女式智能助眠唤醒睡衣的功能性设计yd20119

杨敏，王朝晖 东华大学。上海200051

收稿日期：2016-07-27

作者简介：杨敏(1990-)，女，河南开封人，硕士研究生。

山东纺织科技2016/5；13-17

【摘要】文章分析了常规睡衣材料和款式的现状，并针对睡眠需求展开调研，从睡衣面料、款式和助眠功能三方面归纳出睡衣的功能诉求，进而对睡衣各部位进行系统设计，开发出一套既符合人体工学、睡眠姿势和睡眠健康，又可以较大程度提高睡眠质量的智能助眠唤醒睡衣款式，为智能纺织品的开发提供了参考。

【关键词】智能睡衣；功能要求；穴位按摩；生理指标；传感器

【中图分类号】TS941.17 文献标识码：B 文章编号l1009-3028(2016)05-0013-05

睡眠是一种恢复人体精力和体力的最佳休息方式，科学研究表明睡眠质量好坏会影响免疫机制、神经系统、修复机制、细胞寿命、生长激素、皮肤健康等。中华预防医学会调查，65%的网民睡眠质量很差。其中近30%网民入睡时间超过30min，50%以上网民有多梦现象，70%的网民有夜间苏醒现象【1]。目前，传统睡衣就款式上分为连身式、连帽式、分体式三种，连身内衣会导致睡觉翻身时衣服上衣部分全部堆在胸部；连帽式睡衣的帽子会压在身下或“托起”颈部，引发酸痛、落枕等。市面上的睡衣面料大都分为四种：真丝、棉、化纤和人造纤维，在助眠方面都存在不足。因此无论在面料、款式和功能性等方面都需要对传统睡衣重新设计，以提高睡眠质量。

1 女士睡衣现状

1.1 睡衣的定义

睡衣是人们在睡眠状态下穿着的衣服，兼作室内便衣，是内衣的一种。其主要包括上衣和裤子，还有睡袍和睡裙，使用环境相对固定。睡衣的最大特点是宽松舒适，肤感柔软，穿脱方便，睡眠时不受领和袖的牵制，有利于疲劳的恢复，可使人在轻松舒适的环境中迅速进入梦乡[2]。

1.2 女士睡衣面料和款式现状

目前，市场上的女式家居型睡衣就材质来说，真丝类有较好的吸湿性透湿性，能调节肌肤水分，保持肌肤洁净，但洗涤和存放有较大难度；涤棉类同时具备涤纶和棉的优点，柔软度、舒适性和耐磨性都较好，尺寸稳定性好，不易皱折，易洗、快干，但穿着过程中易产生静电而吸附灰尘，难以洗涤，而且不耐高温；纯棉类柔软舒适，吸湿、透气、无闷热感、无静电，但是弹性差，穿着和洗涤后易起皱，保存时易发生霉变；其他化纤材料类都存在静电问题[3]。就款式来说，睡衣宽松的袖口、下摆或脚口在睡眠中容易积聚在臂根、背部以及胸部或大腿处，形成凸起状，导致睡眠舒适性差，易造成睡眠质量下降以及身体部位的酸痛。

2 女士睡衣的功能性需求

女式睡衣要满足消费者的需求，就必须很好地了解和掌握女性的睡眠状况。通过调查研究发现，睡眠问题主要分为入睡时间长、睡眠质量差、夜间苏醒、醒后入睡难和早晨苏醒困难，而相应的功能需求见表1。

表1 女式睡衣的功能性需求

由表1可以看出，女式睡衣的功能性需求集中表现在：(1)入睡方面的需求：对于入睡时间长和失眠的女性，帮助其缩短进入深度睡眠的时间；(2)睡眠质量方面的需求：对于睡眠不稳、夜间易醒、醒后难以入睡和早醒的女性，延长深度睡眠的整体百分比，保证穿着睡衣的女性有好的睡眠质量。在夜间易醒的情况下帮助其从浅度睡眠状态进入到深度睡眠状态，在夜间苏醒后帮助女性快速入睡；(3)起床方面的需求：对于早晨起床困难者，能够智能唤醒女性消费者，保证其正常的上班时间和生活作息。

