李仲毅

（1.鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450000；2.河南省腫瘤醫(yī)院，河南 鄭州 450000）

人機(jī)工程理念在口腔CT機(jī)中的應(yīng)用

李仲毅1，2

（1.鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450000；2.河南省腫瘤醫(yī)院，河南 鄭州 450000）

本文指出在設(shè)計(jì)醫(yī)療器械過(guò)程中要注重人機(jī)工程理念的運(yùn)用，并說(shuō)明人機(jī)工程學(xué)理念融入醫(yī)療器械設(shè)計(jì)中的基本過(guò)程，然后介紹了口腔CT機(jī)這一人機(jī)工程設(shè)計(jì)實(shí)例，指出人機(jī)工程學(xué)理念在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

人機(jī)工程學(xué)；醫(yī)療器械；機(jī)械工程；口腔CT機(jī)

隨著生活水平不斷提升，人們對(duì)口腔的衛(wèi)生和健康越來(lái)越關(guān)注?？谇辉\斷是口腔疾病預(yù)防的必要手段。最常用的傳統(tǒng)的螺旋型計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)，是進(jìn)行系列軸向斷層掃描獲得的三維重建圖像，相對(duì)而言，得到的圖像的垂直分辨率比較模糊，圖像質(zhì)量不夠精確，進(jìn)而產(chǎn)生階梯狀偽影。因此，傳統(tǒng)的螺旋CT在一些領(lǐng)域會(huì)受到限制，如測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)多以毫米單位計(jì)量的集中在頭顱中下組織結(jié)構(gòu)的口腔正畸、種植和牙體學(xué)方面。新型口腔CT可以解決傳統(tǒng)牙科X射線由于投影機(jī)拍攝角度問(wèn)題所造成的變形圖像、“偽影”等問(wèn)題，比傳統(tǒng)的CT有更高的準(zhǔn)確度［1］。新型口腔CT優(yōu)點(diǎn)較為明顯，但也不都是完美的產(chǎn)品，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要與人機(jī)工程學(xué)理念結(jié)合起來(lái)。因此，要將人機(jī)工程學(xué)理念和機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造出人性化的產(chǎn)品，使人、機(jī)、環(huán)境形成高效、經(jīng)濟(jì)、安全的有機(jī)統(tǒng)一系統(tǒng)［2］。

1 人機(jī)工程設(shè)計(jì)理念在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用

人機(jī)工程學(xué)是研究人機(jī)系統(tǒng)中人與其他要素之間的相互作用，并應(yīng)用相關(guān)原理、方法和理論，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)效率［3］。人機(jī)工程學(xué)的主要目的是通過(guò)人機(jī)與環(huán)境之間的關(guān)系，優(yōu)化人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)。人、機(jī)、環(huán)境這三個(gè)方面是密不可分的。人體工效學(xué)研究的內(nèi)容包括人為因素、機(jī)械因素和環(huán)境因素。人機(jī)工程學(xué)強(qiáng)調(diào)將人、機(jī)、環(huán)境三大要素整合為一體，不是單純地注重個(gè)體要素的優(yōu)良與否，而是將使用產(chǎn)品的人及所處的環(huán)境作為一個(gè)整體系統(tǒng)研究，此系統(tǒng)為人一機(jī)一環(huán)境系統(tǒng)。

醫(yī)療器械產(chǎn)品的加工設(shè)計(jì)都要經(jīng)過(guò)策劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。在醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)理念，具體體現(xiàn)在以下幾方面。

①在策劃設(shè)計(jì)階段，應(yīng)認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品—人—環(huán)境的全方位接觸，以及人與產(chǎn)品之間的相互關(guān)系，依據(jù)人機(jī)工程學(xué)理念，決定人與產(chǎn)品的功效分配。

②在產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段，從人與環(huán)境、產(chǎn)品與環(huán)境、產(chǎn)品與人的方面進(jìn)行探究，對(duì)比產(chǎn)品效率，規(guī)劃參數(shù)限制、人的能力極限、操作條件與環(huán)境適應(yīng)性等因素，對(duì)產(chǎn)品的功能效率進(jìn)行預(yù)測(cè)，選擇一個(gè)最佳設(shè)計(jì)方案。依據(jù)擬定好的方案對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行虛擬模型制造，參照人體模型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)人體模型進(jìn)行改進(jìn)，獲得更進(jìn)一步的簡(jiǎn)單模型，然后對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)單模擬實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果與人機(jī)工程學(xué)中的人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)方案。

