可穿戴孕妇心电监护服

装的概念设计与研究

关键词：可穿戴设备、健康监测、孕妇心电监护、孕妇服装

222020339012064 秦朗

222020339012065秦秋珏

222020339012062刘思雨

222020339012066茹奕欣

关键词（朗）

• 1.可穿戴设备(Wearable devices, WD)

• 根据对可穿戴设备的历史调查，其最早起源于赌场。于1955年，美国麻省理工学院数学教授

爱德华·索普在其第2版赌博辅导书《Beat the Dealer》中，提出了一个用于提高轮盘赌制胜

率的可穿戴电脑的点子，并与同伴合作开发了该可穿戴电脑设备，使得轮盘赌的制胜率提高了

44％。可穿戴设备在国际上尚无较准确和完备的定义。

• 在科普中国是这样定义的：可穿戴设备即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一

种便携式设备，是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功

能，将会对我们的生活、感知带来很大的转变，具有可移动性、可穿戴性、可持续性、简单操

作性、可交互性等特征。

图1可穿戴设备展示图

• 2.可穿戴技术（Wearable technology, WT)

• 主要探索和创造能直接穿在身上或是整合进用户的衣服、配件的设备（多媒体、传感器和无

线通信等），具有低负荷、可移动操作、使用简便、支持长时连续工作和无线数据传输等特点。

它是信息技术和生物医学工程的研究热点，充分体现了智能-生物-技术（intelligent biotechnology, IBT）的融合。随着计算机标准化软硬件以及互联网技术的高速发展，可穿戴技

