运动文胸对乳房振幅影响因素的研究

余越云 吴志明

摘要： 为了探究在运动中运动文胸对乳房保护效果的影响因素，文章选择了7款不同背部款式和面料成分的运动文胸，运用OptiTrack运动捕捉系统采集了蹦床运动中6名80B罩杯的年轻女性的乳房各部位的位移数据。运用Matlab软件将乳房上各部位的位移数据转化成相对躯干的位移，并使用SPSS软件进行检验分析，比较运动文胸的保护效果。结果表明：不同背部款式的运动文胸从优至劣为工字形>X字形>Y字形>一片式;前侧带拉链的运动文胸与不带拉链的相比，虽然方便穿脱，但对乳房的保护效果略差;运动文胸面料中的氨纶含量越高，面料弹力越大，在运动时乳房上各部位的位移极差也越大，对乳房的保护效果越弱。

关键词： 运动文胸;运动文胸设计;乳房振幅;相对位移极差;三维运动捕捉;蹦床运动

Abstract： In order to explore the factors influencing the breast protection effect of sports bras in sports， 7 different sports bras with back styles and fabric compositions have been selected in this article， and the OptiTrack motion capture system has been used to collect the displacement data of each part of the breasts of 6 young women with 80B cups during trampoline sports. The displacement data of each part of the breast has been converted into the displacement relative to the torso through Matlab， and the Spss software has been used for inspection and analysis to compare the protective effect of the sports bras. The results have shown that sports bras with different back styles are categorized from good to bad： Ⅰ-shaped>X-shaped>Y-shaped>one piece; sports bras with zippers on the front side are more convenient to put on and take off than those without zippers， but the protective effect is slightly worse; the higher the spandex content in the fabric of sports bra， the greater the elasticity of the fabric， the greater the displacement of each part of the breast during exercise， and the weaker the protective effect on the breasts.

Key words： sports bra; sports bra design; breast movement amplitute; relative displacement differentiation; three-dimensional motion capture; trampoline sports

隨着全民健身意识不断增强，女性运动健身人数日益增长。健身房的蹦床运动，有良好的塑形降脂效果，运动趣味性高，受到越来越多的女性喜爱。随着运动强度增大，乳房晃动加剧，乳房疼痛感也会增加，容易对乳房造成运动损伤。据研究显示，56%的女性表示在慢跑运动中感觉到乳房疼痛[1]，超过72%的专业女运动员表示在运动中会感受到乳房不适[2]。因此，研究运动中乳房的运动规律，科学地设计运动文胸，以增强运动文胸对乳房的保护作用，对于喜欢运动的女性及文胸生产企业有重要意义。

目前研究显示运动速度、不同运动类型和运动环境，以及是否穿着运动文胸对乳房位移均有显著的影响[3-5]。乳房位移随着跑步速度和步频增加而增加[2，6-7]。运动类型大多围绕步行、慢跑、快跑、开合跳[8]、游泳[9]等运动时乳房的运动规律。由于运动场地限制，大多数运动是在跑步机上进行测试的。本文选择健身蹦床测试数据，丰富了运动类型，可贴近真实的运动方式。

运动文胸主要由罩杯、肩带、下围、背部结构、侧比、夹弯、鸡心7个结构部位组成[10]。不同结构部位对乳房位移的影响各异，高鸡心可增加文胸的稳定性，高侧比可增加运动文胸的聚拢效果[11]。全包裹式罩杯可以最大限度承托乳房，减少乳房振幅[12]。跑步时乳房位移随着下围围度的减小而减小[12]，乳房位移随着运动文胸厚度增加而显著减小[13]。运动文胸肩带宽度、方向、面料种类对乳房位移的影响较小[14]。经查阅相关文献可知，运动文胸肩带、罩杯、下围等对乳房位移的影响已有初步研究，因此本文选择不同背部结构和面料成分的运动文胸对蹦床运动中乳房振幅的影响进行研究。

本文利用三维运动捕捉系统，捕捉在蹦床上运动时乳房不同部位的运动数据，运用Matlab将在大地坐标系统下的乳房位移数据转化为新参考坐标系下的相对位移数据，并用SPSS软件分析各测试点在前后、左右、垂直方向上的相对位移极差，比较每款运动文胸对乳房的保护效果，为今后的运动文胸设计与消费者选择运动文胸提供一定的参考依据。

1 实 验

1.1 运动文胸选择

根据市场调研结果，选择迪卡侬7款运动文胸作为实验文胸，均为最常见的结构，尺寸均为M码，适合大部分女性穿着，款式如图1—图4所示。主体面料、衬里、垫板的纤维成分如表1所示。

其中，4款运动文胸面料成分相近且背部款式不同，分别为工字形Ⅰ-1、Y字形Ⅱ-1、X字型Ⅲ、一片式Ⅳ;2款运动文胸，背部为工字形Ⅰ-2、Y字形Ⅱ-2，面料成分与相同款式的成分相差较大;其余1款运动文胸背部为工字形，前侧带拉链可开Ⅰ-3，面料成分与Ⅰ-2相近。