③在產(chǎn)品的技術(shù)設(shè)計(jì)階段，依據(jù)人們的生理和心理特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從人體的尺寸參數(shù)、視野和肢體所及的空間限度等角度設(shè)計(jì)產(chǎn)品零部件具體尺寸參數(shù)，對(duì)于信息處理的效率，要從人的傳遞能力方面思考。按照設(shè)計(jì)要求，確定產(chǎn)品的性能參數(shù)，依據(jù)參數(shù)再次生產(chǎn)模型進(jìn)行測(cè)試，從產(chǎn)品使用環(huán)境、用戶活動(dòng)范圍、使用方便性、操作舒適性、最小疲勞損傷等方面進(jìn)行產(chǎn)品評(píng)估，并預(yù)測(cè)在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，然后進(jìn)一步確定人—機(jī)—環(huán)境的可靠性和可行性，提出修正，并反復(fù)進(jìn)行校正和分析。

④在產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)階段，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合、全面分析，以保證產(chǎn)品的操作和正確保養(yǎng)，使產(chǎn)品切實(shí)滿足用戶的身心需求，使產(chǎn)品在功能和效率方面達(dá)到最佳效果。

⑤在產(chǎn)品裝配和加工階段，要密切關(guān)注產(chǎn)品的各個(gè)部分是否滿足人機(jī)工程學(xué)的理念，如人機(jī)交互及產(chǎn)品人機(jī)界面設(shè)計(jì)的顯示屏與控制部分是否協(xié)調(diào)一致，操作是否繁瑣，產(chǎn)品功能是否能滿足人體生理需求等。依據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理對(duì)制成的樣機(jī)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行工效學(xué)評(píng)價(jià)，最后根據(jù)評(píng)價(jià)提出改進(jìn)計(jì)劃。

在設(shè)計(jì)醫(yī)療器械產(chǎn)品的各個(gè)階段，必須要充分考慮人的生理因素，滿足人機(jī)工程學(xué)理念中的各種需要，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)工程學(xué)在醫(yī)療器械產(chǎn)品中的融合應(yīng)用。

2 人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的實(shí)例應(yīng)用

2.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)背景

醫(yī)療器械一般供醫(yī)護(hù)人員和患者使用。對(duì)療效產(chǎn)生不良因素包括兩方面：一方面醫(yī)療設(shè)備的操作是否簡(jiǎn)便快捷，另一方面患者對(duì)產(chǎn)品是否會(huì)產(chǎn)生擔(dān)憂的心理反應(yīng)。在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮患者的一系列生理反應(yīng)，從而設(shè)計(jì)出和諧統(tǒng)一的人機(jī)交互界面。

口腔CT機(jī)的設(shè)計(jì)要以醫(yī)護(hù)人員和患者的關(guān)系為出發(fā)點(diǎn)，總體來(lái)說(shuō)，口腔CT機(jī)的人機(jī)交互界面不僅要易被醫(yī)護(hù)人員和患者接受，而且還要保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 現(xiàn)有產(chǎn)品人機(jī)關(guān)系面臨的主要問(wèn)題

通過(guò)使用者對(duì)口腔CT機(jī)產(chǎn)品使用過(guò)程的反應(yīng)，口腔CT機(jī)在人際關(guān)系方面主要存在以下幾方面問(wèn)題。

①現(xiàn)有設(shè)備只注重技術(shù)外形是否和諧，設(shè)備運(yùn)作時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同程度的噪聲和振動(dòng)，容易引起患者情緒上的波動(dòng)，影響診斷和治療效果。

②現(xiàn)有設(shè)備的人機(jī)交互界面操作步驟繁雜，有時(shí)甚至需要操作者繞著設(shè)備走動(dòng)才能完成對(duì)患者的檢測(cè)

③現(xiàn)有設(shè)備體積一般都較大，有時(shí)患者不方便移動(dòng)，只能到專門(mén)的CT檢測(cè)室進(jìn)行檢查，忽略了患者的實(shí)際情況。