3 女式智能助眠唤醒睡衣设计

3.1 睡眠分期以及监测指标的选取

睡眠时由于身体内部的需要，感觉活动和运动性活动暂时停止，但给予适当刺激就能使其立即觉醒。通过睡眠，疲劳的神经细胞和机体器官恢复正常的生理功能，精神和体力得到恢复。一次完整的睡眠分为四个阶段，包含多个周期。20世纪60年代后期，美国加州大学脑研究所发布了睡眠分期的定义和技术标准，该标准将睡眠分成6期，即醒觉期(W)，非快速眼动期(NREM)S1、S2、S3、S4及快速眼动期(REM)，其中S1、S2为浅睡，S3、S4为深睡。表2为睡眠分期及相应时长[4]。

表2 睡眠分期及相应时长

健康成年人的心率一般在0.8 Hz～1.5 Hz范围内。从图1可以看出在整晚的心率变化：总体趋势呈现减弱，即心率减慢。由于在整晚睡眠数据采集过程中，传感器的佩戴问题，并不是每一个R波都能检测到，尤其是在睡眠过程中有翻身等体动时，所以本信号携带了体动信息。图1中标记了比较典型的睡眠时相和整晚心率的趋势。对呼吸信号而言，呼吸率随着NREM 期和REM 期的更替起伏变化，REM 期呼吸急促并且非常不平稳，NREM 期较慢且平稳，尤其在深睡期呼吸最为平稳[5]。一般说来，健康成年人的呼吸频率在0.13 Hz～0.6 Hz范围内。从图2可以看出，所示在采集整晚呼吸信号过程中，由于在不同的睡眠时期，体动信号不尽相同，从而引起呼吸带的变动，导致采集的信号不仅包含了呼吸信号，还有体动信息的干扰。因此在所得到的呼吸率信号上能较容易地分辨深睡期和醒觉期[5-13]。随着睡眠深度的加深，呼吸越来越平缓，呼吸频率呈现下降趋势。

整晚心动周期(个数) ×10

图1 整晚心率(R-R间期)变化趋势

整晚呼吸周期(个数)

图2 整晚呼吸变化趋势

对比图1和图2，发现呼吸率和脉搏率具有大致相同的趋势，从入睡到起床都有逐渐减小的大趋势。同时心率总体趋势变化较为明显，由于在睡眠过程中生理信息的变化，呼吸会出现一些波动[4 ]。因此选取心率作为监测睡眠指标。

3.2 女式智能助眠唤醒睡衣元器件的选择

3.2.1 获取生理数据的传感器的选择

生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量和处理信号的一个关键器件。如图3和图4所示，LST1303光电传感器把绿色LED和高科技纳米涂层环境光检查传感器组合封装入小型COB封装。内部集成一级放大器、滤波器和A／D转换器，性能与灵敏度极高，可自由灵活地测量身体部位。更有配套开源APP，可实时地用图形把心率表现出来[14-15】，表3显示了LST1303光电传感器详细规格表。

图3 LSTI 303光电传感器

图4 LSTI303光电传感器T作示意图

表3 LST1303光电传感器详细规格表

3.2.2 微型按摩仪及按摩穴位的选择

如图5所示。导电式医用硅胶按摩贴片形状大小可变.适于嵌在服装中。其按摩原理：利用不同种类的生物电流刺激人体肌肉，产生敲击、揉捏、快慢锤、针灸等复合式的感觉。驱动技术：与手机无线连接。实现25 IF!范围内的智能遥控，可在多种模式问切换；按摩器可充电，无需外接电源。功效：医用硅胶与人体有很好的生物相容性，对人体组织无刺激、无毒性，按摩可疏通血路障碍、促进血液循环，有效缓解部位酸痛不适，有安神助眠的功效。按摩选取肩部穴位：肩髃、肩贞、肩髎；臂部穴位：臂臑；腰部穴位：腰眼；腿部穴位：足三里。各穴位位置如图6所示。

