基于體壓分布的床墊舒適性研究進展

■劉佳寧，申黎明，房嬌嬌 Liu Jianing & Shen Liming & Fang Jiaojiao

(南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計學(xué)院，江蘇南京 210037）

隨著現(xiàn)代人工作與生活壓力的增加，睡眠問題越來越受人關(guān)注。睡眠是人每日作息中必不可少的一項環(huán)節(jié)，床墊的舒適性與人的睡眠健康息息相關(guān)。選擇舒適的床墊對人的健康十分重要。

1 研究意義與方法

舒適性的影響因素較多，目前的研究中對于舒適性的評估標準缺乏一致性[1-2]。因此，量化舒適性、將客觀測量與主觀評價相結(jié)合成為床墊舒適性的評價方式之一，而人床界面的體壓分布在評價床墊舒適性中起到重要的作用[3-5]。筆者結(jié)合國內(nèi)外研究成果，基于體壓分布的影響因素及其對舒適性的影響進行歸納與分析，以期為床墊舒適性的評價提供參考依據(jù)。本研究采用文獻檢索分析法。

2 體壓分布及其影響因素對床墊舒適性的影響

研究表明，人與床界面因素與體壓分布變化存在諸多相關(guān)性。在床墊舒適性評價中，體壓分布能夠較為客觀地反映人-床界面的相互作用，并以圖像的形式展示人-床界面的壓力集中區(qū)域，為床墊評估與分區(qū)設(shè)計提供重要參考。

常用于表述接觸面體壓分布情況的指標有平均壓力、最大壓力、最小壓力、人與床接觸面積、峰值接觸壓力等。陳玉霞等指出壓力指標可從不同的角度反映人與床界面的壓力關(guān)系及其對臥姿舒適性的影響：最大壓力P95、平均壓力P50體現(xiàn)了床墊對人體作用力的大小，接觸面指數(shù)PAI反映出人與床界面不同壓力閾值范圍內(nèi)接觸面的變化，力矩指數(shù)可以體現(xiàn)臥姿是否穩(wěn)定，并反映人體活動的自由程度[6]。

本節(jié)將研究重點聚焦于體壓分布與人體、床墊、人的臥姿的關(guān)系，進而分析體壓分布對舒適性的影響。

2.1 人體和床墊特征對體壓分布的影響

人的個體特征如身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）、性別以及年齡與人和床界面體壓分布變化有著密不可分的關(guān)系[7]。方菲等將受試者按偏瘦、中等和偏胖三種體型進行分類，分析分區(qū)床墊對不同體型人群的適用性。結(jié)果顯示：中等、偏胖體型人群在分區(qū)床墊上的總壓力、接觸面積較大，平均壓力偏小，顯示出床墊對其的支撐效果較好；偏瘦人群在分區(qū)床墊上的總壓力、接觸面積較小，床墊對其的支撐效果偏弱。任林燕等采用三款不同硬度的床墊作為對照，發(fā)現(xiàn)男性的人-床界面最大壓力和壓力指數(shù)均大于女性（圖1）[8]。作者認為是男性骨突部位明顯和體重偏大造成的，進而提出男性比女性更需要軟床墊來分散壓力。Clark等（1989）使用不同減壓性能的床墊進行對照試驗，探究了人的年齡與人-床接觸壓力之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：平均最大接觸壓力、平均最小接觸壓力均與人的年齡呈正比關(guān)系[9]。

