口腔医生坐姿改良座椅人机工程设计.pdf
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1、re2023Nov.JOURNALOFMACHINEDESIGN2023年11月No.11Vol.40第40 卷第11期机计设械口腔医生坐姿改良座椅人机工程设计*李晓英,赵安琪(湖北工业大学工业设计学院,湖北武汉430068)摘要:为改善口腔医生坐诊和手术操作时坐姿的舒适度,采用瑞典工效学因素识别方法(Swedish Ergonomic HazardIdentification Method,PLIBEL)和美国人因风险因子基准检查表(Baseline Risk Identification of Ergonomic Factors,BR IE F)对口腔医生作业姿势存在的不良工效学因素进行识
2、别与分析,得出影响口腔医生作业舒适性的关键部位,作为产品设计的依据,并采用Jack软件进行可行性对比验证。采用专家评估方法得到口腔医生在作业过程中最易发生风险的关键部位和姿势,并提出坐姿改良座椅设计方案,通过Jack仿真验证得到该产品可改善口腔医生作业姿势,提高其舒适度。通过坐姿改良座椅的设计案例,证实了PLIBEL和BRIEF的结合在产品设计过程中具有实用性和可行性,可有效指导口腔医生座椅的创新设计过程。关键词:人机工程设计;坐姿改良座椅;PLIBEL;BRIEF;Jack;口腔医生中图分类号:TB18;TB472文献标识码:A文章编号:10 0 1-2 354(2 0 2 3)11-0 1
3、7 0-0 7Ergonomic design of improved seat design for dentists sitting postuLI Xiaoying,ZHAO Anqi(School of Industrial Design,Hubei University of Technology,Wuhan 430068)Abstract:To improve the comfort of sitting posture of dentists during stting and operation,Sweden ergonomic factorsidentification me
4、thod(PLIBEL)and baseline risk identification of ergonomic factors(BRIEF)were used to perform identificationand analysis on adverse ergonomic factors existed in the dentist operations pose.The key parts of operation comfort for dentistwere obtained as the basis of product design.Jack software was use
5、d for feasibility comparison and verification.The expertevaluation method was used to obtain the key position and posture most likely to occur risk in the process of operation.Theimproved posture seat design scheme was proposed.Jack simulation verification could improve job posture of dentist and co
6、mfort.The combination of PLIBEL and BRIEF was proved to be practical and reliable in the design process of the modified chair.Itcould effectively guide the innovative design process of the chair for dentists.Key words:ergonomic design;improved sitting position chair;PLIBEL;BRIEF;Jack;dentist国外多项研究显示
