基于体压分布的床垫舒适性研究进展

■刘佳宁，申黎明，房娇娇 Liu Jianing & Shen Liming & Fang Jiaojiao

(南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037）

随着现代人工作与生活压力的增加，睡眠问题越来越受人关注。睡眠是人每日作息中必不可少的一项环节，床垫的舒适性与人的睡眠健康息息相关。选择舒适的床垫对人的健康十分重要。

1 研究意义与方法

舒适性的影响因素较多，目前的研究中对于舒适性的评估标准缺乏一致性[1-2]。因此，量化舒适性、将客观测量与主观评价相结合成为床垫舒适性的评价方式之一，而人床界面的体压分布在评价床垫舒适性中起到重要的作用[3-5]。笔者结合国内外研究成果，基于体压分布的影响因素及其对舒适性的影响进行归纳与分析，以期为床垫舒适性的评价提供参考依据。本研究采用文献检索分析法。

2 体压分布及其影响因素对床垫舒适性的影响

研究表明，人与床界面因素与体压分布变化存在诸多相关性。在床垫舒适性评价中，体压分布能够较为客观地反映人-床界面的相互作用，并以图像的形式展示人-床界面的压力集中区域，为床垫评估与分区设计提供重要参考。

常用于表述接触面体压分布情况的指标有平均压力、最大压力、最小压力、人与床接触面积、峰值接触压力等。陈玉霞等指出压力指标可从不同的角度反映人与床界面的压力关系及其对卧姿舒适性的影响：最大压力P95、平均压力P50体现了床垫对人体作用力的大小，接触面指数PAI反映出人与床界面不同压力阈值范围内接触面的变化，力矩指数可以体现卧姿是否稳定，并反映人体活动的自由程度[6]。

本节将研究重点聚焦于体压分布与人体、床垫、人的卧姿的关系，进而分析体压分布对舒适性的影响。

2.1 人体和床垫特征对体压分布的影响

人的个体特征如身体质量指数（BMI）、性别以及年龄与人和床界面体压分布变化有着密不可分的关系[7]。方菲等将受试者按偏瘦、中等和偏胖三种体型进行分类，分析分区床垫对不同体型人群的适用性。结果显示：中等、偏胖体型人群在分区床垫上的总压力、接触面积较大，平均压力偏小，显示出床垫对其的支撑效果较好；偏瘦人群在分区床垫上的总压力、接触面积较小，床垫对其的支撑效果偏弱。任林燕等采用三款不同硬度的床垫作为对照，发现男性的人-床界面最大压力和压力指数均大于女性（图1）[8]。作者认为是男性骨突部位明显和体重偏大造成的，进而提出男性比女性更需要软床垫来分散压力。Clark等（1989）使用不同减压性能的床垫进行对照试验，探究了人的年龄与人-床接触压力之间的相关性。结果表明：平均最大接触压力、平均最小接触压力均与人的年龄呈正比关系[9]。

床垫的软硬度、材料与厚度对人与床界压力分布的影响不容忽视。任林燕等认为偏硬的床垫不利于分散压力，且人床接触面积较小，腰部支撑不足（图1）。一般来讲，软硬度适宜的床垫压力分布较为均匀。床垫的材料特性也会影响床垫整体性能，国内外学者对海绵、弹簧和乳胶等床垫材料对体压分布的影响做了较多研究，Low等（2016）认为乳胶材料具有良好的回弹性，使床垫能够适应不同体型的人群，并显著降低人体躯干和臀部的峰值接触压力[10]。李莉研究指出：与泡沫棉床垫相比，波浪棉床垫的腰部接触面积较大，贴合度更好[11]。此外，李莉等研究了床垫海绵层的厚度对压力参数的影响，并辅以受试者主观舒适度评价结果作为参考[12]。结果表明：在1-5cm厚度变化范围内，人床界面的总接触面积与铺垫层厚度呈正相关，最大压力、平均压力均与铺垫层厚度呈负相关。

■图1 不同硬度床垫的体压分布

■图2 床垫海绵类型与界面压力和接触面积的关系

综上所述，选用高回弹性、贴合度良好的床垫材料、可以有效减少高压力阈值范围内的人与床接触面积，降低界面峰值压力，优化人与床界面压力分布；将床垫的厚度、硬度控制在合理范围内，能够有效分散界面压力，促进人体血液循环，并降低压疮的发生率。

2.2 人的卧姿对体压分布的影响

卧姿是影响人体卧床时各部位压力分布变化的重要因素。常见的卧姿有仰卧、侧卧、俯卧等。朱芋锭等认为侧卧容易导致椎间盘压力增大和界面压力集中[13]。任林燕等提出仰卧时的平均压力、最大压力和压力指数均小于侧卧，仰卧更有利于人体与床垫充分接触并分散压力（图1）。

