余越云， 吳志明

(1.江南大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.江南大學(xué) 設(shè)計學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、健康消費觀念的普及，人們對生活品質(zhì)的追求與日俱增，越來越多的人開始選擇運動健身，女性健身人數(shù)也迅速增加。與此同時，女性對胸部的保護(hù)意識不斷提高，運動時除了同男性一樣需要穿著運動鞋和運動服裝，還要穿戴運動文胸以加強對乳房的保護(hù)。合適的文胸可以保護(hù)乳房，防止乳房下垂；反之，不但無法起到保護(hù)作用，還會造成乳房損傷[1]。女性應(yīng)該根據(jù)乳房大小、形狀以及運動類型選擇適合的運動文胸。

乳房位移可以直接反映乳房的運動情況，從而評價運動文胸對胸部的保護(hù)效果。文中主要總結(jié)了不同運動類型、運動環(huán)境對乳房位移的影響，闡述乳房三維相對位移坐標(biāo)系建立方式和位移數(shù)據(jù)分析方法，并對乳房位移的研究提出展望。

1 乳房運動與運動文胸

乳房是由脂肪、乳腺及結(jié)締組織構(gòu)成，位于胸大肌上，沒有骨骼和肌肉的支撐，主要由乳房懸韌帶承托著[2]。運動時，乳房呈“∞”字形擺動，隨著罩杯的增大，振幅相應(yīng)變大，乳房的疼痛感增加。日常運動時，有56%的女性出現(xiàn)乳房疼痛[3]；而在專業(yè)運動中，超過72%的女運動員感到乳房疼痛[4]。

運動文胸是一種功能性文胸，既能使胸部免受運動時震動的影響，又能減少胸部對運動的阻礙。HAAKE S等[5]研究表明，運動文胸對乳房在垂直方向的位移限制是不穿文胸時的50%，而普通文胸只有運動文胸的一半。穿著運動文胸，可以明顯減少在高速度運動下乳房的不舒適感，跑步時最大能夠減少乳房6 cm的位移[6-7]。穿著運動文胸非但不會影響呼吸和妨礙運動，還可以有效限制乳房運動并減少乳房疼痛，增加運動樂趣，提高女性的運動表現(xiàn)能力[8]。然而，吳璞玉等[9]問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，僅有67.63%的女性愿意穿戴運動文胸，女性對于運動文胸的認(rèn)知度有待提高。

根據(jù)運動文胸款式及其對乳房位移限制效果，可將其分為壓縮式運動文胸和承托式運動文胸[10-11]，具體如圖1所示。壓縮式運動文胸通過織物產(chǎn)生壓縮力和彈性支撐乳房，將乳房整體向胸骨壓緊，以減少胸部位移，一般適合A/B罩杯乳房較小的女性；而承托式運動文胸充分考慮人體工程學(xué)特點(如人體結(jié)構(gòu)、乳房形狀、受力情況)，分別將乳房向上支撐并向胸部壓緊,從而限制乳房位移，一般較適合C/D罩杯乳房較大的女性。目前研究選用的運動文胸類型主要是這兩種，通過改變運動強度和運動類型，以乳房位移的變化評價不同款式運動文胸對乳房的保護(hù)作用。

2 乳房位移測試方法

2.1 運動類型對乳房位移的影響

在研究乳房位移時，選擇的運動類型主要包括跑步(改變速度、步頻)、開合跳以及游泳等較為規(guī)律的運動，分析多個步態(tài)周期內(nèi)乳房位移情況。對于不規(guī)律運動(如拳擊、跳舞、球類運動等)的乳房位移規(guī)律還未有涉及。

2.1.1跑步

1)速度 陳曉娜等[12]、SCURR J C等[13]分別研究了不同速度對乳房位移的影響。SCURR J C等比較了21位D罩杯的女性，發(fā)現(xiàn)不穿運動文胸時，隨著運動速度從5 km/h(慢跑)增加到10 km/h(快跑)，乳房位移從4.2±1.0 cm增加到15.2±4.2 cm，乳房垂直位移占總移位的50%左右；而當(dāng)速度增加到10 km/h以上時，乳房位移的大小和方向不再隨著速度的增加發(fā)生變化；與未穿運動文胸相比，隨著速度的增加，穿戴運動文胸可以減少乳房位移，但不會改變?nèi)榉窟\動方向。因此，在研究不同速度對乳房位移影響時，運動速度可以控制在10 km/h以內(nèi)，從而減少不必要的實驗。