1.2 三维捕捉实验

1.2.1 对 象

本文选择6名体型接近，胸围尺寸为80B的女性健身爱好者，平均年龄24周岁，平均身高为165 cm，平均体重为60 kg，没有怀孕史及乳房手术史。实验对象的基本信息如表2所示。

1.2.2 设备与工具

实验使用OptiTrack三维运动捕捉系统，是一种常用的光学运动捕捉系统，8个摄像机环绕测试场地摆放，受试者按实验需求在身上关键部位贴上反光标记球，标记球通过反射LED灯投射的850 nm近红外光，系统即可计算出小球的三维位移数据。此外，还需健身蹦床、剪刀、医用胶带、可擦记号笔、卷尺、节拍器等。

1.2.3 过 程

要求受试者下半身统一穿着紧身运动长裤，按顺序换上实验运动文胸。受试者站在蹦床中央，上身挺直，双手叉腰，保持稳定，跟随节拍器（0.5 s/拍），匀速进行高抬腿运动，保持交替抬腿至水平。采用运动捕捉系统测试乳房位移数据，每次测试前均对乳房进行标定，确定测试捕捉点。

1.2.4 标记点选取

由于乳房两侧的运动规律相似[15]，故仅选择左侧乳房进行研究，测试乳头点及距离乳头点上、下、左、右各4 cm的点的位移数据（共5点）。乳房各部位测试点的初始数据以大地为参考系，数据包括乳房自身位移和人体躯干的位移。为了分析乳房振幅规律，不仅需要在乳房上选择测试点代表乳房运动，还需要在人体上选择参考点代表躯干运动。为准确研究乳房相对躯干的运动，在建立参考坐标系时，参考点需与骨骼运动一致，并且受到皮肤拉伸较小，还应避免穿着运动文胸对参考点的遮挡。因此，本文选择以胸骨角上切迹、右肋弓下缘以及左肋弓下缘，共3点建立躯干坐标系[16]。

实验对象共需粘贴8个反光标记点，粘贴部位如图5所示，依次为：左侧乳头点（B1）;乳房内侧水平4 cm处（B2）;乳房外侧水平4 cm处（B3）;乳房下侧垂直4 cm处（B4）;乳房上侧垂直4 cm处（B5）;胸骨角上切迹（O1）;右侧第十根肋骨下缘与右乳头点对齐处（O2）;左侧第十根肋骨下缘与左乳头点对齐处（O3）。

1.3 建立相对位移坐标系统

运用Matlab将在大地坐标系统下的乳房位移数据转化为新参考坐标系下的相对位移数据，以O1、O2、O3建立相对位移坐标系i，O1点为坐标系原点，O2O3确定Y轴方向，Y轴为左右方向，向左为正;三点确定的平面的法向量x=O1O2×O2O3作为X轴，为前后方向，向前为正;XOY面的法向量作为Z轴，z=O2O3×x为垂直方向，向上为正。相对位移的坐标系如图6所示。

2 实验结果分析

2.1 数据处理

对各标记点（6名实验对象×7款运动文胸×8个标记点=336个点）的所有实验数据进行预处理，修复缺失数据，去除明显错误和异常的数据后，将所有标记点的数据均转换成相对位移坐标系下的位移数据。

乳房相对位移极差为1个稳定周期（4 s）中相对位移的最大值与最小值之差。由于在蹦床上高抬腿运动时，受到跳躍程度、呼吸强度等因素的影响，导致每个周期内的相对位移极差有一定差异，因此计算每位受试者3个周期的乳房相对位移数据，再求每款文胸的均值（每款文胸的样本数共为18）作为乳房上5点在各方向上的位移数据。

表3为乳房上5点在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上的相对位移极差均值。相对位移极差反应乳房的震动大小，极差越大说明乳房位移幅度越大，晃动越剧烈[17]。结果显示，穿着每款运动文胸时，乳房上各点在前后和左右方向上的位移极差较为接近，垂直方向上的相对位移极差最大，运动时乳房在垂直方向上的晃动最为剧烈，所以在评价运动文胸保护效果时，可将垂直方向的保护效果作为主要参考指标。

2.2 数据分析

2.2.1 不同方向上乳房各点比较

每位实验对象穿着7款不同的运动文胸，在蹦床上进行高抬腿运动，乳房位移存在一定的差异，因此使用SPSS软件先按7款运动文胸分析乳房上5点的位移数据，进行正态分布检验，如表4所示。因样本量为126，小于2 000，所以通过夏皮洛-威尔克统计，结果显示，在垂直（Z）方向七分之六的数据P<0.05，不符合正态分布;在前后（X）和左右（Y）方向也有小部分数据不符合正态分布。因此，选用非参数检验进行数据分析。

采用非参数检验K个独立样本，检验穿着7款运动文胸时乳头点（B1）、乳房内侧（B2）、乳房外侧（B3）、乳房下侧（B4）、乳房上侧（B5），此5点在前后（X轴）、左右（Y轴）和垂直（Z轴）3个方向上的相对位移极差，如表5所示。结果显示：在前后（X轴）和左右（Y轴）方向上，P=0<0.05，乳房上不同测试部位，相对位移极差有显著差异;在垂直（Z轴）方向上，P=0.848>0.05，位移极差无显著差异。因此，在分析比较不同运动文胸差异时，不可仅选用乳头点的位移代表整个乳房的位移，应将5个点的位移数据都作为参考依据。

