人体表面积的计算及地理因素的影响

基金项目：国家自然科学基金项目（51174228）；国家自然科学基金项目（10972238） 作者简介：孟京京（1987-），男，河南省焦作市，硕士研究生，从事安全人机方面研究，联系方式：13787428037；电子邮箱：mengjing120@126.com 人体表面积的计算及地理因素的影响 孟京京,曹 平,吴 超 (中南大学 资源安全与工程学院,长沙 410083) 摘要:对于人体表面积的测量,三维数字化人体测量技术相对于传统的测量方法存在着明显的优点。本文使用了一种新的计算 体表面积的公式,得到了成年人人体表面积参数,并分析了地理因素对体表面积分布的影响。统计了 2219 名中南大学学生的身 高和体重，利用该公式计算出了我国成年人人体表面积参数。对地理因素做了单因素方差分析，发现地理因素对体表面积有 着显著的影响。最后,按体表面积对各省份地区进行了排序,找到了地理因素与体表面积变化的一定的规律。 关键词：人机工效学；人体表面积；人体测量技术；计算公式；地理因素 中图分类号：TB18 文献标识码：A Formula of Body Surface Area and Effect of Geography Factors MENG Jingjing, CAO Ping, WU Chao （School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, China） Abstract: To study adult body surface area, 3D digital anthropometric measuring technical has many obvious advantages, comparing with the traditional measurement methods. This article uses a new formula Calculating body surface area in order to obtain Chinese adult body surface area parameter, and effect of geography factors to the adult body surface area was analyzed. 2219 students' height and weight who come from Central South University was collected, and Chinese adult body surface area parameter were calculated, using this new formula. we have examined the one way ANOVA of Geographic factors, and found that geographical factors affect body surface area significantly. At last, districts were ranked according to the adult body surface area，and certain laws are found. Key words：body surface area; anthropometric measuring technical; simplified calculation; geography factors . 1 引 言 1848年，Bergmann和Rubner首次提出动物体热 的产生正比与体表面积，此后人体表面积的研究不 断产生新的进展。人体表面积在基础代谢率测定， 心指数计算，某些药物应用剂量选择，烧伤面积估 算，热交换计算，热辐射的吸收等方面有很大的作 用[1]。在人体表面积测量上，我国国内学术界仍采 用的是传统的测量方法及60多年前所获得的体表面 积Stevenson公式。1937年, Stevenson提出了现在仍 然使用的计算中国人体表面积的Stevenson公式[2]。 由于建立公式时的样本容量小，再者几十年来国人 生活环境发生了很大变化,其适用性日益受到人们 的质疑。1999年，胡咏梅等通过实验证明Stevenson 公式计算的体表面积均值与实测体表面积均值间存 在高度显著性差异，即Stevenson公式已不再适用于 计算当代中国人体表面积[3]。然而，他们所做实验 用的仍是传统人体测量的方法，浸湿纤维纸粘贴体 表，测量的误差很大、过程很麻烦；而且只有40个 人作为样本，最终这个问题一直没有很好的解决。 三维人体测量技术已经十分成熟，并且已应用 于很多领域，是今后人体测量技术的必然趋势[4]。 