智能乳腺监测按摩女性内衣的发展现状及趋势

孙若宸，许黛芳，叶芳芳，聂 凤，何霜霜，黄子锋

（嘉兴学院设计学院，浙江嘉兴 314001）

乳腺癌作为威胁全球女性生理健康的重大疾病之一，已经位列女性恶性肿瘤之首，每年我国乳腺癌新发病例多达30 万［1］。人们的健康意识逐渐加强，对健康的追求开始由医疗诊治向健康监护与疾病预防转变。

可穿戴智能监测服装可以收集使用者的生理数据，并根据其进行分析、判断、决策等，从而掌握人体生理变化倾向，有助于研究人体健康与服装的关系，对人体健康监护具有重要意义［2］。

乳腺智能监测按摩内衣采用可穿戴技术，利用柔性传感器实时监测使用者乳腺区域的生理数据，通过数据处理模块对检测数据进行收集处理、存储记忆和分析决策，并将处理结果通过无线模块传输至移动终端与按摩模块，在实现自动调节按摩模式的同时，保证了穿着者能够实时掌握乳腺的健康状况，具体环节如图1 所示。该内衣一方面实现了女性按摩内衣智能化，另一方面具有及早发现女性乳腺疾病的作用［3］。

图1 乳腺智能监测按摩内衣设计流程

1 智能乳腺监测按摩内衣的研究现状

1.1 可穿戴技术

可穿戴技术是将传感器、无线通信、多功能模块等技术系统地集中在可穿戴服装上的一种技术，主要通过服装及其附件依附于人体。既满足了可穿戴物品的日常功能，又实现了人体生理数据的收集，从而达到对人体健康状况进行监测的目的［4］。在智能化时代，可穿戴技术已经逐渐成为科研工作者未来的研究趋势，由最初简单的缝制、粘贴转变为如今的模块化技术、嵌入式技术，涵盖了生理数据监测技术、传感技术、数据处理技术、集成技术等多项技术。

1.1.1 柔性传感器技术

柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器（如图2 所示），相较于传统的金属传感器，柔性传感器具有体积小、便携性强、光电性能突出、延展性强等优点。

图2 柔性传感器

在乳腺按摩监测内衣中融入柔性传感器，既实现了柔性传感技术在女性按摩内衣设计领域中的运用，又保证了穿着者在穿着时各模块的智能化与安全性。柔性传感器具体可分为柔性电容传感器、柔性压阻传感器、柔性压电传感器、柔性电感传感器、柔性光纤传感器等［5］。

2014 年，Mino 公司研制出一款基于柔性传感器采集体温、心率、呼吸等数据的智能婴儿连体服。东华大学易红霞［6］提出利用镀银导电纱线制作柔性传感器并集成在服装上，利用Visual Basic 6.0 实现信号传输的协调以达到无线传输系统的构建。LIU 等［7］通过将硅橡胶与碳化三聚氰胺海绵结合，制备出用于检测足底压力的柔性压力传感器。曾晓［8］以石墨为导电填料，聚偏氟乙烯（PVDF）和聚环氧乙烷（PEO）为基体材料，研制出一款温敏复合材料，由该材料制成的温度传感器具有良好的稳定性与响应性，且抗干扰能力很强。刘官正等［9］利用柔性电感传感器制成一款呼吸监测腰带，实验表明其同样可用于日常生活中的呼吸监测。

1.1.2 监测系统设计

智能乳腺监测按摩内衣作为智能服装的一类，需要同时满足服装一体化的设计，其数据收集处理应从整体出发。而整体的协调设定需要将多功能材料、柔性传感器、数据处理模块、电子电路等多方面结合，同时兼顾设计制作成本，实现乳腺监测按摩内衣的智能化、人性化、市场化。2012 年，美国研发了第一款乳腺智能胸罩，通过感知乳腺温度的细微变化判定乳腺内因癌细胞导致的血管堵塞引发的人体温度变化［10］。2015 年，美国Cycadia Health 公司推出一款智能背心iTBra，通过印刷在织物表面的温度传感器监测用户乳腺区域温度，基于系列算法与人工智能比较健康组织与癌组织细胞之间的温度差异，从而实现对乳腺健康的监测［11］。2016 年，丁立研发了一款基于气垫按摩压力检测女性乳腺是否发病的智能内衣［12］。2019 年，深圳智裳科技公司联合Lightness 研发了一款AI 智能乳腺健康监测内衣［13］，该内衣采用红外成像技术，通过16 个高精度温度传感器实现乳腺病变预警。

1.2 服装本体研究

服装本体研究是指在服装纺织材料、服装缝制结构、工艺设计等方面进行研究的一项技术，是一种针对服装本身的研究。对服装本体的研究既能够在一定程度上满足消费的舒适性、服装的美观性、穿着的耐久性，又能够满足可穿戴技术在服装上的高度集成。而且对服装材料的研究还有助于实现绿色环保，满足行业标准。

