Телемедицина. "Умная" одежда

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Санкт-Петербургский  государственный электротехнический

университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова(Ленина)»

(СПбГЭТУ)

 

 

 

 

Практическая  работа по дисциплине: биология и биофизика.

ТЕЛЕМЕДИЦИНА. «УМНАЯ» ОДЕЖДА.

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕКСТИЛЬ.

 

 

 

 

 

                                                                                          Выполнила: Ильиных В.А.

                                                                                          Факультет: ФЭЛ

                                                                                          Группа: 1281

                                                                                          Проверила: Андреева А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург 

2013

 

Содержание.

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ТЕЛЕМЕДИЦИНА.  «УМНАЯ» ОДЕЖДА. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. 4

2 ТЕКСТИЛЬ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ. 6

3 СПЕЦИАЛЬНЫЕ СЕНСОРЫ ДЛЯ ТЕКСТИЛЯ 9

4 ТЕЛЕМЕДИЦИНА. УМНЫЙ ИНТЕРАКТИВНЫЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕКСТИЛЬ 16

5 ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА «УМНОГО» МЕДТЕКСТИЛЯ. 18

6 КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ НОВИНКИ 19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. БУДУЩЕЕ ТЕЛЕМЕДИЦИНЫ И «УМНОГО» ТЕКСТИЛЯ 20

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Технический прогресс влияет на все сферы жизни человека, меняя при этом свойства привычных вещей. Это коснулось и одежды. Так в последние годы производители тканей, медики и программисты направили свои усилия на создание, так называемой, «умной» одежды.

Идея внедрения технологий мониторинга в повседневную одежду решала проблему контроля динамики состояния  человека. Традиционные сенсоры, обладают рядом недостатков: они громоздкие, неудобно крепятся к телу и требуют проводного соединения с передатчиком. Новые технологии позволили сделать «умный»  текстиль  гибким, эластичным, с высокой прочностью к механическим нагрузкам.  Такая одежда может содержать следующие элементы: сенсоры (датчики), внутреннюю связь, память, анализатор, передатчик, антенну, автономный источник питания.

«Умный» текстиль в настоящее время находит  достаточно широкое практическое использование  в индустрии моды, в качестве домашнего, спортивного, медицинского, защитного (в широком смысле) текстиля во многих областях техники и науки. Для спортсменов –одежда может корректировать уровни нагрузки; для людей хронических больных – мгновенно отреагировать на ухудшение и распылить лекарство; для пожарного – контролировать содержание угарного газа, поддерживать комфортный климат внутри одежды при высокой температуре окружающей среды; для родителей грудного ребенка – своевременно известить об изменениях в состоянии младенца и т.д.

«Интеллектуальная»  одежда уже умеет отслеживать пульс, потоотделение, температуру тела, кроме того может замерять параметры внешней среды. По беспроводной технологии отсылать данные, запоминать координаты GPS.

В последние 10-15 лет одним  из важнейших направлений в мировом  здравоохранении, в медицине, в профилактике заболеваний стала телемедицина, основной задачей которой являются экспресс-методы сбора данных о состоянии организма больного, диагностика, оказание первой медицинской помощи, реабилитация. Использование телемедицины существенно уменьшает число рисков при заболевании, количество врачебных ошибок, позволяет сократить время пребывания больного в лечебном стационаре, повышает качество ухода и качество жизни хронических больных, позволяет перенести акцент с лечения на профилактику, уход, реабилитацию в домашних условиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕЛЕМЕДИЦИНА.  «УМНАЯ» ОДЕЖДА. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

Телемедицина является одной из наиболее современных отраслей медицины, которая переживает бурный рост.

