人機工程理念在口腔CT機中的應用

李仲毅

（1.鄭州大學機械工程學院，河南 鄭州 450000；2.河南省腫瘤醫院，河南 鄭州 450000）

人機工程理念在口腔CT機中的應用

李仲毅1，2

（1.鄭州大學機械工程學院，河南 鄭州 450000；2.河南省腫瘤醫院，河南 鄭州 450000）

本文指出在設計醫療器械過程中要注重人機工程理念的運用，并說明人機工程學理念融入醫療器械設計中的基本過程，然后介紹了口腔CT機這一人機工程設計實例，指出人機工程學理念在機械工程設計中的應用。

人機工程學；醫療器械；機械工程；口腔CT機

隨著生活水平不斷提升，人們對口腔的衛生和健康越來越關注。口腔診斷是口腔疾病預防的必要手段。最常用的傳統的螺旋型計算機斷層掃描技術，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，圖像質量不夠精確，進而產生階梯狀偽影。因此，傳統的螺旋CT在一些領域會受到限制，如測量標準多以毫米單位計量的集中在頭顱中下組織結構的口腔正畸、種植和牙體學方面。新型口腔CT可以解決傳統牙科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，比傳統的CT有更高的準確度［1］。新型口腔CT優點較為明顯，但也不都是完美的產品，產品設計要與人機工程學理念結合起來。因此，要將人機工程學理念和機械設計結合起來，創造出人性化的產品，使人、機、環境形成高效、經濟、安全的有機統一系統［2］。

1 人機工程設計理念在醫療器械設計過程中的應用

人機工程學是研究人機系統中人與其他要素之間的相互作用，并應用相關原理、方法和理論，實現優化系統效率［3］。人機工程學的主要目的是通過人機與環境之間的關系，優化人機環境系統。人、機、環境這三個方面是密不可分的。人體工效學研究的內容包括人為因素、機械因素和環境因素。人機工程學強調將人、機、環境三大要素整合為一體，不是單純地注重個體要素的優良與否，而是將使用產品的人及所處的環境作為一個整體系統研究，此系統為人一機一環境系統。

醫療器械產品的加工設計都要經過策劃、方案設計、技術設計、總體設計和工藝設計等幾個階段。在醫療產品設計過程中，要充分應用人機工程學理念，具體體現在以下幾方面。

①在策劃設計階段，應認識到產品—人—環境的全方位接觸，以及人與產品之間的相互關系，依據人機工程學理念，決定人與產品的功效分配。

②在產品方案設計階段，從人與環境、產品與環境、產品與人的方面進行探究，對比產品效率，規劃參數限制、人的能力極限、操作條件與環境適應性等因素，對產品的功能效率進行預測，選擇一個最佳設計方案。依據擬定好的方案對產品進行虛擬模型制造，參照人體模型數據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，將實驗所得的結果與人機工程學中的人—機—環境系統進行對比，進一步完善設計方案。

③在產品的技術設計階段，依據人們的生理和心理特點來進行產品設計，從人體的尺寸參數、視野和肢體所及的空間限度等角度設計產品零部件具體尺寸參數，對于信息處理的效率，要從人的傳遞能力方面思考。按照設計要求，確定產品的性能參數，依據參數再次生產模型進行測試，從產品使用環境、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品評估，并預測在使用過程中可能出現的問題，然后進一步確定人—機—環境的可靠性和可行性，提出修正，并反復進行校正和分析。

④在產品的總體設計階段，結合人機工程學原理，對產品進行綜合、全面分析，以保證產品的操作和正確保養，使產品切實滿足用戶的身心需求，使產品在功能和效率方面達到最佳效果。

⑤在產品裝配和加工階段，要密切關注產品的各個部分是否滿足人機工程學的理念，如人機交互及產品人機界面設計的顯示屏與控制部分是否協調一致，操作是否繁瑣，產品功能是否能滿足人體生理需求等。依據人機工程學原理對制成的樣機反復實驗，并進行工效學評價，最后根據評價提出改進計劃。

在設計醫療器械產品的各個階段，必須要充分考慮人的生理因素，滿足人機工程學理念中的各種需要，這樣才能真正實現人機工程學在醫療器械產品中的融合應用。

2 人機工程學在機械設計中的實例應用

2.1 產品設計背景

醫療器械一般供醫護人員和患者使用。對療效產生不良因素包括兩方面：一方面醫療設備的操作是否簡便快捷，另一方面患者對產品是否會產生擔憂的心理反應。在醫療器械設計過程中，要充分考慮患者的一系列生理反應，從而設計出和諧統一的人機交互界面。

口腔CT機的設計要以醫護人員和患者的關系為出發點，總體來說，口腔CT機的人機交互界面不僅要易被醫護人員和患者接受，而且還要保證檢測結果的準確性。

2.2 現有產品人機關系面臨的主要問題

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

①現有設備只注重技術外形是否和諧，設備運作時會出現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現有設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備走動才能完成對患者的檢測

③現有設備體積一般都較大，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，按照人機工程學理念進行新型口腔CT機的設計。產品的尺寸設計在保證元器件正常排列的基礎上，以人體測量數據為依據，設定長1300mm，寬700mm，高1800mm。整體外觀如圖1所示。

2.3.1“C”型裝置設計。啟動機器，把患者頭部調至最合適的檢測位置，點擊“掃描”鍵，設備會按照設定的檢測模式進行掃描。CT機只圍繞人頭部與口腔相關的部位進行局部的旋轉掃描，因此，可以將掃描信號發射器和接收器從機身主體上獨立出來，與屏幕合成一體，形成能在機身側面沿圓弧形軌道旋轉的“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。與傳統設備相比，“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接受檢測。

2.3.2 雙屏設計。顯示屏幕和控制鍵的位置對設備操作者來說尤為重要，其決定了操作的準確性、舒適性、便捷性及檢測的效率。把雙屏設計放置在“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，都可以進行相應操作并查看相關內容，根本不需要繞著檢測機來回走動。此外，將顯示屏設置在“C”型裝置的端面，降低了被意外觸碰而導致錯誤操作的可能性。

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

3 結語

隨著科學技術的高速發展，醫療設備的逐步完善能進一步滿足社會需求。在醫療器械設計過程中，現代企業越來越充分地考慮結合人機工程學理念，給用戶創造一個舒適、便捷的環境。這不僅能增強產品的市場競爭力，還能實現人與產品的完美和諧統一。

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

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

［3］李震，詹立新，張金海，等.人機工程在醫療器械設計中的應用［J］.中國醫療器械信息，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。