1.2.1 功能性材料技术

具有良好吸湿排汗功能的透气性面料是乳腺监测按摩内衣的首选，其次是面料的多功能性。面料的选取既要满足良好的透气性、吸湿性，又要保证满足国家制定的服装安全规则与内衣安全标准。国内吸湿排汗性能较好的内衣面料以涤纶为主，如图3 所示，其面料横截面呈“十”字状，纵向呈沟槽形态，以保证具有良好的吸湿排汗性。国内外对功能性面料都展开了大量的研究。王科林等［14］对精纺毛织物中的Coolmax 纤维质量分数进行研究，结果显示，当Coolmax 纤维质量分数为20%时，织物的吸湿排汗性能最好，其中缎纹组织性能最好，平纹组织次之，斜纹组织最差。Wang 等［10］先将有机金属骨架ZIF-8 与聚丙烯腈（PAN）融合制备表面粗糙的超细纤维，并将粗糙的超细纤维与聚丙烯腈纳米纤维电纺交替叠加，形成多层结构膜，再用酸和碱调整织物的亲水性，引起多尺度的表面粗糙度，最终纤维具有优异的吸湿排汗性能，并兼具颗粒吸附功能。

图3 吸湿排汗涤纶纤维的横截面照片

1.2.2 款式造型结构

款式造型的结构设计，一方面在较大程度上影响了乳腺监测按摩内衣内部的元器件排布与电路衔接，进而影响了穿着的舒适性与安全性；另一方面，一旦不符合大众的审美将降低销量，难以打开市场。因此，款式造型的结构设计需要根据目标消费人群不断改进。如当下内衣流行美背款，将内衣与几何学结合起来，运用勾股定理，在女性背部蝴蝶骨上勾画出稳定直角的天秤结构，实现人体工学和性感美学的统一与平衡。季凤芹等［15］针对26～30 岁女性消费人群设计出一款采用碎褶夹棉弹性罩杯、短腰骨衣、水平型“工”字形肩带内衣（如图4 所示）。不断改进乳腺监测按摩内衣的款式是保证整体协调性与技术进步的前提。

图4 水平型“工”字形肩带内衣设计图

1.2.3 服装工艺设计

服装工艺作为服装设计的延续与展现，在一定程度上会影响服装整体的功能性与美观性，而智能监测按摩内衣作为贴身衣物，其工艺设计将大大影响穿着者的舒适性，因此国内外都加强了对内衣的工艺设计。20世纪90年代，意大利圣东尼公司推出无缝三维立体织造技术［16］，将3D 无缝一体技术运用到女性内衣设计上，设计出舒适性强、无压迫紧绷的内衣，使胸部轻松自由。梁素贞等［17］在三维人体扫描技术的基础上，通过上下拼缝、加宽文胸下扒的工艺设计，在智能内衣设计上采用刺绣或编织的方式，将心电纺织传感器等多项电子元件安装到文胸心脏部位，实现了智能内衣的便携性与可拆卸化。另外还有诸如超声波工艺、伸拉特工艺等，都对内衣穿着舒适性的提升起到促进作用。

2 智能乳腺监测按摩内衣设计存在的问题

目前，国内外针对乳腺监测按摩内衣的设计基本处于探索、实验状态，因人体乳腺区域的各项数据互相影响且较为杂乱，而大多数智能内衣只是将电子元件与内衣机械地结合在一起，监测的生理指标较为基础单一，多为温度、血压等，无法准确监测乳腺区域的健康以实现预警。而且由于传感器、数据处理器、线路连接、集成方式等多方面因素，乳腺智能监测按摩内衣仍具有体验感差、笨重、功能单一、价格昂贵、受众低等多项缺点。

行业内没有该类服装的具体标准，整体的设计需要多项学科交叉，研究人员来自各个不同领域，而国内交叉学科仍属于新兴学科，没有较好的研究基础。此外，针对智能监测按摩内衣的性能评估仍不够完善，需要大量实验进行完善。随着科技进步，该监测按摩内衣需要面向市场，因此该服装的设计需要满足消费者的消费能力。

综上所述，监测按摩内衣的设计需要考虑美观舒适性、便捷安全性、人体工效学、可靠性等。

2.1 便捷安全性

智能乳腺监测按摩内衣设计应满足服装的便携性、可拆卸化、耐水洗，保证用户使用时无压力、便捷轻松，各电子部位的衔接保证密封并防水，降低出现机械故障等现象。

2.2 美观舒适性

目前大多数监测按摩内衣多将电子元件与内衣机械结合，所以电子设备的排放、线路的衔接都会影响穿着的美观性与舒适性，因此以后的设计需要考虑其模块的设计与搭配。

2.3 可靠性

监测和处理数据作为监测按摩内衣的核心功能，应在考虑用户日常穿着的状态下保证其数据监测的稳定性，实现服装整体功能的可靠。

3 智能乳腺监测按摩内衣的发展趋势

随着科技发展，从智能乳腺监测按摩内衣发展趋势来看，应从柔性传感技术、监测系统设计、功能性材料研发和款式造型与工艺设计4个方面进行改进。

3.1 柔性传感技术

随着未来柔性传感技术的发展，柔性传感器的性能将更加稳定、精确，灵敏度与可重复性将会得到提升，从而更加准确地监测乳腺的健康状况，而质量轻的柔性电压传感器将成为该领域的研究重点。Samadi 等［18］在多步聚合后实现了四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒和氧化石墨烯（GO）纳米板的高协同作用。GUO 等［19］利用丝素蛋白和PVDF 纳米纤维制备了一种全纤维混合压电式传感器。这一类传感器性能更加稳定、精确，而且灵敏度高、质量轻、结构简单、可重复性强，是未来的研究方向。