По сути телемедицина это прикладная область медицинской науки, связанная  с разработкой и применением  на практике методов дистанционного оказания медицинской помощи и обмена специализированной информацией с  использованием современных телекоммуникационных технологий. В рамках политики Всемирной организации здравоохранения в области телемедицины предлагается следующее определение: «Телемедицина — это комплексное понятие для систем, услуг и деятельности в области здравоохранения, которые могут дистанционно передаваться средствами информационных и телекоммуникационных технологий, в целях развития всемирного здравоохранения, контроля над распространением болезней, а также образования, управления и исследований в области медицины». [1]

С большими достижениями в области  науки (нано-, био- и информационные, когнитивные технологии – NBIC) и активным внедрением их в различные области техники пришли новые понятия и термины и, прежде всего, термины «умный», «интеллектуальный», «интерактивный», многофункциональный и другие. Эти термины используются широко по отношению к различным продуктам современных технологий (умный дом, автомобиль, текстиль и одежда).

«Умная» одежда это сплетение дизайна  и технологий, она комфортна, согревает  в мороз, охлаждает в жару, защищает от огня и порезов, лечит боли, самостоятельно очищается и ремонтируется  и даже изменяет размеры под действием температуры и влажности окружающей среды. Условно «умную» одежду можно разделить на «умную» одежду с использованием  технологий (необходимы отдельные устройства и питание для них) и одежду с использованием «умных» материалов.

Большинство исследователей, определяют термин «умный» (по отношению к структурным  материалам, продуктам, изделиям, в  том числе к текстилю и одежде), как те, которые чувствуют и  реагируют на изменения внешних  условий (стимулов, параметров) разной природы (механических, термических, химических, электрических, магнитных, световых и  др.).

  В области «умного» текстиля можно отметить три фазы развития по времени и по уровню интеллекта, что отражается в определениях и терминах:

• пассивный «умный» текстиль, способный только чувствовать изменения во внешнем окружении, т.е. играть роль пассивного сенсора;
• активный «умный» текстиль способен не только чувствовать внешние и внутренние стимулы, но и реагировать на них, т. е. выполнять роль не только сенсора (датчика), но и осуществлять сбор, хранение и анализ информации и передавать ее во внешнюю среду и самому пользователю;
• очень «умный» текстиль, способный не только чувствовать, реагировать, но и адаптироваться к изменениям в окружающей среде и в самом текстиле, т. е. с помощью актуаторов (исполнительных механизмов) выполнять определенные приказы (рекомендации).

В зависимости от внешнего и внутреннего  «стимула» изменения в текстиле могут быть визуально наблюдаемы, а иногда происходят только на молекулярном уровне и не обнаруживаются зрительно.

Первые два уровня достаточно широко используются в армейской (США, НАТО), спортивной, диагностической и медицинской  одеждах. Третий уровень имеет пока только пилотные решения и над его реализацией работают в развитиях странах, а также в Китае и Индии. Простейшая схема работы Е-текстиля и одежды на его основе показаны на рисунке 1.

Рис. 1 Простейшая схема работы «умной» одежды.

Каждой составляющей этой схемы  работающего Е-текстиля для интегрирования с текстилем и одеждой предъявляются  специальные требования и в зависимости  от степени интеграции различают  три уровня.

Рис. 2 Интеграция «умной» одежды.

1-ый уровень (самый низкий). Вся  электроника прикреплена внешне  к текстилю и одежде и не  включена в их структуру.

2-ой уровень «Текстроника». Вся электроника более органично встраивается в текстиль. При этом используют две технологии:

• использование токопроводящих волокон и полимеров (сенсоры, связь, антенна и др.);
• печать по текстилю токопроводящей композицией.

«Текстроник»-технологии и материалы нашли практическое применение для изготовления диагностического медтекстиля («умные» майки).

3-ий уровень «Файбертроник» - самый высокий уровень волокон (новое поколение токопроводящих волокон, токопроводящие покрытия для волокон). В этом направлении ведутся исследования и достигнуты первые успехи.

2. ТЕКСТИЛЬ  НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ.

