緩壓型睡枕的頭部壓力分析

孫夢情，張蕾，王雪琴1，

(1.浙江理工大學(xué) 浙江省絲綢與時尚文化研究中心，杭州 310018；2.浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院、絲綢學(xué)院，杭州 310018)

1 引言

生活水平的提高，使得人們對枕頭的要求越來越高。選用符合人體工程學(xué)的枕頭對提高睡眠質(zhì)量，保證人體健康大有好處[1]。如今很多女性消費者不僅對睡枕的長度、寬度和高度有要求，還希望避免或減少睡枕對臉部、頸部的擠壓以防形成皺紋[2]。事實上，較大的壓力不僅會形成皺紋，還會對身體，特別是頸部造成損傷。因此，為了減緩對臉部、頸部與頭部的壓力，從而減少與頸椎相關(guān)的疾病的發(fā)生，通過對各類睡枕的分析研究[3-4]，研究各類美容、保健類睡枕的設(shè)計結(jié)構(gòu)，以及收集90名中國年青女性的頭肩部位數(shù)據(jù)，本文創(chuàng)新設(shè)計出短翼睡枕和長翼睡枕。通過人體壓力分布測試，通過對比實驗來檢驗新型“工型”乳膠枕的緩壓性。

睡枕形狀的不同會對頸椎生理曲線造成不同的影響，因此，睡枕形狀成為影響睡枕睡眠舒適性的重要因素之一[5-6]。而睡枕過高或過低都會導(dǎo)致頸椎及肌肉勞損，誘發(fā)或加重頸椎病[7]。熊毅等人做過相關(guān)實驗，得出枕頭的最佳高度應(yīng)在10 cm左右[8]，王敏等人提出，單人枕頭的長度以超過自己的肩寬15 cm為宜。一般成年人的枕頭長度在50-70 cm之間，枕頭的寬度應(yīng)該大于30 cm[9]。為了盡可能消除睡枕的不利影響，在人體工學(xué)的基礎(chǔ)上，通過問卷調(diào)查與對文獻(xiàn)的研究總結(jié)，設(shè)計出兩種緩壓型睡枕。

2 緩壓型睡枕設(shè)計

短翼睡枕設(shè)計(睡枕設(shè)計1)如圖1所示，此設(shè)計創(chuàng)新地采用倒置“H”形設(shè)計，當(dāng)側(cè)臥時，頭部枕在左右兩翼(或右兩翼)上，由于兩翼間大面積空著，而兩翼支撐著額頭部分和下巴部分，則側(cè)臉可以大面積懸空，避免了睡枕對側(cè)臉的擠壓，防止形成臉部和眼角壓紋，防止皺紋的形成。仰睡區(qū)域的高度低于側(cè)睡區(qū)域，能夠減少在入睡時產(chǎn)生脫枕的情況。

(a)正面

(b)側(cè)面

長翼睡枕設(shè)計(睡枕設(shè)計2)如圖2所示，其設(shè)計是在睡枕設(shè)計1(短翼睡枕)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的省程序設(shè)計。

(a)正面

(b)側(cè)面

本文將通過人體壓力分布測試，對上述兩種睡枕設(shè)計進(jìn)行測試與分析。

3 測試方法

3.1 實驗對象

考慮到不同體重、身高的個體其適合的睡枕參數(shù)有一定差異，且此次實驗主要目的在于比較不同人對四個枕頭的相對壓力和位置上的均衡性。本次實驗的受試者共有三位健康的在校大學(xué)生，且均為25歲，體型為中國南方女性常見體型，有一定的代表性。1號受試者，體重約40 kg，身高約155 cm，體型偏瘦；2號受試者，體重約52 kg，身高約164 cm，體型正常；3號受試者，體重約55 kg，身高158 cm，體型略胖。

