易于集成在服裝中；阻抗體積掃描法不適合動態(tài)條件下持續(xù)測量，易引入運動偽跡； 應(yīng)變式傳感器和電感體積掃描法相對具有能夠獲取定量信息、靈敏準確、抗運動干擾能力強、易于使用和低負荷等優(yōu)點，適合動態(tài)持續(xù)使用，是開發(fā)可穿戴呼吸監(jiān)測系統(tǒng)的方法。但是呼吸感應(yīng)體積掃描法具有與其他檢測量，諸如心電測試相互干擾的缺點。

　　圖2 呼吸頻率檢測方法

　　Fig.2 Detection method of respiratory rate．( a) Oronasal airflow measurements； ( b) Electrical impedance plethysmograph； ( c) Strain sensor； ( d) Inductive plethysmography