台湾清华大学Chi-Yuang Yu使用了3D扫描仪测量人 体表面积，并以此得到了简化的计算公式[5]。这使 我国人体表面积的测量及计算又有了新的发展。 2 对象和方法 2.1 调查对象 利用体检机会，对 2219 名中南大学大学生进行 了统计，得到 2219 个身高、体重数据。他们年龄为 19～21 岁，体重 31～130kg; 身高 144～197cm。其 中有 420 人来自湖南，其他人来自全国各省市。 2.2 传统的人体表面积测量方法及计算公式 十九世纪以来，为了得到人体表面积的大小， 研究人员使用了很多传统的方法进行人体表面积的 测量。用纸和胶带贴身测量; 用石膏铸成人体模型 再测量;以及非直接的测量，即把人简化为简单的几 何模型进行测量、估算[6]。把测量得到的人体表面 积数据与身高，体重进行拟合，便可以建立反映他 们关系的某一经验公式。实际应用中，体表面积是 通过这些公式或图表（公式的简化使用）间接得出 来的。 1916 年由 DuBois 和 DuBois 两人直接测得 9 名 观察者的身高、体重和表面积，得出了第一个人体 表面积公式（Eq.(1)）。随后，很多学者对此进行了 研究，并得到了许多成果。Stevenson 对 DuBois 和 DuBois 的公式进行修正得出了针对中国人的计算 公式并被很多教科书采用（Eq.（2））。1975 年 Gehan 和 George 利用 401 名观察者的身高、体重和直接测 量得来的体表面积拟合了（3）式。此外, 还有很多 学者通过测量得到其他计算人体表面积的简化计算 式。 0.725 0.42571.84BSA H W   (1) 0.0061 0.0128 0.1529BSA H W   ＋ (2) 0.42246 0.51456235BSA H W   (3) BSA：身体表面积（ 2㎝ ）；H：身高（cm）；身高 W：体重（kg）。 2.3 三维数字化人体表面积测量技术 传统的测量方法把一个立体的人体表面近似成 平面去求表面积，这种方法受到了很多的学者质疑。 在测量过程中,人体的非常突出和内陷的部分只能 被忽略，而且测量的效率又很低，得到的数据很少 [7]。尽管传统的测量方法目前仍广泛使用,但采用先 进的三维数字化人体测量技术来进行这项研究变得 越来越必要。 三维人体测量技术与传统的人体测量技术相比 具有准确、高速和操作简单的优点，对于传统方法 无法测量的人体形态、曲线特征等也可以进行准确 的测量，测量时只需简单的操作，不像传统测量方 法所的专业知识[8]。欧美国家的三维人体测量 技术已经十分成熟。在欧美发达国家，三维人体扫 描仪的使用，已经形成一定的产业规模，其仪器的 扫描速度、易操作性和测量精度等方面已达到了很 高的水平[9]。如在美国、意大利、荷兰等国广泛应 用的CASER人体测量研究计划；英国3D电子商务中 心在网上开展了三维人体数据方面的商务活动[10]。 2.4 3D扫描测量方法所得结果 台湾工业技术研究院[5]通过革新 3D 扫描仪的 硬件和软件,从而减少了扫描仪因为人体空洞和尖 凸部分无法测量所带来的误差。通过试验，测出该 仪器的误差可低至 22.780 0.65%cm 或 。Chi-Yuang Yu [5]通过使用该仪器对 15 种体型，270 个实验者进 行了身体表面积的测量，得到了新的人体表面积的 估算公式(Eq.(4)）。经过试验，该人体表面积计算公 式的误差可小至 0.91％。其公式与其他各种人体表 面积计算公式相比，其准确性最高。 0.7437 0.4040 71.3989BSA H W   （4） 3 结果 3.1 调查结果 通过对 2219 个中南大学学生身高，体重进行测 量，应用公式 4 可得到身体表面积大小。处理数据 得到本次调查的描述性数据统计结果（见表 1）。 表 1 身高、体重和体表面积值描述性统计值 Tab.1 Stature, body weight and calculated BSA Descriptive Statistics 个数 最小值 最大值 平均值 差 身高（cm） 2219 144 197 168.39 8.224 体重（kg） 2219 31 130 59.00 11.674 BSA（㎡） 2219 1.1991 2.5851 1.673377 0.1749863 GB10000-88 是我国成年人人体尺寸的国家标 准，未直接提供体表面积的参数。本次计算涉及到 中南大学大学生的统计，他们基本上是 20 岁，来自 全国各个地区，因此可将本次实验数据作为身体表 面积尺寸的参考(参见表 2)。 表 2 中国成年人的表面积尺寸 Table 2. Chinese BAS parameter 百分位数 1 5 10 50 90 95 99 BSA(M 2 ) 1.342435 1.414292 1.454202 1.659374 1.902671 1.986312 2.144718 3.2 地理因素对体表面积影响的方差分析 不同地理位置的身高，体重分布存在明显差异， 从而推测身体表面积也可能会受到地理位置因素的 影响。