织物电极在心电监测服装中的研究进展

随着纺织技术的发展,可穿戴电子服装越来越多,作为柔性传感器件的织物电极也备受关注.与传统湿电极相比,织物电极舒适可靠,且监测时间长.针对织物电极的工作原理,介绍了国内外心电监测用织物电极的研究进展,包括织物电极的材料、结构,以及心电信号采集时织物电极穿戴的舒适性与信号采集稳定性之间的关系,总结并展望了织物电极的发展前景...     

方平组织导电面料的设计与心电监测

织物电极是制备长期可穿戴式心电监测设备的重要器件，织物电极的设计开发关系着电极穿戴的舒适性和信号采集的稳定性。方平组织织物浮线长，布面平整，风格独特，适合制备心电电极。基于镀银锦纶纱开发方平组织的导电面料，调控交织密度，织造了多种面电阻的织物电极，并探索其监测人体心电信号的性能，评估监测质量。研究发现，增加织物中导电纱线的交织密度可增大皮肤与电极间的接触面积，织物触感更柔软，织物与人体的阻抗更低，心电信号更清晰。织物有孔隙时更适合长期穿戴和监测人体的心电信号。     

基于ARM的心电工作站

文章针对心电信号本身的特点采用低功耗滤波电路进行心电信号的采集和数据转换。完成设计一种心电信号采集的电路。通过ADS1258对信号进行模数转换。利用LPC2148将采到的心电信号利用串口通信传到电脑,在电脑端设计一个上位机程序将心电信号进行一定处理并显示。心电信号是一种微弱、低频的生物电信号,我们所采集的心电信号直接来至人体,在心电采集的过程中可能会混有肌电信号、50Hz工频信号,再之模拟电路中可能会产生噪声。因此为了获取低噪声的心电信号必须对采集到的心电信号做信号调理。目前对心电信号的降噪有多种方法,文章主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中分离。     

织物电极采集肌电信号的研究进展

总结织物电极采集肌电信号的研究进展。织物电极是以织物或者纱线为基材,通过后处理的方式将其制备成柔性传感器采集生物电信号的材料。以采集肌电信号的织物电极为研究对象,从织物电极的设计和信号采集的角度出发,探究织物组织结构、导电材料的选择、肌电信号的处理等对织物电极采集肌电电信号的影响。认为:织物电极属于智能纺织品,在肌电信号采集、超级电容器、心电监测等方面有突出的应用。     

基于石墨烯织物电极的七导联心电监测系统

针对Ag/AgCl凝胶电极不适合长期使用、单导联可穿戴心电监测设备导联数较少的现状,设计了一款基于石墨烯织物电极的七导联可穿戴心电监测系统。该系统由棉/T400高弹心电衣、石墨烯织物电极、七导联心电采集终端及手机应用程序(APP)共4部分组成。对该系统连续工作时间、连续佩戴信号质量以及多使用场景等进行了测试和分析。结果表明:石墨烯织物电极连续佩戴7 d后心电信号信噪比仍达29.8 dB;该系统以250 mA·h容量锂电池在满电情况下连续使用可长达5 d,在静息、步行、慢跑等多种运动状态测试场景中,以及静息自汗的身体状况下,依然可采集到高质量的心电信号,为心电数据智能分析和医生的精确诊断提供有效信息,在心脏疾病的连续远程监护中具有重要应用价值。     

心电检测用织物电极的研究进展

心电电极的质量直接影响采集到的信号质量,目前常用的银/氯化银传统湿电极易引起皮肤不适甚至过敏反应,长时间监测会由于导电胶干涸造成信号质量的下降。开发舒适性良好并且性能可靠的织物电极成为了国内外研究重点。文章介绍了心电检测原理,并从织物电极的材料、织物类型、评价方法和应用领域等4个方面对织物电极的研究进展进行了介绍。     

织物电极监测心电信号与穿戴压力作用机制分析

为探索穿戴压力对纺织结构心电电极采集心电图(ECG)信号质量的影响,开发了基于镀银锦纶丝束和涤纶的平纹和缎纹交织结构的4种导电织物电极。从皮肤-电极接触阻抗、舒适性以及织物方阻与穿戴压力的关系等方面评价了织物电极的性能,并测试了不同穿戴压力(2、5、10 kPa)下4种不同织物电极采集ECG信号的性能。结果表明:在不同穿戴压力下,不同结构的织物电极表现出不同的ECG信号采集能力和舒适性能;随着穿戴压力增加,所测试的导电织物方阻先呈下降趋势,然后趋于稳定,ECG信号质量不断增高;纯导电缎纹结构织物具有更好的透气透湿性,并且舒适性优于平纹结构织物;然而在舒适的穿戴压力(2、5 kPa)下,平纹结构织物电极表现出更好的ECG信号质量。     