2)步頻 李上校等[14]比較了12 名 C罩杯女性，發(fā)現(xiàn)乳房各點的水平方向位移在不同步頻下顯著不同，慢步頻(自然步頻 × 90% )時乳房位移最大，快步頻時(自然步頻 × 110% )時乳房各點垂直方向運動速度較大，步長越大乳房各點位移最大幅度也越大。因此，乳房位移不僅與跑步速度有關(guān)，還與其步頻有關(guān)，在單因素對比實驗時，還需要控制實驗對象步頻。

2.1.2開合跳 BRIDGMAN C等[15]研究了39名A～J罩杯的女性，發(fā)現(xiàn)在開合跳時，乳房垂直方向的位移和速度明顯高于左右和前后方向的，指出在運動過程中乳房的不適感隨罩杯增大而增大，且乳房疼痛與垂直速度的相關(guān)性較高。因此，針對跳躍性的運動，運動文胸設(shè)計時應(yīng)該著重考慮乳房垂直方向的位移和速度。

2.1.3游泳 MILLS C等[16]對6名女性未穿文胸、穿著泳衣和穿運動文胸3種情況進(jìn)行比較，分析自由泳和蛙泳時乳房相對軀干的運動規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在穿著泳衣自由泳時乳房左右位移及未穿著文胸蛙泳時乳房上下位移較大，分別為7.8±1.5 cm和3.7±1.6 cm，運動文胸可以明顯減少游泳時的乳房位移。MILLS C指出乳房較大的女性，泳衣對其乳房的支撐保護(hù)作用較弱，泳衣設(shè)計時應(yīng)考慮加入運動文胸的結(jié)構(gòu)設(shè)計元素。

2.2 運動環(huán)境對乳房位移的影響

由于測試的私密性和場地限制，乳房位移實驗對象大多數(shù)在跑步機上運動。WHITE J等[17]分析了6名D罩杯女性在地面和跑步機上跑步，發(fā)現(xiàn)乳房的三維位移情況沒有顯著差異，穿著運動文胸時乳房前后、左右、垂直方向上位移都是最小的；穿著運動文胸與未穿文胸的狀態(tài)相比，乳房垂直位移在跑步機上和地面上分別減小 58.8%和 61.2%。因此，對乳房位移的研究，在跑步機上得出的結(jié)論同樣適用于地面。

MCGHEE D E等[18]研究了16 名C罩杯的女性在深水中和跑步機上跑步時乳房的運動狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)乳房垂直位移分別為2.8±1.1 cm和3.3±1.1 cm，沒有顯著差異，但是乳房垂直方向上的平均速度分別為30 cm/s和80 cm/s。因此，胸部舒適性的增加是由于降低了乳房的垂直速度，而不是降低了乳房的垂直位移。

2.3 乳房位移測試方法

2.3.1攝像法 攝像法是早期研究女性乳房運動特征的常用實驗方法，攝像法實驗成本低、操作簡單。HAYCOCK C等[19]使用電影攝像機將測試對象運動時的圖像存儲至16 mm的膠片上，再通過觀看電影來研究乳房運動；LORENTZEN D等[20]使用運動分析儀記錄膠片中受試者身上標(biāo)記點的二維坐標(biāo)；MASON B R等[21]則使用兩臺電影攝像機捕捉乳房運動以獲得三維坐標(biāo)。除了使用相機獲取表面標(biāo)記的三維坐標(biāo)，還有使用三維數(shù)字化儀或電荷耦合器件，用投射的激光條紋掃描物體表面，通過三角測量得到被照表面標(biāo)記著相對于觀察點的位置[22]。然而，用攝像法得到的數(shù)據(jù)都較為粗糙，且無法精確研究乳房三維運動軌跡。

2.3.2動態(tài)捕捉法 隨著計算機數(shù)字化的不斷發(fā)展，在運動文胸的研究中，乳房參數(shù)獲取的手段逐漸從攝像機過渡到紅外運動捕捉系統(tǒng)。所謂動態(tài)捕捉系統(tǒng)，是指利用傳感設(shè)備對運動物體在三維空間的運動狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并以圖像形式將物體運動狀態(tài)記錄下來，借助計算機對該圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得到不同時間點物體的三維空間坐標(biāo)。運動捕捉系統(tǒng)主要有被動光學(xué)式、機械式、電磁式和聲學(xué)式幾種類型[23-25]。

