服装触压的心理与生理评价指标

王珊珊，王鸿博

(江南大学生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡214122)

服装舒适性评价是由人的生理、心理两种因素共同决定的综合指标，评价结果受被测试者的主观感受影响较大。当今，采用主观评价的研究方式还停留在根据主观感受进行等级评定的阶段，受被试者的主观感受和个体差异性影响过大，并且具有难以复制的缺点。所以，主观评价不仅要加强生理指标的研究，深入探讨各种生理变化所产生的机制，并量化分析其中的差异;还要结合心理学研究机制，研究着装前后人体心理指标的变化，将服装触压产生的物理学因素与人体生理、心理指标进行综合，才能准确全面地描述服装的舒适性感觉，由此获得服装触压刺激对人体的综合反应。建立完整的评价体系能够在一定程度上排除由不同的人评价所产生的个体差异，使评价更加准确。因此，本文选取心理评价事件相关电位指标和生理评价皮肤血流量指标进行介绍和总结。

1 心理评价指标(事件相关电位)

随着人类对自我的认识逐渐深刻，利用脑电成分来反应纺织服装产品的舒适性，成为纺织服装产品的一种客观评价方式。情绪是人体对刺激事物的生理反应与心理反应的综合状态，是大脑活动的表现，情绪事件相关电位是脑细胞活动的产物，随脑细胞活动发生变化。例如，Harumi M等[1]通过给女性被试以快乐、兴奋、刺激、压力等刺激，来测试被试者的脑电波(electroencephalogram，EEG)，利用主成分分析来获取主观评估值，分析结果与情感频谱进行结合并定位，从而给出EEG信号中的ERP成分与情绪的关系。因此，从生理信号脑电中提取心理成分信息，从而揭示心理活动的脑机制是利用客观人体反应数据来进行服装评价的有效手段[2]。

1.1 ERP的原理

ERP(event related potentials，ERP)信号作为一种心理成分不能直接从人体获取，但可从EEG信号中进行数据加工获得。脑电波是通过放在头皮上的电极放大器获得，波幅通常介于－100μV和+100 μV，频率40 Hz左右。若在相同的单位时间之内给人体施加相同的刺激，然后把脑电信号进行叠加平均处理(图1[3])就会得到这一刺激在人脑中反应所产生的固定波形，这就是平均事件相关电位，简称事件相关电位。ERP是将大脑对刺激事件进行的心理认知加工所产生的脑电电位的变化平均后，得到的增强信号，具有很强的时效性。把EEG信号中提取的ERP成分进行分析，即可获取人体接受刺激后的心理变化情况[3]。

图1 平均事件相关电位Fig.1 Average Event-Related Potentials

1.2 ERP 的研究分类

当今的ERP研究主要分为两类:成分研究和应用研究。成分研究内容为讨论ERP的产生特点及影响因素，起源及产生机制;应用研究分类比较广泛，例如，心理生理方面的研究表现在注意记忆、语言加工、运动知觉等领域。临床应用方面表现在神经精神研究、昏迷愈后、辅助诊断等领域;特因条件方面表现在航空、航天、航海、恶劣环境条件等领域;功能评估方面表现在驾驶疲劳、音乐评价能力、健康评估等领域。在服装触压方面的研究为探讨体感诱发的电位(somatosensory evoked potential，SEP)如 N140、内源性晚成分如P300等[4-5]。

1.3 ERP在触压方面的应用

ERP在触压方面的应用研究各国均有报道，研究方法早年间多以单一刺激为主，近年来刺激方式逐渐多元化，交叉刺激方式增多。刺激多采用材料进行外部接触刺激、点刺激，服装穿着刺激等。

1.3.1 触觉刺激

单一触觉刺激研究方式多为给定刺激后观察人体的生理指标变化，此种方法运用在纺织品评价反应方面的研究较多。

潘志娟[6]和刘洋等[7]讨论了人体生理反应在纺织品感觉评价方面的应用情况，介绍了利用事件相关电位、眼球停留相关电位、肌电图和脑波几种方法来评价纺织品的性能。日本九州大学研究了触觉与情绪之间的关系，研究者运用身体接触法，记录刺激后产生的心、脑电图、血压和主观评价来研究女性使用卫生棉时的反应[8-9]。

Harumi Morooka等[10]利用主观评判与客观数据对比相结合的方法，研究了女士推盖胸衣的压力与舒适性之间的关系，发现女性胸衣罩杯部分产生的压力对胸衣的穿着舒适性有很重要的影响。随着研究的深入，触压施加后ERP波形产生的位置、时间及测试点的选取被一些学者提出。