2.2.2 不同款式的运动文胸比较

1）后背款式不同。实验运动文胸Ⅰ-1、Ⅱ-1、Ⅲ、Ⅳ的面料成分接近，后背款式不同，分别为工字形、Y字形、X字形、一片式。由于款式不同，无法控制每款运动文胸的装饰面料一样，仅控制主体面料接近，即视为文胸的面料对防震效果的影响一致。因为乳房上不同部位的相对位移极差数据不符合正态分布，所以采用非参数检验的K个独立样本进行检验，结果如表6所示。由表6可知，穿着此4款运动文胸运动时，乳房上不同部位在各方向的位移存在显著差异（P<0.05），运动文胸的后背款式对乳房振幅有显著影响。如图7所示，在垂直方向的位移极差最大，乳房晃动最为剧烈，乳房各部位的位移极差依次为Ⅳ>Ⅱ-1>Ⅲ>Ⅰ-1，Ⅲ与Ⅰ-1差异不明显;在前后方向上，乳房外侧的位移极差最大，综合乳房上5点数据，Ⅲ>Ⅰ-1;在左右方向上，乳房下侧的位移极差最大，综合乳房上5点数据，Ⅲ>Ⅰ-1，所以Ⅰ-1相比Ⅲ在前后和左右方向的保护效果较强。

乳房的位移越大，说明运动文胸对乳房的保护作用越弱，综合前后、左右、垂直方向的位移极差，4款实验文胸对乳房的保护效果从强到弱依次为工字形Ⅰ-1、X字形Ⅲ、Y字形Ⅱ-1、一片式Ⅳ。

2）前侧是否有拉链。实验运动文胸Ⅰ-2、Ⅰ-3的主体面料聚酯纤维/氨纶均为90/10，后背款式均为工字形，Ⅰ-3前侧带拉链，Ⅰ-2无。如图8所示，在前后方向，Ⅰ-2与Ⅰ-3基本无差异;在左右方向，Ⅰ-2的相对位移极差大于Ⅰ-3，可能由于Ⅰ-3前侧带有拉链，穿着后对乳房的聚拢效果较好，所以对乳房左右运动的保护效果较好;在垂直方向上，Ⅰ-3大于Ⅰ-2。垂直方向的位移极差远大于前后、左右，以垂直方向的位移极差作为主要参考指标，故工字形不带拉链的运动文胸比前侧带拉链的文胸保护效果更好。

2.2.3 不同面料成分的运动文胸比较

实验运动文胸Ⅰ-1、Ⅰ-2款式相同，均为工字形后背，主体面料的聚酯纤维和氨纶成分不同，分别为82/18、90/10。如图9所示，在前后、左右方向上，Ⅰ-2的相对位移极差略大于Ⅰ-1，但是差异不明显，因为工字形款式的运动文胸对乳房运动的保护作用最好，所以乳房运动的差异不显著。垂直方向上的位移极差远大于前后、左右方向的位移极差，约2倍，故乳房在垂直方向上的晃动最剧烈，且垂直方向上Ⅰ-1的相对位移极差大于Ⅰ-2，以垂直方向的位移极差作为主要参考依据，Ⅰ-2氨纶含量较少的运动文胸对乳房的保护效果更好。

实验运动文胸Ⅱ-1、Ⅱ-2款式相同均为Y形后背，主体面料的聚酯纤维和氨纶成分不同，分别为84/16、90/10。经非参数检验，乳房上不同部位在各方向的相对位移存在显著差异（P<0.05）。如图10所示，在前后、左右和垂直3个方向上，穿着运动文胸Ⅱ-1时乳房上5点的相对位移极差均大于Ⅱ-2，故Ⅱ-1对乳房的保护效果不如Ⅱ-2。

综合工字形和Y字形的比较结果，得出结论：运动文胸面料成分中，氨纶含量越高，面料弹力越大，穿着时乳房运动位移越大，对乳房的保护效果越差。

3 结 论

本文通过测量7款运动文胸，探究运动文胸对乳房的振幅影响，在健身蹦床上进行高抬腿运动，比较乳头点、乳房内侧、乳房外侧、乳房下侧、乳房上侧，共5点在前后、左右和垂直方向上的相对位移极差，得出以下结论。

1）比较后背款式不同的运动文胸，对乳房保护效果从优至劣依次为工字形、X字形、Y字形、一片式。后背均为工字形的2款运动文胸，其中1款前侧带拉链，虽然方便穿脱，但对乳房的保护效果比不带拉链的略差。

2）通过比较面料成分不同、后背款式分别为工字形、Y字形的运动文胸发现文胸面料的氨纶含量越高，面料弹力越大，在运动时乳房上各部位的位移极差也越大，故对乳房的保护效果越弱。

3）在前后、左右、垂直方向上，乳房上各部位的位移有显著差异，研究乳房运动时应该测试多个部位，不能用乳头点代表整个乳房运动。

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