摘要：可穿戴式医疗监测服能够在低负荷、长时间持续获取丰富的人体生理信息，从而达到早期预防和治疗疾病的目的。
本文综述了医疗监护服系统构成、监护服设计等方面的研究现状；介绍了医疗监护服装系统的核心技术——可穿戴人体生理信号检测技术、传感技术、电子器件与服装连接技术、信号处理。
和系统通信技术，并分析其医疗应用；对可穿戴式医疗监护服设计研究和应用中尚待解决的问题进行了总结和预测，并展望了其发展前景。
随着社会的发展，老龄化已成为全球性问题，由此引发的老年人医疗健康问题成为社会关注的焦点。
这些疾病随着人们生活方式的改变、环境的影响、专业医疗服务能力的提高而发生变化。
由于其相对弱势而变得更加严重。
这必然要求未来的医疗从医院诊断和治疗转向健康监测和预防。
医疗模式从诊断治疗向日常监护的转变，也将促使具有日常家庭使用特点的小型医疗监护设备的出现，即可穿戴医疗设备（Wearable Medical Devices）或便携式医疗设备（Portable Medical Devices）。
设备）。
可穿戴式医疗监护设备是指将医疗监护系统集成在可穿戴系统上，即主要通过服装及配件附着在人体上。
不仅可以实现可穿戴物品的日常使用功能，还可以实现人体生理信号的监测。
从而实现了生理信息监测与人体日常穿着的服装、饰品的无缝融合。
多个研究小组将人体生理信号采集传感器或电极集成在衣服、皮带、手表、手环、项链等可穿戴物体上，获取人体的心电、呼吸、体温、血压、血氧、人体运动等。
状态和其他重要的生理参数。
衣服作为与人体接触最密切的媒介，具有舒适、轻薄、流动性好、无视觉感、接触感或心理排斥感等诸多优点。
而且，它们是日常必需品，生理和心理负荷较低。
特点，它是人体信号采集的最佳平台。
其与人体的大面积接触也为获取人体丰富的生理参数提供了可能。
同时，其数据采集方式不会影响佩戴者的日常活动，可以实现在线连续监测。
因此，服装成为可穿戴医疗监测设备的最佳载体之一。
2018年消费电子展（CES）上，可穿戴医疗产品成为本次大会的主角之一，众多企业展示了自己的最新产品。
预计到今年市场规模将增加两倍。
医疗健康领域三大亮点：可穿戴技术健身；社区居家护理技术；以及实时监控技术。
这些技术可以帮助解决人口老龄化带来的各种问题，推动医疗保健向以消费者为中心的数字化转型。
1 可穿戴医疗系统及发展现状通信技术、电子技术、计算机技术、传感技术、电源系统、存储技术和材料技术的快速发展，形成了可穿戴家庭和个人医疗监测系统（Wearble Health Monitoring）的基础系统）。
发展提供了多种可能性，也成为国内外研究团体的研究热点。
可穿戴式人体生理参数监测系统由以下功能模块组成：可穿戴式生理参数传感（电极）系统、信号显示与存储系统、信号传输系统、供电系统、远程信息交互系统等。
和传输系统成为一个集成系统，实现了远程可穿戴医疗监测信息的可能性，可以与远程终端实现有线或无线信号传输。
可穿戴式医疗监护服装系统涵盖人体生理信号检测技术、传感技术、传感器器件与服装集成技术、信号处理与系统通信技术等技术模块。
这是一个多学科的技术领域。
1。
1 可穿戴人体生理信号及检测技术 心电、呼吸、体温是人体生命体征的三大重要信号，在人体生理监测中具有极其重要的参考价值。
准确测量生命体征对于建立护理诊断、明确护理目标、为患者提供及时的护理服务具有重要意义。
可穿戴监测服装将人体生理信号检测技术与可穿戴服装技术相结合，通过在服装中集成传感器、电极等器件来达到生理信号检测的目的。
随着市场需求和技术的发展，可穿戴医疗信息检测将通过与日常生活用品的融合走向家庭化、个性化，其核心技术将逐步走向标准化、智能化、小型化、多功能化和远程化。
改变。
1. 1. 1 心电图（ECG）是反映心脏功能的重要生理指标。
心电信号是心脏心肌电位随时间的变化曲线。
由于人体系统是导体，利用放置在人体皮肤表面的电极，可以记录心肌生物电位的变化曲线，这就是心电图。
电极成为电子导电装置，将人体心脏产生的离子电导率转换成可用于外部检测的电子导电装置。
分析心电图信号的时间和形状可以帮助诊断心脏问题。
由于心电信号是低频、低压信号，信号较弱，容易受到外界因素的干扰，影响心电信号的提取。