Yohsuke Horiba等[11]对穿着触感进行了研究。为了评价人体在穿着服装的真实感受，运用ERP检测技术检测ERP中的P300波形。研究发现，在给与人体不舒适的触压刺激时，P300有较明显的振幅，分析人脑中的α波，能客观有效地评价服装的舒适感。Okada Nobuko[12]进行了影响躯体诱发电位的服装压力测试，在10－20国际脑电记录系统(定义)中选取Cz和C4两个位置来进行记录，做了腹部施压状态下的呼吸实验。实验发现，C4点的波峰潜伏期比Cz点更短;Cz点比C4点所收集到的数据与本实验有更强的关联性;而波形的振幅在深吸气时达到最强。C C Yang等[13]利用盘型电极粘在阴蒂两旁，通过阴道探针诱发会阴神经的SEP，在头皮CPz和FPz两点检测头皮的皮质反应。实验数据为研究女性生殖器尤其是性功能的神经支配提供了依据。以上实验为今后研究躯体诱发电位具有一定的启示。

1.3.2 视觉和触觉交叉刺激

Onodera Miwa等[14]利用视觉感受来设计黑白相间的格子图案，并运用到短裙上面。讨论被试者对不同格纹花型的喜爱程度，通过被试者的视觉印象来设计出最受被试者喜爱的黑白格子图案。可见视觉因素是评价服装穿着的有效手段。王明时等[15]提出利用交叉模式刺激方法产生的事件相关电位研究具有非常重要的研究价值，也是今后研究发展的新趋势。而触觉与视觉的交叉刺激也是当今运用较多的一种模式。

Banati等[16]研究了双刺激的模式下被试者脑部的PET(positron emission computed tomography)变化。当刺激实施后，视觉模式下的内部匹配过程中只有视觉相关的皮层才会出现脑部的区域性血流量增长，而在视觉－触觉刺激下的交叉模式匹配中前部下顶叶、大脑皮层、左侧向外的额部皮层和左侧屏状核皮层等相关的区域都会出现血流量的增长，大脑激活区域对应于异核体或外皮层的区域，说明为了解决感觉交叉的问题脑部可以使多感觉区域进行激活[15]。

Press等[17]使用橡胶假手和普通橡胶两种物品拍击或者用其他方式刺激被试手部并进行触觉刺激，发现无论是橡胶假手还是橡胶物品，在不同的刺激条件下，触觉刺激诱发的N140都有不同程度地提高。Ku等[18]通过实验发现，由震动触觉诱发的SEP信号可以使与触觉相配的视觉刺激加强，这种增强表示了在视觉－触觉交叉模式联合作用下的脑功能活动变化。Sambo等[19]做了相似实验，被试者在有遮挡和蒙眼的状态下加强的只有晚成分，说明视觉对触感的评价有一定的刺激作用。

1.3.3 视觉、听觉、触觉交叉刺激

Eimer等[20]利用视听触三种刺激来研究人的空间注意，研究结果发现空间注意的交叉模式综合对特征细节皮层的感觉认知过程有影响，但对其后的认知判断几乎没有影响。

与其他评价方式相比，ERP评价可以客观有效地揭示人心理活动的脑机制，具有实时、结果准确、误差小、主观干扰小等优点。

2 生理评价指标(皮肤血流量)

服装穿着使皮肤承受整体或局部的压力，可以正面或负面影响心跳、呼吸、微循环、皮肤温、消化、出汗、自主神经系统等[21]。穿着舒适和安全，成为设计和应用弹性服装的关键问题。人类皮肤柔软富有弹性，外部的压力可以使皮肤产生形变，从而压迫皮肤下的神经组织、血管、软组织影响到皮肤血流量(skin blood flow，SBF)，皮肤血流量成为评价服装触压舒适性的重要指标。事实上服装压力对血液循环的影响在一些方面也被有效地利用，例如利用弹力袜和绑带产生的梯度压力，加强静脉回流，减少静脉曲张，预防血行停滞，治疗各种下肢疾病[22]。服装压力在烧伤治疗方面被广泛地应用，采用恒压阻止血管组织生长使疤痕平复[23]。在体育领域，弹力运动服装可以加速血液循环，增加效率，提高运动耐力，减少运动后肌肉疲劳[24]。

