基于成年女性頭頸肩部參數的健康睡枕的設計

祝杭琪，張蕾，王雪琴1，

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

1 引言

現代人對手機、平板、電腦等電子產品的依賴，使低頭族日益增多，加上部分人群長期不良的睡眠姿勢等原因，脊椎病的發病率也在增高。目前市場上的睡枕大多側重于外觀結構和功能設計兩個方面，且并未將人體仰睡與側睡時不同的睡枕高度進行區分。所以，設計一款符合人體頭頸肩生理參數的健康睡枕，使脊椎在睡眠時得到良好的休息便有了意義。

健康睡枕的設計需要考慮以下三點：睡枕的相關參數、人體頭頸肩的生理參數、側臥仰臥時不同的生理參數。

睡枕的主要作用是維持人體在睡眠時正常的生理曲線不變形[1]。選用符合人體頭頸肩部生理參數的睡枕，可以保護脊椎從而提高睡眠質量[2]。通過與睡枕相關的文獻的研究，可以獲得普通睡枕的各項參數，為健康睡枕的設計提供理論與方向指導。在文獻研究結果的基礎上，文章進行了健康睡枕的枕形與枕體設計，設計的主要考慮因素是睡枕的功能性。為了得出符合成年女性頭頸肩生理參數的健康睡枕的具體參數范圍，本文又進行了90名中國成年女性人體頭頸肩數據的采集與相關性分析，90名實驗對象中穿衣尺碼為S、M、L的各30名。這些數據的采集不僅對健康睡枕的設計有參考價值，在其他相關產品的設計中也可以提供有益的參考。

最后文章結合文獻研究結果與數據分析結果，得出了符合成年女性頭頸肩生理參數的健康睡枕的具體參數范圍，并參考文獻研究結果設計了一款中號多功能健康睡枕。

2 睡枕需求分析

2.1 睡枕物理學需求

(1)枕形。睡枕的形狀關系著人體睡眠時脊椎的受力點，合適的枕形可以使脊椎有一個良好的受力情況，使脊椎得到放松從而提高睡眠質量[3]。所以，枕形是睡枕設計的重要考慮因素之一。

目前市場上的睡枕形狀品種較多，主要有扁平形、凹形、立方形、圓柱形、凸形、S形和蝴蝶形[4]，如表圖1所示。扁平型睡枕不符合人體工學，長期使用易患上頸椎疾病。同樣的，凹形睡枕與立方枕也無法提供脊椎在睡眠時良好的受力，舒適度評價也不高。立方形睡枕由古時延續而來，高度較高亦不適合使用。圓柱形、凸形與S形睡枕因其形狀較貼合睡眠時的脊椎狀態而擁有較好的舒適性[5]。

表1 枕形示意圖

(2)枕高。睡枕過高或過低，都會使頸椎長期處于過度拉伸的狀態，這樣容易導致頸椎及肌肉勞損，誘發或加重頸椎病[6-8]。所以，枕高也是睡枕設計的重要考慮因素之一。

針對枕高的研究，不同學者的研究結果大致相似，但也不盡相同。如表2所示，未區分側睡枕高與仰睡枕高的研究，枕高范圍有(8,15)cm[1]和10 cm左右[9]兩種結論。多數研究都對側睡枕高與仰睡枕高進行了區分，且側睡枕高一般比仰睡枕高略高。側睡枕高的結論除了男性不高于(12.36±0.92) cm，女性不高于10.95±0.98) cm[10]，還有三分之二握拳高度[11]、(7,8)cm[12]、(7,15)cm[13]與(9,10)cm[5]四種結論。仰睡枕高的范圍則有一半握拳高度[11]、(6,7)cm[12]、(6,12)cm[13]與(7,8)cm[5]四種結論。一款睡枕的合適側睡枕高與仰睡枕高因人而異，所以在健康睡枕的設計時也要具體考慮。

表2 文獻研究中的枕高整理表

(3)枕長與枕寬。針對枕長和枕寬的研究較少,且定論均有差異，不同學者提出的合適枕長總結整理后如表3所示。與枕高不同，一款睡枕的合適枕長與枕寬有一個大致的范圍，在健康睡枕的設計時可以視情況具體設置。

表3 文獻研究中的枕長和枕寬整理表

(4)材質類型。

在古代，睡枕有軟枕與硬枕之分。硬枕的材質則有玉、瓷、石、銅、竹。軟枕的材質有絲綢、棉、麻等，其填充材料有棉花、蕎麥、干花、中草藥等，不同的填充材料可以帶來不同的氣味、質感與療效，但也存在易變形、易滋生細菌、彈性不佳等缺點[16]。

