關(guān)于柔性可穿戴生理監(jiān)測(cè)設(shè)備
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摘要:闡述了國(guó)內(nèi)外柔性可穿戴生理監(jiān)測(cè)設(shè)備研究現(xiàn)狀。介紹了該設(shè)備在疾病監(jiān)測(cè)、情緒監(jiān)測(cè)、康復(fù)訓(xùn)練監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練監(jiān)測(cè)、特殊環(huán)境作業(yè)安全監(jiān)測(cè)與防護(hù)、災(zāi)害與戰(zhàn)爭(zhēng)傷員搜救、老年人與兒童監(jiān)護(hù)等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了該設(shè)備的性能特點(diǎn)。針對(duì)該設(shè)備存在的材料成本高、數(shù)據(jù)質(zhì)量不理想、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失、實(shí)際應(yīng)用效能不明確等問(wèn)題提出了相關(guān)對(duì)策，對(duì)柔性生理傳感技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞:監(jiān)測(cè)設(shè)備；柔性傳感器；可穿戴技術(shù)；健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；生理數(shù)據(jù)；智能服裝
0引言
近幾年，遠(yuǎn)程醫(yī)療和移動(dòng)醫(yī)療的發(fā)展促使可穿戴式生理監(jiān)測(cè)設(shè)備得以較快發(fā)展，其監(jiān)測(cè)內(nèi)容通常包括心率、心電、呼吸、體溫、受力和姿態(tài)等數(shù)據(jù)。其中，智能服裝因?qū)κ褂谜呱盍?xí)慣改變較少、人體接觸面大、可采集的體征更廣泛等特點(diǎn)，成為研究的熱點(diǎn)[1-2]。目前，智能服裝的研發(fā)主要從2個(gè)方面入手：一是植入傳統(tǒng)的硬件傳感器，二是采用由智能導(dǎo)電纖維制成的柔性織物傳感器[3]。由于柔性織物傳感器可在滿足生理監(jiān)測(cè)功能的同時(shí)，還具有彈性模量低、應(yīng)變大、可彎曲、可折疊、可水洗優(yōu)勢(shì)，舒適性較好，故而更適用于長(zhǎng)時(shí)間的生理監(jiān)測(cè)。近年來(lái)，智能服裝中硬件傳感器逐漸被柔性傳感器所替代[4]。本文就柔性傳感生理監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能特點(diǎn)、研究應(yīng)用現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及發(fā)展前景進(jìn)行闡述與分析。
1性能特點(diǎn)
柔性傳感生理監(jiān)測(cè)設(shè)備是以導(dǎo)電纖維和普通纖維材料編織成的電路為主體的生理信號(hào)監(jiān)測(cè)采集設(shè)備，具有彈性模量低、應(yīng)變傳感功能優(yōu)異等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)人體生理數(shù)據(jù)的無(wú)創(chuàng)采集，從而滿足醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域連續(xù)生理監(jiān)測(cè)的需求。目前，用于柔性織物電極（以下簡(jiǎn)稱“織物電極”）的特殊智能材料種類較多，包括聚吡咯導(dǎo)電織物、涂炭導(dǎo)電織物和鍍金屬導(dǎo)電織物等。從發(fā)展現(xiàn)狀看，柔性生理監(jiān)測(cè)設(shè)備具有以下顯著的特點(diǎn)：（1）舒適。傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感器通常由合金等材料制成，剛度較大，長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)舒適度較差。膠狀電極使用要清潔皮膚，涂抹導(dǎo)電膏，可能會(huì)造成皮膚過(guò)敏。另外，線路繁多，在對(duì)患者活動(dòng)造成限制的同時(shí)，也會(huì)使患者從心理上產(chǎn)生壓力和緊張情緒，影響目標(biāo)數(shù)據(jù)的客觀性。