張 蕾， 馬曉晶， 王雪琴,2

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

隨著生活水平的提高，人們不僅只關(guān)注睡枕作為寢具的使用功能，同時(shí)開始關(guān)注睡姿問題，因?yàn)榍‘?dāng)?shù)乃藢?duì)緩解疾病、促進(jìn)健康有著重要的作用[1]。研究表明，冠心病患者采用右側(cè)臥睡姿，可減少下腔靜脈回流的血流量，利于心臟休息。患有胃潰瘍和消化功能障礙的人群，采用右側(cè)睡姿不會(huì)壓迫小腸、大腸等組織，利于夜間腸胃消化食物[2]。由此可見，側(cè)臥睡姿利于某些患病人群緩解疾病，但也會(huì)帶來不利影響，尤其是許多愛美人士，他們更加關(guān)注側(cè)臥時(shí)，睡枕對(duì)臉部的擠壓是否存在不利影響，以及在側(cè)臥時(shí)如何避免或減少睡枕對(duì)臉部的擠壓以防形成臉部壓紋[3]，然而國內(nèi)外針對(duì)這一部分的研究較少。

醫(yī)療上用于檢查傷口恢復(fù)情況的血管顯像儀可以監(jiān)測(cè)人體某部位某段時(shí)間內(nèi)的血流微循環(huán)情況，因此，可利用血管顯像儀監(jiān)測(cè)到的血流微循環(huán)情況來判定睡枕對(duì)側(cè)臉擠壓的影響，并通過枕型設(shè)計(jì)來消除睡枕對(duì)側(cè)臉擠壓的不利影響。枕型一般分為扁平形、立方形、S形、凹形、凸形五大類，常見的家用枕型一般為扁平型，但這種形狀的睡枕舒適度不高，且在側(cè)臥時(shí)對(duì)側(cè)臉的擠壓比較嚴(yán)重，研究得出S形睡枕的使用效果最佳[4-5]。本文在現(xiàn)有枕型研究的基礎(chǔ)上，改良設(shè)計(jì)了一種四翼分體式多功能睡枕。利用體壓分布測(cè)試儀測(cè)量該多功能睡枕對(duì)人體頭部壓力的分布位置以及壓力大小，以此研究該多功能睡枕是否能避免或減弱對(duì)側(cè)臉的擠壓[6-7]。

1 血流微循環(huán)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)所用儀器為醫(yī)用血管顯像儀TEKSQRAY-BVI，主要利用血管中血紅蛋白對(duì)近紅外光的吸收率與其他組織不同的原理，通過對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行一系列處理[8]，實(shí)時(shí)反映并記錄人體熱能圖，生成人體某一點(diǎn)或幾點(diǎn)的血流量圖以及平均值等數(shù)值報(bào)告，主要用于醫(yī)學(xué)上檢查患者創(chuàng)傷是否恢復(fù)，其原理為：在創(chuàng)口處取一點(diǎn)A，非創(chuàng)口處取一點(diǎn)B,記錄一段時(shí)間內(nèi)A點(diǎn)與B點(diǎn)血流量的平均值，經(jīng)過一段時(shí)間治療后，再次記錄一段時(shí)間內(nèi)A點(diǎn)與B點(diǎn)的血流量的平均值，比較A點(diǎn)與B點(diǎn)2次值的變化率，若A點(diǎn)的變化率大于B點(diǎn)的變化率，則說明治療有效果；反之治療無效。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

本文實(shí)驗(yàn)選擇3位不同臉型的受試者，受試者甲為小圓臉，受試者乙為小方臉，受試者丙為大圓臉。實(shí)驗(yàn)所用睡枕為普通家用長(zhǎng)方形扁平枕。在受試者臉上取A、B共2點(diǎn)，如圖1所示。A點(diǎn)為側(cè)臥時(shí)受試者側(cè)臉與睡枕接觸點(diǎn)，B點(diǎn)為側(cè)臥時(shí)受試者側(cè)臉與睡枕非接觸點(diǎn)。受試者微微側(cè)躺，身體完全放松并保持靜止，利用儀器檢測(cè)受試者A、B這2點(diǎn)血流平均值，待平穩(wěn)后開始第1次記錄，記錄完成后生成報(bào)告。然后，令受試者使用實(shí)驗(yàn)用睡枕側(cè)睡 30 min，重復(fù)第1次記錄的步驟，生成第2次記錄報(bào)告。以上為受試者1次完整的測(cè)試。每位受試者分別進(jìn)行3次完整測(cè)試。