3.2 實驗樣品與儀器

前人研究表明，乳膠的緩壓效果較好。因此，根據(jù)前文圖1的外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計，本文以乳膠為枕芯材料制作短翼枕。根據(jù)前文圖2的外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計，本文以相同的乳膠材料制作長翼枕。測量這兩款緩壓型睡枕在仰睡與側(cè)臥狀態(tài)下，使用者的頭部和頸椎后部受壓力情況。在生活中，長方形扁平枕的使用較為普遍，而國內(nèi)學(xué)者侯建軍、何艷梅等人通過研究發(fā)現(xiàn)S 形枕較為符合人體工學(xué)，舒適性很高[6]，因此，本次實驗的對比樣有兩種：一是填充物為珍珠棉的普通家用長方形扁平枕(以下簡稱扁平枕)；二是與短翼枕和長翼枕材質(zhì)相同的設(shè)計優(yōu)良的S形乳膠枕(以下簡稱S枕)。

本次實驗所用人體壓力分布測試儀為Tactilus Pressure Mapping System。主要由軟件和長方形傳感墊兩大部分組成，傳感墊上共計50×50個感應(yīng)元件，實驗結(jié)束可從軟件里導(dǎo)出一份EXCEL文件，記錄每個感應(yīng)元件的壓力，以及本次實驗的最大值、最小值和平均值[10]。

3.3 實驗方案

實驗共計3組，每位受試者所進(jìn)行的實驗為一組實驗。每位受試者分別使用短翼枕、長翼工枕、扁平工枕和S枕在仰睡、側(cè)臥睡姿下各測3次得出一均值，故而每人有8套數(shù)據(jù)。仰睡方向如圖3所示，仰睡時，統(tǒng)一保持受試者的頸部和頭部與傳感墊相應(yīng)統(tǒng)一位置接觸，側(cè)臥方向如圖4所示，在側(cè)臥時，統(tǒng)一保持受試者的頸部和頭部側(cè)面與傳感墊相應(yīng)統(tǒng)一位置接觸。

在壓力傳感墊輸出的壓力分布數(shù)據(jù)中，其中不受力的地方為0，其他受力區(qū)根據(jù)墊子上的每塊感應(yīng)區(qū)域壓力增大而數(shù)據(jù)增大，其數(shù)據(jù)為壓力指標(biāo)相對，無單位。

4 測試結(jié)果

按照不同睡姿分類，制成統(tǒng)計表，進(jìn)行結(jié)果分析。首先不受力傳感片去區(qū)域被去掉。同時我們的有效區(qū)域為頭部和頸椎，因此刪除身體其他部位的數(shù)據(jù)，方便后續(xù)結(jié)果對比。

本文將實驗所得24份EXCEL文件處理成了24張 “壓力熱力圖”。其中白色格子區(qū)域表示此格子區(qū)域為0壓力，隨著顏色由白變深代表此格的壓力區(qū)域變大。 受試者1號、2號、3號的仰睡受力圖情況如表1所示，均為8格×16格大小的Excel熱力圖，側(cè)臥受力圖情況如表2所示，均為12格×24格大小的Excel熱力圖。

表1 仰睡情況下使用不同睡枕時的受力情況統(tǒng)計表

由表1分析可知：只有扁平枕的熱力圖縱向長度約為其他三款睡枕的一半，且壓力分布極其不均衡，其下部幾乎不受力。由此可知，家常扁平枕的設(shè)計不符合人體工學(xué)，只能支撐后腦但是不能支撐起頸椎。著重比較分析其余三款睡枕的熱力圖可知，短翼枕的后腦勺凸點和頸椎后部，不會出現(xiàn)很大的壓力值，相比之下，長翼枕和S枕的后腦勺凸點和頸椎后部會出現(xiàn)部分較大壓力值。由此可見，仰睡情況下，在以上4款睡枕中，短翼枕的緩壓效果最好。

表2 側(cè)臥情況下使用不同睡枕時的受力情況統(tǒng)計表

由表2分析可知：側(cè)臥時，短翼枕和長翼枕的受壓面積相對較小，而扁平枕和S枕的相對較大。而在受壓數(shù)值上，扁平枕的受壓相對集中且較大；其次是S枕，短翼枕和長翼枕受壓相對分散且較小。由此可見，側(cè)臥情況下，相較于扁平枕和S枕，短翼枕和長翼枕的緩壓效果更好。

