文胸钢圈对乳房竖直位移的影响

陈晓娜, 王二会

(1. 上海工程技术大学 服装学院， 上海 201620； 2. 同济大学 上海国际设计创新研究院， 上海 200080；3. 东华大学 服装与艺术设计学院， 上海 200051)

乳房的质量主要由韧带、腺体和皮肤共同承担[1]。由于乳房内部缺乏肌肉和骨骼的支撑[2]，所以在走路或运动过程中，乳房会过度晃动，从而牵拉韧带和皮肤产生疼痛感，严重时可能损害乳房健康[1]。皮肤可以作为乳房的支撑结构，但对其具体影响学术界还未做定论[3]。文胸是女性用于覆盖和保护乳房的衣物[4]，不仅对胸部起到遮盖和固定作用，而且在一定程度上减小了女性在日常行走和运动时乳房的晃动程度[5]。

一般文胸是由肩带、罩杯、土台和下围等部分构成[6],下围和土台的结构又和钢圈紧密联系[7]。不同部分对乳房位移的影响程度各异，因此研究文胸结构对乳房位移的影响，应了解肩带、罩杯和钢圈各部分的影响。在运动中，女性选择垂直方向的宽肩带(约为4.5 cm)可最大限度地减小肩带带来的不舒适感;在肩带下添加凝胶也可减少不适，防止肩带从肩部滑落[8]。改变文胸肩带宽度、肩带方向以及面料种类会对肩部压力产生影响，但对乳房位移影响较小[9]。相对于3/4罩杯文胸，全罩杯文胸对乳房的束缚作用更大，可更好地限制乳房位移[10]。在运动过程中，乳房所受的支撑力是乳房受保护程度的重要评价指标[11]，文胸对乳房的有效支撑能够减小乳房的位移幅度，从而在一定程度上减少运动引起的乳房损伤[12]。除肩带和罩杯的影响外，乳房位移随着下围围度的减小而减小[13]。

文胸肩带、罩杯和下围对乳房位移的影响已有初步研究，而关于钢圈对乳房位移影响的研究较少，本文拟通过测量运动过程中穿着有无钢圈2种类型文胸时的乳房位移，分析钢圈对乳房位移的控制作用。

1 实验设计

1.1 实验样衣及实验对象

在行走或跑步过程中，女性乳房越大，晃动程度就越明显，乳房越容易受到伤害[14]，因此本文的实验对象选择乳房较大的9名女性，实验文胸号型选择85C和75C。实验对象年龄在18～25周岁之间，没有怀孕史及乳房手术史，文胸号型及胸部尺寸如表1所示。由于市场上带钢圈的运动文胸较少，因此实验选择带钢圈的普通文胸，如图1所示。实验对象穿着带钢圈文胸进行实验后，将文胸钢圈取出，再进行穿着无钢圈文胸的实验，以保证实验时其他条件相同，只改变了文胸钢圈这个因素。

表1 实验对象文胸号型及胸部尺寸

Tab.1 Bra size and breast size of participants

实验对象编号文胸号型胸部尺寸/cm上胸围胸围下胸围1#85C92.090.077.02#85C97.098.083.03#85C92.091.078.04#75C82.085.072.05#75C84.583.571.56#75C85.084.573.07#75C83.087.072.08#75C85.086.073.09#75C83.083.574.5平均值87.187.676.0

图1 实验文胸照片

Fig.1 Photograph of experimental bra

实验对象穿上实验文胸，由实验人员根据专业的文胸合体性评价标准[15]检查前后土台、肩带、罩杯、钢圈等部位是否合体。如果文胸不合体，首先判断不合体部位是否可以调整。不可以调整时该实验对象不能参与实验；可以调整时，对该部位进行调整直到达到专业合体性标准为止，如不能调整到合体性标准，则该实验对象不能参加实验。

1.2 实验设备

位移测量采用NDI Optotrak Certus 三维运动捕捉系统，如图2所示。该系统利用红外测量技术精确捕捉运动坐标，以确定人体各部位在运动过程中的运动轨迹。配套的位移传感器外轮廓直径为20 mm，内部发光部分直径为7.5 mm，如图3所示。使用过程中传感器主动发光，NDI Optotrak Certus系统通过捕捉光源位置定位传感器测量点的坐标。实验数据以三维坐标形式直接导出到Excel表格内。