术逐渐在工业、医疗健康、军事、教育、娱乐等诸多领域表现出重要的研究价值和应用潜力，

其在医疗健康领域的应用包括仿生眼睛、机械手臂、穿戴式肾等。

图2可穿戴技术展示图（1） 图3可穿戴技术展示图（2） 图4可穿戴技术展示图（3）

• 3.穿戴式生理监测（Wearable physiological monitoring）

• 可穿戴智能生理监测服装是微电子技术与服装结合的产物[1]。穿戴式生理监测设备主要涉及

到传感技术、无线通信技术和信号处理技术等[2]。它具有低负荷、操作简便、可移动、持续监

测、无线传输和异常生理状况报警等特点[3]。目前，穿戴式生理监测设备能够监测人体心电、

心率、血压、体温、呼吸频率、血糖等指标，提供全天实时的健康状态监测[4]。

• 监测系统组成

• 监测系统主要由生理信息采集模块、无线通信模块和数据处理模块组成。生理信息采集模块

用于获取用户的心电、呼吸、体温等生理信息；无线通信模块将数据传递至远方终端；数据处

理模块对数据进行分析、显示、存储等，并在出现异常情况时给予警示。

• 4.穿戴式心电监测（Wearable ECG

monitoring）

• 对可穿戴式心电监测设备的研究在国外起步较早

，上世纪50年代，美国Holter博士开创性地研制

出了动态心电图机。该心电图机能够连续24小时进

行心电数据记录，然后将记录的数据交给专业人士

分析，在日常生活中实现对病人心电信号的记录并

进行疾病诊断。这一成果极大地提高了心律失常疾

病的检出率，能够有效地保护人们身体健康，但该

记录仪价格高昂且体积较大，穿戴不舒适。后来随

着传感器、处理器等电子技术不断进步，心电监测

记录仪朝着小型化方向不断发展，与此同时，性能

也在提升，主要体现在心电数据记录的准确性以及

能在更多的场景下实现高质量监测。2018年，上海

微创公司研发单道心电记录仪，实现了内置TF卡存

储高质量心电数据，也可以无线传输至移动端，但

是其重量超过40g，外形不够小巧。如图1.3所示，

2020年，美敦力公司开发可穿戴式心脏监测系统

SEEQ，该设备在与皮肤接触后，会自动进行心电

监测并无线传输数据至监测中心进行分析，通过按

下按钮，用户也可以主动将感受到的不适告知监测

中心，但该设备同样体积不够小巧，厚度达15mm

，穿戴舒适性有待提升。

图5美敦力可穿戴式心脏监测系统SEEQ

近年来，国内在可穿戴心电监测领域的研

发投入不断增加，取得了一系列研究成果。

如东南大学的张权基于一款集成的信号调

理模块AD8232和低功耗处理器MSP430F55

29，开发了一款可穿戴式心电监测系统，

该系统利用CC2540蓝牙芯片完成低功耗无

线传输，设备整体功耗较低，具备数据无

线传输的功能。

跌倒监测文献可视化

便携式人体跌倒检测系统 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 2007

跌倒检测系统 皇家飞利浦电子股份有限公司 2010

一种基于足底压力感知的跌倒检测装置 中国康复科学所(中国残联残疾预防与控制研究中心) 2022

一种基于事件流质心轨迹的跌倒检测方法及系统 中国人民解放军国防科技大学 2022

一种基于端侧AI芯片的跌倒检测方法及装置 苏州爱可尔智能科技有限公司 2022

部分跌倒监测专利

心电信号产生机理 心电信号特征分析 心电系统

整体结构框图

如图6所示，心电图是心脏内所有结和心

肌细胞动作电位活动的叠加表现，心电图

波形不同位置的形态，代表了心脏电周期

内特定的活动，因而根据心电波形形态的

异常，可以推断出产生的原因。

图6 心脏不同部位动作电位与体表心电图的关系

如今医学上公认心电图波形主要由P波、

QRS波群和T波组成，并且有时候在T波后，

还会出现一个幅度较小的波动，称为U波，

标准心电信号波形如图7所示。

图7 标准心电信号波形

如图8所示。

图8 系统结构框图

心电系统材料选择

• 本文选用硅橡胶用作心电监测仪的外表面封装材料，封装方法为灌注。合成橡胶具备较好的弹性、抗老化性和绝缘性等特点，在国防、

医疗、交通等领域都十分常见。早在几个世纪前，人们就发现有些植物分泌的汁液硬化后具有弹性，而且能够用来擦除铅笔书写的字迹，

但后来发明的硫化技术才让橡胶真正具备了使用价值。合成橡胶的种类数量有很多，硅橡胶是其中应用较为广泛的一种。硅橡胶经过特殊

的工艺制造，无异味、无毒害、耐高温和低温，在高达

• 300℃和低至-90℃的恶劣条件下都能够维持原有的特性。在众多合成聚合物中，

• 硅橡胶在透气性、抗老化性和电绝缘等方面的表现也尤为突出，正是因为它具备

• 这些特点，才能在医疗领域得到广泛应用，许多医疗器械都用到了硅橡胶材料。如图4.9所示为模拟硅橡胶封装的心电监测仪，尺寸为

70mm´18mm´7mm，轻量化的设计使得设备重量低至9g。

图10 完成硅橡胶封装的心电监测仪 图11 人体皮肤表面实测示意图

软件数据反馈

• 嵌入式软件编程环境为Keil5，这是一款常用的C语言软件开发系统，本项目基于该平台进行

软件编程。

