CN102599914A

CN102599914A - 一种用于测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法

Info

Publication number: CN102599914A
Application number: CN2011103945080A
Authority: CN
Inventors: 申黎明; 朱芋锭; 侯建军; 宋杰
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种用于测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法。该装置由脚架、床垫、标杆和标尺组成，床垫安放在脚架上，标杆插入床垫成一条直线。该方法结合脊柱的S形态，以床垫为受试物体，当受试者躺在插有标杆的床垫上，脊柱线与标杆形成的直线相对应，可测量出人体仰卧前后标杆在床垫各测点上的伸出量，计算床垫各测点的下陷量，绘出人体仰卧的脊柱形态的方法。其应用价值在于能定量、精确测定受试者仰卧时脊柱处床垫的下陷量，来反映人体仰卧时的脊柱形态。

Description

一种用于测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法。其应用价值在于能定量、精确测定受试者仰卧时脊柱处床垫的下陷量，来反映人体仰卧时的脊柱形态，也为个性化床垫的设计提供依据。

背景技术

人的身体呈自然曲线，各个部位重量差别很大，躺在同一弹性的床垫上，有些部位得不到充分支撑，特别是腰部和颈部，在睡眠中不能放松而造成颈椎和腰椎疼痛。医学研究显示，人体平躺时身体各部位重量分布为臀部40％，背部15％，头部10％，腰部25％，身体与床面接触部分承受压力平均是500kpa。而脊椎是支撑人体最主要的骨骼结构，而经由脊椎骨节与骨节间的接缝延伸分布到全身各部位，进而控制全身各重要器官。在睡眠或站立时，必须保持脊椎自然的伸展。因此，一张理想的床垫，在结构上应依据人体各部位占重分布及脊椎正常曲线来设计来保证人体舒适性。

当人体站立时，头部、胸部和臀部的重力方向基本上是重合的，脊椎与人的背部形态相似，基本上是自然的“S”形；当卧姿时，三重力方向则是平行的，分别对脊柱产生弯曲作用。如果床垫太软，背部接触面积大，重的身体部分(臀部)下陷就深，轻的部分则下陷小，这样使腹部相对上浮造成身体呈w形，使脊柱的椎间盘内压力增大，对内脏造成压迫。如果床垫太硬，背部接触面积小，局部压力大，背部肌肉收缩增强，使人感到不舒服。因此，床垫不能太硬或太软，保证人体处于仰卧时，应使脊椎S曲线接近自然曲线。

腰背间隙在一定程度上反映出脊柱的弯曲程度，站立时，S形脊柱处下凹一般4-6cm，睡眠感到舒适时脊柱弯曲相当于它的1/2，即2-3cm。如果腰背间隙值过大，脊柱弯曲程度就过大，久卧容易引起病变；而如果腰背间隙值过小，脊柱被过度拉直，久卧感到疲劳。因此，人体仰卧时，腰背间隙应保证在使人舒适范围之内。

Martin C Normand等人在2005年探讨了床垫对腰椎支撑的生物力学的影响。Christopher E.Kemper等人发明脊柱拉力和压力减轻的身体支撑装置。蔡哲民硕士在2006年利用有限元素法分析比较身体脊椎曲度变化与床垫弹性对脊椎内受力之交互影响。Ori Hay等人对脊柱弯曲进行脊柱曲线模拟。但是对人体仰卧时，脊柱的弯曲形态和腰背间隙等有待研究。

发明内容

本发明目的旨在提供一种用于测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

该装置由脚架、床垫、标杆和标尺组成，床垫安放在脚架上，标杆插入床垫成一条直线。该方法结合脊柱的S形态，以床垫为受试物体，当受试者躺在插有标杆的床垫上，脊柱线与标杆形成的直线相对应，可测量出人体仰卧前后标杆在床垫各测点上的伸出量，计算床垫各测点的下陷量，绘出人体仰卧的脊柱形态的方法。

