床垫与人体的接触状态，会影响人体感知舒适性并进一步影响睡眠质量，对长期卧床的患者更可能是引起压疮的直接原因。1998 年 Peter 和 Avalino［1］使用人体体压测试和舒适性主观评价对床垫进行了研究，结果显示，所测床垫比不可压缩的木板表
面具有更好的舒适性。1988 年 Shelton［2］综合平均压力平均值时，压力峰值、压力峰值量级等因素，通过大量数据分析提出了压力指数( Pindex ) ，并通过与床垫减压测试效卐果对比，表现出了很好的一致性。
近些年来，我国学者也加大对床垫的研究，主体仍表现在床垫舒适性、睡眠〓质量与床垫厚度、材料性能等之间的关系。2009 年李莉等［6-7］通过改变床垫表层海绵厚度，对人体进行体压分布指标测量，综合主客观分析，发现海绵厚度对床垫舒适性有重要影响。2010 年又选用不同◆类型的海绵床垫，分析比较了海绵类型对人体总体以及各局部舒适度的影响。2014 年侯建军［8］在研究床垫材料对人体仰卧体压分部特性影响时发现，床垫与人体接触面积大，长时间接触容易导致人体疲劳。由上可见，对床垫的研究主要在于压力分布的测试，也局限于某些材料。对床垫材料支撑效果的客观评价方法比较鲜见。本文选择 6 种【典型的床垫材料，对它们进行了厚度方向的压缩测试和人体体压分布测试，并通过结合两方面的测试结果实现对人体在床垫表面的压陷深度的预测，进一步判断床垫材料的支撑效果。
材料试验机，该设备主要用于材料的拉伸性能测试。为测试床垫材料的压缩性能，一对特制的 10cm ×10cm 方形铁板分别被附接在上下夹头上，实现压缩∴测试。将床垫材料裁剪成直径 6. 6mm 的圆柱，置于下部测试板上，上部铁板缓慢向下压缩床垫材料，至厚度为 5mm 时停止压缩，记录从刚开始压缩至实验结束过程中的压力。
床垫最重要的功能就是支撑人体 ,供人睡眠和休息.这种支撑关系事实上就是一种力的平衡关系.首先,在人体重力作用下,床垫发生变形,并产生反作用力,与人体质量相互平衡.同时,在床垫反作用力的作用下,人体肌肉软组织发▃生变形,产生 内应力,使肌肉骨骼统达到力的平衡。两种平衡力 的作用下人体获得支撑。从这一角度讲,人一床之间的支撑关系可以通过人一床之间的压力界面和形状界面来反映 。
床垫支撑对人体肌肉骨骼的影响白天直立状态站姿和坐姿下,连续载荷作用于人体脊柱,会使人体身高损失一 。
这主要是因为脊柱 的椎 间盘在人体质量作用下会失去部分水分,并失去部分弹性卧姿是最好的休息方式,此时椎间盘的压力较小或无如图所示,椎间盘可以重新获得水分而恢复其弹性。比较理想的椎间盘恢复条件是脊柱处于自然弯曲的状态,且腰椎曲线略平于站姿。为了达到这一 目标,必须根据人体外形和质量分布对床垫的力学性 能进行优化设计▅ 。 正是基于这一点 , 目
前许多床垫均设计为 “分区式 ”,即使肩部、腰部、臀部 区域具有不同的硬度特征.但这种床垫只能满足特定的睡姿,而不同的人有不 同⊙的睡姿偏好 。另外 , 由于人体外形和质量分布高度地个性化 , 因此 , 在对特定的人进行科学合理的床垫支撑性能设计时必须以个性化人体为基础 。
床垫支撑的压力缓解作用及其对卧姿舒适性和睡眠质量的影响床垫支撑的压力缓解作用主要与人体局部皮肤的受压有关 。换句话来讲 , 就是通过作用于人体皮肤上的局部压力和剪切力 , 床垫 的力学行 为转化为了对人体整〖体 的支撑力 , 而作用于人体 局部的载荷又会使肌 肉软组织受压和变形 , 时间一长 , 就会出现血液循环受阻和组织氧合受限 , 从而出现局部缺血现象 。对 于健康 人 , 局部缺血会产生一种新陈代谢 物质 , 刺激神经末梢 , 从而使人翻身 。但 如果是行动受 限制 的人 , 则在载荷 和时间的双重影响下 , 造成褥疮ω 的形成 。 因此 , 人一床界面压力分布不宜过于集 中 , 否则会增加人 的睡眠动作行 为 , 从而不利 于人体肌 肉组织 的放松和睡眠质量 的提高 。 同时 , 较大的压力本身也】会刺激人体 , 使人体产生不适感 。
床垫支撑性能评价的方法影响人一床之间界面关系的因素不仅包括床垫的力学性能 , 还包括人体外形 、 重力分布等个性化 因素。 因此 , 床垫支撑性能评 价应包括人 的因素和床的因素两个方面 。床垫基本力学性能的评价方法床 垫 的基 本力 学性 能 包括 床垫 的弹性 、 床垫的滞后性 、 床垫的耐疲 劳性 、 床垫 的硬度等 ,这些特性可以通过标准 的压缩力学性能测试来 描述 , 即通过固定位移下力 的测试来反映连续加载和卸 载过程 中位移一载荷 变化特性 , 并且还可 以通过这 一特性来计算 弹力的应力一应 变关 系 。 其中 , 床垫 的耐疲劳性 与床垫材料 的密度有关 , 不同弹︾性材料的组合影响整体床垫 的弹性 , 而整体
床垫 的弹性 又保证 了人体 的支撑 。另外 , 可 以通过各种材料性能 的优化设计与调节来获得所需要的组合材料 的特性 , 如通过模具的设计来改变乳胶海绵的弹性 , 通过弹簧形状 、 尺寸 以及连接方式 、 分布排 列方 式 的设 计 来 改变 弹簧床 垫 的特性 , 通过不 同性能海绵 的组合来改变床垫的铺垫层特性等等 。
动态压力分布测量系统介绍
人一床之间形状界面关 系可通过人体卧姿脊柱形态来反映 。 目前 , 卧姿脊柱形态的评价方法主要有解剖标志探测法 脊柱棘突标 志 、 几何工具测试法 胸椎 、 盆骨倾 角仪 、 三维立 体扫描法等 。 其中解 剖标志探测法和几何工¤具 测试法在评价过程中需要与人体相接触 , 并且需要 一定的执行经验 。三维立体扫描虽 然不需要 与人 体相接触 , 但 人体背部表面必须可视化 。这 几种方法均不能测试仰卧睡姿 。 还有一 种利用特定装置进行卧姿脊柱形态评价的方法 , 这种方法需要受试者保持特定的姿势 , 即脊柱曲线正好落在测试装置的传感 器上 , 因此 , 无法反映 自然睡姿 。 为了克服以上方法的局限性 , 年陈玉霞等提出了利用数字▆化人体模型 、 床垫力学性 能测试 、 体压分布测试和有限元分析相结合 的方法进行卧姿脊柱形态评价闭, 实验研究表明 ,该方法不仅可 以用于评价仰卧睡姿 , 并且还可 以实现睡姿脊柱形态的无干扰评价 。