• 在系统正常运行的基础上，进行本地存储的心电信号波形绘制和分析，波形绘制使用Matlab

软件完成，首先以心电信号模拟仪产生的标准心电信号作为监测仪的信号源，接着从人体皮

肤表面采集心电信号进行测试，最终绘制的心电波形。

• 在实际应用中，正确穿戴可监测孕妇服，打开电源开关，按下数据记录按钮后，TF卡中成功

新建txt文件并向其中完整无误地写入了心电数据，当再次按下数据存储按钮，存储进程立即

停止，但此时依然在进行心电数据的采集，并通过信息传输模块将数据传输出去，直到系统

电源按键再次被按下，数据采集和蓝牙发送才停止。

TF卡存储的文件、数据格式及波形绘制示意图

二、国内外研究现状

1.主要学术论文——国内关于可穿戴健康监测孕妇服装的学术论文。

序号 题目 期刊 期刊类型· 年份 内容

1 孕妇服装舒适安全性监测系统 上海纺织科技 北大核心 2014

为了研究孕妇生理特征和孕妇服装多功能监测方法,在分析孕妇孕产期健康状况

下的生理特征指标和孕妇穿着舒适安全服装的基础上,探讨了将自控微单片机传

感器和触摸感应显示器技术应用于孕妇服装的方法和路径。

2 孕妇心电监护可穿戴装备的研究现状与发展趋势 丝绸 北大核心 2018 基于非侵入型小型医疗监护可穿戴设备和围产期孕妇心电监护问题,文章介绍了

目前国内外孕妇心电监护可穿戴装备的研究现状。

3 孕妇可穿戴设备的应用与管理 协和医学杂志 北大核心 2018

本文介绍可穿戴设备及其关键技术,探讨面向妊娠期女性可穿戴设备的典型应用

及医院产科的监护管理模式,并分析当前国内外孕妇可穿戴设备领域面临的问题

和对策。

4 便携式胎儿心率监护系统的设计 电子测量技术 北大核心 2018 设计一个带有远程传送功能的便携式胎儿心率监护系统。

5

面向孕妇远程监护的智能信息处理方法研究进展综

述 生物医学工程学杂志 北大核心 2018

本文以孕妇院外监护为研究背景,对其中智能处理方法的公开研究报道进行综述,

分析现有研究方法的优缺点,指出可能存在的问题,阐述未来发展趋势,以期为今

后的相关研究提供参考。

6 孕妇可穿戴设备的应用与管理 协和医学杂志 普刊 2018

本文介绍可穿戴设备及其关键技术,探讨面向妊娠期女性可穿戴设备的典型应用

及医院产科的监护管理模式,并分析当前国内外孕妇可穿戴设备领域面临的问题

和对策。

7 基于孕妇心电监护的可穿戴系统研究 西安工程大学 硕士毕业

论文 2019

针对围产期孕妇心电监护问题,基于非侵入型小型医疗监护可穿戴设备,介绍了目

前国内外孕妇心电监护可穿戴装备的研究现状, 对传感技术的实现和服装功能性

设计要求进行了梳理和分析。

8 多穿型孕妇装结构设计 毛纺科技 北大核心 2021 为改善目前市场上孕妇装款式单一、利用率低的现状,对多穿型孕妇装造型方式

进行了创新设计。

9 基于三维虚拟的防辐射孕妇托腹内裤设计 针织工业 北大核心 2022 三维虚拟软件能够根据孕妇体型数据简便快速地建立孕妇模型，高效地完成从

设计到试穿效果展示的开发过程，且实物制作验证了软件设计的合理性。

2、关键词“可穿戴设备” &“健康监测”&“孕妇心电监测”&“孕妇服装”

2000年-2022年关于可穿戴设备研究的计量可视化分析 2000年-2022年关于孕妇服装研究的计量可视化分析

关于健康监测孕妇研究的计量可视化分析

2000年-2022年关于孕妇心电监测研究的计量可视化分析

3、产品图谱

孕妇心电监护的服装类可穿戴装备是一种可穿戴式产前监测系统。现有的系统研究大

多使用适合孕妇身体贴身并且带有心电图监测功能的纺织电极，以衬衫、T恤、托腹带等

为载体。从怀孕后期的孕妇腹部提取心电图信号，通过数据技术分离等最终达到检测胎

心率、心电图等目的。目前服装类的孕妇心电监护装备具体研究状况如表1所示。

类型 产品 公司 功效

服装

智能服装 美国康奈尔大学

在胸前部位加入可导电的银纤维，

通过传感器将孕妇体温、心率、血

压和呼吸等检测数据传至移动智能

设备。

StimElation孕妇装 StimElation

1、抗辐射、抗电磁波

2、播放音乐，类似胎教

3、配备健康监控传感器，通过APP

随时了解宝宝情况

rynoskin防蚊虫服装 Vector Textiles、

Rynoskin

兼具保护性和时尚性的防昆虫叮咬

服饰

可穿戴芯

片

可穿戴五通道心电图芯

片

比利时研发公司

Imec、数字医疗

创企Bloomlife

1、芯片体积小，可嵌入可穿戴贴片

2、检测胎儿心率和移位

可穿戴胎

心记录仪

智柔·胎儿/母体心率记

录仪

荷清柔性电子技术

有限公司

1、自动检测胎儿心率、母体心率、

宫缩压力

2、APP可24小时持续胎心监测

3、产品图谱

使用环境分析

1、蚊虫高发地区

据世界卫生组织（WTO）统计，每年有72.5万人死于蚊虫叮咬。如果孕妇受到感染病毒会遗传给胎儿，导致胎儿出 现严重的先天性缺陷，还可造成其他健康影响。[1]

[1]刘玉艳.防蚊孕妇服:寨卡病毒的克星[J].中国纤检,2017(08):134-136.