7、,口腔医生罹患工作相关肌肉骨骼疾患(Work-relatedMusculoskeletal Disorders,WMSDs的概率高达9 1%,通过文献 2-3 可知,导致口腔医生WMSDs的重要因素是不良作业姿势,而座椅作为最常用的坐具,应在口腔医生作业过程中使其保持规范操作姿势与体位,从而提高口腔医生舒适度。在座椅设计研究方面,杨宛萤等 4 提出了基于坐姿变化的人机工程学办公座椅设计原则,为办公座椅的人机工程学改良设计提供有效建议;徐江华等 5 基于人机工程学理论,结合观察法与压力分布试验,研究乘客的乘机坐姿与产生的压力值,为飞机座椅设计提供新的思路;张文彦等 6 提出一种采用人体动作捕捉*
8、收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 5;修订日期:2 0 2 3-0 9-2 5基金项目:教育部人文社会科学基金(18 YJAZH048);教育部产学合作协同育人项目(2 0 2 0 0 2 2 550 0 7)2023年11月171李晓英,等腔医生坐姿改良座椅人机工程设计技术的坐姿舒适度评价方法,并结合Jack软件验证,为座椅的优化设计提供参考。在口腔医生人机工效研究方面,Jahanimoghadam等7 通过采用快速全身评估(Rapid Entire Body Assessment,REBA)方法评估普通牙医和专家的工作姿势,得出不良的作业姿势是导致口腔医生WMSDs的重要因素;刘佩芳等
9、8 通过采用PLIBEL和快速暴露调查表(QuickExposureCheck,QEC)方法探讨口腔医生发生工作相关WMSDs的不良工效学因素Chaiklieng等9 通过BRIEF调查和结构化问卷访谈对牙科医生和护士进行工效学评估,得出医院应提供适合医生个人的人机工程学工具;Aboalshamat等10 采用自我调查的横断面研究方法,建议制订人体工程学培训干预计划,缓解牙医的肌肉骨骼疼痛。上述文献在座椅优化设计及识别工效学因素方面提供了有效参考,但未提出针对口腔医生不良作业姿势的解决方案,且改善口腔医生不良作业姿势的产品设计研究较少。由于PLIBEL能对人体工程学工作条件进行定性分析,且易于
10、理解,以及BRIEF对作业的动作和时长等要素进行定量分析的优势,因此,文中引人PLIBEL和BRIEF的集成方法,对口腔医生作业存在的不良工效学因素进行识别与分析,为改善口腔医生坐诊姿势和手术操作时的舒适性,设计一款符合人机工程学的口腔医生座椅,为后续的研究提供思路。1口腔医生作业姿势分析1.1研究流程首先,专家进行现场评估,并通过PLIBEL对几种常见牙科手术进行不良工效学因素的识别,得到存在不良工效学因素最多的手术类别。然后,采用BRIEF对不良工效学因素最多的手术过程进行具体分步分析,得出最易发生风险的姿势和关键部位。最后,根据专家评估得出的最易发生风险的关键部位,再结合口腔医生正确作业
11、姿势固有感觉诱导位(Pr o p r i o c e p t i v e D e r i v a t i o n,PD)1的量化标准设计一款人机干预的座椅,从而改善医生作业姿势,并采用Jack软件对其进行可行性对比验证。研究流程如图1所示。姿势分析产品设计可行性验证专家现场评估易发生下背部分析PD位的风险的量化标准关键部位口腔手术中的不良工效学因素Jack舒适度分析软件易产生不良工效学因素的风险姿势口腔医生坐姿关键部位改良座椅设计覆盖域PLIBEL方法BRIEF方法图1研究流程1.2实地调研选取不同医院的10 名口腔科医生作为调研对象,参与调研的医生年龄为3 0 5 0 岁,均至少有3 年的手
12、术经验,主要以龈上洁治术、牙齿拔除术、正畸手术和种植牙手术作为观察重点。所有调研对象均知情同意,于2 0 2 2 年3 6 月进行现场调查记录,调研现场照片如图2 所示。图2调研现场照片1.3PLIBEL方法PLIBEL是用于识别和预评估WMSDs致伤工效学危险因素的一种方法12。在国内,PLIBEL方法已应用于造修船、航空搬运及药物配置等领域戈13-15。专家通过现场观察对研究对象身体的5 大部分进行访谈和观测,包括颈肩上背;肘、前臂、手;足、膝;背部和下背。访谈和观测的问题主要涉及姿势、活动、使用工具、组织和环境因素等17 个方面。采用PLIBEL方法对口腔医生的工作进行分析,并将手术作为
13、观察类别,可分为龈上洁治术、牙齿拔除术、正畸手术和种植牙手术4类常见手术。针对每个手术识别出的所有不良因素均纳人最后结果。总结各部位存在危险因素最多的一类手术,对该手术进行步骤分解,再采用BRIEF分析各步骤的姿势172计机第4 0 卷第11期设械1.4BRIEF方法BRIEF为美国人因风险因子基准检查表,用于识别和评估工作场所中存在的不良工效学因素,在评估工效学危害因素方面已得到较好应用16,主要应用在汽车制造、医护工作和制鞋作业等领域17-19,用于识别不同任务单元身体各部位存在的危险因素,对身体上肢的6 个部位动作活动进行调查和观测,通过得分的高低判断风险的高低,每个部位共4 项指标,指