3.2.3 香氛机的选择

无线香氛机，倒入香氛精油，使香氛精油的气味均匀扩散至房间；分两个子系统。助眠系统(释放助眠香氛)，醒脑系统(释放醒脑香氛)；可进行无线遥控，开启任一子系统。其助眠气味有：西洋甘菊、薰衣草香、茶叶天竺葵、柑橘香，均为柔和怡人的气味。醒脑气味为：薄荷香、柠檬香、咖啡香. 目的在于帮助苏醒。

图5 导电式医用硅胶按摩贴片

图6 各穴位及其位置

3.2.4 手机入眠曲和唤醒音乐的选择

入眠曲需安静祥和，能够舒缓神经.使人保持轻松愉悦的心情，不宜紧张、嘈杂、有刺激性，应选取平缓温和的纯音乐；唤醒音乐需节奏平缓、自然协调，应选取鸟呜声、鸡呜声、水流声、莫扎特的小提琴曲等。

3.3 女式智能助眠唤醒睡衣的工作原理

利用信号传输技术(蓝牙)及终端处理器(手机)，在特定的APP上进行操作.将心率的数字信号转化成为实时心率图，判断睡眠状态并对按摩贴片和香氛机发出执行和停止指令，自动存储数据及指令，用户可自行没定入睡时间和苏醒时间。假定入睡时间为23：00，起床时问为07：00时.入睡时助眠系统开始工作.香氛机释放香氛、手机播放入眠曲、穴位按摩器按摩选定的穴位.帮助女性快速入睡。当睡眠中手机接收到睡眠不稳和将醒的心率特征时.香氛机再次释放助眠香氛.帮助稳定睡眠。早晨07：00，香氛机释放醒脑香氛的同时，手机播放唤醒音乐，帮助女性消费者苏醒.其工作原理如图7所示。

3.4 女式智能助眠唤醒睡衣的材料选择

智能助眠唤醒睡衣不仅需具有普通女式睡衣的服用性.还要兼具功能性。

智能调温纤维又叫空调纤维.是将相变材料 (简称PCM)技术与纤维制造技术相结合开发出的一类新型功能性产 .具有双向温度渊节作用。当外界环境温度升高时.纤维中包含的相变材料发生相变，从固态变为液态，吸收热量储存于纤维内部；当外界环境温度降低时，相变材料从液态变为固态。释放出储存的热量，保持体表温度，使人体处于一种舒适的状态。智能调温纤维的这种吸热和放热过程是自动的、可逆的、无限次的[16]。

图7 女式智能助叭唤 睡衣的工作原理

采用微胶囊复合纺丝法制成的桑蚕丝银丝智能调温纤维主要有以下儿个特点：一是天然绿色纤维.成分为45%的桑蚕丝+55 %银纤维.柔软光泽，具有蚕丝衣物的轻簿感，且具有银丝的金属光泽。与皮肤接触非常舒适：二是具有良好的调温性.提供适宜人体的温度；三是安神助眠，银丝能抗静电且具有超强导电性。促进微循环及血液循环；四是抗菌除臭.金属银能阻断细菌的生理过程，且能迅速吸附因细菌滋生产生的异味；五是吸湿性强。夏天吸湿隔热.冬天锁住体温，有效吸收皮肤表面汗液和蒸汽。

3.5 女式智能助眠唤醒睡衣的款式设计

睡衣主要是睡觉时穿着的服装，是人们自由放松状态下的着装，应该给人舒适的穿衣环境和轻松的外观效果[16]。如 图8、图9所示。睡衣分为上衣和裤子两件，领子基型为圆领，舒适性、健康性、安全性都较好. 在设计上舍去单调的圆领，往领子上加入了与衣服相呼应的分割。袖子采用插肩袖的样式，并在与穴位对应的位置在布料中嵌入按摩片，有助于进入睡眠。胸口的数字贴片可以嵌入LST1303光电传感器装置。做成可开合的样式，主要便于拆卸和洗涤。上衣的所有分割线部是根据按摩穴位的位置设定。下摆、袖口、领口为亲肤柔软有弹性的罗纹，活动舒适性好。