柔性傳感器彈性模量較低（低于1MPa，接近或低于皮膚的彈性模量），變形能力優(yōu)異（大于20%，且能重復(fù)使用），并且可與服裝變形能力匹配。從使用者角度來(lái)看，產(chǎn)品舒適度高，不會(huì)對(duì)工作與生活習(xí)慣造成影響，有較高的依從性，適用于長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量。同時(shí)，設(shè)備本身也不會(huì)對(duì)機(jī)體生理心理造成額外干擾，數(shù)據(jù)的客觀性不受影響，更利于發(fā)揮該類監(jiān)測(cè)設(shè)備的功能價(jià)值。（2）可穿戴。傳統(tǒng)應(yīng)變傳感技術(shù)工藝成熟，但因剛硬不耐彎折而無(wú)法穿戴。而織物電極依托人體服裝實(shí)現(xiàn)穿戴式監(jiān)護(hù)，是較為隱蔽的生理監(jiān)測(cè)的方式，給使用帶來(lái)便利。同時(shí)，作為服裝可以加入較多的設(shè)計(jì)元素，更易被穿著者接受。（3）便于洗滌。柔性織物傳感設(shè)備可以整體洗滌，即織物電極可以隨載體一起水洗、甩干并重復(fù)使用。該類設(shè)備大多為貼身衣物，可洗滌的特點(diǎn)有助于保持設(shè)備使用過(guò)程中的清潔與衛(wèi)生，也解決了一次性電極帶來(lái)的大量耗材問(wèn)題，節(jié)省了設(shè)備的成本和使用者的醫(yī)療開支。（4）穩(wěn)定性強(qiáng)。傳統(tǒng)的生理監(jiān)測(cè)設(shè)備多使用濕性膠狀電極，電極與皮膚之間需要涂抹導(dǎo)電膏，兩者良好接觸最長(zhǎng)維持約24h，但超過(guò)24h導(dǎo)電膏會(huì)變干燥，電極與皮膚之間產(chǎn)生接觸阻抗，設(shè)備采集生理信號(hào)的靈敏度和信噪比也隨之下降。織物電極為干式電極，采用噴濺、電鍍、蒸鍍等工藝實(shí)現(xiàn)金屬元素與紡織纖維的有機(jī)結(jié)合，使用過(guò)程中無(wú)需導(dǎo)電膏就能夠保證電化學(xué)性能的持續(xù)穩(wěn)定，從而保證設(shè)備功能的穩(wěn)定性。（5）易集成。柔性傳感器的服用性較好，與身體的接觸面較大，靈敏度高，更易于采集到準(zhǔn)確的目標(biāo)數(shù)據(jù)；采集測(cè)量到的體征數(shù)據(jù)廣泛，可以實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)、肌電信號(hào)、受力方向和大小、脈搏、呼吸、身體位移和姿態(tài)、體溫等多指標(biāo)類型的監(jiān)測(cè)，更易于使生理監(jiān)測(cè)設(shè)備向一專多能的方向發(fā)展。（6）安全性高。傳統(tǒng)的膠狀電極導(dǎo)電膏長(zhǎng)時(shí)間與皮膚接觸，其化合物易滲透至皮膚，引起一系列皮膚過(guò)敏反應(yīng)，如瘙癢、起泡、紅腫、易破裂等問(wèn)題[5]；硅與金屬材質(zhì)的傳感器可對(duì)環(huán)境造成電子污染。而柔性生理監(jiān)測(cè)設(shè)備采用干式電極，材料安全，可直接接觸皮膚，與貼身衣物類似，不易過(guò)敏，同時(shí)可以水洗并重復(fù)利用，對(duì)環(huán)境的污染降低。
2研究與應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)柔性傳感技術(shù)的資金、人員與技術(shù)投入較大，研發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，并已經(jīng)逐步應(yīng)用于醫(yī)療實(shí)踐，對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科產(chǎn)生了至關(guān)重要的影響。美國(guó)、歐盟各國(guó)、日本、韓國(guó)、印度等都在該技術(shù)領(lǐng)域有著自己的研究團(tuán)隊(duì)與研究項(xiàng)目。美國(guó)是智能柔性生理監(jiān)測(cè)設(shè)備的誕生地，掌握著大量先進(jìn)的核心技術(shù)，其目前研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)主要是從設(shè)備的功能性及服用舒適性出發(fā)，進(jìn)行織物電極的開發(fā)和無(wú)縫織造一次成型技術(shù)的應(yīng)用。Fan等[6-7]通過(guò)以氨綸為材料的導(dǎo)電纖維的制備，得出“彈性”因素可以導(dǎo)致電阻的不穩(wěn)定性變化，而“彈性”是舒適性的必要條件，如何在保證設(shè)備舒適性的前提下保證其功能穩(wěn)定性是亟須解決的問(wèn)題。