肖珂瑩，王笑語，王雪琴

(浙江理工大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國際絲綢學(xué)院) ，杭州 310018)

1 引言

目前，伴隨人們生活節(jié)奏的加快和工作壓力不斷增加的情況下，人類睡眠問題逐漸成為了大眾關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)《2020中國睡眠指數(shù)報告》顯示，男性的睡眠質(zhì)量低于女性。睡眠姿勢和睡眠環(huán)境是影響睡眠質(zhì)量的兩個重要因素，不良的睡姿和睡眠環(huán)境會對頸椎造成傷害[1]。據(jù)了解，仰睡是最推薦的睡姿，因為人平躺的時候，頸椎和背部的所有肌肉都處于放松的狀態(tài)。

何艷梅[3]等人通過壓力分布測試及主觀舒適度評判測試，認(rèn)為女性壓縮后仰睡枕高6-7 cm。賀石生[4]等人通過主觀舒適度評判測試，將枕高與測試者拳高比較，認(rèn)為仰睡壓縮前枕高應(yīng)為二分之一拳高。侯建軍[5]等人通過壓力分布測試和主觀評價討論分析，推薦壓縮后仰睡枕高6-7cm。熊毅[6]等人通過X光測量計算頸胸段脊柱矢狀位曲度參數(shù)(不分性別)，推薦仰睡枕高在10 cm附近。張蕾[7]通過測量女性測量頭窩高度及頸窩高度推薦女性仰睡壓縮后枕高頭窩高度4.8 cm、頸窩高度6.5 cm。

從保護(hù)頸椎健康的角度出發(fā)，本文將主要針對我國青年男性這一特定群體，通過測量201位青年男性的頭頸生理數(shù)據(jù)并進(jìn)行聚類分析和仰臥體壓分布測試分析，利用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及設(shè)計研究，堅持“以人為本”的出發(fā)點(diǎn)[2]，將人與睡眠環(huán)境關(guān)聯(lián)討論，提出結(jié)合環(huán)境的壓縮后枕高建議。

2 方法

2.1 仰睡睡枕數(shù)據(jù)采集方法

考慮到理想的枕頭應(yīng)該能夠適應(yīng)個體的頸椎生理曲度[8]，本文通過統(tǒng)計測量頭窩高度及頸窩高度，與身體形態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析及聚類分析。

仰睡睡枕數(shù)據(jù)主要分為頭窩高度與頸窩高度，如圖1，仰臥時枕后點(diǎn)與床面間的距離M0N0為頭窩高度，后頸點(diǎn)與床面間的距離O0P0為頸窩高度。如圖2所示，測試者放松直立，以法蘭克福方法定位頭部，目視前方，使用頸椎測量尺(圖3)進(jìn)行測量。A尺垂直切于測試者背部，B尺滑動至后頸點(diǎn)O處，C尺滑動至枕后點(diǎn)M處，則B尺讀數(shù)為頸窩高度OP，C尺讀數(shù)為頭窩高度MN。

圖1 仰睡睡枕數(shù)據(jù)示意

圖2 仰睡睡枕數(shù)據(jù)測量方法

圖3 頸椎測量尺

2.2 仰臥體壓分布測試方法

(1)實驗對象

仰臥測試根據(jù)第二節(jié)中對頭頸形態(tài)的聚類分析，選取三類頭頸形態(tài)的青年男性各一名為實驗對象進(jìn)行測試，實驗對象身體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 仰睡體壓分布測試實驗對象身體數(shù)據(jù)

(2)實驗設(shè)備

使用Tactilus Pressure Mapping System人體壓力分布測試儀，該儀器采用由2 500個感應(yīng)元件組成的矩形傳感墊及配套軟件組成，感應(yīng)面積5083.69 cm2，以excel文件格式保存2 500個感應(yīng)元件所測結(jié)果數(shù)據(jù)，輸出單位kPa。