缝制参数对芳纶电子织物性能的影响

为了既满足人体热湿舒适性又达到传输电信号的要求,研制出适用于消防服用的电子织物。采用芳纶双罗纹织物为电子织物基布,以镀银导电缝纫线代替导电铜线,以针迹长度、针迹宽度、面线张力为因素,采用正交试验制备电子织物。利用可拓灰局势决策方法建立了电子织物导电性与热湿舒适性多项指标的局势、对策、效果测度和权重,确定最优缝制参数为面线张力0.1 N,针迹宽度3 mm,针迹长度3.5 mm,为智能消防服的研制提供理论依据。     

织物心电电极优化及在不同相对湿度下的性能比较

为解决用于心电监测的纺织结构电极与皮肤接触时电阻大、心电信号干扰大的问题,采用在织物电极中加入吸湿性纱线的方法进行优化,改善电极-皮肤界面的接触环境。当环境相对湿度改变时,分别测试加入不同种类和配比的吸湿性纱线时织物电极获取的心电信号。结果表明:在高相对湿度条件下,在镀银织物电极中加入吸湿性纱线,不仅能够改善电极与皮肤的接触状态,降低电极与皮肤的接触电阻,提高信号质量,而且有利于增强服装舒适性,降低电极制作成本。     

监护服用电子织物的制备及性能研究

为实现对人体生理信号的有效预警和长效监护,具备监护功能的智能纺织品应运而生。采用缝制法,将棉/氨纶针织物(棉质量分数为96.0%、氨纶质量分数为4.0%)作为基础织物,经抗菌处理后缝入镀银导电线,选择3项缝制工艺参数即面线张力、线迹长度及线迹宽度设计正交试验。结果显示:3项缝制工艺参数对电子织物的服用性能均有影响,线迹长度的影响最大、线迹宽度的影响次之、面线张力的影响最小,并通过综合平衡分析确定最优缝制工艺参数组合为面线张力选用0.10 N、线迹长度选用3.5 mm、线迹宽度选用3.0 mm。制备的监护服用电子织物能够获得稳定的电子信号。     

碳纤维/涤纶刺绣心电电极制备及其性能

为制备一种生物相容性高的医疗级可穿戴电子服装用人体心电(ECG)监测电极,以碳纤维/涤纶复合长丝为电极导电材料,采用刺绣法开发了一种新型刺绣电极,对电极的电学性能和细胞毒性进行分析,并与镀银锦纶/涤纶刺绣电极进行对比;借助自行研发的可穿戴带式心电监测系统评价织物电极采集ECG信号质量。结果表明:镀银电极电学性能较优,但在长期心电信号监测中,碳基电极的阻抗变化与镀银电极相近;对比医用凝胶电极,2种刺绣电极采集到的ECG信号质量良好,均能满足医疗诊断需求;镀银电极具有很强的细胞毒性,其细胞存活率为3%,而碳基电极的细胞存活率为107%,细胞毒性为0级,具有良好生物相容性,符合医疗体外材料测试标准。     

小波阈值降噪法在心电信号处理中的应用

心电信号检测作为心脏病临床诊断的关键环节,要求检测人员必须严格按照心电信号检测原则及要求,做好心电信号检测工作。然而,因心电信号在表现特征方面多具备非平稳特性、污染噪声分布范围大等特点,导致其在一定程度上对传统线性滤波器产生了限制使用影响。目前,为去除心电信号中的噪声问题,研究人员主张运用小波阈值降噪法实现对心电信号的去噪处理。针对于此,文章主要以小波阈值降噪法为研究对象,针对小波阈值降噪法在心电信号处理中的应用实践进行研究与分析。     

基于LabVIEW串口的心电信号传输

心电信号能够反映心脏的受损程度,对各种常见心脏病的诊断有重要参考意义。随着技术的发展,各种模块化的心电信号采集装置陆续推出,有助于快速搭建心电监护系统。本研究使用AD8232模块采集心电信号,通过Arduino进行模数转换,最后使用LabVIEW软件从串口读取采集到的心电信号,并将心电信号展示出来。整个系统模块清晰、成本低廉、信号清晰,有较强的实用性。     

心电监测织物电极的研究进展

总结心电监测织物电极的研究进展。分别介绍了导电聚合物类和纺织材料类心电监测织物电极材料的特点和相关研究进展。根据心电监测织物电极主体部分的不同,将其进行了分类,并详细阐述了机织结构、针织结构和刺绣结构织物电极的制备方法及在心电监测中的应用情况。认为:心电监测织物电极需要解决服用舒适性问题,并建立织物电极提取心电信号的质量评价标准。     