[2]MDPI and ACS Style

Wang, T.; Fan, Z.-W.; Ji, Y.; Chen, J.-J.; Zhao, G.-P.; Zhang, W.-H.; Zhang, H.-Y.; Jiang, B.-G.; Xu, Q.; Lv, C.-L.; Zhang, X.-A.; Li, H.; Yang,

Y.; Fang, L.-Q.; Liu, W. Mapping the Distributions of Mosquitoes and Mosquito-Borne Arboviruses in China. Viruses 2022, 14, 691.

根据蚊子物种的生态特征和在县级的空间分布进行分类[2] 1954年至2020年中国蚊子传播病毒的种类[2]

中国31省域医疗卫生服务均衡性综合指数[1]

年鉴医生与在线医疗服务平台医生数量地域分布热图[2]

年鉴医生和在线医疗服务平台医生分科百分比折线图[2]

2、医疗资源短缺地区

[1]李静,常媛媛.中国省域医疗服务分布失衡性及治理效率研究[J].安徽大学学报(哲学社会科学版),2021,45(02):145-156.

[2]熊丹妮,夏晨曦,李燊,熊兴江,赵冬,马敬东.中国在线医疗服务医疗机构及医生的分布与启示[J].中国卫生事业管理,2018,35(07):481-484+506.

