睡枕對側臥臉部的擠壓研究及多功能睡枕設計

張 蕾， 馬曉晶， 王雪琴,2

(1. 浙江理工大學 材料與紡織學院、絲綢學院， 浙江 杭州 310018；2. 浙江理工大學 浙江省絲綢與時尚文化研究中心， 浙江 杭州 310018)

隨著生活水平的提高，人們不僅只關注睡枕作為寢具的使用功能，同時開始關注睡姿問題，因為恰當的睡姿對緩解疾病、促進健康有著重要的作用[1]。研究表明，冠心病患者采用右側臥睡姿，可減少下腔靜脈回流的血流量，利于心臟休息。患有胃潰瘍和消化功能障礙的人群，采用右側睡姿不會壓迫小腸、大腸等組織，利于夜間腸胃消化食物[2]。由此可見，側臥睡姿利于某些患病人群緩解疾病，但也會帶來不利影響，尤其是許多愛美人士，他們更加關注側臥時，睡枕對臉部的擠壓是否存在不利影響，以及在側臥時如何避免或減少睡枕對臉部的擠壓以防形成臉部壓紋[3]，然而國內外針對這一部分的研究較少。

醫療上用于檢查傷口恢復情況的血管顯像儀可以監測人體某部位某段時間內的血流微循環情況，因此，可利用血管顯像儀監測到的血流微循環情況來判定睡枕對側臉擠壓的影響，并通過枕型設計來消除睡枕對側臉擠壓的不利影響。枕型一般分為扁平形、立方形、S形、凹形、凸形五大類，常見的家用枕型一般為扁平型，但這種形狀的睡枕舒適度不高，且在側臥時對側臉的擠壓比較嚴重，研究得出S形睡枕的使用效果最佳[4-5]。本文在現有枕型研究的基礎上，改良設計了一種四翼分體式多功能睡枕。利用體壓分布測試儀測量該多功能睡枕對人體頭部壓力的分布位置以及壓力大小，以此研究該多功能睡枕是否能避免或減弱對側臉的擠壓[6-7]。

1 血流微循環實驗

1.1 實驗儀器

實驗所用儀器為醫用血管顯像儀TEKSQRAY-BVI，主要利用血管中血紅蛋白對近紅外光的吸收率與其他組織不同的原理，通過對數字影像進行一系列處理[8]，實時反映并記錄人體熱能圖，生成人體某一點或幾點的血流量圖以及平均值等數值報告，主要用于醫學上檢查患者創傷是否恢復，其原理為：在創口處取一點A，非創口處取一點B,記錄一段時間內A點與B點血流量的平均值，經過一段時間治療后，再次記錄一段時間內A點與B點的血流量的平均值，比較A點與B點2次值的變化率，若A點的變化率大于B點的變化率，則說明治療有效果；反之治療無效。

1.2 實驗方案

本文實驗選擇3位不同臉型的受試者，受試者甲為小圓臉，受試者乙為小方臉，受試者丙為大圓臉。實驗所用睡枕為普通家用長方形扁平枕。在受試者臉上取A、B共2點，如圖1所示。A點為側臥時受試者側臉與睡枕接觸點，B點為側臥時受試者側臉與睡枕非接觸點。受試者微微側躺，身體完全放松并保持靜止，利用儀器檢測受試者A、B這2點血流平均值，待平穩后開始第1次記錄，記錄完成后生成報告。然后，令受試者使用實驗用睡枕側睡 30 min，重復第1次記錄的步驟，生成第2次記錄報告。以上為受試者1次完整的測試。每位受試者分別進行3次完整測試。

圖1 A、B點示意圖Fig.1 Diagram of points A and B

1.3 實驗數據分析

根據生成的報告，首先計算A、B這2點的變化率。A點變化率為每次實驗中A點的第2次記錄值與第1次記錄值的比值；B點變化率為每次實驗中B點的第2次記錄值與第1次記錄值的比值。最終，將每位受試者每次實驗的血流平均值和A、B這2點的變化率進行匯總，結果如表1所示。參考血管顯像儀檢驗患者創口是否愈合的原理，若A點的血流平均值變化率大于B點的血流平均值變化率，則說明睡枕對側臉的擠壓存在不利影響，反之，則不存在。

表1 血流微循環實驗平均值記錄表Tab.1 Mean value of blood flow microcirculation experiment

由表1可知，3個不同臉型的受試者進行的 9次實驗結果均顯示，A點的變化率始終大于B點，即臉部受到枕頭擠壓的位置的血流變化始終大于不受枕頭擠壓的位置的血流變化。在本文實驗中，受試者僅在睡枕上側睡30 min，不妨推論若受試者側臥時間為正常睡眠時間(7～8 h)，A點的變化率將會遠遠大于B點，由此推論睡枕對臉部擠壓的影響較大，因此，需要采取措施避免或消除這種影響。本文針對這一問題的突破口主要是多功能睡枕的結構創新設計。

2 多功能睡枕設計

基于以上分析存在的問題及目前的研究，本文以人體工學為基本理念，設計了一種四翼分體式多功能睡枕如圖2所示。此款多功能睡枕包括枕體1，枕體上部中央凹陷的頭窩區2，枕體下部為頸椎支撐區3，枕體兩側帶有弧形支撐體4，兩弧形支撐體上還有連接固定部件5。