Song等[8]采用雅卡爾提花織機(jī)（Jacquard）設(shè)計(jì)制作了一種織物電極，該電極利用雙面織布結(jié)構(gòu)，在緯線方向主要使用鍍銀纖維，并得出這種制作方法比常規(guī)編織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強(qiáng)，同時(shí)具有較理想的松緊效應(yīng)。Pola等[9]通過(guò)采用刺繡的方式制作織物電極，該方法的使用增加了電極與皮膚之間的接觸面積，且較少影響舒適性。Baek等[10]制作了含銅金屬層的聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）薄膜和3mm厚的PDMS結(jié)構(gòu)（含有突起部分），表面經(jīng)過(guò)氧離子等處理后鍵合，制成的柔性干式電極能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的心電信號(hào)檢測(cè)。我國(guó)的深圳智能云穿戴技術(shù)研究院、東華大學(xué)、吉林大學(xué)、香港理工大學(xué)等對(duì)柔性傳感技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。翟紅藝等[11]制作了基于織物電極的穿戴式心電檢測(cè)系統(tǒng)。織物電極由導(dǎo)電布、海綿填充層和支撐墊構(gòu)成，可與人體皮膚直接接觸。該系統(tǒng)可對(duì)心電生理信號(hào)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的采集與記錄，并通過(guò)相關(guān)軟件分析識(shí)別異常心電信號(hào)。深圳智能云穿戴技術(shù)研究院的SOFTCEPTORTM柔性傳感技術(shù)通過(guò)將碳基復(fù)合材料、織物及聚合物彈性體相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)大應(yīng)變測(cè)量，具有優(yōu)異的穿戴舒適性。通過(guò)特殊的工藝封裝后，該傳感器的機(jī)洗壽命超過(guò)了35次，可用于人體多項(xiàng)生理信號(hào)（呼吸、心率、心電）和運(yùn)動(dòng)信號(hào)（姿勢(shì)、肌肉維度、足底壓力）的監(jiān)測(cè)。2015年基于SOFTCEPTORTM技術(shù)的智能呼吸帶實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療級(jí)別的呼吸測(cè)量，并可與專用的手機(jī)App結(jié)合使用。當(dāng)使用者情緒不穩(wěn)定導(dǎo)致呼吸異常時(shí)，手機(jī)App會(huì)實(shí)時(shí)提醒使用者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，該呼吸帶也可用于“鼾癥”的家庭篩查。
2.2應(yīng)用現(xiàn)狀柔性可穿戴設(shè)備具有較好的集成性，可測(cè)量的人體體征數(shù)據(jù)類型較多，應(yīng)用非常廣泛，主要集中于以下幾個(gè)方面。
2.2.1疾病監(jiān)測(cè)慢性心血管疾病具有間歇性發(fā)病的特點(diǎn)。患者就診時(shí)，醫(yī)生問(wèn)診需要患者回憶2次就診期間的發(fā)病情況，而一般心臟病患者由于年齡相對(duì)較大或機(jī)能較弱等原因往往不能對(duì)發(fā)病情況進(jìn)行準(zhǔn)確描述，從而影響醫(yī)生對(duì)病情的掌握，因此需要使用連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行就診間期生理參數(shù)（尤其是心電信號(hào)）的采集與記錄[12-13]。目前，高危重癥患者生理參數(shù)采集的方式主要是使用醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀[14]。該類儀器體積較大，對(duì)供電條件要求高，只能在病房及門急診等固定區(qū)域內(nèi)使用，限制了患者的日常活動(dòng)范圍。便攜式心電圖儀（Holter）可以采集存儲(chǔ)患者1～2d的心電生理數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)只能在測(cè)量結(jié)束后才能傳輸至上位機(jī)進(jìn)行分析，實(shí)效性較弱[15]。傳統(tǒng)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)大多采用銀/氯化銀膠狀電極，導(dǎo)電膏存在刺激皮膚、脫水干燥所致的信噪比降低等缺點(diǎn)[11]，而柔性監(jiān)測(cè)設(shè)備可以克服以上問(wèn)題。柔性傳感設(shè)備還被用于睡眠呼吸暫停綜合癥、失眠等的監(jiān)測(cè)分析，該功能主要通過(guò)采集翻身及呼吸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。