功能分析-材料选择

类别 功能 产品 性能

面料

防辐射

不锈钢纤维混纺

织物

1、透气性好、质地柔软

2、易于加工

3、屏蔽效能高

镀银织物

1、技术高、难度大、成本高

2、多用于服装里料

3、屏蔽效能极好

镀铜织物

1、比较粗糙、手感较硬

2、多用于服装里料

3、价格低

多离子织物 1、不太耐氧化

防蚊虫 rynoskin 1、预防蚊子叮咬

2、透气、防潮效果好

评价

• 主观评价：

• 该款可穿戴孕妇心电监护服在设计过程中，充分考虑了心脏、血压、环境等诸多

因素。通过高质量的要求监测孕妇在孕期过程中的各项生理指标，在很大程度上为

孕妇以及家属提供了便利。

• 孕妇在怀孕期间有较多明显的生理特征，受外界环境因素的影响很大。而孕妇服

是孕妇接触最多的物品，尤其是贴身衣物对孕妇的影响更大。但目前市场上大多数

的孕妇服在设计理念上仅追求穿着上的宽松与舒适感,并不具备保护、预防、监测作

用。作为自我保护能力有限的孕妇群体,在遇到危险情况时往往缺乏自救能力，市场

现存在的孕妇服无法提供适当的保护设施。当孕妇摔倒或腹部受到冲击时, 受伤而

导致流产的状况时有发生。

• 因此, 本小组设计的这款具备智能型结构的孕妇服, 在对孕妇个人的身体健康状况

进行监测的同时，将数据信息反馈给家属，因此孕妇会得到及时监护；当遇到突发

状况时,孕妇服内置自动报警，孕妇会得到很好的保护。

客观评价：

孕妇装是一个在审美上有待改进的市场，而可穿戴技术往往在服装的吸引力和有

用性之间挣扎。

本文所设计的新型智能孕妇服与传统不孕妇服相比，在技术上，增加了血压测量

模块、心跳测量模块以及信号接收与发射模莫块，因而具有检测孕妇身体健康并

将检测信息反馈给孕妇家属的功能。信息接收与发射模块具具备信号接收、信号

处理以及信号发射的功能，从一定程度上，实现了孕妇服的智能化。在面料上，

采用防蚊虫、防辐射的高科技面料，在保证孕妇受到监测的同时提供更全面的保

护。

本文所设计的孕妇服供电电压小于人人体安全电压，保证了孕妇在工作过程中不

会发生触电事故，具有一定的安全性。血压测量仪、 心跳测量仪等均与人体对应

部位贴合，保证了测量的准确性。信号接收储存发射器放置在孕妇肩部位置，发

射波段较宽，频率较小，不会对孕妇健康产生危害。综上所述，该款可穿戴孕妇

心电监护服具有一定的可靠性。

总结

一、可穿戴式健康监测孕妇服创新点

1.理论创新

目前已进入市场销售的成熟的孕妇可穿戴智能装备较少。由于孕妇的特殊体型，孕妇所使

用的智能服装必须设计为可穿戴自适应模式，本研究将重视孕妇穿着的舒适性、方便性及

耐久性。

（1）服装与皮肤之间的日常动态作用研究。电极及传感器的柔性化发展为医疗监护服装

的研究设计提供了可能。孕妇的日常生活会产生肢体移动，造成柔性电极、传感器与服装

相对位置移动和接触压力的变化，这种变化会影响到信息的有效监测与判断，同时影响穿

着的舒适性。因此本研究将对对监护服装与皮肤之间的动态作用进行研究，提高孕妇心电

监护服装的可靠性及穿着舒适性，可以加快实现医疗监护服装的实际应用价值。

（2）针对孕妇孕期腹围变化，服装的可调节性及传感器稳定性研究。进行人体生理信息

监测时，要求传感器与被监测人体保持良好接触，集成附带传感器的医疗监护服装必须与

孕妇人体紧密贴合。随着孕妇怀孕月份的不断增加，腹围也在发生规律性的变化。这就要

求孕妇所穿戴的贴身服装必须在具有可调节功能，同时不破坏传感器监测的稳定性。 2、实践创新

目前孕妇心电监护可穿戴医疗监护设备上使用的传感器大都采用传统的传感器与服装的简单的物理结

合，没有实现结构的集成。

（1）本研究的实践创新在于通过概念设计实现孕妇心电监护服装的日常化，需要实现传感器等电子

元件与服装系统的较好整合。

二、研究意义

（1）研究目的

可穿戴孕妇心电监护服装的主要目的，是在小范围破坏服装日常穿着功能 的前提下，采集孕妇心电有效信息，以便及时准确地掌握孕妇健康状况。

（2）研究意义

本研究解决了可穿戴孕妇心电监护服装在动态条件下缺乏传感器稳定性的 问题，本研究展开了对传感材料的设计与选择、传感器形状数量及位置的 确定、外壳和相关材料的柔软度、固定元件与服装的黏附、人体正常生理 因素的干扰(如汗液等)、服装中电路导线的无弹性及服装面料弹性之间的矛 盾、服装的日常洗涤、围产期孕妇腹围尺寸变化的针对性设计。实现了传 感器与皮肤的合理接触，及传感器在孕妇服装中的集成技术。

本次可穿戴孕妇心电监护服装的设计在实现心电监测数据收集稳定性的同 时，满足了普通产期内孕妇的日常穿着需求，并考虑人体工学、服装舒适 性、安全性、美观性等。本评价结果表明，本设计的可行性与满意度较高， 孕妇通过该着装训练来进行心电监测，改善了传感器不稳定的问题，实现 了孕妇日常穿戴的需求。设计可为其它有关孕妇健康监测的功能服研究提 供一定的参考。未来本设计可从情感方向深入，结合心理学相关理论，从 设计上提升孕妇着装的积极情感与正面情绪。

三、研究方法

本研究运用了调查法、文献研究法、个案研究法等展开可穿戴孕妇心电

监护服装的概念设计研究。

首先，本组成员通过大量的文献阅读与产品搜集，获取国内外现有的相

关研究与科技技术，并为本研究的可穿戴设备技术建立理论基础。通过

对个别孕妇心电监护服装产品的深入研究，获取其设计优势，以及产品

所存在的问题，以此转化为本设计的创新点与设计要素。

其次，通过概念设计方法，基于可穿戴柔性传感器技术，绘制可穿戴孕

妇心电监护服装的概念图像，将概念设计转化为图像。

最后，通过评价方法证实本研究设计的可行性。