14、标分别为姿势、力量、持续时间和动作频率,每项记为1分,最高记为4 分。结合口腔医生的主观回答和两名专家现场的观察情况,得出最后的分值。将分值大于且等于2 作为判定危险的标准,得出最有风险的2 个姿势和关键部位1.5基于PLIBEL和BRIEF的不良工效学因素分析1.5.1PLIBEL分析为探讨不良工效学因素,采用PLIBEL方法对4类常见口腔手术进行观测与检查,口腔医生4 类常见手术操作不良工效学因素如表1所示。表1口腔医生4 类常见手术操作不良工效学因素身体部位手术类别主要操作颈肩上背肘、前臂和手足膝和臀部下背超声波洁治14a,1613,14a,15b9a喷砂冲洗9a,1614a,17c9a
15、龈上洁治术牙齿抛光10a,1613局部上药10a13局部麻药5,9a,10a,1613,15b9a切口与显露5,9c,10b,1613,17a9a劈冠5,9c,10b,1613,17a9a牙齿拔除术挺出9c,10a,1314b,15b,17b4,5,9c清理拔牙创口5,9c,10b,1614a,17a75,9a缝合9a,10a,1613,14a,17a5,9c制模9c,10c,14a,1617c666酸蚀牙面,冲洗4,9c,10a14a,15h,17c5,9c涂抹黏结剂,光照4,5,9c,10b,14a,1614a,17c5,9a正畸手术黏接托槽3,4,5,9c,10b,163,14a,15b
16、,17c3,5,9a光照固化4,9a,10c3,14a,17a5,9c上弓丝,调弓丝4,5,9c,10b,14a,1614a,17c调型定型4,9a,10c3,14a,17a注射麻药5,9a,10a,1613,15b,17c5,9c进行备洞5,9a,10a,1614b,17b5植人种植体4,9b,13,1613,14a,17a9a调整种植体深度9c,10a,1613,14b,17b5,9a种植牙缝合创口9d,10c,162,13,14a,17a5,9a取模4,9c,10c15b,17c664,6,9a安装临时义齿4,9b,10b3,14a,17c5,9c检查调整临时义齿的咬合5,9c,10c,
17、1617c5,9c注:“一”表示没有出现任何不良工效学因素。由表1可知,龈上洁治术存在7 种危险因素,为9a,10a,14a,13,15b,16 和17 c(在重复持续性颈间背部轻度前屈、单臂无支撑前伸作业活动、重复性手部不适、对视觉能力有较高要求,不适的手部抓握等不良姿势和作业);牙齿拔除术存在13 种危险因素,为4,5,9a,9c,10 a,10 b,13,14 a,14 b 和15 b等(高度不适、座椅调整不佳、对视觉能力有较高要求、背或颈轻度前屈、背侧弯或轻度扭转、单臂无支撑前伸、重复性手部不适和不适的手部抓握等不良姿势和作业);正畸手术存在14种危险因素,为3,4,5,6,9 a,9
18、c和10 a等(工具设计2023年11月173李晓英,等腔医生坐姿改良座椅人机工程设计不当、高度不适、座椅调整不佳、对视觉能力有较高要求、站立无支撑、背侧弯或轻度扭转、颈前屈、重复性手部不适和不适的手部抓握等不良姿势和作业);种植牙手术存在2 0 种危险因素,为2,3,4,5,6,9 a,9b,9c,9d,10a和10 b等(空间受限、工具设计不当、高度不适、站立无支撑、座椅调整不佳、重复持续性背或颈重度前屈、重复性手部不适、单臂无支撑前伸和不适的手部抓握等不良姿势和作业)1.5.2BRIEF分析由表1可知,存在危险因素最多的手术类别是种植牙手术,因此,主要研究口腔医生在种植牙手术中的作业过程
19、。种植牙手术各步骤姿势BRIEF分值如表2所示。由表2 可知,在专家评分过程中存在最多高风险负荷部位的操作有两个:(1)植入种植体的操作7个部位得分均大于2;(2)缝合创口的操作7 个部位得分也均大于2。在种植牙手术各步骤姿势评分中,颈部得分最高(平均为2.8 分),其次为背部(平均为2.6分),第3 为手肘(平均为2.3 分),第4 为肩部(平均为2.0 分),其中,得分最低的部位为腿部(平均为0.4分),即4 项指标记分高的部位分别为颈部、背部、肘部和肩部。因此,影响种植牙手术医生坐姿舒适的关键部位为颈部、背部、肘部和肩部。表2种植牙手术各步骤姿势BRIEF分值手术类别主要操作左手腕左手肘
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