2.2.2情緒監(jiān)測(cè)現(xiàn)代人罹患癌癥、腫瘤、心臟病等惡性疾病增加，這和情緒緊張、生活工作壓力大有很大關(guān)系。情緒緊張、壓力大可以通過(guò)人體的一系列生理信號(hào)的變化來(lái)體現(xiàn)[16]，因此，“利用人體生理信號(hào)進(jìn)行個(gè)體情緒判別”這一研究課題引起了國(guó)內(nèi)外眾多研究者關(guān)注。美國(guó)的Picard教授帶領(lǐng)的麻省理工學(xué)院Me－dia實(shí)驗(yàn)室證明應(yīng)用生理信號(hào)進(jìn)行情緒識(shí)別的方法是可行的[17]，呼吸性竇性心律不齊（respiratorysinusarrhythmia，RSA）與恐懼、憤怒、憂傷、快樂(lè)等情緒有明顯的關(guān)聯(lián)，可以用來(lái)預(yù)測(cè)失眠等抑郁常見癥狀。吳學(xué)奎等[18]嘗試使用織物傳感設(shè)備對(duì)RSA指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出RSA數(shù)據(jù)并結(jié)合其他手段，可明顯提高情緒識(shí)別的效率和可靠性，但織物設(shè)備對(duì)RSA信號(hào)采集的靈敏性以及信號(hào)的可靠性有待提高。
2.2.3康復(fù)訓(xùn)練監(jiān)測(cè)中風(fēng)已經(jīng)給家庭和社會(huì)帶來(lái)了巨大的精神壓力和經(jīng)濟(jì)壓力。研究發(fā)現(xiàn)，中風(fēng)患者的家庭康復(fù)與院內(nèi)康復(fù)的效果無(wú)明顯差異，在時(shí)間和空間上有較多的自由，選擇家庭康復(fù)的患者逐漸增多，但由于家庭康復(fù)遠(yuǎn)離醫(yī)生，康復(fù)訓(xùn)練效果的評(píng)價(jià)往往缺失，在一定程度上影響了康復(fù)進(jìn)程[19]，因此，對(duì)家庭康復(fù)訓(xùn)練個(gè)體生理數(shù)據(jù)的獲取顯得尤為重要。這樣醫(yī)生可于視距外對(duì)患者的訓(xùn)練行為（如上下肢運(yùn)動(dòng)動(dòng)作、訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)、訓(xùn)練頻率等）進(jìn)行評(píng)價(jià)與控制[20]。國(guó)外研究人員已經(jīng)研發(fā)出整合動(dòng)作傳感器及心血管信號(hào)采集的柔性織物設(shè)備，結(jié)合家庭環(huán)境中的可視監(jiān)控設(shè)備，使醫(yī)生能夠遠(yuǎn)程指導(dǎo)患者的康復(fù)訓(xùn)練，在加速康復(fù)的同時(shí)，也節(jié)省了患者的醫(yī)療開支，降低了醫(yī)生的工作負(fù)擔(dān)。
2.2.4運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練監(jiān)測(cè)科學(xué)的體能運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)，減少訓(xùn)練傷。全程馬拉松、三高（高海拔、高寒、高熱）環(huán)境等特殊的運(yùn)動(dòng)與訓(xùn)練對(duì)循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)及肌肉骨骼系統(tǒng)都有較高的要求，不科學(xué)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練極易造成這些系統(tǒng)的損傷。國(guó)內(nèi)外不少研究人員針對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的科學(xué)性展開了相關(guān)研究，以控制運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，防止肌肉疲勞、應(yīng)力性骨折、心肌損傷及心搏驟停等危險(xiǎn)發(fā)生。柔性生理監(jiān)測(cè)設(shè)備舒適度高，運(yùn)動(dòng)后可繼續(xù)用于監(jiān)測(cè)評(píng)估人員的恢復(fù)情況，以利于合理確定再次訓(xùn)練時(shí)間與訓(xùn)練內(nèi)容。