圖1 A、B點(diǎn)示意圖Fig.1 Diagram of points A and B

1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)生成的報(bào)告，首先計(jì)算A、B這2點(diǎn)的變化率。A點(diǎn)變化率為每次實(shí)驗(yàn)中A點(diǎn)的第2次記錄值與第1次記錄值的比值；B點(diǎn)變化率為每次實(shí)驗(yàn)中B點(diǎn)的第2次記錄值與第1次記錄值的比值。最終，將每位受試者每次實(shí)驗(yàn)的血流平均值和A、B這2點(diǎn)的變化率進(jìn)行匯總，結(jié)果如表1所示。參考血管顯像儀檢驗(yàn)患者創(chuàng)口是否愈合的原理，若A點(diǎn)的血流平均值變化率大于B點(diǎn)的血流平均值變化率，則說明睡枕對(duì)側(cè)臉的擠壓存在不利影響，反之，則不存在。

表1 血流微循環(huán)實(shí)驗(yàn)平均值記錄表Tab.1 Mean value of blood flow microcirculation experiment

由表1可知，3個(gè)不同臉型的受試者進(jìn)行的 9次實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示，A點(diǎn)的變化率始終大于B點(diǎn)，即臉部受到枕頭擠壓的位置的血流變化始終大于不受枕頭擠壓的位置的血流變化。在本文實(shí)驗(yàn)中，受試者僅在睡枕上側(cè)睡30 min，不妨推論若受試者側(cè)臥時(shí)間為正常睡眠時(shí)間(7～8 h)，A點(diǎn)的變化率將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于B點(diǎn)，由此推論睡枕對(duì)臉部擠壓的影響較大，因此，需要采取措施避免或消除這種影響。本文針對(duì)這一問題的突破口主要是多功能睡枕的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

2 多功能睡枕設(shè)計(jì)

基于以上分析存在的問題及目前的研究，本文以人體工學(xué)為基本理念，設(shè)計(jì)了一種四翼分體式多功能睡枕如圖2所示。此款多功能睡枕包括枕體1，枕體上部中央凹陷的頭窩區(qū)2，枕體下部為頸椎支撐區(qū)3，枕體兩側(cè)帶有弧形支撐體4，兩弧形支撐體上還有連接固定部件5。

圖2 枕體結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of pillow body

通過設(shè)計(jì)四翼式結(jié)構(gòu)，可改變枕體四翼形態(tài)，適應(yīng)不同的睡眠習(xí)慣和需求。仰睡時(shí)，后腦稍低可增加腦部供血量，防止打鼾。凹陷的頭窩還能固定頭部，防止脫離枕頭。枕體兩側(cè)翼變?yōu)閺澢《葧r(shí)，支撐體可通過魔術(shù)貼、暗扣等連接，套入頸部下巴之下支撐頸部，也可用于平躺固定枕頭，防止落枕。此外，更適用于喜歡斜靠著看書和玩手機(jī)的人群，將枕頭斜放時(shí)，套入頸部墊在下巴下的枕翼可避免頸紋的形成，減緩頸部彎曲角度及疲勞。側(cè)臥時(shí)，枕體兩側(cè)位的支撐體可支撐起頭部，使側(cè)臉的腮部大面積懸空，避免了臉部?jī)扇鈱?duì)眼角及下眼瞼的擠壓，減緩壓紋的產(chǎn)生。本文設(shè)計(jì)造型新穎，制作簡(jiǎn)單，滿足人體仰睡、側(cè)臥、斜靠等多方面的需求，適用于各種睡眠質(zhì)量不好、遭受頸椎病痛折磨的人，也適用于對(duì)睡眠有高要求的愛美人士。

3 多功能睡枕體壓分布測(cè)試

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器選擇

本文體壓測(cè)試所用儀器為Tactilus Pressure Mapping Cystem，主要由軟件和長(zhǎng)方形傳感墊兩大部分組成，傳感墊上共計(jì)50×50個(gè)感應(yīng)元件，實(shí)驗(yàn)結(jié)束可從軟件中導(dǎo)出一份Excel文件，記錄每個(gè)感應(yīng)元件的壓力，以及本文實(shí)驗(yàn)的最大值、最小值和平均值[9]。實(shí)驗(yàn)共計(jì)3組，每位受試者為1組，每位受試者共計(jì)測(cè)試2次，即分別使用對(duì)比樣和實(shí)驗(yàn)樣品在側(cè)臥狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)束共得到6個(gè)Excel實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)文件。

3.2 受試者選擇

考慮到不同體重、身高的個(gè)體使用睡枕的差異，本次實(shí)驗(yàn)的受試者共有3位，受試者1#體重約為80 kg，身高約為155 cm，體型偏胖；受試者2#體重約為55 kg，身高約為170 cm，體型偏瘦；受試者3#體重約為50 kg，身高為160 cm，體型適中。其中，1#與2#、3#體型差異大，2#與3#體型差異略小。

3.3 測(cè)試方案

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，本文以純棉白坯布(市售)為面料，進(jìn)口3A珍珠棉(市售)為填充物初步制作了 1個(gè)多功能睡枕樣品作為實(shí)驗(yàn)樣品。測(cè)量此多功能睡枕在側(cè)臥狀態(tài)下使用者的頭部受壓力情況。在側(cè)臥時(shí)，統(tǒng)一保持受試者的頸部和頭部側(cè)面與傳感墊接觸，如圖3所示。實(shí)驗(yàn)的對(duì)比樣為睡眠舒適性較好的S形乳膠枕，分別使用對(duì)比樣和實(shí)驗(yàn)樣品在側(cè)臥狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試。