心电监测服装监测位置的研究

介绍了心电信号的产生、特征及心电导联的肢体导联。以锁骨、人体前中线、胸点和肚脐为参照点,对人体4个监测位置进行了划分,对不同的电极组合进行心电测试试验,获得人体表面合适的监测范围。结果表明:左、右胸部电极的位置对肢体导联的心电信号影响显著,主要影响Ⅰ导联心电信号;腹部电极可取范围较大,对信号的影响不明显。通过两次位移试验确定了人体对应服装上的最优监测点,并给出了170/88A标准男体紧身基样上监测点的位置。     

起绒织物心电电极的制备及其应用

Ag/AgCl凝胶电极广泛应用于可穿戴心电测量领域,但随时间推移,凝胶逐渐风干,导致其导电性能变差。针对此问题制备了可替代其作用的起绒织物心电电极。以纯涤纶起绒纱线为基底,先采用原位聚合聚苯胺,再进行化学镀银,在纱线绒毛的表面沉积银单质制得导电纱,再用导电纱手工制备起绒织物心电电极。利用扫描电子显微镜和红外光谱对纤维表面形貌和化学组成进行了表征,测试了皮肤-电极阻抗性能和心电信号及皮肤-电极阻抗随时间的变化,评价了该电极电性能的稳定性。结果表明:在纤维表面成功沉积了可还原银离子的聚苯胺薄层,且纤维表面的镀银层致密均匀;在电学性能和心电信号测试结果中,起绒织物电极的皮肤-电极阻抗在5~500 Hz频率范围内小于1MΩ·cm^2,数值为0.65MΩ·cm^2;心电信号可分辨QRS波群以及T波心电特征波,而P波显示不清;该电极与皮肤的阻抗在4 h内保持相对稳定,在一定程度上反映了该电极可应用于可穿戴心电测量设备。     

智能心电监护服饰发展现状及标准体系研究

简述国内外智能心电监护服饰的发展现状,从标准化机构的设置、相关标准的制修订进展,以及现有标准体系存在的不足3个方面,对目前智能心电监护服饰的标准体系总体发展情况进行分析。指出关于心电信号采集系统性能测试的基础性标准还有许多空白,针对心电信号的识别、统计分析要求尚未建立统一的评价标准,已有的产品标准需要进一步完善。最后对完善智能心电监护服饰标准体系提出了对策和建议。     

干态下织物接缝断裂强力影响因素研究

为采用合理的服装设计和缝制工艺,增强服装缝制部位的断裂强力,提高服装的综合指标,以纯棉、涤棉、纯涤和芳纶织物为研究对象,运用等速拉伸法对织物、缝线、织物接缝的断裂性能进行了测试。通过方差分析,探讨了干态条件下,缝纫线种类、针距、缝纫方式等对织物接缝断裂强力的影响。     

基于AVR单片机的网络生理监护系统

文章针对正常人体生理信号本身的特点采用低功耗滤波电路进行生理信号的采集、放大和传输。完成设计一种人体生理信号采集的电路,通过ADS1258对信号进行模数转换。利用传感器将采到并经AVR单片机处理的生理信号利用串行通信传送给PC机,再通过网络传输给终端。生理信号是一种微弱、低频的生物电信号,我们所采集的心电、脉搏、呼吸、体温等信号直接来至人体,在采集的过程中可能会混有肌电信号、50Hz工频信号,加之模拟电路中可能会产生噪声。因此为了获取低噪声的心电信号必须对采集到的生理信号做信号调解。目前对生理信号的降噪有多种方法,文章主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中分离。     

基于温湿度监测功能的智能消防内衣研究

采用芳纶1313双罗纹针织面料和镀银导电缝纫线为原料制备电子织物,研制基于温湿度监测功能的消防内衣。介绍电子织物缝制参数的设置与制备、消防内衣款式结构设计、温湿度监测系统设计与搭建、温湿度数据采集与校正。通过织物导电性与热湿舒适性优化,以最佳缝制参数进行内衣导线的布线设计。通过传感器模块定位,搭建温湿度监测系统硬件电路,实现数据采集与接收,并利用人工神经网络对预测模型进行校正。最后对消防内衣进行导电稳定性评价。结果表明,传感器置于人体后背部且以直线方式连接时,消防内衣的穿着舒适性与导电稳定性最佳,该研究为智能消防内衣的研制提供了参考。