干扰因素包括人体本身（如肌肉电干扰、运动干扰）、电极的影响（包括电极表面电解质状态、接触可靠性）和外界电磁波干扰。
由于心电信号是矢量信号，因此电极在人体表面的放置位置非常重要，会影响心电信号的形状。
在医学上，通常采用标准的12导联连接方式，可以从不同角度反映心脏活动；而家庭和个人使用的便携式心电监护仪一般使用3导联或5导联来满足基本的心电测量。
同样适合日常使用的便携式三导联心电监护方法如图1所示。
心电信号采集通常使用传统的粘性一次性心电电极（Disposable Electrode）。
此类电极使用导电胶来降低其与皮肤之间的阻抗。
同时，电极与皮肤之间的相对位移在电极边缘使用粘合剂，很容易引起皮肤过敏，降低电极使用的舒适度。
因此，日常使用它很困难。
可穿戴式生理监测系统要融入人们的日常生活，必须采用非侵入性的方式获取人体生理信号。
近年来，许多科研机构重点研究纺织结构柔性电极。
纺织结构电极具有纺织品的柔软、舒适、轻盈、透气的优点，以及可洗、可回收的优点，更容易与服装融为一体。
图1 检测到的便携式三导联心电图1。
1. 2 呼吸频率 呼吸频率是指一定时间内人体吸气和呼气的次数。
它是人体体征的重要指标。
它能反映许多重要的生理信息，是人体三大重要生理参数之一。
一个完整的呼吸周期可以通过人体胸部的容积变化来判断。
目前呼吸频率的监测方法有口鼻气流测试法、电阻抗容积扫描法、应变仪传感器（压力传感器）测量法、呼吸诱导容积扫描法等。
口鼻气流测量是将温度传感器放置在呼吸器上。
道。
人体呼气和吸气时产生的温度变化会引起传感器的电阻变化。
采用热敏电阻传感器采样信号的原理进行测试（见图2（a））。
阻抗容积扫描法通过测试放置在胸部区域的2～4个电极之间的人体阻抗随呼吸过程的变化来反映人体胸部的变化，从而测试呼吸频率（气体是电的不良导体，它会增加人体阻抗）（见图2（b））。
应变传感器（压力传感器）的测试原理是随着呼气和吸气的周期性变化，呼吸道和胸腹部会产生周期性应变。
应变传感器用于记录胸腹部表面的应变，从而测量呼吸频率（见图2（c））。
呼吸诱导容积扫描法利用电磁感应机制来反映呼吸变化。
其原理是将两根“正弦”波形线分别放置在弹力服装的胸部和腹部。
采用Collpitts三点振荡电容电路来测量线圈截面变化引起的线路自感变化（见图2（d）），从而获得呼吸频率。
上述四种方法中，测量口鼻气流时需要将传感器放置在鼻子内，不便于佩戴或融入衣物；阻抗体积扫描法不适合动态条件下的连续测量，容易引入运动伪影；应变传感器与感应体积扫描方式相比，具有能够获取定量信息、灵敏准确、抗运动干扰能力强、使用方便、负载低等优点。
它适合动态和连续使用，是开发可穿戴呼吸监测系统的首选方法。
然而，呼吸诱导容积扫描方法的缺点是会干扰其他检测量，例如心电图测试。
图2 呼吸频率检测方法。
(a) 口鼻气流测量； (b) 电阻抗体积描记器； (c) 应变传感器； (d) 感应体积描记法 1.1.3 体温 恒定的体温是人体正常生命活动的重要条件之一。
体温过高或过低都会危及生命，因此体温也是临床上极其重要的生理参数。
热电偶、热敏电阻、RTD 和 IC 温度等传感器通常用于测量体温。
可以通过直接测量口腔、腋下、直肠、耳朵等处来测试温度。
温度传感器的集成技术目前比较先进，可穿戴体温传感器一般采用热敏电阻。
考虑到易于与服装融合而不影响穿着者的日常活动，而且还能保证服装的美观性，将温度传感器集成到服装的腋下是最好的选择。
可穿戴式医疗监护服系统采用三导联心电检测，满足基本心电测量；胸部和腹部呼吸频率监测有助于监测呼吸系统和人体功能；热敏电阻测量人体表面温度，可以与服装完美融合，常用的传感器和电极如图3和表1所示。
图3 可穿戴生理参数传感系统3 可穿戴生理参数传感系统 表1 测量的人体生理信息及所用传感器1人体生理信息的测量及所使用的传感器 1.2传感与电极技术医疗传感器是将人体生理信号转换为可测量的电信号的装置。
测试得到的生理信号和电信号之间的关系是由传感器的特性决定的。
传感器和电极是医疗材料的核心部件，为医疗诊断和治疗提供原始数据。
传感器的发展随着科学技术的进步而突飞猛进，其发展将逐渐向更小型、更智能、更多功能、远程化和非侵入性方向发展。