目前，被動式光學(xué)運動捕捉系統(tǒng)運用越來越廣泛，近年來研究女性乳房運動軌跡、乳房位移、胸部舒適性等大多采用該系統(tǒng)[26]。以Vicon MX13運動捕捉系統(tǒng)為例，使用時，環(huán)繞場地擺放6～8個高速攝像頭，令實驗對象在攝像機視野重疊區(qū)域內(nèi)運動，并在實驗對象身上測試位置粘貼“Marker”點，系統(tǒng)自動識別和處理這些標(biāo)志點，并計算標(biāo)志點每一瞬間的三維空間坐標(biāo)，從而得到其運動軌跡，具體情況如圖2所示[27]?！癕arker”點是一種具有很強反光能力的特制小球，在攝像機捕捉的畫面中格外明亮，可使實驗過程不受自然光線的影響，從而更加精確地捕捉測試點的運動軌跡。但“Marker”會相互干擾，人體在運動過程中也會遮擋“Marker”點，導(dǎo)致數(shù)據(jù)段不完整，因此需要對測試點的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如修復(fù)缺失數(shù)據(jù)、去除錯誤點等。

3 乳房位移的分析方法

20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初，科研人員通過觀察女性在跑步機上跑步時乳房運動的情況，得到運動文胸的基本結(jié)構(gòu)[28]。早期研究[29-30]時，衡量運動文胸緩沖振動能力多以乳房位移的減少率為評價標(biāo)準(zhǔn)；隨著研究不斷深入，發(fā)現(xiàn)將乳房運動從軀干運動分離出來，通過比較乳房與軀體的相對位移，可以更加準(zhǔn)確地反映乳房運動規(guī)律和運動文胸的保護(hù)效果。因此，測試乳房相對位移時，選擇乳房測試點和軀體參考點，建立參考坐標(biāo)，分析三維的運動規(guī)律變得至關(guān)重要。

3.1 乳房測試點的確立

胸部范圍較大，乳房只是胸部的一部分，早期研究者多以乳頭點位移表示胸部整體的位移。

MASON B R等[21]比較了不同運動狀態(tài)下乳房相對于軀干的垂直位移情況，發(fā)現(xiàn)在未穿文胸時，乳頭點以及距離乳頭點上下左右各3 cm的點運動軌跡非常相似。因此，提出將乳頭點位移作為胸部整體位移的指標(biāo)，這為后續(xù)進(jìn)一步研究乳房位移提供了簡潔的測試方法，并被許多研究者采納[13,31]。周捷等[32]在測試塑身內(nèi)衣對乳房相對位移的影響時，也提出可選擇乳頭點代替整個乳房的運動規(guī)律。

任景萍等[33]認(rèn)為在穿著運動文胸時，不能將乳頭點的位移代替整個胸部的位移，在采集乳房數(shù)據(jù)時應(yīng)對乳房上多個位置進(jìn)行測試。因為研究發(fā)現(xiàn)在穿著運動文胸后，乳房上各測試點雖然運動軌跡沒有發(fā)現(xiàn)明顯變化，但乳房上部測試點的位移相對其他部位仍然較大，故一般選用乳頭點以及距離乳頭點上下左右各4～5 cm的點(共計5個)，作為乳房位移的參考指標(biāo)較為合適。

3.2 相對坐標(biāo)系的建立

若以大地為參考坐標(biāo)系，乳房的位移除了包括乳房自身的位移，還有人體軀干的位移。為了準(zhǔn)確分析運動文胸對胸部位移的影響，需要將乳房運動與軀干運動分離，在軀干上建立相對坐標(biāo)系，以得到乳房相對軀干的位移數(shù)據(jù)。因此，不僅要在乳房上選擇測試點代表乳房運動，還應(yīng)在軀干上選擇參考點代表軀干運動，并且測試點和參考點要同時測量，以便減少相對位移。軀干坐標(biāo)示意如圖3所示。

LORENTZEN D等[20]選用胸骨劍突點作為參考點，SCURR J C等[34]則選用左右鎖骨和左右髂前上棘作為參考點。但在穿著文胸時，劍突點無法貼上標(biāo)記點，并且會隨著呼吸上下起伏，肩部運動時，鎖骨上的標(biāo)記點也會一起運動，盆骨旋轉(zhuǎn)或身體前傾，都會使參考點確定的平面發(fā)生變化，因此胸骨劍突點、鎖骨和髂前上棘都不適合作為參考點。

王方圓[27]和周捷等[32]選擇胸骨上切跡點(兩鎖骨中間凹處的下邊緣)代表軀干的位移(見圖3(a))。用乳房上測試點的絕對位移減去胸骨上切跡位移得到乳房各點的相對位移，但僅選擇一個參考點，未考慮到軀干的旋轉(zhuǎn)、前傾以及彎曲，并且胸骨上切跡也會因呼吸有一定的運動，此種簡單的方式只適用對乳房垂直相對位移的研究。