Текстиль (в широком смысле) является уникальным по своим свойствам и  возможностям использования в различных  областях материалом, которому нет  равных. Это результат многотысячелетнего творчества человека, забравшего все лучшее от природы (волокна, красители), изобретавшего и совершенствовавшего технологии (прядение, ткачество, плетение, вязание, производство нетканых материалов, колорирование, придание широкого спектра потребительских свойств с помощью химических технологий). На протяжении тысячелетий производства текстиля оно быстрее многих других практик аккумулировало все достижения науки и техники. А в последнее время производство нового поколения текстиля стало объектом продвижения самых передовых NBIC-технологий (нано-, био-, инфо-, когнито-) и, прежде всего, для производства «умного» текстиля технического, защитного и медицинского назначения.

Что делает текстиль удобным объектом для многих областей техники:

• Широчайший выбор природных и химических волокон различного химического строения и физической структуры, наличие разнообразных механических технологий формирования из этих волокон различного вида текстиля (ткани, трикотаж, нетканка) с разным переплетением, плотностью из волокон различной тонины и пряжи с разной плотностью и круткой, широчайший круг химических технологий (тысячи оригинальных марок красителей и пигментов, сотни текстильно-вспомогательных веществ). Все это позволяет производить бесчисленное количество видов текстиля для практически любой области повседневной жизни, для науки и техники.
• Гибкость, эластичность, высокая прочность к механическим нагрузкам делает текстиль очень удобным, технологичным не только для использования в традиционных областях (одежда, интерьер), но и в технике, медицине («дружественен» к организму).

Основная трудность в создании «умного» текстиля с использованием электронной техники – это  миниатюризация электроники, возможность  ее органической интеграции с текстилем (с волокнами, нитями, пряжей, тканью, трикотажем, нетканкой), устойчивость микро-, наноэлектроники к стиркам и химчисткам.

Другой очень важный элемент  «умного» текстиля – «умные» полимеры – тоже должны быть интегрированы  в текстиль и прочно с ним связаны. Но эта проблема хорошо знакома химикам  текстильщикам и решается успешно  за счет различных химических технологий фиксации полимеров на поверхности  волокон и нитей.

На схеме рисунка 3 показана многоуровневая иерархия структуры текстиля как  сложной ассамблеи волокон, пряжи, нитей, как полимерных материалов.

Рис. 3 Многоуровневая иерархия структуры текстиля.

Характеристика, параметры макроструктуры (ткань, пряжа, волокна) определяются в  основном механическими технологиями (прядение, ткачество, вязание) и обеспечивают «открытость» (макропористость), тактильность, драпируемость, сорбционные способности.

Мезоструктура (промежуточная между макро- и микроструктурой) определяется внешней поверхностью волокон, профилем, надмолекулярной структурой, и от нее зависит физико-механические, сорбционные, химические свойства текстиля.

Элементы микро- и наноструктуры определяют фундаментальные свойства текстиля (устойчивость ко всем видам воздействия, гидро- и олеофобность/фильность, реакционная способность).

Все три уровня структуры только в совокупности определяют базовые  и специфические свойства текстиля и технологии или управляют ими (или должны управлять) для придания текстилю заранее заданных свойств.

Несмотря на такие богатые возможности  текстиля, как собирательного образа материала на все времена, с конца XX и, особенно, в начале XXI века для  придания текстилю новых и улучшению  традиционных свойств начали использовать высокие NBIC-технологии, что резко  расширило области использования  текстиля, в том числе и в  медицине и телемедицине.

Удобство текстиля и одежды для  телемедицины состоит в том, что  она контактирует с большой частью тела и поэтому можно с помощью  сенсоров снимать показания о  состоянии организма.

Каждый знает с детства и  до конца жизни, как пользоваться одеждой, и поэтому диагностирующая  одежда не вызывает никаких психологических  осложнений, тем более если она  сделана комфортной и эстетичной.

Текстиль и одежда производятся по высокопроизводительным недорогим  технологиям. При производстве Е-текстиля на уровне «Текстроника» и «Фабертроника», когда вся электроника стопроцентно встроена в структуру текстиля, она должна быть устойчива к стиркам и химчисткам.

 «Умный» текстиль может проявлять защитные свойства следующим образом: