睡枕对侧卧脸部的挤压研究及多功能睡枕设计

张 蕾， 马晓晶， 王雪琴,2

(1. 浙江理工大学 材料与纺织学院、丝绸学院， 浙江 杭州 310018；2. 浙江理工大学 浙江省丝绸与时尚文化研究中心， 浙江 杭州 310018)

随着生活水平的提高，人们不仅只关注睡枕作为寝具的使用功能，同时开始关注睡姿问题，因为恰当的睡姿对缓解疾病、促进健康有着重要的作用[1]。研究表明，冠心病患者采用右侧卧睡姿，可减少下腔静脉回流的血流量，利于心脏休息。患有胃溃疡和消化功能障碍的人群，采用右侧睡姿不会压迫小肠、大肠等组织，利于夜间肠胃消化食物[2]。由此可见，侧卧睡姿利于某些患病人群缓解疾病，但也会带来不利影响，尤其是许多爱美人士，他们更加关注侧卧时，睡枕对脸部的挤压是否存在不利影响，以及在侧卧时如何避免或减少睡枕对脸部的挤压以防形成脸部压纹[3]，然而国内外针对这一部分的研究较少。

医疗上用于检查伤口恢复情况的血管显像仪可以监测人体某部位某段时间内的血流微循环情况，因此，可利用血管显像仪监测到的血流微循环情况来判定睡枕对侧脸挤压的影响，并通过枕型设计来消除睡枕对侧脸挤压的不利影响。枕型一般分为扁平形、立方形、S形、凹形、凸形五大类，常见的家用枕型一般为扁平型，但这种形状的睡枕舒适度不高，且在侧卧时对侧脸的挤压比较严重，研究得出S形睡枕的使用效果最佳[4-5]。本文在现有枕型研究的基础上，改良设计了一种四翼分体式多功能睡枕。利用体压分布测试仪测量该多功能睡枕对人体头部压力的分布位置以及压力大小，以此研究该多功能睡枕是否能避免或减弱对侧脸的挤压[6-7]。

1 血流微循环实验

1.1 实验仪器

实验所用仪器为医用血管显像仪TEKSQRAY-BVI，主要利用血管中血红蛋白对近红外光的吸收率与其他组织不同的原理，通过对数字影像进行一系列处理[8]，实时反映并记录人体热能图，生成人体某一点或几点的血流量图以及平均值等数值报告，主要用于医学上检查患者创伤是否恢复，其原理为：在创口处取一点A，非创口处取一点B,记录一段时间内A点与B点血流量的平均值，经过一段时间治疗后，再次记录一段时间内A点与B点的血流量的平均值，比较A点与B点2次值的变化率，若A点的变化率大于B点的变化率，则说明治疗有效果；反之治疗无效。

1.2 实验方案

本文实验选择3位不同脸型的受试者，受试者甲为小圆脸，受试者乙为小方脸，受试者丙为大圆脸。实验所用睡枕为普通家用长方形扁平枕。在受试者脸上取A、B共2点，如图1所示。A点为侧卧时受试者侧脸与睡枕接触点，B点为侧卧时受试者侧脸与睡枕非接触点。受试者微微侧躺，身体完全放松并保持静止，利用仪器检测受试者A、B这2点血流平均值，待平稳后开始第1次记录，记录完成后生成报告。然后，令受试者使用实验用睡枕侧睡 30 min，重复第1次记录的步骤，生成第2次记录报告。以上为受试者1次完整的测试。每位受试者分别进行3次完整测试。

图1 A、B点示意图Fig.1 Diagram of points A and B

1.3 实验数据分析

根据生成的报告，首先计算A、B这2点的变化率。A点变化率为每次实验中A点的第2次记录值与第1次记录值的比值；B点变化率为每次实验中B点的第2次记录值与第1次记录值的比值。最终，将每位受试者每次实验的血流平均值和A、B这2点的变化率进行汇总，结果如表1所示。参考血管显像仪检验患者创口是否愈合的原理，若A点的血流平均值变化率大于B点的血流平均值变化率，则说明睡枕对侧脸的挤压存在不利影响，反之，则不存在。

表1 血流微循环实验平均值记录表Tab.1 Mean value of blood flow microcirculation experiment

由表1可知，3个不同脸型的受试者进行的 9次实验结果均显示，A点的变化率始终大于B点，即脸部受到枕头挤压的位置的血流变化始终大于不受枕头挤压的位置的血流变化。在本文实验中，受试者仅在睡枕上侧睡30 min，不妨推论若受试者侧卧时间为正常睡眠时间(7～8 h)，A点的变化率将会远远大于B点，由此推论睡枕对脸部挤压的影响较大，因此，需要采取措施避免或消除这种影响。本文针对这一问题的突破口主要是多功能睡枕的结构创新设计。

2 多功能睡枕设计

基于以上分析存在的问题及目前的研究，本文以人体工学为基本理念，设计了一种四翼分体式多功能睡枕如图2所示。此款多功能睡枕包括枕体1，枕体上部中央凹陷的头窝区2，枕体下部为颈椎支撑区3，枕体两侧带有弧形支撑体4，两弧形支撑体上还有连接固定部件5。