Cho等（2010）定义了4种卧姿：仰卧、90°右侧卧、躯干抬高30°和腿部抬高30°，并选用3款床垫：普通医用床垫、空气循环床垫和自动压力调节圆筒形空气床垫，测量受试者在3款床垫上4种卧姿时的界面压力。结果表明：①右侧卧90°时的界面压力指数显著高于另外3种姿势；②使用普通医用床垫和自动压力调节圆筒形空气床垫时，腿部抬高30°姿势时的界面压力显著低于仰卧姿势[14]。Bae等（2014）的实验中设计了5种姿势：A-床头抬高0°、B-床头抬高30°、C-床头抬高60°、D-床头和脚部均抬高30°和E-1种侧卧姿势（图3），发现：①当床头和脚部均抬高30°时，肩-肩胛骨、骨盆-骶骨和脚跟-脚踝区域的平均最大峰值压力均处于合理范围内，患压疮的风险更低；②床头角度处于30°-60°区间内时，骨盆-骶骨区域的平均最大峰值压力随着角度增大而迅速增加（图4）。

由此可见，界面压力与床头抬起角度存在一定关系，Moody等（2005）[15]也指出床头抬起角度越大，界面压力越高。同时Cho等（2010）[14]和Bae等（2014）[16]分别提出腿部、脚部抬高30°时对应部位的界面压力均低于仰卧姿势，笔者推测适当抬高腿部、脚部有助于缓解对应区域的压力集中程度。但由于实验的样本量偏少，仍需要扩大样本量、并降低环境和主观因素的干扰，进一步研究卧姿对体压分布的影响。

2.3 体压分布对主观舒适性的影响

针对体压分布与主观舒适度相关性的研究有很多。López-Torres等（2008）的研究发现床垫硬度、平均压力的增加与整体舒适度的增加存在相关性。但是Kim等（2018）选用了4款床垫，发现峰值压力和平均压力最高的床垫的主观舒适性最低。笔者推测实验结果的不同可能与床垫的材料、环境因素、受试者年龄不同和偏好不同有关：López-Torres等（2008）选用了56名老年人，而Kim等（2018）的实验中仅有年轻人参与[17-18]。不同年龄段的人对于压力的敏感性不同，对于舒适的感知能力也不同。此外有研究表明，界面压力分布的集中程度、界面压力变化的平缓程度与主观舒适度也存在相关性。Chen等（2014）指出为了提高舒适性与睡眠质量，界面压力分布不宜过于集中或过于均匀[19]。Grindley等（1996）选用两款交变压力床垫：Nimbus II和Pegasus Airwave床垫，与后者相比，前者的界面压力变化更平缓、峰值压力更低，且前者能够自动改变界面压力以适应受试者的卧姿与体重。主观舒适性评价也表明Nimbus II床垫优于Pegasus Airwave床垫[20]。

然而Buckle等（1998）的实验表明床垫主观舒适度与身体接触峰值压力之间并未发现显著相关性。作者推测可能与压力传感器位置精度不足、峰值压力的测量方法存在误差和舒适量表分级不明确等因素有关。可以尝试改进舒适性评价量表，或增加体压垫上传感器的分布密度以提高测量精度。

3 体压分布与床垫舒适性关系的研究现状与展望

虽然关于体压分布与床垫的相关研究已经证实压力指标与主观舒适度评价结果之间存在一些相关性，但舒适性是一个复杂的概念，它在很大程度上仍会受到其他因素的影响。舒适性与个体差异、环境和心理预期等因素也存在一些关联[21-23]。此外，疼痛感的强度、躺在床垫上的时间等因素也应纳入床垫舒适性评估的考虑范围内[24]。未来仍需要针对影响床垫舒适性的因素展开更深入研究，并通过改进压力测量设备的敏感度与精确性、降低主观因素的干扰等方式减少实验误差，从而为床垫优化设计提供参考[25-26]。

4 结语

■图3 种睡姿示意图

■图4 肩-肩胛骨（S-S）、骨盆-骶骨(P-S)和脚跟-脚踝(H-A)区域的平均最大峰值压力与床的仰角的关系

本研究首先分析了体压分布与人、床垫因素之间的关系，随后结合文献就体压分布对舒适性的影响进行进一步归纳，发现人体、床垫变量与各项压力指标存在相关性，界面压力分布也会对主观舒适性产生一些影响。由于舒适性的主观性较强，床垫舒适性的相关实验易受多种因素的影响，进而导致研究结果存在一些分歧。因此，舒适性的影响因素仍待更深入研究，体压测量的精度也需要进一步提高，建议结合体压分布、脊柱形态、睡眠质量等评价指标和主观舒适性的测评结果，归纳总结影响床垫舒适性的不同因素，并对这些因素进行重要性分级，探讨各种因素的内在联系，通过建立床垫舒适性的评价体系的方式，更好地预测和评价床垫舒适性。