人机工程理念在口腔CT机中的应用

李仲毅

（1.郑州大学机械工程学院，河南 郑州 450000；2.河南省肿瘤医院，河南 郑州 450000）

人机工程理念在口腔CT机中的应用

李仲毅1，2

（1.郑州大学机械工程学院，河南 郑州 450000；2.河南省肿瘤医院，河南 郑州 450000）

本文指出在设计医疗器械过程中要注重人机工程理念的运用，并说明人机工程学理念融入医疗器械设计中的基本过程，然后介绍了口腔CT机这一人机工程设计实例，指出人机工程学理念在机械工程设计中的应用。

人机工程学；医疗器械；机械工程；口腔CT机

随着生活水平不断提升，人们对口腔的卫生和健康越来越关注。口腔诊断是口腔疾病预防的必要手段。最常用的传统的螺旋型计算机断层扫描技术，是进行系列轴向断层扫描获得的三维重建图像，相对而言，得到的图像的垂直分辨率比较模糊，图像质量不够精确，进而产生阶梯状伪影。因此，传统的螺旋CT在一些领域会受到限制，如测量标准多以毫米单位计量的集中在头颅中下组织结构的口腔正畸、种植和牙体学方面。新型口腔CT可以解决传统牙科X射线由于投影机拍摄角度问题所造成的变形图像、“伪影”等问题，比传统的CT有更高的准确度［1］。新型口腔CT优点较为明显，但也不都是完美的产品，产品设计要与人机工程学理念结合起来。因此，要将人机工程学理念和机械设计结合起来，创造出人性化的产品，使人、机、环境形成高效、经济、安全的有机统一系统［2］。

1 人机工程设计理念在医疗器械设计过程中的应用

人机工程学是研究人机系统中人与其他要素之间的相互作用，并应用相关原理、方法和理论，实现优化系统效率［3］。人机工程学的主要目的是通过人机与环境之间的关系，优化人机环境系统。人、机、环境这三个方面是密不可分的。人体工效学研究的内容包括人为因素、机械因素和环境因素。人机工程学强调将人、机、环境三大要素整合为一体，不是单纯地注重个体要素的优良与否，而是将使用产品的人及所处的环境作为一个整体系统研究，此系统为人一机一环境系统。

医疗器械产品的加工设计都要经过策划、方案设计、技术设计、总体设计和工艺设计等几个阶段。在医疗产品设计过程中，要充分应用人机工程学理念，具体体现在以下几方面。

①在策划设计阶段，应认识到产品—人—环境的全方位接触，以及人与产品之间的相互关系，依据人机工程学理念，决定人与产品的功效分配。

②在产品方案设计阶段，从人与环境、产品与环境、产品与人的方面进行探究，对比产品效率，规划参数限制、人的能力极限、操作条件与环境适应性等因素，对产品的功能效率进行预测，选择一个最佳设计方案。依据拟定好的方案对产品进行虚拟模型制造，参照人体模型数据库对人体模型进行改进，获得更进一步的简单模型，然后对模型进行简单模拟实验，将实验所得的结果与人机工程学中的人—机—环境系统进行对比，进一步完善设计方案。

③在产品的技术设计阶段，依据人们的生理和心理特点来进行产品设计，从人体的尺寸参数、视野和肢体所及的空间限度等角度设计产品零部件具体尺寸参数，对于信息处理的效率，要从人的传递能力方面思考。按照设计要求，确定产品的性能参数，依据参数再次生产模型进行测试，从产品使用环境、用户活动范围、使用方便性、操作舒适性、最小疲劳损伤等方面进行产品评估，并预测在使用过程中可能出现的问题，然后进一步确定人—机—环境的可靠性和可行性，提出修正，并反复进行校正和分析。

④在产品的总体设计阶段，结合人机工程学原理，对产品进行综合、全面分析，以保证产品的操作和正确保养，使产品切实满足用户的身心需求，使产品在功能和效率方面达到最佳效果。

