影响中国青年男性仰睡睡枕高度的相关因素研究

肖珂莹，王笑语，王雪琴

(浙江理工大学 纺织科学与工程学院(国际丝绸学院) ，杭州 310018)

1 引言

目前，伴随人们生活节奏的加快和工作压力不断增加的情况下，人类睡眠问题逐渐成为了大众关注的焦点。根据《2020中国睡眠指数报告》显示，男性的睡眠质量低于女性。睡眠姿势和睡眠环境是影响睡眠质量的两个重要因素，不良的睡姿和睡眠环境会对颈椎造成伤害[1]。据了解，仰睡是最推荐的睡姿，因为人平躺的时候，颈椎和背部的所有肌肉都处于放松的状态。

何艳梅[3]等人通过压力分布测试及主观舒适度评判测试，认为女性压缩后仰睡枕高6-7 cm。贺石生[4]等人通过主观舒适度评判测试，将枕高与测试者拳高比较，认为仰睡压缩前枕高应为二分之一拳高。侯建军[5]等人通过压力分布测试和主观评价讨论分析，推荐压缩后仰睡枕高6-7cm。熊毅[6]等人通过X光测量计算颈胸段脊柱矢状位曲度参数(不分性别)，推荐仰睡枕高在10 cm附近。张蕾[7]通过测量女性测量头窝高度及颈窝高度推荐女性仰睡压缩后枕高头窝高度4.8 cm、颈窝高度6.5 cm。

从保护颈椎健康的角度出发，本文将主要针对我国青年男性这一特定群体，通过测量201位青年男性的头颈生理数据并进行聚类分析和仰卧体压分布测试分析，利用SPSS软件进行数据分析及设计研究，坚持“以人为本”的出发点[2]，将人与睡眠环境关联讨论，提出结合环境的压缩后枕高建议。

2 方法

2.1 仰睡睡枕数据采集方法

考虑到理想的枕头应该能够适应个体的颈椎生理曲度[8]，本文通过统计测量头窝高度及颈窝高度，与身体形态数据进行相关性分析及聚类分析。

仰睡睡枕数据主要分为头窝高度与颈窝高度，如图1，仰卧时枕后点与床面间的距离M0N0为头窝高度，后颈点与床面间的距离O0P0为颈窝高度。如图2所示，测试者放松直立，以法兰克福方法定位头部，目视前方，使用颈椎测量尺(图3)进行测量。A尺垂直切于测试者背部，B尺滑动至后颈点O处，C尺滑动至枕后点M处，则B尺读数为颈窝高度OP，C尺读数为头窝高度MN。

图1 仰睡睡枕数据示意

图2 仰睡睡枕数据测量方法

图3 颈椎测量尺

2.2 仰卧体压分布测试方法

(1)实验对象

仰卧测试根据第二节中对头颈形态的聚类分析，选取三类头颈形态的青年男性各一名为实验对象进行测试，实验对象身体数据如表1所示。

表1 仰睡体压分布测试实验对象身体数据

(2)实验设备

使用Tactilus Pressure Mapping System人体压力分布测试仪，该仪器采用由2 500个感应元件组成的矩形传感垫及配套软件组成，感应面积5083.69 cm2，以excel文件格式保存2 500个感应元件所测结果数据，输出单位kPa。

(3)实验样品

仰卧试验样品分为1只主实验枕C(图4)、1条辅助头窝增厚坯布B1、2条辅助颈窝增厚坯布B2、B3组成。选用纯棉白坯布作为包覆面料、填充圆柱形乳胶粒所制头颈分区枕，长宽均为30 cm。主实验枕中30 cm×20 cm为头窝区域，仰卧时压缩后高度为3.8 cm；另30 cm×10 cm为颈窝区域，仰卧时压缩后高度为5.7 cm。辅助增厚坯布均为宽30 cm的长方形坯布，辅助头窝增厚胚布B1折叠后至于主实验枕头窝区域下方，使仰卧时头窝区域压缩后总高度为5.5 cm；2条辅助颈窝增厚坯布B2、B3折叠后至于主实验枕颈窝区域下方，使仰卧时颈窝区域压缩后总高度分别为7.0 cm、6.6 cm。

(4)实验方案

考虑到仰卧时不同床垫下陷影响差异不明显，统一设定无床垫睡眠环境。将压力传感垫置于实验枕上方、实验者头、颈、肩及部分背部下方，待3 min后压力值较为稳定时，读取测试数据。实验对照条件如表2所示。

