工效学在地方病现场调查中的应用研究

　　摘要：针对儿童氟斑牙现场调查中医生长时间弯腰工作状态，探求医生劳动环境的改善措施。通过CATIA软件的工效学模块对医生特征姿态进行生物力学分析。“领奖台”的应用，可有效减轻医生疲劳，预防腰椎疾病。1.35m、1.50m和1.65m身高儿童站于“领奖台”接受氟斑牙诊断，医生L4～L5腰椎压力比原来分别减少了50.8%、43.7%和30.6%。建议进行儿童氟斑牙诊断及类似工作中应用本文所述的“领奖台”。

　　关键词：地方病；生物力学；腰椎压力

　　中图分类号：TP39；R682.3；R135文献标识号：A文章编号：2095-2163（2015）04-

　　0引言

　　氟中毒[1]是一种地方性疾病，轻度的体现为儿童氟斑牙，重度的体现为成人氟骨症。氟斑牙的调查对象一般为8～12岁儿童，诊断时医生通常需弯腰低头进行。由于一次性调查人数较多（碘缺乏病中检查甲状腺的情况与之类似），所以尽管劳动强度不大，但医生腰酸背痛在所难免，还可能引发慢性腰痛等脊椎病[2-4]。为此，若把领奖台特征的阶梯式站台（“领奖台”）应用到儿童氟斑牙诊断中，让待诊儿童按个头大小分组站于“领奖台”接受诊断，则有利于减轻医生腰部疲劳。医生腰椎压力等数据通过法国达索公司的虚拟样机软件CATIA工效学模块[5]进行“检测”。

　　1构建CATIA模型

　　1.1人体生物力学

　　生物学中，人体处于站姿或坐姿时，身体由脊椎、髋骨、腿和脚支撑，主要靠腰椎和髋骨支撑上身体重。其中人体脊椎由7节颈椎、12节胸椎和5节腰椎构成，平时靠肌肉维持其“S”形，腰椎粗大且硬，几乎承受着人体上身的全部重量，并实现前曲后仰、侧曲、扭转等运动，第三、第四腰椎为整个脊椎骨中受力最大的部位。腰椎的不良力学行为（如长时间压缩等）[3]将加重腰椎负担，产生疲劳，甚至引发腰椎间盘损伤等脊椎病[4]。CATIA软件的工效学设计与分析模块，应用L4～L5[6]非线性三维有限元模型，能够对腰椎压力等生物力学参数进行描述。

　　1.2人体模型

　　CATIAV5R20中有美、加、法、日、韩、德、中（台）共7个国家的人体模型。儿童氟斑牙的现场调查中，站姿是医生诊断病情的主要姿势。本例采用中国人模型，男性医生身高1.75m，待诊儿童身高取样1.35m、1.50m和1.65m，如图1所示。

　　（a）1.35m（b）1.50m（c）1.65m

　　2生物力学分析及改善措施

　　2.1生物力学分析（BSAA）

　　BSAA指生物力学单一动作评价，针对给定姿态下人体的腰椎、关节等处受力（或力矩）等进行测量。以图1（a）为例，通过“[开始]→[工效学设计与分析]→[HumanActivityAnalysis]→[分析]→[BiomechanicSingleActionAnalysis…]”即得分析结果，见图2。其中L4-L5腰椎压力由身体负荷压力、轴扭曲力和弯曲力三部分组成。

　　可见，1.75m身高医生诊断1.35m、1.50m和1.65m（1.80m仅为分析对照而设）身高儿童氟斑牙时医生L4-L5腰椎压力分别为2369N、2069N、1679N（医生正常站姿时1165N）。随着接受诊断儿童的身高增大，医生工作时的L4-L5腰椎压力骤减（弯曲力“贡献”最大）。

　　2.2改善措施

　　设想儿童在接受诊断时分组站于“领奖台”（见图4），其嘴巴部位跟医生眼睛高度基本平齐（相当于医生自然站姿），则医生L4-L5压力分别比原来减少50.8%、43.7%和30.6%，如图3所示。

　　“领奖台”作为儿童接受诊断的地点，可使医生能以正常站姿工作。该“领奖台”可如下设计：

　　（1）尺寸。三个台面的长度、宽度均分别为0.6m、0.30m，高度依次为0.30m、0.45m、0.15m；

　　（2）材质及使用方法。可采用三个小木匣拼接，便于携带（可盛装工作用品）。

　　3结束语

　　在氟斑牙现场调查中，医生长时间处于弯腰状态，极易导致腰部疲劳，可能引发慢性腰痛等脊椎病。为此，本文利用CATIA软件机械设计及人机工程模块，就身高1.75m的男性医生检查身高1.35m、1.50m和1.65m的儿童氟斑牙进行数字建模，通过生物力学分析功能“检测”得到医生L4-L5腰椎压力；设想待检儿童站在特制“领奖台”上，使医生眼睛和儿童嘴巴的高度基本相同，同样进行计算机仿真。结果表明，应用“领奖台”装置，可有效减轻医生腰部疲劳，有利于预防医生脊椎类疾病，改善医生的劳动环境。建议类似工作中也应用本文所述的“领奖台”装置。作者：杨萍，杨敏，本文来自《中华地方病学》杂志