3.2 监测系统设计

内衣与人体皮肤的接触最为密切，因此智能乳腺监测按摩内衣监测系统是人体信号收集的最佳平台。Cho 等［20］研究电极的放置位置，确定了心电信号监测采集的最佳位置：将内衣的表面切成均匀的网格，在前后衣片每间隔6 cm 位置设置一个电极，共设置56 个，然后从这56 个位置确定监测心电图电极的最佳位置。王裕等［21］通过在乳腺智能监测内衣中安装血流量传感器，分析乳腺各部位血管形状、含血量、含氧量，以区分乳腺病变区域与正常部位，并以此划分出4 种乳腺内血流丰富程度加以监测。高骏［22］也通过对心电、体温、噪音等生理信号进行监测设计，研究出乳腺监测内衣，并申请了相关专利。

3.3 功能性材料

国内对于智能内衣面料研发的方向是吸湿排汗，还在尝试多种其他方法，如智能材料的研究。而随着材料科学的发展，越来越多的多功能材料被运用到服装领域。北京创新爱尚家科技股份有限公司（又称Aika 爱家科技）制备的石墨烯纺织物材料具有良好的柔韧性，可裁剪、水洗、干洗，有良好的导电性，且加热稳定均匀，30 s 即可加热到40 ℃，并能发射性能更好的远红外线，实现理疗保健功能，供压只需5 V，保证了用户的安全。日本NTT 公司通过在丝绸或合成纤维等材料表面覆盖导电性高分子“PEDOT-PSS”的生物传感材料，研究出一款具有柔软、亲水、高强度、可嵌入内衣的电极材料（如图5 所示），其生物相容性高，不仅可以用于心电图测量，还可以测量神经活动电位［23］。

图5 涂覆导电性高分子“PEDOT-PSS”的电极材料

因此，智能材料的研究创新将有力促进女性智能监测按摩内衣的创新，在传感方面可以增加人体生理指标监测的准确性，在保健方面可以实现智能内衣的加热与理疗功能，女性乳腺按摩内衣的创新设计需要功能性面料的创新。

3.4 款式造型与工艺设计

智能内衣作为人体贴身衣物，在设计其款式与工艺制作时要更多地考虑利用人体功效学对服装进行设计，结合人体生理学与医疗相关知识，保证舒适性与安全性，为了满足消费者对智能内衣美观舒适的要求，许多研究人员在款式设计、裁剪、工艺等方面展开创新。如仿生蜂巢模杯，采用芯状结构，模杯上的透气孔洞保证空气的流通，快速蒸发皮肤表面的湿气，舒适透气，导湿排汗防止细菌滋生；使用新款式，如背心款、美背款、U 型款、V 型款、抹胸款等，将几何学运用至内衣造型设计中，遵循人体结构学带来舒适感的提升，实现人体工效学和性感美学的统一与平衡；调整钢圈分布，将普通钢圈换成舒适减压的无钢圈与隐形软钢圈，以面代线地缓解束缚，使穿着体验更舒适，保证用户胸部血液顺畅循环［24］。改进智能乳腺按摩内衣款式造型是满足消费者审美、扩大市场的关键。

4 结语

从柔性传感技术、监测系统、功能面料技术、款式造型与工艺4 个方面分析了女性乳腺智能监测按摩内衣的研究进展。4 方面的研究存在关联性，研发者在研究时要兼顾整体的协调性，重视多学科的交叉融合，统筹考虑内衣设计的美观舒适性、安全性、可靠性等。

研究下述问题将有利于智能乳腺监测按摩内衣的发展：（1）柔性传感器与多功能面料结合，使传感器与面料更好地结合，减小传感器的体积与质量，提高其便携性与灵敏性，实现内衣舒适性的提升；（2）监测系统的改进与创新，不断完善监测系统数据的准确度与灵敏性，加强多因素结合，实现乳腺监测的丰富与完善；（3）面料多功能研究与创新，加强多功能面料的开发，实现服装面料的智能化，以期更好地配合监测内衣的整体设计；（4）改进乳腺按摩监测内衣款式结构的设计，对电子元件的排布、线路的衔接、服装的美观性、可穿脱性等都具有影响；（5）建立成熟的乳腺按摩监测内衣整体协调评估机制。

乳腺智能监测按摩内衣融合多项不同技术，且相互制约影响，因此建立针对其整体协调的评估机制尤为重要，只有建立科学的评估机制，才能为乳腺监测按摩内衣功能协调一体化的研究提供参考。