但是，目前还没有从理论上进行过探讨。本 次实验根据不同省份地区的学生的表面积的统计， 进行一元方差分析。原假设：体表面积和地理位置 无关，显著性水平为 0.05，进行 F 检验。为便于分 析，按 GB1000-88 对地域的分法，把全国划分东北、 华北区，西北区等 6 个区域,利用 SPSS PASW Statistic 软 件 ， 计 算 得 出: 0.0521.586 (5 ) 2.21F F  ﹥ ， （结果见表 3）。 由此可知，地理位置对身体表面积产生显著影响。 表 3 方差分析表 Tab.3 ANOVA（BSA(㎡)） 方差源 平方和 自由度 样本方差 F 显著性 组间 3.130 5 0.626 21.586 0.000 组内 63.428 2164 0.029 总和 66.558 2169 3.3 省份地区与表面积的变化关系 为得到体表面积水平的地域分布规律,可以把 不同省份地区人体表面积的平均值进行比较。所得 结果如表 4 所示。 表 4 各省份地区体表面积大小及排序 Tab . 4 di fferent regi ons‵ BS A and the order 省份地区 BSA（㎡） 序号 江西 1.592374 1 湖北 1.606946 2 贵州 1.611338 3 西藏 1.614312 4 海南 1.618496 5 广西 1.625773 6 四川、重庆 1.628631 7 浙江 1.639208 8 新疆 1.647334 9 湖南 1.648857 10 福建 1.657483 11 云南 1.664314 12 宁夏 1.669643 13 广东 1.672265 14 河南 1.681783 15 安徽 1.689126 16 甘肃 1.689572 17 内蒙古 1.69903 18 青海 1.703656 19 山西 1.703744 20 吉林 1.706197 21 河北、北京、天津 1.70629 22 陕西 1.707095 23 山东 1.74923 24 江苏 1.753611 25 辽宁 1.779432 26 黑龙江 1.782189 27 江西，湖北，贵州等地区体表面积值较小，均位 于南方。而黑龙江，辽宁，山东等北方各地区表面积 较大。所以可以看出，大体上从南到北体表面积有逐 渐增大的趋势，这也符合身高水平的“北高南矮”的特 点[11]。南方的广东，福建对于同纬度的云南，贵州要 大，可以看出沿海地区的体表面积要比内陆的高。 4 讨论 遗传和生活环境决定了人体表面积整体水平。 中国人人体表面积普遍“南小北大”是遗传因素影响 的结果。而造成这种遗传结果的原因又可能与中华 民族各部落的迁徙和居民对当地的温度、湿度等自 然条件长期适应的结果。同时由于改革开放，沿海 地区要比内陆地区发展的更好，生活质量提高的相 对较高；从而生活条件变化又造成：沿海地区比内 陆地区身体表面积要大。 需要指出的是本文所做研究中还存在着某些不 足。本文进行研究的样本容量是 2219，相对于本文 所研究的题目来说，还是较小的。而且调查的样本 都集中于中南大学的大学生，这样所得出的结果就 存在某些片面性。 对于建立新的人体表面积的计算公式，必须要 有足够、客观的人体表面积数据。从而，三维数字 化的人体测量系统就成为一种很好的工具。为便于 使用，所要得到的计算公式应尽量简单，所以可只 包含身高、体重两个变量。同时，考虑到生成的公 式的通用性，就要考虑性别、年龄、围度等参数。 针对这些，还需进行更深入的研究。 5 现在已有很多关于人体表面积的公式，我国很 多教科书所采用的仍是 60 多年前的 DuBois 公式及 Stevenson 的公式。对于此，国内已有很多学者对此 产生了质疑，但他们仍用的是传统的人体测量方法 去进行研究。由于采用了革新了的 3D 人体扫描仪， 台湾清华大学 Chi-Yuang Yu 建立了更准确的体表面 积公式： 0.7437 0.404071.3989BSA H W   。本文 采用该公式，计算了中南大学 2219 名大学生的体表 面积，得到了成年人人体表面积参数。并针对地理 因素进行了一元方差分析，得出地理位置对体表面 积有显著性影响。并根据计算结果，得出体表面积 大致从南向北逐渐变大；沿海地区比内陆省份的体 表面积大的结论。 参考文献: [1] 胡咏梅,王新朝,任爱红等.中国人体表面积实测值与以Stevenson公 式计算值的比较[J].新乡医学院学报,1996,13(3):227-229. 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