表2 仰睡实验条件

2.3 实验结果处理

实验结果采用Matlab软件进行插值处理得到各条件下的压力云图进行体压分布比较，将头颈部、上肢其余部位及整体测试结果进行运算处理，用excel计算纵向压力分布、最大压强、平均压强、接触面积。通过同实验者不同枕高体压分布变化、不同实验者同枕高体压分布变化、不同床垫环境下体压分布变化三个方面讨论体压分布与枕高的关系。

2.4 数据处理

通过SPSS软件对数据做预处理，筛除异常值，并进行相关性分析与聚类分析。通过相关性分析探讨仰睡数据与身体数据是否具有相关性，通过聚类分析对仰睡数据根据数据分布进行分类，为产品设计提出建议。

3 结果

3.1 仰睡高度数据分析

仰睡睡枕数据来自于201名青年男性，使用SPSS软件进行初步处理，去除异常值后保留有效数据196人，有效率97.51%。头窝高度偏度0.876，峰度0.183；颈窝高度偏度0.249，峰度-0.252。上述偏度及峰度均小于一，可认为数据呈正态分布。将头窝高度、颈窝高度与身体数据进行相关性分析，无明显相关性，结果如表3所示。

表3 头窝高度、颈窝高度与身体数据相关性分析

上述结果说明仰睡高度与身体体型无关，因此进行聚类分析，通过SPSS软件二阶聚类分析，将头颈形态分为三类，分类情况如表4所示。头窝高度分为普通高度与较高高度两类，如表5所示，聚类中心分别在五十百分位和九十五百分位附近。其中头窝高度为普通高度的人群，颈窝高度分为普通高度与较高高度两类，聚类中心分别在五十百分位与八十四百分位附近。而头窝高度较高的人群，颈窝高度同样偏高，此类人群的颈窝高度聚类中心在六十八百分位附近。

表5 仰睡数据聚类结果

如图5，三类头颈形态有明显差异，具体类型如图所示。

图5 仰睡睡枕数据聚类分析谱系图

3.2 仰睡体压数据分析

(1)体压分布云图

以1号实验对象(头低颈高型)为例，如图6所示，当睡枕的头窝高3.8 cm、颈窝高5.7 cm时，与1号实验者的头型比较颈窝高度略低，因此主要压力分布于头部，颈部压力较小；如图7所示，当睡枕的头窝高3.8 cm，颈窝高7.0 cm时，与1号实验者的头型契合，头颈压力分布良好；如图8所示，当睡枕的头窝高5.5 cm，颈窝高6.6 cm时，与1号实验者的头型比较头窝高度与颈窝高度略高，主要压力分布于颈部，头部压力较小，且总体头颈部压力减小。可见从体压分布的角度考虑，头窝高度3.8 cm、颈窝高度7.0 cm的睡枕更合适。

图6 1号实验对象使用头窝高度3.8 cm颈窝高度5.7 cm睡枕时体压分布情况

图7 1号实验对象使用头窝高度3.8 cm颈窝高度7.0 cm睡枕时体压分布情况

图8 1号实验对象使用头窝高度5.5 cm颈窝高度6.6 cm睡枕时体压分布情况

(2)纵向压力分布曲线

将原始数据为50*50的excel表做压强积分处理，并以纵坐标画图，得到纵向压强分布曲线。如图9，曲线主要分为三个峰值区域，从左至右分别为上身压强，颈部压强，头部压强。为便于讨论，分别将头窝高3.8 cm、颈窝高5.7 cm定为1号枕、头窝高3.8 cm、颈窝高7.0 cm定为2号枕、头窝高5.5 cm、颈窝高6.6 cm定为3号枕。

图9 仰睡纵向压强分布图

1号实验者为头低颈高型，使用2号枕时头颈部型态较为契合，压力分布均匀；

2号实验者为头低颈低型，使用1号枕时头颈部形态较为契合，整体压力分布均匀。

3号实验者为头高颈高型。使用1号枕时头部压力明显高于颈部；使用2号枕时颈部压力高于头部压力；使用3号枕时颈部高度较为符合生理头型需求，但颈部压力高于头部压力，整体体压分布情况并不理想。

综上所述，头低颈低型及头低颈高型在使用符合生理头型需求的睡枕时压力分布均匀，但头高颈高型在使用符合生理头型需求的睡枕时体压分布并不理想，而在符合颈窝高度的而头窝略低睡枕高度时体压分布更好。

