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

(南京林業大學家居與工業設計學院，江蘇南京 210037）

隨著現代人工作與生活壓力的增加，睡眠問題越來越受人關注。睡眠是人每日作息中必不可少的一項環節，床墊的舒適性與人的睡眠健康息息相關。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]。筆者結合國內外研究成果，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。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域，為床墊評估與分區設計提供重要參考。

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系及其對臥姿舒適性的影響：最大壓力P95、平均壓力P50體現了床墊對人體作用力的大小，接觸面指數PAI反映出人與床界面不同壓力閾值范圍內接觸面的變化，力矩指數可以體現臥姿是否穩定，并反映人體活動的自由程度[6]。

本節將研究重點聚焦于體壓分布與人體、床墊、人的臥姿的關系，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量指數（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，分析分區床墊對不同體型人群的適用性。結果顯示：中等、偏胖體型人群在分區床墊上的總壓力、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，發現男性的人-床界面最大壓力和壓力指數均大于女性（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性。結果表明：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，國內外學者對海綿、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的影響，并輔以受試者主觀舒適度評價結果作為參考[12]。結果表明：在1-5cm厚度變化范圍內，人床界面的總接觸面積與鋪墊層厚度呈正相關，最大壓力、平均壓力均與鋪墊層厚度呈負相關。

■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的人與床接觸面積，降低界面峰值壓力，優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，能夠有效分散界面壓力，促進人體血液循環，并降低壓瘡的發生率。

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、側臥、俯臥等。朱芋錠等認為側臥容易導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均小于側臥，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°右側臥、軀干抬高30°和腿部抬高30°，并選用3款床墊：普通醫用床墊、空氣循環床墊和自動壓力調節圓筒形空氣床墊，測量受試者在3款床墊上4種臥姿時的界面壓力。結果表明：①右側臥90°時的界面壓力指數顯著高于另外3種姿勢；②使用普通醫用床墊和自動壓力調節圓筒形空氣床墊時，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種側臥姿勢（圖3），發現：①當床頭和腳部均抬高30°時，肩-肩胛骨、骨盆-骶骨和腳跟-腳踝區域的平均最大峰值壓力均處于合理范圍內，患壓瘡的風險更低；②床頭角度處于30°-60°區間內時，骨盆-骶骨區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區域的壓力集中程度。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性的研究有很多。López-Torres等（2008）的研究發現床墊硬度、平均壓力的增加與整體舒適度的增加存在相關性。但是Kim等（2018）選用了4款床墊，發現峰值壓力和平均壓力最高的床墊的主觀舒適性最低。筆者推測實驗結果的不同可能與床墊的材料、環境因素、受試者年齡不同和偏好不同有關：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性。Chen等（2014）指出為了提高舒適性與睡眠質量，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受試者的臥姿與體重。主觀舒適性評價也表明Nimbus II床墊優于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現顯著相關性。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。可以嘗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系的研究現狀與展望

雖然關于體壓分布與床墊的相關研究已經證實壓力指標與主觀舒適度評價結果之間存在一些相關性，但舒適性是一個復雜的概念，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、環境和心理預期等因素也存在一些關聯[21-23]。此外，疼痛感的強度、躺在床墊上的時間等因素也應納入床墊舒適性評估的考慮范圍內[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，從而為床墊優化設計提供參考[25-26]。

4 結語

■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)區域的平均最大峰值壓力與床的仰角的關系

本研究首先分析了體壓分布與人、床墊因素之間的關系，隨后結合文獻就體壓分布對舒適性的影響進行進一步歸納，發現人體、床墊變量與各項壓力指標存在相關性，界面壓力分布也會對主觀舒適性產生一些影響。由于舒適性的主觀性較強，床墊舒適性的相關實驗易受多種因素的影響，進而導致研究結果存在一些分歧。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，建議結合體壓分布、脊柱形態、睡眠質量等評價指標和主觀舒適性的測評結果，歸納總結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，探討各種因素的內在聯系，通過建立床墊舒適性的評價體系的方式，更好地預測和評價床墊舒適性。