任景萍等[33]在乳房下端固定了一圈綁帶與地面平行，在綁帶上選擇3個參考點(脊柱與固定裝置相交點、前劍突點與固定裝置相交點、左側(cè)肋骨與固定裝置相交點)代表軀干運動，然后以前劍突點與固定裝置相交點為坐標(biāo)原點，以固定裝置所在水平面確定水平方向。采用綁帶，可以減少參考點之間的相對位移，但是仍會受到呼吸的影響。

HAAKE S等[5]以胸骨角(胸骨體與胸骨柄相接形成向前突出的角)為坐標(biāo)原點，左右第10根肋骨的低端連線確定Y方向(見圖3(b))。任景萍等[35]在研究左右側(cè)乳房的運動特征差異時，以背部胸骨角等高點為坐標(biāo)原點，以胸骨角和背部胸骨角等高點連線確定X軸(見圖3(c))。周捷等[36]在研究運動文胸肩帶對胸部位移的影響時，同樣選擇胸骨角和背部胸骨角等高點連線確定X軸。李瑾[37]在研究運動文胸厚度對運動舒適性的影響時，選用劍突、胸骨上切跡、第8根胸椎棘突和第7根頸椎棘突建立BCS坐標(biāo)系(見圖3(d))。

人體運動有6個自由度，如果確定1個參考點，乳房上的測試點可能會在以此參考點為中心的球體上移動；如果確定2個參考點，測試點也可能會圍繞連接這兩個點的軸旋轉(zhuǎn)，因此至少以3個獨立的非共線點作為參考點。根據(jù)國際生物力學(xué)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，胸部中線的 4個標(biāo)記(胸骨角、前劍突點、第7頸椎點和第8胸椎點)可以很好地定義胸廓參考框架[38]。在確定軀干參考點，建立相對坐標(biāo)系后，根據(jù)乳房上測試點到胸部參考點的距離和方向，即可得出乳房相對軀干的運動特征，從而較為精確地測量胸部位移特征。

3.3 乳房運動軌跡

HAYCOCK C等[19]最早提出乳房在一個步幅周期中的運動軌跡是封閉的“∞”字曲線，此后在研究乳房運動軌跡時，GEHLSEN G等[4]認(rèn)為乳房內(nèi)外側(cè)運動軌跡是開放的，具體如圖4所示。但是他們發(fā)現(xiàn)的都只是乳房和胸部一起運動時相對大地的運動軌跡，并未得出乳房真正相對于軀干的運動規(guī)律。

SCURR J C等[34]為探究乳房位移的三維運動軌跡，測試了15 名 D 罩杯的女性慢跑(5 km/h)和快跑(10 km/h)時的乳房位移，比較了乳房相對鎖骨的位移規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在慢跑和快跑時，垂直方向的位移占總?cè)榉课灰频?6%；慢跑時左右和前后方向的位移共占乳房位移的48%，快跑時占41%。因此，在研究乳房運動規(guī)律時，除了研究垂直方向的位移，前后和左右方向的位移也要關(guān)注。

ZHOU J等[39]提出了更加準(zhǔn)確的胸部三維運動軌跡，除了研究乳頭點的運動軌跡，還研究了乳房上不同位置的運動軌跡，發(fā)現(xiàn)在未穿運動文胸時，乳房上6點的運動軌跡均呈蝴蝶形，而非過度簡化的規(guī)則“∞”字形，具體如圖5所示。

4 結(jié)語

乳房位移是評價運動文胸對乳房保護(hù)效果的重要依據(jù)。文中從乳房位移數(shù)據(jù)測試和分析方法兩個方面，總結(jié)分析了乳房位移的研究現(xiàn)狀，為進(jìn)一步研究提供參考。

1)目前選擇的運動都較為規(guī)律，應(yīng)重視不規(guī)則運動時(如拳擊、跳舞、球類運動等)乳房位移的研究，豐富運動類型，更大限度地貼近真實運動環(huán)境，同時綜合考慮運動文胸的結(jié)構(gòu)和面料，為設(shè)計適合不同運動類型的運動文胸提供參考。

2)為了減少呼吸和軀干旋轉(zhuǎn)、前傾以及彎曲對實驗的干擾，參考點必須位于骨骼上，使人體運動時參考點與軀干之間無相對運動。未來在參考點的選擇和坐標(biāo)系的定義上應(yīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，建立成熟的相對位移坐標(biāo)體系。

3)通過分析乳房位移可以模擬乳房的運動軌跡，未來可將位移數(shù)據(jù)求導(dǎo)得出乳房運動速度、加速度，從而研究乳房運動速度、加速度對乳房舒適性的影響。