(3)實驗樣品

仰臥試驗樣品分為1只主實驗枕C(圖4)、1條輔助頭窩增厚坯布B1、2條輔助頸窩增厚坯布B2、B3組成。選用純棉白坯布作為包覆面料、填充圓柱形乳膠粒所制頭頸分區(qū)枕，長寬均為30 cm。主實驗枕中30 cm×20 cm為頭窩區(qū)域，仰臥時壓縮后高度為3.8 cm；另30 cm×10 cm為頸窩區(qū)域，仰臥時壓縮后高度為5.7 cm。輔助增厚坯布均為寬30 cm的長方形坯布，輔助頭窩增厚胚布B1折疊后至于主實驗枕頭窩區(qū)域下方，使仰臥時頭窩區(qū)域壓縮后總高度為5.5 cm；2條輔助頸窩增厚坯布B2、B3折疊后至于主實驗枕頸窩區(qū)域下方，使仰臥時頸窩區(qū)域壓縮后總高度分別為7.0 cm、6.6 cm。

(4)實驗方案

考慮到仰臥時不同床墊下陷影響差異不明顯，統(tǒng)一設(shè)定無床墊睡眠環(huán)境。將壓力傳感墊置于實驗枕上方、實驗者頭、頸、肩及部分背部下方，待3 min后壓力值較為穩(wěn)定時，讀取測試數(shù)據(jù)。實驗對照條件如表2所示。

表2 仰睡實驗條件

2.3 實驗結(jié)果處理

實驗結(jié)果采用Matlab軟件進(jìn)行插值處理得到各條件下的壓力云圖進(jìn)行體壓分布比較，將頭頸部、上肢其余部位及整體測試結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理，用excel計算縱向壓力分布、最大壓強(qiáng)、平均壓強(qiáng)、接觸面積。通過同實驗者不同枕高體壓分布變化、不同實驗者同枕高體壓分布變化、不同床墊環(huán)境下體壓分布變化三個方面討論體壓分布與枕高的關(guān)系。

2.4 數(shù)據(jù)處理

通過SPSS軟件對數(shù)據(jù)做預(yù)處理，篩除異常值，并進(jìn)行相關(guān)性分析與聚類分析。通過相關(guān)性分析探討仰睡數(shù)據(jù)與身體數(shù)據(jù)是否具有相關(guān)性，通過聚類分析對仰睡數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)分布進(jìn)行分類，為產(chǎn)品設(shè)計提出建議。

3 結(jié)果

3.1 仰睡高度數(shù)據(jù)分析

仰睡睡枕數(shù)據(jù)來自于201名青年男性，使用SPSS軟件進(jìn)行初步處理，去除異常值后保留有效數(shù)據(jù)196人，有效率97.51%。頭窩高度偏度0.876，峰度0.183；頸窩高度偏度0.249，峰度-0.252。上述偏度及峰度均小于一，可認(rèn)為數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布。將頭窩高度、頸窩高度與身體數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，無明顯相關(guān)性，結(jié)果如表3所示。

表3 頭窩高度、頸窩高度與身體數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

上述結(jié)果說明仰睡高度與身體體型無關(guān)，因此進(jìn)行聚類分析，通過SPSS軟件二階聚類分析，將頭頸形態(tài)分為三類，分類情況如表4所示。頭窩高度分為普通高度與較高高度兩類，如表5所示，聚類中心分別在五十百分位和九十五百分位附近。其中頭窩高度為普通高度的人群，頸窩高度分為普通高度與較高高度兩類，聚類中心分別在五十百分位與八十四百分位附近。而頭窩高度較高的人群，頸窩高度同樣偏高，此類人群的頸窩高度聚類中心在六十八百分位附近。

表5 仰睡數(shù)據(jù)聚類結(jié)果

如圖5，三類頭頸形態(tài)有明顯差異，具體類型如圖所示。

圖5 仰睡睡枕數(shù)據(jù)聚類分析譜系圖

3.2 仰睡體壓數(shù)據(jù)分析

(1)體壓分布云圖

以1號實驗對象(頭低頸高型)為例，如圖6所示，當(dāng)睡枕的頭窩高3.8 cm、頸窩高5.7 cm時，與1號實驗者的頭型比較頸窩高度略低，因此主要壓力分布于頭部，頸部壓力較小；如圖7所示，當(dāng)睡枕的頭窩高3.8 cm，頸窩高7.0 cm時，與1號實驗者的頭型契合，頭頸壓力分布良好；如圖8所示，當(dāng)睡枕的頭窩高5.5 cm，頸窩高6.6 cm時，與1號實驗者的頭型比較頭窩高度與頸窩高度略高，主要壓力分布于頸部，頭部壓力較小，且總體頭頸部壓力減小。可見從體壓分布的角度考慮，頭窩高度3.8 cm、頸窩高度7.0 cm的睡枕更合適。