图2 三维运动捕捉系统

Fig.2 Three-dimensional motion capture system

图3 位移传感器

Fig.3 Displacement sensor

实验用跑步机为德国H/P/COSMOS公司的专业运动跑台。该跑台的跑带面积为150 cm×50 cm，配有减震面板，履带采用特殊防滑材料，从而保护实验对象的安全。

1.3 测量点选取

实验得到的乳房位移是相对于地面的位移，而常用的乳房位移是相对于人体躯干的位移。因为相对位移更能代表乳房损伤风险，所以除需要在乳房上选取测量点代表乳房位移外，还需要在躯干上选取可代表躯干位移的测量点。根据常用原则，选取胸部上切迹(A点)作为测量点代表躯干位移。由于乳点(B点)位移在乳房各部位的位移中始终最大，因此实验选取乳点作为测量点代表乳房位移，如图4所示。

图4 实验测量点

Fig.4 Experimental measurement points

2 实验过程

2.1 仪器标定

由于实验需要采集的坐标点全部位于人体正面，因此将一台NDI设备(3个摄像头)放置在跑步机正前方2 m处。测量前先进行NDI仪器标定。首先，用标定锤标定位置，保证实验空间范围内所有点都能被捕捉到。其次，用探针标定参考坐标系，原点设置在跑步机平面，前后方向为X轴，向前为正；左右方向为Y轴，向左为正；垂直方向为Z轴，向上为正，如图5所示。

图5 坐标轴标定

Fig.5 Coordinate axis calibration

2.2 黏贴标记点

仪器调试完成后，将位移传感器黏贴到标记点A、B上。A点为接触到皮肤的点，因此使用对人体皮肤无伤害的医用胶带(可孚PE胶带)。B点为贴到文胸表面的点，使用专门用于贴在面料上的双面胶带(华久PET双面胶)。

2.3 数据采集

实验对象穿上合体的有钢圈文胸，站在跑步机上由静止开始运动，由实验人员将跑步机速度逐渐调到5 km/h，在该速度下稳定30 s后采集数据30 s。数据采集完毕后，将跑步机速度逐渐调到7.5 km/h，稳定30 s后采集数据30 s。然后将跑步机的速度调到10 km/h，稳定30 s后采集数据30 s。数据采集完毕后将跑步机速度逐渐调小直到静止。实验对象根据视觉模拟评分表对穿着有钢圈文胸运动过程中感受到的乳房位移及位移引起的不舒适感进行评价。采用10级量表，其中：0表示感受到无乳房位移/无位移引起的不舒适；10表示感受的乳房位移极大/位移引起的不舒适感极大。实验对象进行充足的休息，以避免疲劳影响她们对下一阶段运动过程中乳房位移的感知。实验人员将文胸内的钢圈取出，但不改变文胸其他参数。实验对象在充分休息后，按照以上同样的步骤进行穿着无钢圈实验文胸时的运动，实验人员也按照同样的步骤进行相应的乳房位移客观数据采集及主观评价数据采集。

3 实验分析

3.1 数据处理

实验对象在运动过程中，躯干会产生6个自由度的运动，为求得乳房相对于躯干的准确位移，需要排除躯干6个自由度的运动。由于目前没有统一的方法排除躯干6个自由度的位移，因此难以分析文胸钢圈对乳房三维位移的影响。因跑步运动过程中躯干在矢状面上的转动相对较小，且乳房在竖直方向的位移最大[1]，因此本文忽略了躯干在矢状面上的转动，只计算乳房竖直位移，即Z轴方向的位移。将左乳点的Z坐标减去胸骨上切迹Z坐标得到乳房相对于躯干在竖直方向的坐标数据。乳房相对坐标随着步态周期呈现周期性变化，如图6所示。M1为周期最大值，M2为同一周期内的最小值。乳房相对位移数据是1个步态周期内最大值与最小值的差值。由于跑步过程中的跳跃程度、跑步姿势、呼吸强度等因素的影响，导致每个周期内乳房相对位移有一定程度的差异，因此需要找出n(本文中n=10)个周期的乳房相对位移数据，再求出n个相对位移数据的平均值作为乳房竖直位移数据。

图6 1个步态周期内乳房相对位移计算示意图

Fig.6 Schematic diagram of relative breast displacement calculation in one gait cycle

