一种模拟胸肌运动的刺绣心电电极耐用性的测试方法

1.本发明涉及织物电极耐用性测试技术领域，尤其涉及一种模拟胸肌运动的刺绣心电电极耐用性的测试方法。


背景技术：

2.近年来，随着生活和工作压力增加，猝死事件时有发生，人们对于健康的关注与日俱增。而心血管疾病此类的高发病，具有长期性和偶然性特点，常规定期的检查并不能实现有效的实时监护，防止意外发生，亟需能够实时、长期、准确、无感地监测个人心电信息的产品。可穿戴式心电监护成为医疗健康及纺织服装领域的一个重要发展方向。
3.心电信号通常使用贴在人体表面特定位置的电极拾取，心脏搏动时会通过胸腔、胸肌传导微小的应力变化，同时人体的呼吸也会通过胸腔变化传导较大的应变。早期使用的粘贴式电极，不适合长时间监测，还会造成皮肤过敏瘙痒或发炎，目前织物心电电极凭借良好的服用舒适性和可靠的传感性能已经逐渐崛起。发展至今，其功能已逐渐趋于稳定，用户对此类产品设计的舒适性与外观提出了更高的要求，刺绣技术作为智能纺织品领域最常用的开发技术之一为上述问题提供了解决方案。刺绣电极具有较好的可操作性，良好的导电性和服用舒适性，设计方便，并具有一定的拉伸延展性和良好的耐久性。相比与其他织物加工技术，刺绣技术最显著的特点是可定制纤维铺设，可以通过与人工智能、大数据和物联网技术等结合，根据个人需求定制个性化智能纺织使刺绣产品在实现目标功能的同时也可以提供更自由的织物表面美化装饰功能。其次，刺绣技术的制造工艺具有良好的可再现性，其所开发的产品结构具有尺寸稳定性。
4.目前衡量织物电极性能的指标主要分为电学传感性能与耐用性能两个方面。关于电阻式织物电极的耐用性能的测试方法目前较少，大多使用直线电机在定压力、定频率的条件下对电极反复、长时间地压缩，并对其电学输出信号图像进行分析来表征。但心电电极在实际使用时，需要与人体紧密贴合，曲面状的人体表面与平面状的直线电机压板有着显著差异，电极与人体接触时会发生形变，且受力分布不均，因此得出的测试结论比较理想化，无法与现实使用的效果相同，不能够准确表征其耐用性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种模拟胸肌运动的刺绣心电电极耐用性的测试方法，通过制备假体模型模拟胸肌运动进行动态表征，使实验环境更贴近真实人体。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种模拟胸肌运动的刺绣心电电极耐用性的测试方法，具体步骤如下：
8.s1：将刺绣电极正反面分别与导线、绝缘胶带粘贴组合；
9.s2：将直线电机压力设定为6n，频率设定为1.25hz，测试时长设定为10min；
10.s3：将前处理完毕的刺绣电极粘贴在附有铝箔的板上直接进行上述设定的定压
力、定频率的压缩测试，此为理想化静态耐用性测试；
11.s4：将假体模型与直线电机压板组合，再对刺绣电极进行上述设定的定压力、定频率的压缩测试，此为更贴合实际的静态化耐用性测试；
12.s5：人的呼吸频率是每分钟16-20次，取18次每分钟，使用针筒给假体组织的气囊部分充气，当气囊厚度至1.25cm时，用针筒将气体全部抽出，反复进行充气
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抽气，模拟心跳与呼吸结合时胸部的运动，使测试环境更贴合实际人体状态，此为动态化耐用性测试；
13.s6：使用3％浓度的生理盐水模拟人体汗液，使用600ml/h的加湿器，出雾风向与刺绣电极方向垂直，分别静置30s、1min、3min将刺绣电极表面均匀喷湿，模拟人体微汗、正常出汗、大量出汗的状态，将假体模型与直线电机压板组合，使用直线电机进行上述设定的定压力、定频率的压缩测试，此为动态化耐用性测试的优化方案；