目前，可穿戴式医疗监护服大多采用新材料传感器、复合结构封装微型传感器以及信号采集与传输于一体的一体化传感器。
医用服装系统中使用的电极和传感器应具有灵活性高、体积和质量小等特点，最好具有纺织结构，以便能够方便地与服装系统集成。
因此，器件的小型化、柔性化的发展也备受关注。
发展的最终目标是智能服装，即服装本身具有传感功能。
目前国内关于智能纺织结构电极和传感器的研究较多。
纺织结构电极和传感器佩戴舒适，可以满足长期测试的需要，也可以与服装很好地融合。
随着材料技术的发展，具有纺织结构的可穿戴系统将是可穿戴医疗监测系统的主要发展方向。
EAP（电活性聚合物）等有机材料具有响应外部电刺激而表现出尺寸变化的特性。
由这些材料制成的相应传感器或电子设备可用于可穿戴系统。
表2列出了电子织物可以监测的主要生理信号或变量、监测所需的传感装置以及电子织物中的致动元件。
从表2可以看出，使用EAP材料的纺织纤维可用于制造压阻式和压电式传感器等器件，以监测人体的多种生理信号或变量。
表2 电子织物可监控执行器 Tab． 2 电子纺织品中的监控及其面料实现 1.3 电子设备与服装集成技术 医用监控服装是信息化与服装相结合的产品。
如何实现电子设备与服装的无缝融合，是服装设计领域迄今为止面临的挑战。
最大的问题。
由于目前电子设备的小型化和灵活性无法被人们察觉，作为服装的一部分，必须考虑服装的特性，尽量减少布线，合理优化布局，避免给穿着者带来负担。
根据生理信号的检测原理，将心电、呼吸频率、温度等传感器准确放置在人体相应的检测位置。
信息处理模块在设计和放置时应考虑人体的可穿戴区域。
成年人的身体和选择的没有太大区别。
，运动时相对固定且承重表面积较大的区域，最大限度地减少使用者的负担。
灵活的连接将成为可穿戴系统需要持续解决的问题之一。
由于电极装置和柔性织物之间的刚度和材料特性的差异，连接时会出现问题。
只有将服装与电子设备模块有效连接，才能实现功能服装应有的功能。
焊接、钉合、粘合、缝纫、可拆卸等方法可以实现电子设备与服装的链接。
然而，可拆卸式是目前刚性电子设备模块与柔性服装之间的理想连接方式。
通过可拆卸的外部连接，可以保证服装的穿着舒适性、连接可靠性、耐洗性。
一般常采用附加袋、拉链、纽扣、挂钩、搭扣等来实现这一点，既可以保证监控服装的柔软度和舒适度，又可以保证服装的耐用性。
目前最常用的可拆卸方式是通过内置接口的按钮实现连接。
此方法连接牢固，不影响佩戴，可拆卸，美观大方。
电子设备与服装之间的信号传输也是可穿戴电子服装开发中的挑战和难点。
电子设备和衣服之间的信号通常采用有线或无线方式传输。
由于信号干扰和动力电池寿命等问题，无线传输并未得到广泛应用，导致有线传输对人体的日常活动产生干扰。
一方面，它的质量和形状会对人类的活动造成一定的限制。
另一方面，人类活动会挤压、拉扯、扭曲电线，导致信号检测不稳定。
目前有五种解决方案： 1）通过纺织的方法将功能模块的电子芯片置于织物内部； 2）将电子元件与高分子材料灵活集成，再与织物复合，实现集成功能； 3）通过微电子嵌入技术将电子元件直接嵌入织物中； 4）利用纤维基电子芯片封装技术，实现电子元件的纤维化封装，实现功能电子纤维； 5）利用织物复合技术，将涂层、层压、印花等技术功能化，实现信息采集、传输等功能。
随着科学技术的发展，电极或传感器与服装连接技术的小型化、集成化、无线化发展可以很好地解决上述关键技术问题。
1.4 信号处理和系统通信技术 生理信号处理是监测服装的核心功能之一。
具体来说，传感器获得的生理信号经过数字化、转换、选择、分类、排序等步骤，转换成可以显示的信号。
信号处理过程如图4所示。
处理后的信号然后通过有线或无线（蓝牙、红外、RF射频、GPRS和类似的CDMA）传输到移动设备或计算机和其他移动设备。
其中，手持电脑和个人数字助理（PDA）是最受欢迎的两种。
信号处理器。
图4 监控服装信息处理流程4 监控服装信息处理 随着计算机技术的发展，监控系统的数据传输将逐渐实现无线化、一体化。
如果对集成在服装上的各种传感器和电极采用无线信号传输，将大大减少电线的使用，并且信号端口的集中集成将使测试更加方便灵活，并且端口还可以扩展，以提供未来的需求。
解决方案。
可以添加功能。