所述的脚架要高于人体蹲立的高度，便于人蹲在脚架下记录下陷量。

所述的标尺有上下两块。上标尺放于床垫上，下标尺装在标尺板上，上下标尺应纵向平行于床垫，且上下孔对齐。

所述的标杆由针和螺帽组成，上方平滑的螺帽以防标杆从床垫上方滑落。标杆依据标尺以一定距离竖直插入床垫上，保证不倾斜。当上标尺撤去后，标杆在床垫上成一直线排列。

所述的受试者仰卧时，脊柱线与标杆形成的直线相对应。

所述的标尺板固定在床架下方中间，板上贴有纸质标尺，纸质标尺的间隔距离对应于标杆间的距离。

本发明只适用于人体仰卧时床垫下陷量的测试来反映人体仰卧的脊柱形态，可以为床垫设计提供依据。

附图说明

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为用于测试人体仰卧脊柱形态的装置的透视图

图2为用于测试人体仰卧脊柱形态的装置的平面图

图3为用于测试人体仰卧脊柱形态的装置的标尺、标杆和标尺板的透视图

图4为用于计算腰背间隙的示意图

其中：1、标尺 2、纸质标尺 3、脚架 4、床垫 5、标杆 6、定位点 7标尺板

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的描述：

1、本发明的主要原理

本发明包括床架、床垫、标尺、标杆等，标杆依次垂直插入标杆条、床垫，以一定的间距在床垫长度方向的一条直线排列着，使伸出的标杆能垂直穿过钉梢，并对应标尺，读取各个标杆的初始伸出量，即H。人仰卧在床垫上后，脊椎线与标杆形成的直线相对应，读取此时床垫弹性变形后的各个标杆伸出量，即H’。H和H’的差值就是受试者脊椎部分对应的床垫下陷量，且通过测量肩背部、腰部、臀部的下陷量和水平距离，可计算出腰背间隙，也能反映人体卧姿状态下脊椎形态。

2、测定方法

(1)制作床垫

按测试要求把弹簧层、铺垫层和面料层组合成实验用床垫，或将成品床垫放在该装置的脚架上。

(2)安放标杆

将上标尺放于床垫上，使上标尺和下标尺的孔心对齐。然后将标杆通过上标尺孔插入床垫，再通过下标尺。每只标杆插入床垫后需用手反复按压直到伸出量稳定，目的在于避免标杆与床垫之间的摩擦力对实验造成的干扰；还要保持标杆在纵向成一直线，竖直垂直于床垫。

(3)读取数据

标杆插入床垫后在纸质标尺处的位置，读取标杆伸出量的原始数值；

受试者躺在床垫上，脊椎位置与标杆连线相对应，标杆的伸出量随着人体各部分体重的不同，标杆的伸出量也不同，读取此时标杆伸出量数值；

(4)重复试验

受测者起身再躺下，按照前面的步骤重新读取标杆伸出量数值，重复测量3次；

重新读取标杆伸出量的原始数据，更换受试者，进行相同的测试，只是直至测试完全部的受试者；

(5)计算床垫下陷量

标杆插入床垫后，原始伸出量为H；

受试者躺在床垫上后，压缩床垫，标杆的伸出量为H’；

则每个标杆的床垫下陷量为ΔH＝H’-H；

将所有的标杆的床垫下陷量结合起来，绘制成连续的曲线，反映人体脊柱形态的情况。

(6)计算腰背间隙

将测试三次的数据平均值绘制成的曲线，计算腰背间隙，即腰背高点到肩背和臀部低点的切线的垂距。

腰背间隙：

s = \frac{l (h^{,} - \frac{h \times l^{,}}{l + l^{,}})}{\sqrt{h^{2} + (h - \frac{h \times l^{,}}{l + l^{,}})}};

其中h：肩背部最低点与臀部最低点下陷量的差值；

h’：腰部最高点与臀部最低点下陷量的差值；

l：肩背部最低点与臀部最高点的水平距离；

l’：腰部最低点与臀部最高点的水平距离；

S：腰部最高点到肩背部和臀部最低点切线的垂距，即腰背间隙。

3、应用价值

在分析比较时，通常一般人仰卧的腰背间隙在2-3cm之间比较合适。但由于体型不同，每个人的腰背间隙的极值是有差别的，不同的人仰卧的腰背间隙范围是有差别的。如果腰背间隙过小，脊椎被过度拉直，久卧会感到疲劳；如果腰背间隙过大，脊椎弯曲程度就过大，久卧引起病变。

其应用价值在于能定量、精确测定受试者仰卧时脊柱处床垫的下陷量，来反映人体仰卧时的脊柱形态，也可计算腰背间隙，评价人体舒适性，为个性化床垫的设计提供依据。

Claims

1.一种用于测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法。该装置由脚架、床垫、标杆和标尺组成，床垫安放在脚架上，标杆插入床垫成一条直线。该方法结合脊柱的S形态，以床垫为受试物体，当受试者躺在插有标杆的床垫上，脊柱线与标杆形成的直线相对应，可测量出人体仰卧前后标杆在床垫各测点上的伸出量，计算床垫各测点的下陷量，绘出人体仰卧的脊柱形态的方法。

2.根据权利要求1所述的测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法，其特征在于：所述的脚架要高于人体蹲立的高度，便于人蹲在脚架下记录下陷量。

3.根据权利要求1所述的测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法，其特征在于：所述的标尺有上下两块。上标尺放于床垫上，下标尺装在标尺板上，上下标尺应纵向平行于床垫，且上下孔对齐。

4.根据权利要求1所述的测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法，其特征在于：所述的标杆由针和螺帽组成，上方平滑的螺帽以防标杆从床垫上方滑落。标杆依据标尺以一定距离竖直插入床垫上，保证不倾斜。当上标尺撤去后，标杆在床垫上纵向成一直线排列。

5.根据权利要求1所述的测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法，其特征在于：所述的受试者仰卧时，脊柱线与标杆形成的直线相对应。

6.根据权利要求3所述的测试人体仰卧脊柱形态的装置和方法，其特征在于：所述的标尺板固定在床架下方中间，板上贴有纸质标尺，纸质标尺的间隔距离对应于标杆间的距离。