缓压型睡枕的头部压力分析

孙梦情，张蕾，王雪琴1，

(1.浙江理工大学 浙江省丝绸与时尚文化研究中心，杭州 310018；2.浙江理工大学 材料与纺织学院、丝绸学院，杭州 310018)

1 引言

生活水平的提高，使得人们对枕头的要求越来越高。选用符合人体工程学的枕头对提高睡眠质量，保证人体健康大有好处[1]。如今很多女性消费者不仅对睡枕的长度、宽度和高度有要求，还希望避免或减少睡枕对脸部、颈部的挤压以防形成皱纹[2]。事实上，较大的压力不仅会形成皱纹，还会对身体，特别是颈部造成损伤。因此，为了减缓对脸部、颈部与头部的压力，从而减少与颈椎相关的疾病的发生，通过对各类睡枕的分析研究[3-4]，研究各类美容、保健类睡枕的设计结构，以及收集90名中国年青女性的头肩部位数据，本文创新设计出短翼睡枕和长翼睡枕。通过人体压力分布测试，通过对比实验来检验新型“工型”乳胶枕的缓压性。

睡枕形状的不同会对颈椎生理曲线造成不同的影响，因此，睡枕形状成为影响睡枕睡眠舒适性的重要因素之一[5-6]。而睡枕过高或过低都会导致颈椎及肌肉劳损，诱发或加重颈椎病[7]。熊毅等人做过相关实验，得出枕头的最佳高度应在10 cm左右[8]，王敏等人提出，单人枕头的长度以超过自己的肩宽15 cm为宜。一般成年人的枕头长度在50-70 cm之间，枕头的宽度应该大于30 cm[9]。为了尽可能消除睡枕的不利影响，在人体工学的基础上，通过问卷调查与对文献的研究总结，设计出两种缓压型睡枕。

2 缓压型睡枕设计

短翼睡枕设计(睡枕设计1)如图1所示，此设计创新地采用倒置“H”形设计，当侧卧时，头部枕在左右两翼(或右两翼)上，由于两翼间大面积空着，而两翼支撑着额头部分和下巴部分，则侧脸可以大面积悬空，避免了睡枕对侧脸的挤压，防止形成脸部和眼角压纹，防止皱纹的形成。仰睡区域的高度低于侧睡区域，能够减少在入睡时产生脱枕的情况。

(a)正面

(b)侧面

长翼睡枕设计(睡枕设计2)如图2所示，其设计是在睡枕设计1(短翼睡枕)的基础上，进行的省程序设计。

(a)正面

(b)侧面

本文将通过人体压力分布测试，对上述两种睡枕设计进行测试与分析。

3 测试方法

3.1 实验对象

考虑到不同体重、身高的个体其适合的睡枕参数有一定差异，且此次实验主要目的在于比较不同人对四个枕头的相对压力和位置上的均衡性。本次实验的受试者共有三位健康的在校大学生，且均为25岁，体型为中国南方女性常见体型，有一定的代表性。1号受试者，体重约40 kg，身高约155 cm，体型偏瘦；2号受试者，体重约52 kg，身高约164 cm，体型正常；3号受试者，体重约55 kg，身高158 cm，体型略胖。

3.2 实验样品与仪器

前人研究表明，乳胶的缓压效果较好。因此，根据前文图1的外观结构设计，本文以乳胶为枕芯材料制作短翼枕。根据前文图2的外观结构设计，本文以相同的乳胶材料制作长翼枕。测量这两款缓压型睡枕在仰睡与侧卧状态下，使用者的头部和颈椎后部受压力情况。在生活中，长方形扁平枕的使用较为普遍，而国内学者侯建军、何艳梅等人通过研究发现S 形枕较为符合人体工学，舒适性很高[6]，因此，本次实验的对比样有两种：一是填充物为珍珠棉的普通家用长方形扁平枕(以下简称扁平枕)；二是与短翼枕和长翼枕材质相同的设计优良的S形乳胶枕(以下简称S枕)。

本次实验所用人体压力分布测试仪为Tactilus Pressure Mapping System。主要由软件和长方形传感垫两大部分组成，传感垫上共计50×50个感应元件，实验结束可从软件里导出一份EXCEL文件，记录每个感应元件的压力，以及本次实验的最大值、最小值和平均值[10]。

3.3 实验方案

实验共计3组，每位受试者所进行的实验为一组实验。每位受试者分别使用短翼枕、长翼工枕、扁平工枕和S枕在仰睡、侧卧睡姿下各测3次得出一均值，故而每人有8套数据。仰睡方向如图3所示，仰睡时，统一保持受试者的颈部和头部与传感垫相应统一位置接触，侧卧方向如图4所示，在侧卧时，统一保持受试者的颈部和头部侧面与传感垫相应统一位置接触。