2.3 新型口腔CT介紹

針對(duì)上述問(wèn)題，按照人機(jī)工程學(xué)理念進(jìn)行新型口腔CT機(jī)的設(shè)計(jì)。產(chǎn)品的尺寸設(shè)計(jì)在保證元器件正常排列的基礎(chǔ)上，以人體測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù)，設(shè)定長(zhǎng)1300mm，寬700mm，高1800mm。整體外觀如圖1所示。

2.3.1“C”型裝置設(shè)計(jì)。啟動(dòng)機(jī)器，把患者頭部調(diào)至最合適的檢測(cè)位置，點(diǎn)擊“掃描”鍵，設(shè)備會(huì)按照設(shè)定的檢測(cè)模式進(jìn)行掃描。CT機(jī)只圍繞人頭部與口腔相關(guān)的部位進(jìn)行局部的旋轉(zhuǎn)掃描，因此，可以將掃描信號(hào)發(fā)射器和接收器從機(jī)身主體上獨(dú)立出來(lái)，與屏幕合成一體，形成能在機(jī)身側(cè)面沿圓弧形軌道旋轉(zhuǎn)的“C”型裝置。C”型裝置投射的范圍比全身CT縮小了很多，所接觸到的輻射也明顯減少。與傳統(tǒng)設(shè)備相比，“C”型裝置的開(kāi)口部位有了更廣闊的視野范圍，減少了患者的緊張和不安，能使患者保持輕松的狀態(tài)接受檢測(cè)。

2.3.2 雙屏設(shè)計(jì)。顯示屏幕和控制鍵的位置對(duì)設(shè)備操作者來(lái)說(shuō)尤為重要，其決定了操作的準(zhǔn)確性、舒適性、便捷性及檢測(cè)的效率。把雙屏設(shè)計(jì)放置在“C”型裝置的兩端。顯示屏和控制鍵可以隨著“C”型裝置旋轉(zhuǎn)到檢測(cè)機(jī)兩邊，檢測(cè)者無(wú)論站在檢測(cè)機(jī)哪一邊，都可以進(jìn)行相應(yīng)操作并查看相關(guān)內(nèi)容，根本不需要繞著檢測(cè)機(jī)來(lái)回走動(dòng)。此外，將顯示屏設(shè)置在“C”型裝置的端面，降低了被意外觸碰而導(dǎo)致錯(cuò)誤操作的可能性。

2.3.3 腳輪設(shè)計(jì)。目前，大多數(shù)設(shè)備的移動(dòng)都不是特別方便，新型口腔CT機(jī)底端設(shè)置了醫(yī)用360°旋轉(zhuǎn)腳輪，這使檢測(cè)機(jī)能在平整地面上根據(jù)患者的位置進(jìn)行移動(dòng)。此外，腳輪上安裝有鎖止系統(tǒng)，其使腳輪能用腳隨時(shí)急停，有效滿足了檢測(cè)需求。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備的逐步完善能進(jìn)一步滿足社會(huì)需求。在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)過(guò)程中，現(xiàn)代企業(yè)越來(lái)越充分地考慮結(jié)合人機(jī)工程學(xué)理念，給用戶創(chuàng)造一個(gè)舒適、便捷的環(huán)境。這不僅能增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，還能實(shí)現(xiàn)人與產(chǎn)品的完美和諧統(tǒng)一。

［1］許翰銳，國(guó)立葳.基于人機(jī)研究的新型口腔CT機(jī)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)，2013（5）：122-124.

［2］盧小菊，劉英林.淺談人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2013（3）：165-166.

［3］李震，詹立新，張金海，等.人機(jī)工程在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)醫(yī)療器械信息，2012（8）：1-5.

Design and Application of Ergonomics in Oral CT

Li Zhongyi1，2
（1.College of Mechanical Engineering,Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450000；2.Henan Cancer Hospital，Zhengzhou Henan 450000）

This paper pointed out that the application of medical equipment in the design process should pay attention to the man-machine engineering theory,and explained the basic process of man-machine engi?neering concepts into the design of medical apparatus,the oral CT man-machine engineering design exam?ples and then introduced the application of ergonomics,pointed out the concept in mechanical engineering design.

ergonomics；medical equipment；mechanical engineering；Dental CT

TH787.1；TB18

A

1003-5168（2017）12-0029-02

2017-11-01

李仲毅（1988-），男，碩士，研究方向：機(jī)械工程。