圖2 枕體結構圖Fig.2 Structure of pillow body

通過設計四翼式結構，可改變枕體四翼形態，適應不同的睡眠習慣和需求。仰睡時，后腦稍低可增加腦部供血量，防止打鼾。凹陷的頭窩還能固定頭部，防止脫離枕頭。枕體兩側翼變為彎曲弧度時，支撐體可通過魔術貼、暗扣等連接，套入頸部下巴之下支撐頸部，也可用于平躺固定枕頭，防止落枕。此外，更適用于喜歡斜靠著看書和玩手機的人群，將枕頭斜放時，套入頸部墊在下巴下的枕翼可避免頸紋的形成，減緩頸部彎曲角度及疲勞。側臥時，枕體兩側位的支撐體可支撐起頭部，使側臉的腮部大面積懸空，避免了臉部兩腮肉對眼角及下眼瞼的擠壓，減緩壓紋的產生。本文設計造型新穎，制作簡單，滿足人體仰睡、側臥、斜靠等多方面的需求，適用于各種睡眠質量不好、遭受頸椎病痛折磨的人，也適用于對睡眠有高要求的愛美人士。

3 多功能睡枕體壓分布測試

3.1 實驗儀器選擇

本文體壓測試所用儀器為Tactilus Pressure Mapping Cystem，主要由軟件和長方形傳感墊兩大部分組成，傳感墊上共計50×50個感應元件，實驗結束可從軟件中導出一份Excel文件，記錄每個感應元件的壓力，以及本文實驗的最大值、最小值和平均值[9]。實驗共計3組，每位受試者為1組，每位受試者共計測試2次，即分別使用對比樣和實驗樣品在側臥狀態下進行測試。實驗結束共得到6個Excel實驗數據文件。

3.2 受試者選擇

考慮到不同體重、身高的個體使用睡枕的差異，本次實驗的受試者共有3位，受試者1#體重約為80 kg，身高約為155 cm，體型偏胖；受試者2#體重約為55 kg，身高約為170 cm，體型偏瘦；受試者3#體重約為50 kg，身高為160 cm，體型適中。其中，1#與2#、3#體型差異大，2#與3#體型差異略小。

3.3 測試方案

根據上述設計，本文以純棉白坯布(市售)為面料，進口3A珍珠棉(市售)為填充物初步制作了 1個多功能睡枕樣品作為實驗樣品。測量此多功能睡枕在側臥狀態下使用者的頭部受壓力情況。在側臥時，統一保持受試者的頸部和頭部側面與傳感墊接觸，如圖3所示。實驗的對比樣為睡眠舒適性較好的S形乳膠枕，分別使用對比樣和實驗樣品在側臥狀態下進行測試。

圖3 側臥示意圖Fig.3 Schematic of side lying

4 實驗數據處理及分析

由于實驗設備所限，其呈現的原始實驗數據并不夠直觀，因此，需要將實驗數據進行處理，首先制作成“Excel熱力圖”后，再進行比對分析。考慮到實驗原始結果數據為Excel表格形式，為使操作方便快捷，本文通過以下方法進行實驗數據處理。

第1步，去掉表格中的無效點。由于傳感墊感應元件比較敏感，在實驗過程中因不可避免的因素形成的噪點反映在數據中，這一類點需要手動刪除。同時人體的有效區域為頭部和頸椎，因此，刪除身體其他部位的數據，方便后續結果對比。

第2步，將處理后的有效數據框選，在Excel表格中點擊“開始”，選擇“條件格式”下的“色階”，再選擇“其他規則”。

第3步，在操作框里“選擇規則類型”欄目下，選中“基于各自值設置所有單元格的格式”；然后在“格式樣式”下拉菜單中選擇“三色刻度”；接著在“類型”下拉菜單中，將“中間值”設為“百分點值”，按實際情況設置“最小值”和“最大值”；然后在“值”一欄將百分點值設為“50”；最后在“顏色”下拉菜單中，設置3個色相差異較大的顏色。最終設置結果如圖4所示。

采用上述方法，本文將實驗所得6份Excel文件處理成6張28格×35格大小的“Excel熱力圖”，如圖5所示。

圖4 設置“Excel熱力圖”Fig.4 Set up “Excel hot chart”

圖5 側臥測試熱力圖Fig.5 Side test-thermal chart.(a)Subject 1#-sample;(b) Subject 1#-contrast sample;(c) Subject 2#-sample;(d) Subject 2#-contrast sample;(e) Subject 3#-sample;(f) Subject 3#-contrast sample

從熱力圖的壓力形狀和壓力面積分析可知，同一個受試者實驗樣品的體壓分布寬度總是小于對比樣，且每個受試者的實驗樣品熱力圖中，側臉部分的壓力圖像缺失。結合使用時的實際情況分析，這是因為使用實驗樣品時，側臉大面積懸空，盡可能地避免了睡枕對側臉的擠壓，因此，熱力圖上缺失側臉部分圖像，導致樣品熱力圖寬度較窄；而使用對比樣時，睡枕則會對側臉造成擠壓，因此，熱力圖上增加了側臉的受壓圖像，導致對比樣熱力圖寬度較寬。

5 結 論

由血流微循環實驗可知，側臥時普通家用睡枕對側臉的擠壓確實存在不利影響，因此，使用此類長方形扁平睡枕易形成臉部壓紋、眼角紋等，長此以往會形成不可修復的皺紋。

本文設計的多功能睡枕結合了人體工學理論，以其獨特的四翼分體式結構，滿足人們對仰睡、側臥的不同需求和習慣。仰睡時能夠固定頭部防止落枕，凹陷的頭窩區還能增加腦部供血；側臥時兩側翼支撐體能夠支撐頭部，并使側臉大面積懸空，避免枕頭對側臉的擠壓；兩側翼在彎曲狀態下相互黏連，還可在斜靠時墊入下巴，防止頸部壓紋的形成。

從體壓分布測試熱力圖結果來看，同一位受試者的1次完整實驗中，S形乳膠枕的熱力圖分布寬度總是大于四翼分體式多功能枕，表明四翼分體式睡枕因其獨特的結構達到了側臥時防臉部壓紋的功能。

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