2.2.5特殊環(huán)境作業(yè)安全監(jiān)測(cè)與防護(hù)目前，礦井、火災(zāi)、長(zhǎng)遠(yuǎn)航、特種作戰(zhàn)、水下、空中等特殊環(huán)境作業(yè)人員的安全和健康受到高度重視。特殊環(huán)境導(dǎo)致人員常伴有生理與心理疲勞、高度應(yīng)激及職業(yè)相關(guān)疾病，而這些健康不良情況均可能會(huì)導(dǎo)致作業(yè)事故發(fā)生。隨著我國(guó)航天空間站任務(wù)的啟動(dòng)和深空探測(cè)的開展，航天員在軌飛行時(shí)間不斷延長(zhǎng)，航天員生理監(jiān)測(cè)所使用的膠狀電極的缺點(diǎn)逐漸突出。宋晉忠等[21]對(duì)織物電極、微針狀干式電極、非接觸式干式電極等電極的航天適用性進(jìn)行比較，得出織物電極是理想的生理傳感器。但織物電極與可穿戴式載體的固定方法，以及織物電極配套的生理監(jiān)測(cè)導(dǎo)聯(lián)線技術(shù)等還需更多的研究。相關(guān)學(xué)者提出，在軍人作戰(zhàn)制服面料中嵌入pH感應(yīng)傳感器，就可探測(cè)到戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的生物化學(xué)藥劑、有毒有害顆粒物和神經(jīng)毒氣等并發(fā)出警告，從而提高軍人的作戰(zhàn)和生存能力。另外，柔性織物也可制作成消防人員、高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境中的工人及其他暴露在有毒環(huán)境中的工作人員的防護(hù)服。制作原理是將熒光活性染料摻入至光纖中組成感應(yīng)傳感器來(lái)檢測(cè)溫度和pH值，并可以發(fā)出實(shí)時(shí)警報(bào)信息[22]。
2.2.6災(zāi)害與戰(zhàn)爭(zhēng)傷員搜救災(zāi)害與戰(zhàn)傷搜救時(shí)，往往是對(duì)批量傷員的救護(hù)，而且傷員發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)與專業(yè)救護(hù)人員距離較遠(yuǎn)，柔性設(shè)備便可用來(lái)及時(shí)采集傷情數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸至后端救護(hù)機(jī)構(gòu)或人員，有助于他們把握救治時(shí)機(jī)，對(duì)傷員進(jìn)行及時(shí)分類與救治[23]。美國(guó)的佐治亞理工學(xué)院通過(guò)“SmartShirt計(jì)劃”的相關(guān)研究，開發(fā)出了一種可穿著柔性智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)用不顯眼的方式獲取生理信息。它利用智能纖維中的光纖制作柔性傳感器來(lái)檢測(cè)士兵中彈情況，并將數(shù)據(jù)及時(shí)傳送給相關(guān)專業(yè)人員使用[24]。
2.2.7老年人與兒童監(jiān)護(hù)全球面臨著人口老齡化問(wèn)題。據(jù)預(yù)測(cè)，大約到21世紀(jì)中葉，我國(guó)60歲以上的老人將達(dá)到4億，約占全國(guó)人口總數(shù)的1/4[25]。老年人心腦血管系統(tǒng)健康狀況普遍不佳，需長(zhǎng)期院外監(jiān)護(hù)照顧、定期回院復(fù)診的患者比例較大。跌倒是獨(dú)居老人經(jīng)常面臨的一個(gè)危險(xiǎn)因素，可帶來(lái)重要傷害與健康威脅[26]，國(guó)外研究者對(duì)此開發(fā)出了老年人柔性監(jiān)護(hù)設(shè)備，在腰部放置動(dòng)作傳感器，胸前區(qū)放置心電傳感裝置，可以有效彌補(bǔ)可視監(jiān)控的盲區(qū)。由于神經(jīng)系統(tǒng)功能的下降，老年人也經(jīng)常面臨走失的危險(xiǎn)，故需要利用此類設(shè)備對(duì)其活動(dòng)路線及生命狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。兒童常患呼吸系統(tǒng)疾病，神經(jīng)功能尚不成熟，體溫變化快，也易發(fā)生跌倒及走失的現(xiàn)象[27]。