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    基于人機工程學的牙科椅舒適度改善研究

    來源:佛山總部格徠德醫療器械 時間:2018-11-23 點擊:1949

    摘要: 為了提高牙科就診患者在牙科椅上就診的舒適度,本文以牙科椅為研究對象,以人機工程學為理論依據,建立數字人模型,對牙科椅進行建模與仿真。對牙科椅座面、靠背、頭托、扶手等主要部件尺寸 及患者舒適度進行仿真分析,并在此基礎上提出改善方案。結果表明:通過對牙科椅基本尺寸的重新設計,可以建 立更加適合我國就診患者身材尺寸的牙科椅模型,提升患者就診舒適度。 關鍵詞: 牙科椅;數字人;舒適度;


    牙科椅是口腔醫療的基礎設施,在牙科醫生為 患者進行診療時,用于承載患者,并調整患者到適 合醫生完成治療操作的合適位置和姿態。由于牙科 診療的特點,通常使患者在牙科椅上較長時間保持 相同姿勢,大多數患者會在緊張焦慮的情緒下接受 醫生治療,而舒適的治療座椅和合理的就診姿勢能 夠有效幫助患者減輕心理壓力,配合醫生高效完成 治療過程。隨著技術提高和人們生活水平的改善, 牙科椅除了滿足基本的治療功能外,患者的舒適程 度和人性化的使用方式越來越成為人們追求的目 標。因此,在牙科椅的設計上,如何將“人”的因素 作為重要關注點,從人機工程學角度對牙科椅進行 分析與改進,使患者更加舒適、滿意地完成牙科診 療過程,是一個迫切需要解決的問題。 在對座椅舒適度的研究上,國外較為領先。早 在20世紀初期國外學者就對座椅舒適度開始了相關 研究 我國在對如牙科椅等特殊座椅的研究上文獻數量較 少,而在實際生活中,患者對就診過程舒適度體驗 的要求卻越來越高。因此,本文從人機工程學角度 對牙科椅進行分析與改善具有非常重要的現實意義。



    座面寬度 牙科椅的座面需要較為寬裕的空間,以使在牙 科椅上的患者能夠靈活調整姿勢。由于女性的臀部 寬度一般大于男性,故選擇女性P99臀部寬度作為 座面寬度的設計依據[14]。數字人的人體尺寸可以通 過Jack中數字人的“精確尺寸”功能調用,如圖3所 示,得到女性P99數字人的臀部寬度為367 mm。 圖 3 數字人的精確尺寸 Fig.3 The exact size of digital human 由于在牙科椅的使用過程中一些患者習慣將雙 手下垂放置于大腿兩側,并且在設計中使用的人體 數據并未考慮患者衣服的厚度,所以在得到座面寬 度數據的基礎上需要增加一定修正量。在367 mm的 基礎上身體兩側各增加20 mm修正量,對最終結果 取整,得到座面寬度為367+20×2≈410 mm。表1中 原牙科椅模型的座面寬度為496 mm,大于410 mm 較多,余量較大,一方面增加了牙科椅的占地面 積,給醫生的活動空間增加障礙,另一方面較大的 座寬使患者雙臂向軀干兩側屈伸,增加肩部的不適 感,影響患者舒適度。


    當牙科椅座面是水平時,大腿和小腿支撐面的 傾角均為0°,不同身材的患者腿部均能與椅面貼 合,但是這時候患者的舒適度體驗最差。如果對大 腿支撐面設置一個后傾的夾角,能夠防止坐在牙科 椅上的患者在治療過程中臀部向前滑動,而且能夠 將身體的一部分壓力分布在靠背下部,降低疲勞程 度。同時,小腿支撐面向下傾斜一定角度,使小腿 沿著座面自然彎曲。有研究表明,當大腿支撐面傾 角增加時,需要相應地增加小腿支撐面傾角,否則 會使乘坐者腿部的韌帶產生不舒適感[15]。在兩個角 度增大的過程中,座面中間的彎折角度越來越小, 座面滿足不同尺寸身材的人的范圍逐漸縮小,如圖5 所示,會出現患者腿部與兩個支撐面不能完全貼合 的情況。因此,在牙科椅座面的設計時,選擇較 小的大小腿支撐面傾角,可以更大程度地滿足使用 人群。 


    原牙科椅模型座面的大腿支撐面傾角為10°, 小腿支撐面傾角為16°。為了確定使患者更舒適的 座面曲線,找到使患者最舒適狀態下的兩個支撐面 的傾角,選擇男性P99數字人對不同傾斜角度的座面進行仿真,利用Jack中的座椅舒適度分析工具和 Krist舒適度數據源,找到最舒適的座面傾角。仿真 過程中牙科椅其他不相關部件保持原始狀態不變, 僅將兩個座面傾角作為變化量。 首先忽略牙科椅的小腿支撐部分,假設牙科椅 是只有一個大腿支撐面的普通座椅。小腿自然下垂 與地面呈90°,忽略牙科椅的高度假設數字人的雙 腳能接觸到地面,對不同傾斜角度的大腿支撐面進 行仿真。通過仿真分析大腿支撐面傾角為6°、8°、 10°、12°、14°時的患者舒適度情況,確定大腿支撐 面傾角變化對舒適度的影響。其中,男性P99數字 人在牙科椅模型初始狀態即大腿支撐面傾角為 10°時的舒適度檢驗結果。


    牙科椅的座面除了有支撐大腿和臀部的作用 外,還為小腿提供支撐。對大腿支撐面傾角為6°、8°、10°、12°、14°時 的舒適度情況分別進行仿真分析,將得到不同身體 部位的舒適度檢驗結果統計入表2中,如下所示。 舒適度數值越小表明舒適性越好。 為了更直觀地顯示出大腿支撐面傾角變化對不 同身體部位舒適度的影響,將不同大腿支撐面傾角 下的舒適度檢驗結果繪制成折線圖,如圖7所示。 其中縱軸代表舒適度,橫軸代表大腿支撐面傾角。 從圖7中可以看到,隨著大腿支撐面傾角的增 加,臀部舒適度逐漸變差,臂部舒適度逐漸變好, 頸部、肩部、背部的舒適度沒有明顯變化。其中肩 部和背部的舒適度有輕微變差的趨勢。該部分仿真 中由于未考慮小腿支撐面的情況,因此腿部舒適度 不作為該階段的參考指標。數字人整體舒適度和疲 勞程度都呈現變差的趨勢。通過對不同大腿支撐面 傾角的舒適度檢驗,可以發現當大腿支撐面傾角為 6°時,人體感覺最舒適,而且該姿勢下的疲勞程度 最低。因此,確定大腿支撐面傾角為6°。 保持大腿支撐面的6°傾角和長度不變,小腿支 撐面傾角分別取4°、8°、12°、16°、20°,選擇男性 P99數字人進行仿真分析。在調整數字人的姿勢 時,僅改變數字人膝關節的彎曲程度使其適應不同 的小腿支撐面傾角,保證數字人上半軀體姿勢不 變。將不同小腿支撐面傾角的舒適度檢驗結果統計 入表3中,如下所示。 將不同小腿支撐面傾角下的舒適度檢驗結果繪 制成折線圖,如圖8所示。其中縱軸代表舒適度, 橫軸代表小腿支撐面傾角。 




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