人機工程理念在口腔CT機中的應(yīng)用

李仲毅

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

人機工程理念在口腔CT機中的應(yīng)用

李仲毅1，2

（1.鄭州大學(xué)機械工程學(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)計醫(yī)療器械過程中要注重人機工程理念的運用，并說明人機工程學(xué)理念融入醫(yī)療器械設(shè)計中的基本過程，然后介紹了口腔CT機這一人機工程設(shè)計實例，指出人機工程學(xué)理念在機械工程設(shè)計中的應(yīng)用。

人機工程學(xué)；醫(yī)療器械；機械工程；口腔CT機

隨著生活水平不斷提升，人們對口腔的衛(wèi)生和健康越來越關(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)的螺旋型計算機斷層掃描技術(shù)，是進行系列軸向斷層掃描獲得的三維重建圖像，相對而言，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)域會受到限制，如測量標(biāo)準(zhǔn)多以毫米單位計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射線由于投影機拍攝角度問題所造成的變形圖像、“偽影”等問題，比傳統(tǒng)的CT有更高的準(zhǔn)確度［1］。新型口腔CT優(yōu)點較為明顯，但也不都是完美的產(chǎn)品，產(chǎn)品設(shè)計要與人機工程學(xué)理念結(jié)合起來。因此，要將人機工程學(xué)理念和機械設(shè)計結(jié)合起來，創(chuàng)造出人性化的產(chǎn)品，使人、機、環(huán)境形成高效、經(jīng)濟、安全的有機統(tǒng)一系統(tǒng)［2］。

1 人機工程設(shè)計理念在醫(yī)療器械設(shè)計過程中的應(yīng)用

人機工程學(xué)是研究人機系統(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，實現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)效率［3］。人機工程學(xué)的主要目的是通過人機與環(huán)境之間的關(guān)系，優(yōu)化人機環(huán)境系統(tǒng)。人、機、環(huán)境這三個方面是密不可分的。人體工效學(xué)研究的內(nèi)容包括人為因素、機械因素和環(huán)境因素。人機工程學(xué)強調(diào)將人、機、環(huán)境三大要素整合為一體，不是單純地注重個體要素的優(yōu)良與否，而是將使用產(chǎn)品的人及所處的環(huán)境作為一個整體系統(tǒng)研究，此系統(tǒng)為人一機一環(huán)境系統(tǒng)。

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

①在策劃設(shè)計階段，應(yīng)認(rèn)識到產(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)計階段，從人與環(huán)境、產(chǎn)品與環(huán)境、產(chǎn)品與人的方面進行探究，對比產(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，對產(chǎn)品的功能效率進行預(yù)測，選擇一個最佳設(shè)計方案。依據(jù)擬定好的方案對產(chǎn)品進行虛擬模型制造，參照人體模型數(shù)據(jù)庫對人體模型進行改進，獲得更進一步的簡單模型，然后對模型進行簡單模擬實驗，將實驗所得的結(jié)果與人機工程學(xué)中的人—機—環(huán)境系統(tǒng)進行對比，進一步完善設(shè)計方案。

③在產(chǎn)品的技術(shù)設(shè)計階段，依據(jù)人們的生理和心理特點來進行產(chǎn)品設(shè)計，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)計產(chǎn)品零部件具體尺寸參數(shù)，對于信息處理的效率，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)模型進行測試，從產(chǎn)品使用環(huán)境、用戶活動范圍、使用方便性、操作舒適性、最小疲勞損傷等方面進行產(chǎn)品評估，并預(yù)測在使用過程中可能出現(xiàn)的問題，然后進一步確定人—機—環(huán)境的可靠性和可行性，提出修正，并反復(fù)進行校正和分析。

④在產(chǎn)品的總體設(shè)計階段，結(jié)合人機工程學(xué)原理，對產(chǎn)品進行綜合、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)品的各個部分是否滿足人機工程學(xué)的理念，如人機交互及產(chǎn)品人機界面設(shè)計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)人機工程學(xué)原理對制成的樣機反復(fù)實驗，并進行工效學(xué)評價，最后根據(jù)評價提出改進計劃。

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

2 人機工程學(xué)在機械設(shè)計中的實例應(yīng)用

2.1 產(chǎn)品設(shè)計背景

醫(yī)療器械一般供醫(yī)護人員和患者使用。對療效產(chǎn)生不良因素包括兩方面：一方面醫(yī)療設(shè)備的操作是否簡便快捷，另一方面患者對產(chǎn)品是否會產(chǎn)生擔(dān)憂的心理反應(yīng)。在醫(yī)療器械設(shè)計過程中，要充分考慮患者的一系列生理反應(yīng)，從而設(shè)計出和諧統(tǒng)一的人機交互界面。

口腔CT機的設(shè)計要以醫(yī)護人員和患者的關(guān)系為出發(fā)點，總體來說，口腔CT機的人機交互界面不僅要易被醫(yī)護人員和患者接受，而且還要保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 現(xiàn)有產(chǎn)品人機關(guān)系面臨的主要問題

通過使用者對口腔CT機產(chǎn)品使用過程的反應(yīng)，口腔CT機在人際關(guān)系方面主要存在以下幾方面問題。

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

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

③現(xiàn)有設(shè)備體積一般都較大，有時患者不方便移動，只能到專門的CT檢測室進行檢查，忽略了患者的實際情況。

2.3 新型口腔CT介紹

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

2.3.1“C”型裝置設(shè)計。啟動機器，把患者頭部調(diào)至最合適的檢測位置，點擊“掃描”鍵，設(shè)備會按照設(shè)定的檢測模式進行掃描。CT機只圍繞人頭部與口腔相關(guān)的部位進行局部的旋轉(zhuǎn)掃描，因此，可以將掃描信號發(fā)射器和接收器從機身主體上獨立出來，與屏幕合成一體，形成能在機身側(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。

2.3.2 雙屏設(shè)計。顯示屏幕和控制鍵的位置對設(shè)備操作者來說尤為重要，其決定了操作的準(zhǔn)確性、舒適性、便捷性及檢測的效率。把雙屏設(shè)計放置在“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)到檢測機兩邊，檢測者無論站在檢測機哪一邊，都可以進行相應(yīng)操作并查看相關(guān)內(nèi)容，根本不需要繞著檢測機來回走動。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)致錯誤操作的可能性。

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

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備的逐步完善能進一步滿足社會需求。在醫(yī)療器械設(shè)計過程中，現(xiàn)代企業(yè)越來越充分地考慮結(jié)合人機工程學(xué)理念，給用戶創(chuàng)造一個舒適、便捷的環(huán)境。這不僅能增強產(chǎn)品的市場競爭力，還能實現(xiàn)人與產(chǎn)品的完美和諧統(tǒng)一。

［1］許翰銳，國立葳.基于人機研究的新型口腔CT機設(shè)計［J］.機械設(shè)計，2013（5）：122-124.

［2］盧小菊，劉英林.淺談人機工程學(xué)在機械設(shè)計中的應(yīng)用［J］.機械工程與自動化，2013（3）：165-166.

［3］李震，詹立新，張金海，等.人機工程在醫(yī)療器械設(shè)計中的應(yīng)用［J］.中國醫(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：機械工程。