美國(guó)Ex－movere生物醫(yī)學(xué)工程公司研制出一種名為Exmoba－by的柔性智能嬰兒服裝，整合有呼吸傳感器、體溫計(jì)、心率傳感器及動(dòng)作傳感器等生物傳感器，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每分鐘更新一次，結(jié)合專門的手機(jī)及計(jì)算機(jī)智能程序，嬰兒的狀態(tài)可以通過(guò)郵件或手機(jī)短信發(fā)給用戶。該服裝也可對(duì)自身的潮濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)通知父母為孩子更換尿布，還有可對(duì)孩子的饑餓與疲勞狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[28]等拓展功能。
3存在問(wèn)題
3.1實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中研究較少柔性傳感技術(shù)已成為新型生物傳感器發(fā)展的熱點(diǎn)，但設(shè)備大多處于實(shí)驗(yàn)室可控條件下的研究階段，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中電極尺寸、厚度、電極-皮膚的接觸壓力、電極-皮膚相對(duì)位移、高溫、出汗等可影響設(shè)備功能及舒適性的因素研究不夠，設(shè)備于實(shí)際應(yīng)用中的效能研究還需加強(qiáng)。
3.2材料品種少，成本高，普及難度大目前，柔性傳感生理監(jiān)測(cè)設(shè)備所需材料的加工成本較高，工藝較復(fù)雜，在一定程度上限制了該設(shè)備的生產(chǎn)，也限制了其使用和推廣。柔性傳感生理監(jiān)測(cè)設(shè)備要真正走近普通消費(fèi)者還有很多問(wèn)題有待進(jìn)一步解決，包括如何采用新材料、新工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模化，以降低成本價(jià)格。
3.3行業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、安全性評(píng)價(jià)無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)目前，該技術(shù)領(lǐng)域缺少一套系統(tǒng)、權(quán)威的理論與標(biāo)準(zhǔn)。研究者多來(lái)自不同的學(xué)科領(lǐng)域，有著不同的背景，需要較長(zhǎng)時(shí)間的配合才能就設(shè)備的功能設(shè)計(jì)、制作和性能測(cè)試等形成共識(shí)。柔性傳感生理監(jiān)測(cè)設(shè)備作為一種特殊的醫(yī)用器械，其性能、安全性的評(píng)價(jià)方法也不夠完善，能否按照常規(guī)醫(yī)療器械評(píng)價(jià)模式進(jìn)行柔性設(shè)備評(píng)價(jià)還需要更多的論證。設(shè)備中的導(dǎo)電金屬成分及電磁輻射對(duì)人體的生物學(xué)效應(yīng)也還需進(jìn)一步研究。
3.4功能與舒適性矛盾明顯在“舒適性”與“數(shù)據(jù)質(zhì)量”之間選取合適的傳感材料是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。如果強(qiáng)調(diào)監(jiān)護(hù)功能而大量使用傳感器，勢(shì)必影響其服用性，如會(huì)給洗滌帶來(lái)不便，影響穿著的舒適性。這個(gè)矛盾的解決依賴于柔性材料行業(yè)及紡織工藝的進(jìn)一步發(fā)展。
3.5耐久性問(wèn)題柔性傳感生理監(jiān)測(cè)設(shè)備的電路系統(tǒng)復(fù)雜，使用初期設(shè)備效果比較明顯，但隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，紡織基布會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力松弛與疲勞效應(yīng)，導(dǎo)致該設(shè)備效果明顯降低。因此，需開發(fā)具有良好變形恢復(fù)、耐疲勞、耐磨損等優(yōu)良特性的紡織原料作為基布，從根本上保證功能的耐久性。
3.6續(xù)航力問(wèn)題柔性傳感生理監(jiān)測(cè)設(shè)備要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、傳輸多種類型生理數(shù)據(jù)，對(duì)能源要求比較高，加上設(shè)備微型化要求，電池體積較小，在實(shí)際使用中普遍存在續(xù)航力不足的情況[29]。目前，有相關(guān)研究人員開展了柔性電池的研究，目的是可以將電池卷曲或彎折使用，從而以較小的體積獲得較長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。另外，高精度、低功耗柔性傳感器也吸引了越來(lái)越多的研究力量。