2.1 SBF 原理

皮肤层内的嵌入式微循环系统是服装穿着后受力的第一层，所以对服装压力的影响较为明显。当今对于微循系统的研究多采用激光多普勒血流计，非侵入性并且连续性地观察皮肤血流信号。对皮肤血流信号进行频谱分析，使许多学者得以探索皮肤微循环的控制机制。研究发现皮肤血流信号主要受心肌活动、呼吸活动、肌原性活动、内皮活动、神经性活动等影响[25]。

2.2 皮肤血流的研究分类

皮肤血流的研究多分布在生物医学领域，很多学者对运动领域、药物治疗领域、疾病控制等领域进行血流信号进行频谱分析，调查影响皮肤血流的主要生理活动在各种刺激下的变化情况，并推测了皮肤微循环变化的成因及其相关控制机制[26]。

2.3 SBF在触压评价方面的研究

SBF在服装触压领域的研究方法多采用外部施压的方式，施压后测量不同位置的皮肤血流量变化，综合国内外研究可以总结为压力对施压处的影响和对肢端末梢的影响，以及SBF信号分析。

2.3.1 压力对施压处的影响

压迫引起施压部位的皮肤产生形变，影响皮肤下微循环系统，导致皮肤血流量明显下降。据报道，人体着装压力超过32mmHg(4.27 kPa)时，毛细血管就会因为压迫而产生形变，阻碍皮肤血流量，压迫时间过长受压部位就会缺氧，供氧不足严重可能导致组织坏死、发炎等症状[27]。相关研究表明，人体的不同部位皮肤血流量能承受的阻断压力大小并不相同，阻断动脉血流的压力值大小值取决于人体的血压和测试部位[28]。

Johansson等[29]研究了手掌四个部位压力与血流量之间的关系。研究施加压力范围分别为15～33 kPa、30～52 kPa，皮肤血流量下降分别为50%、85%，而压力达到100 kPa时，50%的受测试人员皮肤血流量下降少于85%。研究发现，荐骨、大转子和股骨处皮肤血流当施加13～15 kPa压力时被阻断。Fromy等[30]调查了在逐渐增加的压力下手指的皮肤血流量的变化情况，发现手指皮肤血流量在承受低压的情况下明显增加，当压力增大时，皮肤血流量减少。此外，研究者还选择脚踝内侧部位进行测试，发现局部受压后皮肤血流量有一定程度的减少。

Sangeorzan等[31]采用下肢的胫骨处和肌肉上皮肤处进行试验，发现当皮肤含氧量下降到0时，胫骨上部的皮肤所承受的压力明显大于肌肉上皮肤所承受的压力。脚踝处皮肤血流受阻所施加的压力为13 kPa，比脚踝收缩压低3.7 kPa。糖尿病患者对脚踝内侧施加压力为7.5mmHg(1.0 kPa)时皮肤血流量就开始下降，而正常人施压48.8mmHg(6.51 kPa)时皮肤血流量才开始下降。Mayrovtiz等[32]利用加压绷带对下肢施加40mmHg(5.33 kPa)压力，观察小腿处皮肤血流量的变化，发现变化并没有固定规律:有一些被试者小腿处血流量上升，而另一些被试者皮肤血流量下降。周伏平等[33]选用5名成年被试者，对被试者的小腿、脚踝部位施加压力，发现被试者下肢施压一定的压力时皮肤血流量会有不同程度的升高;当压力超过一定范围时血流量会有一定程度地下降;压力释放后，皮肤血流量会迅速回升。

2.3.2 压力对肢端末梢的影响

对于肢端末梢的研究发现，肢端末梢的皮肤血流量与皮肤温度、四肢施加的压力呈现负相关的关系，即压力越大皮肤温度和皮肤血流量下降程度就越大。

Hirata等[34]通过6名成年女性被试者进行研究，梯度式改变压迫强度和压迫面积，强度为10～40 mmHg(1.33～5.33 kPa)，面积为 3 ～15 cm，调查施压后手指血流量、手指皮肤温、前腕皮肤温的变化，施压部位为前臂、手腕、手指。研究发现手臂施压时，手腕和手指血流量同时下降且手指皮肤下降幅度更大;对手腕加压时，前臂皮肤血流量影响较小，手指受影响较大;对手指加压时，前臂和手腕处的血流量变化都不大。压迫的面积也会影响末梢皮肤温度和皮肤血流量，当压力等级和施压面积最小时，皮肤温度恢复比其他情况下恢复快。