床墊的軟硬度、材料與厚度對人與床界壓力分布的影響不容忽視。任林燕等認為偏硬的床墊不利于分散壓力，且人床接觸面積較小，腰部支撐不足（圖1）。一般來講，軟硬度適宜的床墊壓力分布較為均勻。床墊的材料特性也會影響床墊整體性能，國內(nèi)外學(xué)者對海綿、彈簧和乳膠等床墊材料對體壓分布的影響做了較多研究，Low等（2016）認為乳膠材料具有良好的回彈性，使床墊能夠適應(yīng)不同體型的人群，并顯著降低人體軀干和臀部的峰值接觸壓力[10]。李莉研究指出：與泡沫棉床墊相比，波浪棉床墊的腰部接觸面積較大，貼合度更好[11]。此外，李莉等研究了床墊海綿層的厚度對壓力參數(shù)的影響，并輔以受試者主觀舒適度評價結(jié)果作為參考[12]。結(jié)果表明：在1-5cm厚度變化范圍內(nèi)，人床界面的總接觸面積與鋪墊層厚度呈正相關(guān)，最大壓力、平均壓力均與鋪墊層厚度呈負相關(guān)。

■圖1 不同硬度床墊的體壓分布

■圖2 床墊海綿類型與界面壓力和接觸面積的關(guān)系

綜上所述，選用高回彈性、貼合度良好的床墊材料、可以有效減少高壓力閾值范圍內(nèi)的人與床接觸面積，降低界面峰值壓力，優(yōu)化人與床界面壓力分布；將床墊的厚度、硬度控制在合理范圍內(nèi)，能夠有效分散界面壓力，促進人體血液循環(huán)，并降低壓瘡的發(fā)生率。

2.2 人的臥姿對體壓分布的影響

臥姿是影響人體臥床時各部位壓力分布變化的重要因素。常見的臥姿有仰臥、側(cè)臥、俯臥等。朱芋錠等認為側(cè)臥容易導(dǎo)致椎間盤壓力增大和界面壓力集中[13]。任林燕等提出仰臥時的平均壓力、最大壓力和壓力指數(shù)均小于側(cè)臥，仰臥更有利于人體與床墊充分接觸并分散壓力（圖1）。

Cho等（2010）定義了4種臥姿：仰臥、90°右側(cè)臥、軀干抬高30°和腿部抬高30°，并選用3款床墊：普通醫(yī)用床墊、空氣循環(huán)床墊和自動壓力調(diào)節(jié)圓筒形空氣床墊，測量受試者在3款床墊上4種臥姿時的界面壓力。結(jié)果表明：①右側(cè)臥90°時的界面壓力指數(shù)顯著高于另外3種姿勢；②使用普通醫(yī)用床墊和自動壓力調(diào)節(jié)圓筒形空氣床墊時，腿部抬高30°姿勢時的界面壓力顯著低于仰臥姿勢[14]。Bae等（2014）的實驗中設(shè)計了5種姿勢：A-床頭抬高0°、B-床頭抬高30°、C-床頭抬高60°、D-床頭和腳部均抬高30°和E-1種側(cè)臥姿勢（圖3），發(fā)現(xiàn)：①當床頭和腳部均抬高30°時，肩-肩胛骨、骨盆-骶骨和腳跟-腳踝區(qū)域的平均最大峰值壓力均處于合理范圍內(nèi)，患壓瘡的風險更低；②床頭角度處于30°-60°區(qū)間內(nèi)時，骨盆-骶骨區(qū)域的平均最大峰值壓力隨著角度增大而迅速增加（圖4）。

由此可見，界面壓力與床頭抬起角度存在一定關(guān)系，Moody等（2005）[15]也指出床頭抬起角度越大，界面壓力越高。同時Cho等（2010）[14]和Bae等（2014）[16]分別提出腿部、腳部抬高30°時對應(yīng)部位的界面壓力均低于仰臥姿勢，筆者推測適當抬高腿部、腳部有助于緩解對應(yīng)區(qū)域的壓力集中程度。但由于實驗的樣本量偏少，仍需要擴大樣本量、并降低環(huán)境和主觀因素的干擾，進一步研究臥姿對體壓分布的影響。