14.s7：在1.25hz频率下对刺绣电极进行循环耐久性测试，通过分析静态测试与动态测试的时间-电阻输出曲线图，观测其电阻值波动变化趋势是否稳定或有所衰减，并计算电阻下降率；且对刺绣电极进行不同循环次数的灵敏度测试，并计算灵敏度下降率，进一步表征其电阻的循环性能，即刺绣电极的耐用性；若电阻下降率与灵敏度下降率都较小，则表示刺绣电极耐用性良好，反之表示刺绣电极耐用性较差。
15.优选地，在步骤s7中，灵敏度测试同样使用直线电机对刺绣电极进行压缩测试，计算公式为：
16.s＝(δr/r0)/δp
17.式中，δr为施加压力后的电阻与初始电阻的差值；r0为初始电阻；δp为施加压强与初始压强的差值。
18.优选地，在步骤s7中，电阻下降率的计算公式为：
19.电阻下降率＝δr/r0
20.式中，δr为施加压力后的电阻与初始电阻的差值；r0为初始电阻；通过电阻下降率表征该刺绣电极工作过程中的损耗。
21.通过采用上述技术方案：使用时，建立在直线电机的基础上，在压力板上安装5*6cm的耐用性检测模块，使用医用义乳硅胶模拟人体胸肌质感与曲面形态，并使用气密尼龙复合织物作气囊模拟人体皮肤层，对其进行充气
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排气模拟人体呼吸时的胸腔运动。且使用加湿装置模拟人体不同出汗情况，使整体测试环境更贴合真实人体状态。当直线电机工作时，将由假体模型取代平面化的压板，与刺绣电极直接接触，并反复施加压力于刺绣电极上，模拟心脏跳动时由胸部肌肉传导的与心电电极的接触运动。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.1、本发明的实验环境更加贴合真实人体，并模拟了出汗状态下的人体环境，对刺绣电极的性能评估更加准确真实。
24.2、本发明的测试方法可操作性强，操作简单，获得的数据可靠，可用于刺绣电极耐用性评价，也更方便后续对电极性能进行定性、定量的改善，弥补了电阻式刺绣电极耐用性测试的空白。
附图说明
25.图1为本发明的测试电路示意图；
26.图2为本发明中刺绣电极耐用性测试的结构示意图；
27.图3为本发明中假体模型与直线电机压板安装的结构示意图；
28.图4为本发明中假体模型与直线电机压板安装的主视图；
29.图5为本发明中假体模型与直线电机压板安装的俯视图；
30.图6为本发明中假体模型充气前的状态示意图；
31.图7为本发明中假体模型充气后的状态示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.实施例：本发明建立在直线电机的基础上，在压力板上安装5*6cm的耐用性检测模块，使用医用义乳硅胶模拟人体胸肌质感与曲面形态，并使用气密尼龙复合织物作气囊模拟人体皮肤层，对其进行充气
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排气模拟人体呼吸时的胸腔运动。且使用加湿装置模拟人体不同出汗情况，使整体测试环境更贴合真实人体状态。当直线电机工作时，将由假体模型取代平面化的压板，与刺绣电极直接接触，并反复施加压力于刺绣电极上，模拟心脏跳动时由胸部肌肉传导的与心电电极的接触运动。
34.其中，假体厚度：正常人体胸壁厚度变化范围为1.1
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3.7cm，这里取2.5cm作为假体整体厚度。
35.假体结构：使用硅胶材质医用义乳，是一种高分子的硅氧烷聚合物。其质地柔软、弹性好，重量与人体乳房组织重量相近，取厚度为2.5cm，用于模拟人体肌肉质感与曲面弧度，作肌肉模拟层8；使用双层500d尼龙66硅胶tpu涂层安全气囊产业用牛津布，形成气囊结构，作皮肤模拟气垫层7。