Nakahashi等[35]对下肢进行研究。观察下肢施压后脚趾的皮肤血流变化情况，施压部位为小腿和大腿。研究发现，施压后的脚趾皮肤血流量有所减少;当分别给大腿和小腿施加同样的压力时，小腿施压对脚趾皮肤血流量的影响大于大腿施压时对脚趾皮肤血流量的影响;施压面积的大小对末端皮肤的血流量也有影响，施压面积达到小腿的65%时，末端皮肤血流量较小。Miyuki等[36]发现对下肢加压时，加压面积越大，下肢末梢血流量下降越快。Mayrovtiz[37]利用气囊对脚踝和膝盖之间的下肢部位施加压力，压力等级从0开始每10mmHg(1.33 kPa)为一个等级，共分为4级。发现脚趾处皮肤血流量随着压力的增加有明显的下降，下降程度和压力等级有极强的相关性。王佳等[38]做了类似的探讨，发现在脚踝处施压时，脚趾皮肤血流量和皮肤温度都有所下降。

2.3.3 SBF信号分析

在近期的一些研究中，研究者对压迫下皮肤血流信号的进行分析，探讨压迫引起皮肤血流变化的机制。Brienza等[39]运用小波分析的手段，分析由压力变化引起的皮肤血流量信号，结果显示在压力作用下，皮肤的肌原性活动增强，由此结论可以证明压迫会影响人的生理活动。Jan等[40]在此领域也做了类似的研究，进一步证明了皮肤血流的控制机制可以用小波变换频谱方法进行分析。研究部位为骶骨处，采取持续性与间歇性加压的方式观察皮肤血流的变化情况，发现间歇式的加压方式可以有效地增加皮肤血流量。同时通过运用小波变换的方式分析无压与受压状态下不同的皮肤血流信号，同样发现在低压环境下肌原性活动活力增加。

SBF评价可以直观地反应人体皮肤血流量在压力影响下产生的变化，具有操作简便、连续性、非侵入性、应用广泛等优点。

3 研究发展方向及趋势

1)由于ERP对刺激物的反应具有实时性，而服装触压的研究多为触觉上的刺激，多数研究中采用的气囊加压法具有一定的滞后性，压力刺激的力度很难实时地达到相应程度，所以对施压装置进行开发，使压力刺激准确快速地达到实验的要求，成为利用脑电成分评价压力研究的重要任务。

2)在压力刺激给与方式上，研究多采用局部刺激或者点刺激，服装穿着刺激或较大面积的刺激研究较少。在今后的研究中丰富刺激给与方式，全面探讨人体不同部位给压后的脑反应，可以成为学者研究新的方向。

3)国内外学者虽然对触压刺激下的ERP成分进行了较多的研究与探讨，但是人体在服装压力刺激下产生的服装压力情绪并没有得到系统化的总结和分析。因此在压力测试的基础上，建立服装压力情绪体系，可以作为服装情绪研究理论的参考。

4)压力对皮肤微循环的作用研究主要集中在大强度压迫阻碍皮肤血流的阈值及压迫对肢端末梢皮肤血流产生的作用，但是对受压部位的皮肤血流产生的影响及作用机制尚不十分明确。探讨受压部位的血流变化，并且利用不同的信号分析方法来揭示血流变化的作用机制，将是SBF研究的新方向。

5)由于测试仪器的限制，现今对于压力造成皮肤血流量变化的研究还局限于对皮下1 mm处的毛细血管进行观测的阶段，而皮下1mm之下的表皮层血管和皮下血管的变化情况并不能得到实时的观测。所以对血流进行分层研究，实现血流测试仪器在同一施压处不同深度的皮肤血流量变化，将是研究服装压力对血流影响的发展趋势。

6)人体心理、生理评价方式辨别服装纺织品的舒适性虽有一定的可行性，但是微小的感觉差异方面尚未有突破，探讨纺织服装产品引起人体生理反应的细微差别，综合利用人体指标来评价，建立完善的纺织品评价体系是一个重大的课题。

4 结语

通过对服装触压舒适性评价心理指标ERP和生理指标SPF进行介绍总结，系统地分析了两项生理指标的研究现状和发展趋势。研究发现，国内外不断地进行各种探索运用不同的指标进行服装触压评价，但仍未形成完整的理论体系。因此，有效、准确地利用服装触压生理评价指标，建立服装触压评价系统，并与实际设计生产进行有效地结合，是下一步研究的发展方向。

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