測試中的具體數(shù)值也可以反應(yīng)一些結(jié)論，通過對熱力圖中具體數(shù)值的分析，計算各種情況下的最大壓力和平均壓力，如表3所示。分析表3可知，仰睡和側(cè)臥情況下，扁平枕的壓力最大值都比其余三種睡枕大，說明乳膠減緩壓力的作用優(yōu)于珍珠棉。結(jié)合表1、表3分析，仰睡情況下，由于扁平枕下部幾乎不受力，使得整個區(qū)域的壓力均值看上去較小，實際上在受力區(qū)域的壓力均值遠(yuǎn)大于S枕、短翼枕和長翼枕。其中，短翼枕的壓力均值最小，說明仰睡情況下，短翼枕減緩壓力的效果最好。結(jié)合表2、表3分析，側(cè)臥情況下，S枕、短翼枕和長翼枕的壓力均值都小于扁平枕，而短翼枕和長翼枕的受壓區(qū)域相較于S枕更為分散，且短翼枕和長翼枕在熱力圖的臉部區(qū)域壓力處基本為0，表明側(cè)臥時對臉頰的擠壓基本為0，有效預(yù)防眼角等處皺紋的形成。因此，側(cè)臥情況下，短翼枕和長翼枕減緩壓力的效果更好。

表3 頭部壓力指標(biāo)總結(jié)

5 討論

綜合分析人體壓力分布測試結(jié)果可知，與扁平枕、S枕相比，短翼枕和長翼枕減緩壓力的效果更好。這是因為這兩種睡枕在空間結(jié)構(gòu)設(shè)計上區(qū)分了頭窩高度與頸窩高度。由于頸椎曲線呈前凸形，而后腦勺向后凸起，則頸窩與頭窩之間存在高度差，且頭窩高度相比頸窩高度會更低一點。將這種高度差的情況落實在睡枕的設(shè)計上，能夠更好使睡枕符合人體生理特征，在仰睡時起到均衡壓力，有效減緩壓力的作用。這兩種睡枕在空間結(jié)構(gòu)設(shè)計上還創(chuàng)新采用倒置“H”形設(shè)計。當(dāng)側(cè)臥時，頭部枕在左兩翼(或右兩翼)上，只有額頭部分和下巴部分受力，此設(shè)計有效地減緩了壓力。

從測試結(jié)果可知，仰睡時，短翼枕比長翼枕能更好地平衡壓力；側(cè)臥時，短翼枕和長翼枕的效果相差不大，都能更好地減緩、平衡壓力。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因在于兩種睡枕不同的空間結(jié)構(gòu)設(shè)計。短翼枕的設(shè)計將其分為兩側(cè)的側(cè)睡區(qū)域與中間下陷的仰睡區(qū)域，且仰睡區(qū)域高度比側(cè)睡區(qū)域低。這樣便能將側(cè)睡高度與仰睡高度區(qū)分開。因為研究表明，仰睡高度較側(cè)睡高度低才符合人體工學(xué)。而長翼枕在空間結(jié)構(gòu)設(shè)計上并沒有仰睡區(qū)域的專屬設(shè)計，長翼枕的仰睡高度與側(cè)睡高度相同，與常見睡枕一樣，并不符合人體工學(xué)。因此才會出現(xiàn)仰睡時短翼枕減緩壓力的效果更好，側(cè)睡時兩種睡枕效果一樣好的實驗結(jié)果。

6 結(jié)論

本文設(shè)計的短翼枕、長翼枕確實能起到減緩睡枕對臉部、頸部、頭部壓力的作用，且效果更優(yōu)于符合人體工學(xué)的S形乳膠枕。從仰睡和側(cè)臥兩方面的緩壓效果來看，短翼枕更優(yōu)于長翼枕。