圖6 1號實驗對象使用頭窩高度3.8 cm頸窩高度5.7 cm睡枕時體壓分布情況

圖7 1號實驗對象使用頭窩高度3.8 cm頸窩高度7.0 cm睡枕時體壓分布情況

圖8 1號實驗對象使用頭窩高度5.5 cm頸窩高度6.6 cm睡枕時體壓分布情況

(2)縱向壓力分布曲線

將原始數(shù)據(jù)為50*50的excel表做壓強(qiáng)積分處理，并以縱坐標(biāo)畫圖，得到縱向壓強(qiáng)分布曲線。如圖9，曲線主要分為三個峰值區(qū)域，從左至右分別為上身壓強(qiáng)，頸部壓強(qiáng)，頭部壓強(qiáng)。為便于討論，分別將頭窩高3.8 cm、頸窩高5.7 cm定為1號枕、頭窩高3.8 cm、頸窩高7.0 cm定為2號枕、頭窩高5.5 cm、頸窩高6.6 cm定為3號枕。

圖9 仰睡縱向壓強(qiáng)分布圖

1號實驗者為頭低頸高型，使用2號枕時頭頸部型態(tài)較為契合，壓力分布均勻；

2號實驗者為頭低頸低型，使用1號枕時頭頸部形態(tài)較為契合，整體壓力分布均勻。

3號實驗者為頭高頸高型。使用1號枕時頭部壓力明顯高于頸部；使用2號枕時頸部壓力高于頭部壓力；使用3號枕時頸部高度較為符合生理頭型需求，但頸部壓力高于頭部壓力，整體體壓分布情況并不理想。

綜上所述，頭低頸低型及頭低頸高型在使用符合生理頭型需求的睡枕時壓力分布均勻，但頭高頸高型在使用符合生理頭型需求的睡枕時體壓分布并不理想，而在符合頸窩高度的而頭窩略低睡枕高度時體壓分布更好。

(3)最大壓強(qiáng)及平均壓強(qiáng)

考慮仰睡睡枕枕高對上肢體壓分布無明顯影響，因此在本小節(jié)只討論頭部及頸部的最大壓強(qiáng)和平均壓強(qiáng)變化。

如圖10，三名實驗者的平均壓強(qiáng)變化差異較小。基于三名實驗者頭型不同，最大壓強(qiáng)結(jié)果差異較大的現(xiàn)象，分開進(jìn)行討論。

圖10 仰睡平均壓強(qiáng)及最大壓強(qiáng)

1號實驗者使用頸窩高度較低而頭窩高度符合生理需要的1號枕時，頭部最大壓強(qiáng)較大，頸部最大壓強(qiáng)較小，為頭部做主要支撐，而使用頸窩高度符合生理需要的生理需要的睡枕時，頸部最大壓強(qiáng)略高于頭部，隨著頭窩高度增加，頭頸窩整體壓力變小。

2號實驗者在使用適合生理頭頸形態(tài)的1號枕時頭頸部壓力較為均衡，當(dāng)頸窩高度高度增加后，頸部最大壓強(qiáng)沒有變化，而頭部最大壓強(qiáng)隨著頸窩高度的增加而增加。但當(dāng)頭頸高度均高于實驗者生理頭頸需求時，頸部最大壓強(qiáng)增加，頭部最大壓強(qiáng)與適合生理頭型高度時相近。