到了現代，睡枕的材質有羽絨、天然乳膠、PE彈性管與慢回彈材料等。現代睡枕填充材料在支撐力、吸濕性、抗菌性、透氣性、彈性等方面都比傳統的枕芯材料優越，但是也存在著缺點，例如羽絨材質不易清洗，乳膠材質價格較昂貴，PE彈性管可水洗清洗，而慢回彈材料的普及范圍不大[17]。綜合考慮后，本文健康睡枕的材質將選擇乳膠。

2.2 睡姿生理學需求

頸椎在自然站立位時呈前凸弧形生理曲線，如圖1所示，可以起到緩沖保護作用。在人體睡眠時，需要合適的睡枕對脊椎進行支撐，以防止脊椎的生理曲線變形，從而引發相應的脊椎生理疾病[18]。

圖1 正常的頸椎生理曲線

根據脊椎的前凸弧形生理曲線，一款符合人體工學的健康睡枕應該在人體仰臥時，在頸后正中間位置提供支撐點，在人體側臥時，在頸部側方的中央提供支撐點[13]。由此，健康睡枕在具體參數設置時將對側睡高度與仰睡高度進行區分。

3 健康睡枕的外觀設計

3.1 外觀結構設計

基于前文枕形的總結以及睡姿生理學的需求，一款符合人體頭頸肩參數的健康睡枕應該滿足人體在仰臥、側臥時的不同生理狀態，所以本文創新性地設計了一種正面倒置“H”形、側面“S”形的枕形?！癝”形的設計更加符合人體睡眠時頸椎曲線呈前凸形，而后腦勺向后凸起的生理狀態。倒置“H”型的設計使人體在側睡時只有下巴與額頭接觸枕體的兩翼，而側臉大面積懸空，可以減少側臥時臉部的壓力，從而減緩壓紋的產生。參考人體的頭型，本文又增加了頭窩的設計，使人體的頭部在睡眠時更加貼合睡枕，一定程度上可以減少脫枕與落枕情況的發生。

在枕體的設計上，本文創新性地設計了短翼睡枕與長翼睡枕兩款睡枕。兩款睡枕的枕體都由四翼、側睡區域與仰睡區域三部分組成。其中短翼睡枕的仰睡區域下陷，高度比側睡區域略低，更加符合人體睡眠時的頭頸肩部狀態，同時也能夠減少睡眠時的脫枕情況。而長翼睡枕由于沒有下陷的仰睡區域，所以四翼長度更長，其生產制作工序也更簡單。

為了增加健康睡枕的功效性，在枕體下部設計了可變形鐵絲與中空填充區?？勺冃澡F絲可以一定程度上改變枕體下部的形狀，從而滿足使用過程中的個性化需要。中空填充區可以填充不同的材料，如傳統枕芯材料，來滿足不同人群對睡枕軟硬度、高度以及特殊功效的不同要求。同時，枕體的材質參考前文枕芯材料總結后選擇乳膠，綜合比較下乳膠不僅具有優良的性能和性價比，也更適用于實際生產。

3.2 外觀結構圖

短翼睡枕包括枕體(1)、下陷的仰睡區域(2)、頸部支撐(3)、頭窩區域(4)、側睡區域(5)和四翼(6)，其中枕體(1)下部可內置可變形鐵絲(7)或中空填充區(8)，結構圖如圖2所示。

圖2 短翼睡枕的結構圖

長翼睡枕是在短翼睡枕的基礎上進行的省程序設計，它包括枕體(1)、仰側睡區域(2)、頸部支撐區(3)、頭窩區域(4)、四翼(5)，其中枕體(1)下部可內置可變形鐵絲(6)或中空填充區(7)，結構圖如圖3所示。

圖3 長翼睡枕的結構圖

4 成年女性個體化睡枕參數的設計

多功能健康睡枕的枕形、材質及功能性在前文中已設計完成，為了進一步得出更加符合中國年青女性頭頸肩生理參數的各項睡枕參數范圍,如枕高、枕長、枕寬等，本文又進行了90名中國成年女性人體的頭部、肩部、頸部各處睡枕相關數據的采集，并對所采集的數據進行了歸納分析與數據之間的相關性分析。

4.1 成年女性睡枕相關數據采集

本次數據采集以中國現代年青女性為對象，實際采集了90例在校女大學生頭頸肩各處與睡枕相關的數據，其中90名實驗對象中穿衣尺碼為S、M、L的各30名。采集的數據分兩類，一類是“身體數據”：身高、體重、上衣尺碼、肩顴距(s)[9](見圖4)與肩寬；一類是“睡枕數據”：頭圍、頭圍上的AB弧線(見圖5)、臉部CD直線(見圖6)、頸高、頭窩高度、頸窩高度、側睡高度與仰睡區域寬度，數據由采集者對調查對象實際測量獲得。