3.2 数据分析

3.2.1 文胸钢圈对乳房竖直位移的影响

实验选择了3种运动速度，即5，7.5，10 km/h，分别对应走、慢跑和快跑3种运动状态。不同运动状态下乳房位移存在一定差异，因此先将数据按照运动状态进行拆分，并进行正态分布检验。结果显示，只有5 km/h状态下数据符合正态分布，7.5 km/h和10 km/h状态下的数据均不符合正态分布,因此用非参数检验中的2个相关样本进行检验，结果如表2所示。可知，穿着有钢圈文胸与穿着无钢圈文胸在3种运动状态下乳房位移存在显著性差异(P< 0.05)。3种运动速度下乳房竖直位移的平均值与标准差分别为：有钢圈状态(7.8±1.5)、(16.5±6.1)、(20.4±7.7)mm；无钢圈状态(8.4±3.0)、(19.4±8.8)、(24.4±10.0)mm。在其他条件不变，只是去掉文胸钢圈的情况下，穿着无钢圈文胸时的乳房位移大于穿着有钢圈文胸时的乳房位移，说明文胸加钢圈对减少运动时的乳房位移起到了显著作用。钢圈增加了文胸对乳房的支撑和固定作用，减小了乳房的活动空间，可在一定程度上控制乳房过度晃动，减小运动过程中的乳房位移。

表2 每种运动状态下穿着不同类型文胸时的乳房竖直位移显著性差异检验P值

Tab.2Pvalues illustrating significant differencein vertical breast displacement databetween two bra types in each motion state

运动速度/(km·h-1)P值5.00.001*7.50.000*10.00.000*

通过研究不同运动速度下穿着有钢圈文胸比穿着无钢圈文胸时降低的乳房竖直位移比率发现，随着运动速度从低到高变化，穿着有钢圈文胸比穿着无钢圈文胸时的乳房竖直位移比率从7.14%(5.0 km/h)上升到14.95%(7.5 km/h)，最后增加到16.39%(10.0 km/h)。该结果说明：随着运动速度的增加，文胸钢圈对减少乳房竖直位移量的有效性不断增加；运动速度越高则越应该穿着有钢圈的文胸，以最大程度减少乳房竖直位移，从而减少乳房损伤概率。

3.2.2 文胸钢圈的主观评价数据

主观评价数据是不连续的，因此运用非参数检验中的2个相关样本检验分析2种文胸的运动强度是否存在显著性差异，并探究文胸钢圈对主观乳房位移及位移引起的不舒适感是否有显著影响。结果如表3所示。可知，2种文胸的运动强度无显著性差异(P=1.000>0.05)，从而避免了运动强度的差异对主观评价造成影响。乳房位移及位移引起的不舒适感在有无钢圈2种状态下存在显著性差异(P< 0.05)。穿着有钢圈文胸时感受到的乳房位移及位移引起的不舒适感为(2.6 ±1.4)和(1±0)，而穿着无钢圈文胸时感受到的乳房位移及位移引起的不舒适感分别为(3.6±1.6)和(1.6±0.5)。穿着无钢圈文胸时感受到的乳房位移及位移引起的不舒适感高于穿着有钢圈文胸时的数据。主观评价结果与通过客观测量数据得到的结论一致，即加钢圈对提高文胸对乳房位移的控制作用有显著影响。

表3 2种文胸的主观乳房位移，乳房位移引起的不舒适感及运动强度显著性差异检验P值

Tab.3Pvalues illustrating significant differencein subjective breast displacement, discomfortresulted from breast displacement and rating ofperceived exertion between two bra types

变量P值乳房位移0.007*乳房位移引起的不舒适感0.025*运动强度1.000

4 结 论

针对普通文胸，借助三维运动捕捉系统，测试了穿C罩杯文胸女性以不同速度运动时的乳房竖直位移量，结果显示：文胸钢圈对乳房竖直位移有显著性影响，穿着有钢圈文胸相对于穿着无钢圈文胸时对乳房竖直位移的减少比率从运动速度为5.0 km/h时的7.14%增加到10.0 km/h时的16.39%。受试者的主观实验结果表明，穿着有钢圈文胸时的主观乳房位移及位移引起的不舒适感明显小于穿着无钢圈文胸时的数据。