⑤在产品装配和加工阶段，要密切关注产品的各个部分是否满足人机工程学的理念，如人机交互及产品人机界面设计的显示屏与控制部分是否协调一致，操作是否繁琐，产品功能是否能满足人体生理需求等。依据人机工程学原理对制成的样机反复实验，并进行工效学评价，最后根据评价提出改进计划。

在设计医疗器械产品的各个阶段，必须要充分考虑人的生理因素，满足人机工程学理念中的各种需要，这样才能真正实现人机工程学在医疗器械产品中的融合应用。

2 人机工程学在机械设计中的实例应用

2.1 产品设计背景

医疗器械一般供医护人员和患者使用。对疗效产生不良因素包括两方面：一方面医疗设备的操作是否简便快捷，另一方面患者对产品是否会产生担忧的心理反应。在医疗器械设计过程中，要充分考虑患者的一系列生理反应，从而设计出和谐统一的人机交互界面。

口腔CT机的设计要以医护人员和患者的关系为出发点，总体来说，口腔CT机的人机交互界面不仅要易被医护人员和患者接受，而且还要保证检测结果的准确性。

2.2 现有产品人机关系面临的主要问题

通过使用者对口腔CT机产品使用过程的反应，口腔CT机在人际关系方面主要存在以下几方面问题。

①现有设备只注重技术外形是否和谐，设备运作时会出现不同程度的噪声和振动，容易引起患者情绪上的波动，影响诊断和治疗效果。

②现有设备的人机交互界面操作步骤繁杂，有时甚至需要操作者绕着设备走动才能完成对患者的检测

③现有设备体积一般都较大，有时患者不方便移动，只能到专门的CT检测室进行检查，忽略了患者的实际情况。

2.3 新型口腔CT介绍

针对上述问题，按照人机工程学理念进行新型口腔CT机的设计。产品的尺寸设计在保证元器件正常排列的基础上，以人体测量数据为依据，设定长1300mm，宽700mm，高1800mm。整体外观如图1所示。

2.3.1“C”型装置设计。启动机器，把患者头部调至最合适的检测位置，点击“扫描”键，设备会按照设定的检测模式进行扫描。CT机只围绕人头部与口腔相关的部位进行局部的旋转扫描，因此，可以将扫描信号发射器和接收器从机身主体上独立出来，与屏幕合成一体，形成能在机身侧面沿圆弧形轨道旋转的“C”型装置。C”型装置投射的范围比全身CT缩小了很多，所接触到的辐射也明显减少。与传统设备相比，“C”型装置的开口部位有了更广阔的视野范围，减少了患者的紧张和不安，能使患者保持轻松的状态接受检测。

2.3.2 双屏设计。显示屏幕和控制键的位置对设备操作者来说尤为重要，其决定了操作的准确性、舒适性、便捷性及检测的效率。把双屏设计放置在“C”型装置的两端。显示屏和控制键可以随着“C”型装置旋转到检测机两边，检测者无论站在检测机哪一边，都可以进行相应操作并查看相关内容，根本不需要绕着检测机来回走动。此外，将显示屏设置在“C”型装置的端面，降低了被意外触碰而导致错误操作的可能性。

2.3.3 脚轮设计。目前，大多数设备的移动都不是特别方便，新型口腔CT机底端设置了医用360°旋转脚轮，这使检测机能在平整地面上根据患者的位置进行移动。此外，脚轮上安装有锁止系统，其使脚轮能用脚随时急停，有效满足了检测需求。

3 结语

随着科学技术的高速发展，医疗设备的逐步完善能进一步满足社会需求。在医疗器械设计过程中，现代企业越来越充分地考虑结合人机工程学理念，给用户创造一个舒适、便捷的环境。这不仅能增强产品的市场竞争力，还能实现人与产品的完美和谐统一。

［1］许翰锐，国立葳.基于人机研究的新型口腔CT机设计［J］.机械设计，2013（5）：122-124.

［2］卢小菊，刘英林.浅谈人机工程学在机械设计中的应用［J］.机械工程与自动化，2013（3）：165-166.

［3］李震，詹立新，张金海，等.人机工程在医疗器械设计中的应用［J］.中国医疗器械信息，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，硕士，研究方向：机械工程。