圖6 CD直線示意圖

“身體數據”的采集，是為了后續睡枕與人體體型之間的關系的研究，而“睡枕數據”的采集，是為了得出符合人體頭頸肩具體生理參數的健康睡枕的具體參數。作為確定健康睡枕主要參數的頭窩高度、頸窩高度以及側睡高度三組數據用頸椎測量尺(見圖7)測量獲得，其余數據用頭圍測量尺測量獲得(見圖8)。

圖7 頸椎測量尺

圖8 頭圍測量尺

數據采集過程中，被測者均呈自然直立狀態，雙目水平直視前方，頭頸肩部放松。身高、體重、上衣尺碼三組數據根據被測者的自身實際情況進行記錄。肩顴距根據圖4的方法進行測量記錄，肩寬用軟尺測量兩肩峰之間的垂直距離來獲得。頭圍利用頭圍尺測量經過眉心與后腦勺凸點的最小曲面的周長來獲得，AB弧線與CD弧線根據圖5與圖6的方法進行測量記錄，頸高用軟尺測量兩側鎖骨中央凹陷處到下巴里的垂直距離來獲得。頭窩高度與頸窩高度的測量，利用頸椎測量尺獲得，測量時使A尺與背部保持平行狀態，調節B尺到頸窩中間、C尺到頭窩中間，則B尺和C尺的讀數分別為頸窩高度和頭窩高度。側睡高度測量時，使脊椎測量尺的A尺與頸部垂直，與肩部保持水平，C尺在耳側垂直，B尺移到肩峰凸點，記錄A尺的讀數即可獲得側睡高度數據。

4.2 成年女性睡枕參數相關性分析

通過研究“身體數據”數據間的相關性和“睡枕數據”與“身體數據”之間的相關性，可以獲得睡枕參數與體型之間的相關性情況，對健康睡枕的設計有一定的指導作用。所以本文研究了兩組數據之間的相關性：“身高、體重、肩顴距、肩寬”與“頭窩高度、頸窩高度、側睡高度”之間的相關性、“上衣尺碼”與“肩顴距、肩寬、頭窩高度、頸窩高度、側睡高度”之間的相關性，所有相關性分析均使用SPSS 20.0完成。

(1)“身高、體重、肩顴距、肩寬”與“頭窩高度、頸窩高度、側睡高度”之間的相關性分析。由于“身高、體重、肩顴距、肩寬”等采集的信息是連續性數值，因此采用雙變量相關分析法進行分析，結果如表4所示。

表4 “身高、體重、肩顴距、肩寬”與“睡枕數據”的相關矩陣

**Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed)，*Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).

側睡高度與肩顴距、肩寬、身高、體重、頭窩高度、頸窩高度的相關系數r分別為0.941、0.616、0.499、0.461、0.355、0.168，即側睡高度與肩顴距、肩寬、身高、體重、頭窩高度、頸窩高度分別極強的正相關、呈強的正相關、中度正相關、中度正相關、弱的正相關、極弱的正相關。因此可以得出結論：側睡高度的研究主要從肩寬和肩顴距著手，其次是身高和體重。

仰睡高度參考頸窩高度，頸窩高度與頭窩高度相關系數r為0.776，呈強的正相關，觀察表6可知，頸窩高度、頭窩高度與身高、體重、肩寬、肩顴距的相關系數都<0.4，即無明顯相關性。因此可以得出結論：仰睡高度的研究主要從頸窩高度入手，頭窩高度與頸窩高度有強的相關性，但頭窩高度和頸窩高度兩個數據與身體數據并無明顯的相關性。

(2)“上衣尺碼”與“頭窩高度、頸窩高度、側睡高度”之間的相關性分析?！吧弦鲁叽a”數據不是連續性數值，故用單因素方差分析法進行相關性分析。經軟件SPSS處理后得到相關性表格，如表5所示。

表5 上衣尺碼與“睡枕數據”的相關性結果

由于只有當P值<0.05時，相關才有統計學意義，所以P值皆為0.000的三個應變量：肩顴距、肩寬與側睡高度，與上衣尺碼顯著相關，而P值分別為0.058和0.048的兩個應變量：頭窩高度與頸窩高度，則與上衣尺碼相關性太弱或不存在相關性。

結合表4的結論可得：側睡高度與上衣尺碼存在明顯相關性，而仰睡高度與上衣尺碼無明顯相關性。

4.3 側睡枕高參數分析

由前文相關性分析的結果可知，側睡高度與上衣尺碼存在明顯相關性，且與肩顴距有極強的正相關，又由肩顴距與側睡高度的數據分析可知，側睡高度約等于肩顴距，所以在健康睡枕設計時，可以通過對肩顴距的分類來獲得不同的側睡枕高。對肩顴距的分類，主要是利用SPSS對90例成年女性的肩顴距樣本做四分位數分析，其分析結果，如表6所示。