2.3 體壓分布對主觀舒適性的影響

針對體壓分布與主觀舒適度相關(guān)性的研究有很多。López-Torres等（2008）的研究發(fā)現(xiàn)床墊硬度、平均壓力的增加與整體舒適度的增加存在相關(guān)性。但是Kim等（2018）選用了4款床墊，發(fā)現(xiàn)峰值壓力和平均壓力最高的床墊的主觀舒適性最低。筆者推測實驗結(jié)果的不同可能與床墊的材料、環(huán)境因素、受試者年齡不同和偏好不同有關(guān)：López-Torres等（2008）選用了56名老年人，而Kim等（2018）的實驗中僅有年輕人參與[17-18]。不同年齡段的人對于壓力的敏感性不同，對于舒適的感知能力也不同。此外有研究表明，界面壓力分布的集中程度、界面壓力變化的平緩程度與主觀舒適度也存在相關(guān)性。Chen等（2014）指出為了提高舒適性與睡眠質(zhì)量，界面壓力分布不宜過于集中或過于均勻[19]。Grindley等（1996）選用兩款交變壓力床墊：Nimbus II和Pegasus Airwave床墊，與后者相比，前者的界面壓力變化更平緩、峰值壓力更低，且前者能夠自動改變界面壓力以適應(yīng)受試者的臥姿與體重。主觀舒適性評價也表明Nimbus II床墊優(yōu)于Pegasus Airwave床墊[20]。

然而Buckle等（1998）的實驗表明床墊主觀舒適度與身體接觸峰值壓力之間并未發(fā)現(xiàn)顯著相關(guān)性。作者推測可能與壓力傳感器位置精度不足、峰值壓力的測量方法存在誤差和舒適量表分級不明確等因素有關(guān)?？梢試L試改進舒適性評價量表，或增加體壓墊上傳感器的分布密度以提高測量精度。

3 體壓分布與床墊舒適性關(guān)系的研究現(xiàn)狀與展望

雖然關(guān)于體壓分布與床墊的相關(guān)研究已經(jīng)證實壓力指標與主觀舒適度評價結(jié)果之間存在一些相關(guān)性，但舒適性是一個復(fù)雜的概念，它在很大程度上仍會受到其他因素的影響。舒適性與個體差異、環(huán)境和心理預(yù)期等因素也存在一些關(guān)聯(lián)[21-23]。此外，疼痛感的強度、躺在床墊上的時間等因素也應(yīng)納入床墊舒適性評估的考慮范圍內(nèi)[24]。未來仍需要針對影響床墊舒適性的因素展開更深入研究，并通過改進壓力測量設(shè)備的敏感度與精確性、降低主觀因素的干擾等方式減少實驗誤差，從而為床墊優(yōu)化設(shè)計提供參考[25-26]。

4 結(jié)語

■圖3 種睡姿示意圖

■圖4 肩-肩胛骨（S-S）、骨盆-骶骨(P-S)和腳跟-腳踝(H-A)區(qū)域的平均最大峰值壓力與床的仰角的關(guān)系

本研究首先分析了體壓分布與人、床墊因素之間的關(guān)系，隨后結(jié)合文獻就體壓分布對舒適性的影響進行進一步歸納，發(fā)現(xiàn)人體、床墊變量與各項壓力指標存在相關(guān)性，界面壓力分布也會對主觀舒適性產(chǎn)生一些影響。由于舒適性的主觀性較強，床墊舒適性的相關(guān)實驗易受多種因素的影響，進而導(dǎo)致研究結(jié)果存在一些分歧。因此，舒適性的影響因素仍待更深入研究，體壓測量的精度也需要進一步提高，建議結(jié)合體壓分布、脊柱形態(tài)、睡眠質(zhì)量等評價指標和主觀舒適性的測評結(jié)果，歸納總結(jié)影響床墊舒適性的不同因素，并對這些因素進行重要性分級，探討各種因素的內(nèi)在聯(lián)系，通過建立床墊舒適性的評價體系的方式，更好地預(yù)測和評價床墊舒適性。