(3)最大压强及平均压强

考虑仰睡睡枕枕高对上肢体压分布无明显影响，因此在本小节只讨论头部及颈部的最大压强和平均压强变化。

如图10，三名实验者的平均压强变化差异较小。基于三名实验者头型不同，最大压强结果差异较大的现象，分开进行讨论。

图10 仰睡平均压强及最大压强

1号实验者使用颈窝高度较低而头窝高度符合生理需要的1号枕时，头部最大压强较大，颈部最大压强较小，为头部做主要支撑，而使用颈窝高度符合生理需要的生理需要的睡枕时，颈部最大压强略高于头部，随着头窝高度增加，头颈窝整体压力变小。

2号实验者在使用适合生理头颈形态的1号枕时头颈部压力较为均衡，当颈窝高度高度增加后，颈部最大压强没有变化，而头部最大压强随着颈窝高度的增加而增加。但当头颈高度均高于实验者生理头颈需求时，颈部最大压强增加，头部最大压强与适合生理头型高度时相近。

3号实验者在使用头颈高度均不符合生理头型需求的1号枕时头部压力略高于颈部。当颈窝高度上升至3号实验者颈部生理需求高度时，头部最大压强降低，主要靠颈部支撑。当头窝高度上升至3号实验者颈部生理需求高度时，颈部最大压强略微上升。

(4)接触面积

仰睡头部接触面积同样采用5 mmHg(0.67 kPa)、10 mmHg(1.33 kPa)、 20 mmHg(2.67 kPa)、30mmHg(4.00kPa)四项定义区间PAI≥5、PAI≥10、PAI≥20，分析头颈部的接触面积与睡枕高度关系。

根据图11可以看到同一实验者的不同PAI曲线变化趋势相同。

图11 仰睡头颈部接触面积

1号实验者在使用1号枕时，头部PAI高于颈部；睡枕颈窝高度上升后，头部PAI减小，颈部PAI增大，颈部支撑增加。

2号实验者在使用适合睡枕时头颈部PAI较为均匀。

3号实验者在使用三只睡枕样品时PAI变化并不明显，使用2号枕时头颈部PAI较为均衡。

综上所述，三种头颈形态的男性在使用符合自身生理头颈形态需要的睡枕时体压分布情况较好。

3.3 主观评价分析

采用问卷设计及测试方法，实验对象为体压分布测试中的实验人员。本实验采用语义分析法，通过测试者主观感受进行评价，并与体压分布实验结果结合进行分析。本次实验评定尺度共分为7级，分别以+3、+2、+1、0、-1、-2、-3对应评价：极为舒适、非常舒适、舒适、一般、胀感、酸感、酸痛。

仰睡主观舒适度评价结果如图12，可以看到1号枕普遍认为舒适，而2号枕及3号枕的差异较大。具体整体舒适枕高(即整体评价>0)区间如表6。

图12 仰卧主观舒适度评价结果

表6 仰卧适合枕高区间(均为压缩后枕高)

4 讨论

4.1 仰睡高度

通过SPSS软件将头窝高度、颈窝高度与身体数据进行相关性分析，发现仰睡高度与体型无关，再对其通过聚类分析后，将中国青年男性头颈形态分为三类。对这三类头颈形态提出仰卧枕高建议：第一类为头低颈低，头部与颈部所需高度均较小；第二类为头低颈高型，头部所需高度较小，颈部所需高度较大；第三类为头高颈高型，头部与颈部所需高度均较大。

4.2 仰卧体压分布

首先在三类头颈形态中各选取一名青年男性进行体压分布实验，通过体压分布云图(二维及三维)、纵向压力分布曲线、最大压强及平均压强、接触面积指数及主观评价等五项进行数据处理分析，总结出仰卧时枕高变化对体压分布影响，和对不同头颈形态人群体压分布较好的枕高区间。结果显示人们在使用符合自身生理头颈形态需要的睡枕时体压分布情况较好。

5 总结

本文通过对我国青年男性进行头颈形态数据聚类分析及体压测试分析，再结合目前国内市场对睡枕的型号数量的要求，最终认为在无床垫的环境下，头颈形态不同的男性在使用符合自身生理头颈形态需要的睡枕时对颈椎健康最好，生理健康枕高包含于整体舒适枕高、体压分布良好枕高内，因此推荐生理健康枕高作为产品设计高度：头低颈高型枕高为头窝3.8 cm,颈窝6.8 cm、头低颈低型枕高为头窝3.5 cm,颈窝5.7 cm、头高颈高型枕高为头窝5.3cm,颈窝6.7cm。