圖3 側(cè)臥示意圖Fig.3 Schematic of side lying

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析

由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備所限，其呈現(xiàn)的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不夠直觀，因此，需要將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先制作成“Excel熱力圖”后，再進(jìn)行比對(duì)分析?？紤]到實(shí)驗(yàn)原始結(jié)果數(shù)據(jù)為Excel表格形式，為使操作方便快捷，本文通過以下方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。

第1步，去掉表格中的無效點(diǎn)。由于傳感墊感應(yīng)元件比較敏感，在實(shí)驗(yàn)過程中因不可避免的因素形成的噪點(diǎn)反映在數(shù)據(jù)中，這一類點(diǎn)需要手動(dòng)刪除。同時(shí)人體的有效區(qū)域?yàn)轭^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(duì)比。

第2步，將處理后的有效數(shù)據(jù)框選，在Excel表格中點(diǎn)擊“開始”，選擇“條件格式”下的“色階”，再選擇“其他規(guī)則”。

第3步，在操作框里“選擇規(guī)則類型”欄目下，選中“基于各自值設(shè)置所有單元格的格式”；然后在“格式樣式”下拉菜單中選擇“三色刻度”；接著在“類型”下拉菜單中，將“中間值”設(shè)為“百分點(diǎn)值”，按實(shí)際情況設(shè)置“最小值”和“最大值”；然后在“值”一欄將百分點(diǎn)值設(shè)為“50”；最后在“顏色”下拉菜單中，設(shè)置3個(gè)色相差異較大的顏色。最終設(shè)置結(jié)果如圖4所示。

采用上述方法，本文將實(shí)驗(yàn)所得6份Excel文件處理成6張28格×35格大小的“Excel熱力圖”，如圖5所示。

圖4 設(shè)置“Excel熱力圖”Fig.4 Set up “Excel hot chart”

圖5 側(cè)臥測(cè)試熱力圖Fig.5 Side test-thermal chart.(a)Subject 1#-sample;(b) Subject 1#-contrast sample;(c) Subject 2#-sample;(d) Subject 2#-contrast sample;(e) Subject 3#-sample;(f) Subject 3#-contrast sample

從熱力圖的壓力形狀和壓力面積分析可知，同一個(gè)受試者實(shí)驗(yàn)樣品的體壓分布寬度總是小于對(duì)比樣，且每個(gè)受試者的實(shí)驗(yàn)樣品熱力圖中，側(cè)臉部分的壓力圖像缺失。結(jié)合使用時(shí)的實(shí)際情況分析，這是因?yàn)槭褂脤?shí)驗(yàn)樣品時(shí)，側(cè)臉大面積懸空，盡可能地避免了睡枕對(duì)側(cè)臉的擠壓，因此，熱力圖上缺失側(cè)臉部分圖像，導(dǎo)致樣品熱力圖寬度較窄；而使用對(duì)比樣時(shí)，睡枕則會(huì)對(duì)側(cè)臉造成擠壓，因此，熱力圖上增加了側(cè)臉的受壓圖像，導(dǎo)致對(duì)比樣熱力圖寬度較寬。

5 結(jié) 論

由血流微循環(huán)實(shí)驗(yàn)可知，側(cè)臥時(shí)普通家用睡枕對(duì)側(cè)臉的擠壓確實(shí)存在不利影響，因此，使用此類長(zhǎng)方形扁平睡枕易形成臉部壓紋、眼角紋等，長(zhǎng)此以往會(huì)形成不可修復(fù)的皺紋。

本文設(shè)計(jì)的多功能睡枕結(jié)合了人體工學(xué)理論，以其獨(dú)特的四翼分體式結(jié)構(gòu)，滿足人們對(duì)仰睡、側(cè)臥的不同需求和習(xí)慣。仰睡時(shí)能夠固定頭部防止落枕，凹陷的頭窩區(qū)還能增加腦部供血；側(cè)臥時(shí)兩側(cè)翼支撐體能夠支撐頭部，并使側(cè)臉大面積懸空，避免枕頭對(duì)側(cè)臉的擠壓；兩側(cè)翼在彎曲狀態(tài)下相互黏連，還可在斜靠時(shí)墊入下巴，防止頸部壓紋的形成。

從體壓分布測(cè)試熱力圖結(jié)果來看，同一位受試者的1次完整實(shí)驗(yàn)中，S形乳膠枕的熱力圖分布寬度總是大于四翼分體式多功能枕，表明四翼分體式睡枕因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)達(dá)到了側(cè)臥時(shí)防臉部壓紋的功能。

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