3號實驗者在使用頭頸高度均不符合生理頭型需求的1號枕時頭部壓力略高于頸部。當(dāng)頸窩高度上升至3號實驗者頸部生理需求高度時，頭部最大壓強(qiáng)降低，主要靠頸部支撐。當(dāng)頭窩高度上升至3號實驗者頸部生理需求高度時，頸部最大壓強(qiáng)略微上升。

(4)接觸面積

仰睡頭部接觸面積同樣采用5 mmHg(0.67 kPa)、10 mmHg(1.33 kPa)、 20 mmHg(2.67 kPa)、30mmHg(4.00kPa)四項定義區(qū)間PAI≥5、PAI≥10、PAI≥20，分析頭頸部的接觸面積與睡枕高度關(guān)系。

根據(jù)圖11可以看到同一實驗者的不同PAI曲線變化趨勢相同。

圖11 仰睡頭頸部接觸面積

1號實驗者在使用1號枕時，頭部PAI高于頸部；睡枕頸窩高度上升后，頭部PAI減小，頸部PAI增大，頸部支撐增加。

2號實驗者在使用適合睡枕時頭頸部PAI較為均勻。

3號實驗者在使用三只睡枕樣品時PAI變化并不明顯，使用2號枕時頭頸部PAI較為均衡。

綜上所述，三種頭頸形態(tài)的男性在使用符合自身生理頭頸形態(tài)需要的睡枕時體壓分布情況較好。

3.3 主觀評價分析

采用問卷設(shè)計及測試方法，實驗對象為體壓分布測試中的實驗人員。本實驗采用語義分析法，通過測試者主觀感受進(jìn)行評價，并與體壓分布實驗結(jié)果結(jié)合進(jìn)行分析。本次實驗評定尺度共分為7級，分別以+3、+2、+1、0、-1、-2、-3對應(yīng)評價：極為舒適、非常舒適、舒適、一般、脹感、酸感、酸痛。

仰睡主觀舒適度評價結(jié)果如圖12，可以看到1號枕普遍認(rèn)為舒適，而2號枕及3號枕的差異較大。具體整體舒適枕高(即整體評價>0)區(qū)間如表6。

圖12 仰臥主觀舒適度評價結(jié)果

表6 仰臥適合枕高區(qū)間(均為壓縮后枕高)

4 討論

4.1 仰睡高度

通過SPSS軟件將頭窩高度、頸窩高度與身體數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)仰睡高度與體型無關(guān)，再對其通過聚類分析后，將中國青年男性頭頸形態(tài)分為三類。對這三類頭頸形態(tài)提出仰臥枕高建議：第一類為頭低頸低，頭部與頸部所需高度均較小；第二類為頭低頸高型，頭部所需高度較小，頸部所需高度較大；第三類為頭高頸高型，頭部與頸部所需高度均較大。

4.2 仰臥體壓分布

首先在三類頭頸形態(tài)中各選取一名青年男性進(jìn)行體壓分布實驗，通過體壓分布云圖(二維及三維)、縱向壓力分布曲線、最大壓強(qiáng)及平均壓強(qiáng)、接觸面積指數(shù)及主觀評價等五項進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，總結(jié)出仰臥時枕高變化對體壓分布影響，和對不同頭頸形態(tài)人群體壓分布較好的枕高區(qū)間。結(jié)果顯示人們在使用符合自身生理頭頸形態(tài)需要的睡枕時體壓分布情況較好。

5 總結(jié)

本文通過對我國青年男性進(jìn)行頭頸形態(tài)數(shù)據(jù)聚類分析及體壓測試分析，再結(jié)合目前國內(nèi)市場對睡枕的型號數(shù)量的要求，最終認(rèn)為在無床墊的環(huán)境下，頭頸形態(tài)不同的男性在使用符合自身生理頭頸形態(tài)需要的睡枕時對頸椎健康最好，生理健康枕高包含于整體舒適枕高、體壓分布良好枕高內(nèi)，因此推薦生理健康枕高作為產(chǎn)品設(shè)計高度：頭低頸高型枕高為頭窩3.8 cm,頸窩6.8 cm、頭低頸低型枕高為頭窩3.5 cm,頸窩5.7 cm、頭高頸高型枕高為頭窩5.3cm,頸窩6.7cm。