3.7數(shù)據(jù)的質(zhì)量與安全問(wèn)題生物電大多較微弱，該設(shè)備多采取高靈敏傳感器，令非目標(biāo)數(shù)據(jù)被放大，目標(biāo)數(shù)據(jù)的質(zhì)量離醫(yī)學(xué)要求還有一定差距。實(shí)際使用中，環(huán)境影響及運(yùn)動(dòng)位移也會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)質(zhì)量的不穩(wěn)定，這些都是設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)攻克的問(wèn)題。另外，數(shù)據(jù)傳輸速度與安全性不理想，傳輸技術(shù)、傳輸方式及數(shù)據(jù)安全管理有待改善，數(shù)據(jù)保護(hù)相關(guān)的法律、制度、規(guī)章等也需進(jìn)一步制定。
3.8指標(biāo)選擇問(wèn)題柔性傳感生理監(jiān)測(cè)設(shè)備與人體接觸面積大，可以整合的電極與傳感器類型眾多。因此，選用何種指標(biāo)比采用何種監(jiān)測(cè)技術(shù)及監(jiān)測(cè)設(shè)備顯得更為重要。當(dāng)前，柔性設(shè)備研究中存在監(jiān)測(cè)指標(biāo)與設(shè)備的功能定位不相符、不易獲取、可靠性差等問(wèn)題，還有些指標(biāo)是依照傳統(tǒng)傳感設(shè)備靈敏度而設(shè)立的，在柔性傳感生理監(jiān)測(cè)設(shè)備上使用時(shí)靈敏度較差，因此，指標(biāo)與柔性傳感技術(shù)的兼容性還需進(jìn)一步研究。4展望（1）在軍事、航空、醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的研究將會(huì)繼續(xù)加深和拓展。如飛行員、潛水員、航天員等高載荷環(huán)境下生命體征的連續(xù)監(jiān)測(cè)，戰(zhàn)時(shí)出血、傷口感染的感知與治療，對(duì)核、生、化武器和次聲武器等的感知、報(bào)警等功能都可以設(shè)計(jì)到柔性傳感設(shè)備中來(lái)。（2）向微型化、智能化、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。智能柔性傳感器自身將可以過(guò)濾異常值和例外值，提供更客觀、更真實(shí)、高質(zhì)量的生理信號(hào)數(shù)據(jù)，具有一定的智能算法及自學(xué)習(xí)與記憶功能，并可通過(guò)相關(guān)數(shù)字通信接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，將充分與個(gè)人通信終端（如移動(dòng)電話、微型計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)等）融合。其中，分析軟件的開發(fā)、安全可靠的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、全球定位系統(tǒng)（globalpositi-oningsystem，GPS）定位融合等將會(huì)吸引更多的研發(fā)力量。（3）新材料和新技術(shù)將得到更多的運(yùn)用。仿生技術(shù)、組織工程技術(shù)、3D打印技術(shù)、柔性電源技術(shù)等會(huì)在該領(lǐng)域得到更多的運(yùn)用。柔性傳感生理監(jiān)測(cè)設(shè)備可作為富有活細(xì)胞的生物材料支架，用于修復(fù)機(jī)體損傷部位的形態(tài)與功能，成為真正意義上的“第二層肌膚”。綜上所述，柔性生理傳感技術(shù)的研發(fā)正方興未艾。隨著材料技術(shù)、紡織技術(shù)、傳感器技術(shù)、能耗技術(shù)、通信技術(shù)和遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)和制度的完善，柔性可穿戴生理監(jiān)測(cè)設(shè)備的普及必將成為趨勢(shì)。
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作者：楊玲玲，張西正，胡家慶，時(shí)慧琦，文小健，鄧紅英