表6 肩顴距的四分位數結果

肩顴距數據的四分位數的25%、50%、75%三個分割點分別為9.5 cm、10 cm、11 cm，所以睡枕的側睡枕高可參考這三個數值來適應不同體型的人群。

4.4 成年女性睡枕參數設計

為了獲得睡枕各項參數的集中趨勢與精確分布情況，來為健康睡枕的參數設置提供參考與指導，本文對所采集的AB弧線、CD弧線數、頸高、頭窩高度、頸窩高度、仰睡區域寬度等“睡枕數據”進行了均值分析，并計算了置信率為95%的置信區間，所得的數值精確到小數點后兩位，具體計算結果如表7所示。

表7 “睡枕數據”的均值及其置信區間

由表7的均值與置信區間可以得出成年女性睡枕的各項生理參數的范圍，其AB弧線長、CD直線、頸高、頭窩高度、頸窩高度、仰睡區域寬度范圍區間分別為各自對應的置信區間(15.16,15.47)cm、(12.08,12.32)cm、(12.08,12.32)cm、(4.61,4.93)cm、(6.31,6.62)cm、(16.24,16.98)cm。

5 討論

根據前文的文獻研究可知，S形的枕形更符合人體工學，使用時壓力分布較均勻，脊柱變形相對較小，整體舒適性較高，成為本文健康睡枕枕形的首選。結合正面倒置的“H”形，創新設計了健康睡枕的枕形。睡枕的材質則選擇各方面性能優良、性價比高且易投入生產的乳膠。枕寬、枕長的研究并無定論，枕長在45-70 cm之間，枕寬都>25 cm，具體數值在設計時可以視情況而定。仰睡枕高在6-12 cm之間，側睡高度在7-15 cm之間，兩者需經成年女性頭頸肩數據的采集與分析來確定。

通過“身高、體重、肩顴距、肩寬”與“頭窩高度、頸窩高度、側睡高度”之間的相關性分析可知，側睡高度的研究主要從肩寬和肩顴距著手，其次是身高和體重。仰睡高度的研究主要從頸窩高度入手，頭窩高度與頸窩高度有強的相關性，但頭窩高度和頸窩高度兩個數據與身體數據并無明顯相關性。又由“上衣尺碼”與“頭窩高度、頸窩高度、側睡高度”之間的相關性分析可知，上衣尺碼與肩顴距、肩寬和側睡高度均顯著相關，與頭窩高度、頸窩高度相關性太弱或不存在相關性。所以綜合兩個結果可得：側睡高度與上衣尺碼存在明顯相關性，而仰睡高度則與上衣尺碼無明顯相關性。

由于側睡高度與上衣尺碼有顯著的相關性，而上衣尺碼與肩顴距有顯著相關性，所以側睡高度的確定可以通過對90例成年女性肩顴距數據的四分位分析獲得。肩顴距樣本的四分位數的三個分割點分別為9.5 cm、10 cm、11 cm，故睡枕設計時考慮將睡枕分為三類尺碼，分別是側睡枕高為9.5 cm、10 cm、11 cm的小碼、中碼、大碼睡枕。

經睡枕各項參數的均值及均值置信區間分析，可以獲得符合成年女性頭頸肩生理參數的睡枕具體參數范圍：仰睡區域寬度范圍是(16.24,16.98)cm,參考AB弧線的單側側睡區域寬度的范圍是(15.16,15.47)cm，參考頸高的兩側下側翼寬度的范圍是(8.94,9.23)cm，參考CD弧線的單側側翼之間的空白寬度的范圍是(12.08,12.32)cm，頭窩高度的范圍是(4.61,4.93)cm，參考頸窩高度的仰睡高度的范圍是(6.31,6.62)cm。

文獻研究所得的普通睡枕參數，以及通過90例成年女性頭頸肩生理數據分析所得的個性化睡枕參數，使得符合成年女性頭頸肩生理參數的多功能健康睡枕的各項參數設計有了考量范圍。

6 結論

本文設計的符合成年女性頭頸肩生理參數的多功能健康睡枕，側睡枕高取中號尺寸10 cm，仰睡高度取6.5 cm，頭窩高度取4.8 cm。這里的三種高度為成品經過彈性壓縮后的高度。睡枕寬度取25 cm，仰睡區域寬度取16.6 cm，兩翼之間的空白寬度取12.2 cm，單側側睡區域寬度15.3 cm，其中長翼睡枕的仰睡區域寬度為兩倍單側側睡區域寬度長30.6 cm，兩側下側翼的寬度取9.1 cm。短翼和長翼睡枕的長度綜合考慮取為59 cm，睡枕的材質選擇天然乳膠。長翼、短翼多功能健康睡枕的具體參數設置與結構圖如下圖9與圖10。

(a)正面

(b)側面

(a)正面

(b)側面