在压力传感垫输出的压力分布数据中，其中不受力的地方为0，其他受力区根据垫子上的每块感应区域压力增大而数据增大，其数据为压力指标相对，无单位。

4 测试结果

按照不同睡姿分类，制成统计表，进行结果分析。首先不受力传感片去区域被去掉。同时我们的有效区域为头部和颈椎，因此删除身体其他部位的数据，方便后续结果对比。

本文将实验所得24份EXCEL文件处理成了24张 “压力热力图”。其中白色格子区域表示此格子区域为0压力，随着颜色由白变深代表此格的压力区域变大。 受试者1号、2号、3号的仰睡受力图情况如表1所示，均为8格×16格大小的Excel热力图，侧卧受力图情况如表2所示，均为12格×24格大小的Excel热力图。

表1 仰睡情况下使用不同睡枕时的受力情况统计表

由表1分析可知：只有扁平枕的热力图纵向长度约为其他三款睡枕的一半，且压力分布极其不均衡，其下部几乎不受力。由此可知，家常扁平枕的设计不符合人体工学，只能支撑后脑但是不能支撑起颈椎。着重比较分析其余三款睡枕的热力图可知，短翼枕的后脑勺凸点和颈椎后部，不会出现很大的压力值，相比之下，长翼枕和S枕的后脑勺凸点和颈椎后部会出现部分较大压力值。由此可见，仰睡情况下，在以上4款睡枕中，短翼枕的缓压效果最好。

表2 侧卧情况下使用不同睡枕时的受力情况统计表

由表2分析可知：侧卧时，短翼枕和长翼枕的受压面积相对较小，而扁平枕和S枕的相对较大。而在受压数值上，扁平枕的受压相对集中且较大；其次是S枕，短翼枕和长翼枕受压相对分散且较小。由此可见，侧卧情况下，相较于扁平枕和S枕，短翼枕和长翼枕的缓压效果更好。

测试中的具体数值也可以反应一些结论，通过对热力图中具体数值的分析，计算各种情况下的最大压力和平均压力，如表3所示。分析表3可知，仰睡和侧卧情况下，扁平枕的压力最大值都比其余三种睡枕大，说明乳胶减缓压力的作用优于珍珠棉。结合表1、表3分析，仰睡情况下，由于扁平枕下部几乎不受力，使得整个区域的压力均值看上去较小，实际上在受力区域的压力均值远大于S枕、短翼枕和长翼枕。其中，短翼枕的压力均值最小，说明仰睡情况下，短翼枕减缓压力的效果最好。结合表2、表3分析，侧卧情况下，S枕、短翼枕和长翼枕的压力均值都小于扁平枕，而短翼枕和长翼枕的受压区域相较于S枕更为分散，且短翼枕和长翼枕在热力图的脸部区域压力处基本为0，表明侧卧时对脸颊的挤压基本为0，有效预防眼角等处皱纹的形成。因此，侧卧情况下，短翼枕和长翼枕减缓压力的效果更好。

表3 头部压力指标总结

5 讨论

综合分析人体压力分布测试结果可知，与扁平枕、S枕相比，短翼枕和长翼枕减缓压力的效果更好。这是因为这两种睡枕在空间结构设计上区分了头窝高度与颈窝高度。由于颈椎曲线呈前凸形，而后脑勺向后凸起，则颈窝与头窝之间存在高度差，且头窝高度相比颈窝高度会更低一点。将这种高度差的情况落实在睡枕的设计上，能够更好使睡枕符合人体生理特征，在仰睡时起到均衡压力，有效减缓压力的作用。这两种睡枕在空间结构设计上还创新采用倒置“H”形设计。当侧卧时，头部枕在左两翼(或右两翼)上，只有额头部分和下巴部分受力，此设计有效地减缓了压力。

从测试结果可知，仰睡时，短翼枕比长翼枕能更好地平衡压力；侧卧时，短翼枕和长翼枕的效果相差不大，都能更好地减缓、平衡压力。出现这种结果的原因在于两种睡枕不同的空间结构设计。短翼枕的设计将其分为两侧的侧睡区域与中间下陷的仰睡区域，且仰睡区域高度比侧睡区域低。这样便能将侧睡高度与仰睡高度区分开。因为研究表明，仰睡高度较侧睡高度低才符合人体工学。而长翼枕在空间结构设计上并没有仰睡区域的专属设计，长翼枕的仰睡高度与侧睡高度相同，与常见睡枕一样，并不符合人体工学。因此才会出现仰睡时短翼枕减缓压力的效果更好，侧睡时两种睡枕效果一样好的实验结果。

6 结论

本文设计的短翼枕、长翼枕确实能起到减缓睡枕对脸部、颈部、头部压力的作用，且效果更优于符合人体工学的S形乳胶枕。从仰睡和侧卧两方面的缓压效果来看，短翼枕更优于长翼枕。