36.气囊充气程度：经调研成年175cm男性标准胸围为78cm，呼吸差为6-8cm，尽力呼气与尽力吸气时胸腔变量不同，取尽力吸气时的胸围为82cm,尽力呼气时的胸围为75cm,将人体胸腔横截面等效为平面图形中的椭圆形。根据椭圆周长公式：l＝2πb+4(a-b)，其中a表示椭圆长半轴的长，b表示椭圆短半轴的长，根据解剖学，成人胸廓前后径与左右径的比例为1:1.5。计算可得吸气时a1约为15cm，b1约为10cm，呼气时a2约为13.5cm，b2约为9cm；则δa＝1.5cm，δb＝1cm。取其均值1.25cm为充气后气囊的厚度值。
37.本实施例中被测样品为直径20-30mm的圆形刺绣电极，使用导电纱线进行机绣。导电纱线细度在140-280d之间，小于140d时纱线过细，机绣操作时易发生断裂、绕线等问题；大于280d时工艺过程中易产生浮线，影响刺绣电极性能。
38.参照图1-7，一种模拟胸肌运动的刺绣心电电极耐用性的测试方法，具体步骤如下：
39.s1：将直径为23mm、使用280d镀银纱线的刺绣电极4正反面分别与导线、绝缘胶带粘贴组合；
40.s2：由于直线电机2压力工作范围为6-58n，在此范围内选择最接近人体血压的数
值6n；正常人心率平均为75次/分钟，因此频率定为1.25hz，测试时长为10min；将直线电机2分别与电脑1和静电计3连接；
41.s3：将前处理完毕的刺绣电极4粘贴在附有铝箔的直线电机压板5上直接进行上述设定的定压力、定频率的压缩测试，此为理想化静态耐用性测试；
42.s4：将假体模型6与直线电机压板5组合，再对刺绣电极4进行上述设定的定压力、定频率的压缩测试，此为更贴合实际的静态化耐用性测试；
43.s5：人的呼吸频率是每分钟16-20次，取18次每分钟，使用针筒给假体组织的气囊部分充气，当气囊厚度至1.25cm时，用针筒将气体全部抽出，反复进行充气
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抽气，模拟心跳与呼吸结合时胸部的运动，使测试环境更贴合实际人体状态，此为动态化耐用性测试；气囊部分充气前后状态如图6、图7所示；
44.s6：使用3％浓度的生理盐水模拟人体汗液，人体胸部显性出汗率为(0.32
±
0.07)mg/(cm2·
min)，将盐水浓度(3％)以及假体模型表面积(30cm2)代入可得出每分钟大约需要10ml生理盐水来模拟人体出汗状态；
45.使用600ml/h的加湿器，出雾风向与刺绣电极方向垂直，分别静置30s、1min、3min将刺绣电极表面均匀喷湿，模拟人体微汗、正常出汗、大量出汗的状态，将假体模型6与直线电机压板5组合，使用直线电机2进行上述设定的定压力、定频率的压缩测试，此为动态化耐用性测试的优化方案；
46.s7：在1.25hz频率下对刺绣电极进行循环耐久性测试，通过分析静态测试与动态测试的时间-电阻输出曲线图，观测其电阻值波动变化趋势是否稳定或有所衰减，并计算电阻下降率；且对刺绣电极进行不同循环次数的灵敏度测试，并计算灵敏度下降率，从而进一步表征其电阻的循环性能，即刺绣电极的耐用性；若电阻下降率与灵敏度下降率都较小，则表示刺绣电极耐用性良好，反之表示刺绣电极耐用性较差。
47.其中，灵敏度测试同样使用直线电机2对刺绣电极4进行压缩测试，计算公式为：
48.s＝(δr/r0)/δp
49.式中，δr为施加压力后的电阻与初始电阻的差值；r0为初始电阻；δp为施加压强与初始压强的差值。
50.其中，电阻下降率的计算公式为：
51.电阻下降率＝δr/r0
52.式中，δr为施加压力后的电阻与初始电阻的差值；r0为初始电阻；通过电阻下降率表征该刺绣电极工作过程中的损耗。
53.综上所述，本发明测试方法实验环境更加贴合真实人体，并模拟了出汗状态下的人体环境，对刺绣电极的性能评估更加准确真实。同时，该方法的可操作性强，操作简单，获得的数据可靠，可用于刺绣电极耐用性评价，也更方便后续对电极性能进行定性、定量的改善，弥补了电阻式刺绣电极耐用性测试的空白。