图8 女式智能助眠唤醒睡衣上衣

图9 女式智能助眠唤醒睡衣裤予

子腰部为系带式。可调节腰围大小。裤型成锥彤.上部分宽松，小腿部分逐渐收紧，直至脚口留 3 cm～ cm 松量，避免睡觉时裤脚口向上移。睡衣整体为较宽松型，分体式结构，穿着舒适、活动自如.在局部采用拼接的方式满足不同穴位的按摩要求。

4 结论

女式智能助眠唤醒睡衣的设计不仅使睡衣的舒适性得到改善，功能性也有很大提高。要想成功地没计女式智能助眠唤醒睡衣，不仅要着眼于功能的开发.还应综合考虑消费者的生理和心理需求。以此为基础，系统地完成女式智能助眠唤醒睡衣的外观设计以及功能性元件选择，以实现女式智能助眠唤醒睡衣的整体功能性。

参考文献：

[1]齐华,周越,曛眠脑电图的研究 [A],2007年全国运动生理学论文报告会论文汇编[C],北京,中国生理学会,200 7;255-259

[2] 李玲,基于创新型实用家居服的舒适性研究[I) ,大连;大连工业大学,2009

[3] 王革辉,服装材料学[M],北京;中国纺织出版社,2010

[4]范应威,徐礼胜,章星,等,接触式的睡眠生理信号监测和睡眠分期[J],中国科技论文在线,2013,

[5]杨军,俞梦孙,多参数信息融合实现非脑电的睡眠结构分期[J],中国生物医学工程学,2006,25(3);31 5-321,

[6]Mohan K Rajagopal,Esther Rodriguez Villegas,Towards Wearable Sleep Diagnostic Systems for Point-of-care Applications[J],IEEE Point-of-care Healthcare Technologies,2013,25(3);26-29,

[7]Yogesh Nijsure,Wee Peng Tay,An Impulse Radio Ultrawideband System for Contactless Noninvasive Respiratory Monitoring[J],IEEE Transactions on Biomedical Engineering,2013,60(6);1O59-1517,

[8]Naresh M,Puniabi,Karen Bandeen Roche,et a1,The Association between Daytime Sleepiness and Sleep-disordered Breathing in NREM and REM Sleep[J],Sleep,2002,25

(3);307-314,

[9]Christian Cajochen,Heart Rate Dynamics During Human Sleep[J],Physiol Behav,1994,55(4);769-774,

[10] 郑慧君,微动敏感床垫式睡眠监测系统相关生理参数提取[D],济南;山东大学,2010,

[11] 朱莹莹,杨军,刘常春,等,基于光电容积脉搏波特征信息的睡眠呼吸事件判别[J],中国生物医学工程学报,2008,27(5);679- 683,

[12] 吴锋,成奇明,周玉彬,等,基于小波分析提取心动周期中睡眠呼吸事件信息[J],北京生物医学工程,2011,30(2);150-153,

[13] Barbara C Galland,[van Tan,Bar J Taylor,Pulse Transit Time and Blood Pressure Changes Following Auditory-e-voked Subcortical Arousal and Waking of Infants[J],Sleep,2007,30(7);891-897,

[14] 朱小宁,江虹,植入式光电脉搏传感器[J],传感器世界,2O13,19(07);10-13,

[15] 李珍,刘琳琳,基于光电式脉搏传感器的脉搏信号获取[J],中国医疗器械信息,2008,14(11);19-20,57,

[16]张琳琳,王跃强,智能调温纤维综述[J],印染助剂,2011,28(1);9-13,