2 监控服装设计现状及存在问题 目前，国内外对可穿戴监控服装的研究仍主要处于实验室阶段。
大多数监测服装的研究都是“机械地”将传感器与服装结合起来，实现对服装的在线连续监测。
分析、处理和显示人体生理信息的功能。
由于其设备选型、连接方式、供电方式等原因，整个穿戴式监控系统还呈现出体积庞大、功能性差、用户体验差、消费者接受度低、价格高等缺点。
仍无法改变人们传统的穿着观念，适用范围因此受到很大限制。
该研究领域尚未系统化、标准化。
研究人员来自不同专业领域，多在电子工程、医学和材料方面进行研究。
因此，在服装方面，监控系统的可穿戴性能还存在一定的研究。
不足的是，这需要相关领域专家的长期合作，形成对法律的统一认识。
而且，医用监护服的功能、安全等综合性能的评价尚未完成，还需要大量的临床实验来验证是否可以按照通用医疗器械标准进行评价。
随着医用服装的商业化发展，普通家庭的健康监测必将成为主流趋势。
因此，医用监护服的设计应面向普通消费者的日常需求，考虑人体工学、服装舒适性、安全性、美观等因素来改进和评估监护服的设计。
虽然产品相对成熟，但仍需解决以下问题： 1）可穿戴性能。
包括服装的外观、整体重量和分布、穿脱是否方便、舒适以及监测时的抗干扰能力等，都会影响穿着者的长期舒适度和抗疲劳能力。
2）测试可靠性。
由于服装监测系统具有长期动态的特点，必须考虑日常活动对系统稳定性的影响，以保证信号测试的可靠性。
3）耐久性（佩戴性能）。
集成电子设备的监控服装需要具备一定的物理性能，如耐洗、耐弯折、拉伸、抗撕裂、耐磨、防水、吸湿、透气等，以应对不同的环境。
4）安全。
由于可穿戴医疗监护服是一种长期穿着、与人体密切接触的电子产品，必须评估电磁辐射、热量等因素对人体造成的危害，并采取相应的防护措施。
采取。
5）美学。
包括服装结构和外观设计能否被消费者接受并具有一定的美感。
传感器与服装的结合会影响服装的整体效果。
因此，合理分布传感元件以实现服装设计之美将是服装设计领域应该进一步考虑的一个方向。
3 前景传感器与服装相结合的医用监护服是一个多学科的产品，主要涉及电子信息、人体功效、材料科学、工业设计、服装设计等领域，需要该领域研究专家的合作完成区域。
服装设计师最终将完成生理信号采集传感器与服装的融合。
因此，他们会在服装的外观和结构设计上进行创新。
监控服装设计中的人体工学考虑主要是保证动态条件下传感器在服装中的位置尽可能不发生移动，服装上的传感器与皮肤的合理接触，以及应研究服装中的传感器集成技术。
可穿戴式医疗监护服的发展前景如下：1）基于人体工程学的服装款式和结构设计研究。
柔性电极和传感器的发展为医疗监测服装的发展提供了可能。
然而，人体的日常生活会引起肢体运动，引起柔性电极、传感器和衣服的相对位置运动以及接触压力的变化。
这种变化会影响信息的检测判断以及佩戴的舒适度。
因此，应加快监测服装与皮肤动态相互作用的研究，提高监测服装的可靠性和穿着舒适度，实现医用监测服装的实际应用价值。
2）三维人体扫描及监控服定制。
人体生理信息的监测需要传感器与人体有良好的接触，这就要求集成传感器的医用监测服必须是量身定做的，否则达不到监测服应有的功能。
因此，有必要加快三维人体扫描系统的研究，建立三维人体形态数据库，实现量身定制的监控服装。
3）纺织品传感器。
目前，可穿戴医疗监测设备中使用的传感器大多采用传统传感器与服装的简单物理组合，没有实现结构集成。
纺织品结构传感器的使用将实现服装功能与传感功能的融合。
4）服装加工技术。
由于目前的监控服中集成了复杂的电子模块，因此只能在实验室中进行加工。
如何实现监控服装的量产将是未来商业发展的关键问题。
在服装加工技术方面，不仅要考虑服装的一般要求，还要考虑不同的方法，将服装作为一个特殊的硬件平台来实现，为硬件提供良好的集成环境，同时又不破坏面料的一些基本性能。
5）织物结构电路。
可穿戴医疗监护服的最佳模式是同时实现可穿戴功能和医疗监护功能。
即纺织品本身具有传感功能，也就是我们所说的纺织品结构传感器或电极。
因此，集成电路纺织化将成为智能纺织品发展的重要方向，也将为可穿戴医疗提供可能。
同时，未来还将尝试将电源、信号处理元件、显示元件纺织化，实现电子元件与服装的一体化。
系统完美集成。