54.本发明中披露的说明和实践，对于本技术领域的普通技术人员来说，都是易于思考和理解的，且在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种模拟胸肌运动的刺绣心电电极耐用性的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：s1：将刺绣电极正反面分别与导线、绝缘胶带粘贴组合；s2：将直线电机压力设定为6n，频率设定为1.25hz，测试时长设定为10min；s3：将前处理完毕的刺绣电极粘贴在附有铝箔的直线电机压板上直接进行上述设定的定压力、定频率的压缩测试，此为理想化静态耐用性测试；s4：将假体模型与直线电机压板组合，再对刺绣电极进行上述设定的定压力、定频率的压缩测试，此为更贴合实际的静态化耐用性测试；s5：人的呼吸频率是每分钟16-20次，取18次每分钟，使用针筒给假体组织的气囊部分充气，当气囊厚度至1.25cm时，用针筒将气体全部抽出，反复进行充气
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抽气，模拟心跳与呼吸结合时胸部的运动，使测试环境更贴合实际人体状态，此为动态化耐用性测试；s6：使用3％浓度的生理盐水模拟人体汗液，使用600ml/h的加湿器，出雾风向与刺绣电极方向垂直，分别静置30s、1min、3min将刺绣电极表面均匀喷湿，模拟人体微汗、正常出汗、大量出汗的状态，将假体模型与直线电机压板组合，使用直线电机进行上述设定的定压力、定频率的压缩测试，此为动态化耐用性测试的优化方案；s7：在1.25hz频率下对刺绣电极进行循环耐久性测试，通过分析静态测试与动态测试的时间-电阻输出曲线图，观测其电阻值波动变化趋势是否稳定或有所衰减，并计算电阻下降率；且对刺绣电极进行不同循环次数的灵敏度测试，并计算灵敏度下降率，进一步表征其电阻的循环性能，即刺绣电极的耐用性；若电阻下降率与灵敏度下降率都较小，则表示刺绣电极耐用性良好，反之表示刺绣电极耐用性较差。2.根据权利要求1所述的一种模拟胸肌运动的刺绣心电电极耐用性的测试方法，其特征在于，在步骤s7中，灵敏度测试同样使用直线电机对刺绣电极进行压缩测试，计算公式为：s＝(δr/r0)/δp式中，δr为施加压力后的电阻与初始电阻的差值；r0为初始电阻；δp为施加压强与初始压强的差值。3.根据权利要求1所述的一种模拟胸肌运动的刺绣心电电极耐用性的测试方法，其特征在于，在步骤s7中，电阻下降率的计算公式为：电阻下降率＝δr/r0式中，δr为施加压力后的电阻与初始电阻的差值；r0为初始电阻；通过电阻下降率表征该刺绣电极工作过程中的损耗。

技术总结
本发明涉及织物电极耐用性测试技术领域，尤其涉及一种模拟胸肌运动的刺绣心电电极耐用性的测试方法，包括：S1：将刺绣电极正反面分别与导线、绝缘胶带粘贴组合；S2：将直线电机压力设定为6N，频率设定为1.25Hz，测试时长设定为10min；S3：将前处理完毕的刺绣电极粘贴在附有铝箔的直线电机压板上直接进行上述设定的定压力、定频率的压缩测试，此为理想化静态耐用性测试。本发明测试方法实验环境更加贴合真实人体，并模拟了出汗状态下的人体环境，对刺绣电极的性能评估更加准确真实。同时，该方法的可操作性强，操作简单，获得的数据可靠，可用于刺绣电极耐用性评价，也更方便后续对电极性能进行定性、定量的改善，弥补了电阻式刺绣电极耐用性测试的空白。极耐用性测试的空白。极耐用性测试的空白。


技术研发人员：唐虹 陆彤 赵敏
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/14