图2 枕体结构图Fig.2 Structure of pillow body

通过设计四翼式结构，可改变枕体四翼形态，适应不同的睡眠习惯和需求。仰睡时，后脑稍低可增加脑部供血量，防止打鼾。凹陷的头窝还能固定头部，防止脱离枕头。枕体两侧翼变为弯曲弧度时，支撑体可通过魔术贴、暗扣等连接，套入颈部下巴之下支撑颈部，也可用于平躺固定枕头，防止落枕。此外，更适用于喜欢斜靠着看书和玩手机的人群，将枕头斜放时，套入颈部垫在下巴下的枕翼可避免颈纹的形成，减缓颈部弯曲角度及疲劳。侧卧时，枕体两侧位的支撑体可支撑起头部，使侧脸的腮部大面积悬空，避免了脸部两腮肉对眼角及下眼睑的挤压，减缓压纹的产生。本文设计造型新颖，制作简单，满足人体仰睡、侧卧、斜靠等多方面的需求，适用于各种睡眠质量不好、遭受颈椎病痛折磨的人，也适用于对睡眠有高要求的爱美人士。

3 多功能睡枕体压分布测试

3.1 实验仪器选择

本文体压测试所用仪器为Tactilus Pressure Mapping Cystem，主要由软件和长方形传感垫两大部分组成，传感垫上共计50×50个感应元件，实验结束可从软件中导出一份Excel文件，记录每个感应元件的压力，以及本文实验的最大值、最小值和平均值[9]。实验共计3组，每位受试者为1组，每位受试者共计测试2次，即分别使用对比样和实验样品在侧卧状态下进行测试。实验结束共得到6个Excel实验数据文件。

3.2 受试者选择

考虑到不同体重、身高的个体使用睡枕的差异，本次实验的受试者共有3位，受试者1#体重约为80 kg，身高约为155 cm，体型偏胖；受试者2#体重约为55 kg，身高约为170 cm，体型偏瘦；受试者3#体重约为50 kg，身高为160 cm，体型适中。其中，1#与2#、3#体型差异大，2#与3#体型差异略小。

3.3 测试方案

根据上述设计，本文以纯棉白坯布(市售)为面料，进口3A珍珠棉(市售)为填充物初步制作了 1个多功能睡枕样品作为实验样品。测量此多功能睡枕在侧卧状态下使用者的头部受压力情况。在侧卧时，统一保持受试者的颈部和头部侧面与传感垫接触，如图3所示。实验的对比样为睡眠舒适性较好的S形乳胶枕，分别使用对比样和实验样品在侧卧状态下进行测试。

图3 侧卧示意图Fig.3 Schematic of side lying

4 实验数据处理及分析

由于实验设备所限，其呈现的原始实验数据并不够直观，因此，需要将实验数据进行处理，首先制作成“Excel热力图”后，再进行比对分析。考虑到实验原始结果数据为Excel表格形式，为使操作方便快捷，本文通过以下方法进行实验数据处理。

第1步，去掉表格中的无效点。由于传感垫感应元件比较敏感，在实验过程中因不可避免的因素形成的噪点反映在数据中，这一类点需要手动删除。同时人体的有效区域为头部和颈椎，因此，删除身体其他部位的数据，方便后续结果对比。

第2步，将处理后的有效数据框选，在Excel表格中点击“开始”，选择“条件格式”下的“色阶”，再选择“其他规则”。

第3步，在操作框里“选择规则类型”栏目下，选中“基于各自值设置所有单元格的格式”；然后在“格式样式”下拉菜单中选择“三色刻度”；接着在“类型”下拉菜单中，将“中间值”设为“百分点值”，按实际情况设置“最小值”和“最大值”；然后在“值”一栏将百分点值设为“50”；最后在“颜色”下拉菜单中，设置3个色相差异较大的颜色。最终设置结果如图4所示。

采用上述方法，本文将实验所得6份Excel文件处理成6张28格×35格大小的“Excel热力图”，如图5所示。

图4 设置“Excel热力图”Fig.4 Set up “Excel hot chart”

图5 侧卧测试热力图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

从热力图的压力形状和压力面积分析可知，同一个受试者实验样品的体压分布宽度总是小于对比样，且每个受试者的实验样品热力图中，侧脸部分的压力图像缺失。结合使用时的实际情况分析，这是因为使用实验样品时，侧脸大面积悬空，尽可能地避免了睡枕对侧脸的挤压，因此，热力图上缺失侧脸部分图像，导致样品热力图宽度较窄；而使用对比样时，睡枕则会对侧脸造成挤压，因此，热力图上增加了侧脸的受压图像，导致对比样热力图宽度较宽。

5 结 论

由血流微循环实验可知，侧卧时普通家用睡枕对侧脸的挤压确实存在不利影响，因此，使用此类长方形扁平睡枕易形成脸部压纹、眼角纹等，长此以往会形成不可修复的皱纹。

本文设计的多功能睡枕结合了人体工学理论，以其独特的四翼分体式结构，满足人们对仰睡、侧卧的不同需求和习惯。仰睡时能够固定头部防止落枕，凹陷的头窝区还能增加脑部供血；侧卧时两侧翼支撑体能够支撑头部，并使侧脸大面积悬空，避免枕头对侧脸的挤压；两侧翼在弯曲状态下相互黏连，还可在斜靠时垫入下巴，防止颈部压纹的形成。

从体压分布测试热力图结果来看，同一位受试者的1次完整实验中，S形乳胶枕的热力图分布宽度总是大于四翼分体式多功能枕，表明四翼分体式睡枕因其独特的结构达到了侧卧时防脸部压纹的功能。

FZXB