工效学在地方病现场调查中的应用研究

杨萍 杨敏

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-

Application Research on Ergonomics in Endemic Disease Investigation

YANG Ping1， YANG Min2

（1 Qinghai Institute for Endemic Disease Prevention and Control， Xining 811602， China； 2 Qinghai University for Nationalities， Xining 810007，China）

Abstract： According to doctors long-time bending working state in field investigation for dental fluorosis of children， seek improving measures of working environment. Analyzing on doctors characteristics posture by means of CATIA BSAA. Diagnosing dental fluorosis of children standing on “Receive prize platform”， is effective for relieve doctors fatigue， prevent Lumbar spine disease. Diagnosing dental fluorosis of children height of 1.35m，1.50m and 1.65m by stair-like platform，doctors Lumbar spine pressure decreased by 50.8%，43.7% and 30.6%. Advice for using stair-like platform diagnosing dental fluorosis of children or others related work.

Keywords： Endemic Disease； BSAA； Lumbar Spine Pressure

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

CATIA V5R20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

图1 儿童接受医生诊断的CATIA模型

Fig.1 CATIA model of diagnosis

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]→[Human Activity Analysis] →[分析] →[Biomechanic Single Action Analysis…]”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。

图2 图1（a）模型的BSAA分析结果

Fig.2 Results of Fig.1a model BSAA

同理，也分析图1（b）、图1（c）及对应模型，提取L4-L5腰椎数据对比如图3所示。

图3 医生L4-L5腰椎数据对比

Fig.3 Comparison of doctors' L4-L5 pressure

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2 369N、2 069N、1 679 N（医生正常站姿时1 165 N）。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。

图4 儿童氟斑牙现场调查中“领奖台”的应用

Fig.4 Application of step platform in field investigation for dental fluorosis

“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0.30 m、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。

参考文献：

[1] 杨萍.2010年青海省果洛州饮茶型氟中毒监测分析[J].中国地方病学杂志，2011，30（6）：667-669.

[2] 项英华.人类工效学[M]. 北京：北京理工大学出版社，2008.

[3] 钟一青.分析人体弯腰提物时脊柱的受力情况预防腰椎间盘损伤[J].湖南环境生物职业技术学院学报，2006，12（2）：153-155，199.

[4] 任东风，侯树勋，彭宝淦，等.腰椎间盘损伤后MRI表现及组织学改变的实验研究[J].中国脊柱脊髓杂志，2006，16（2）：142-146.

[5] 杨敏，等.机车乘务员上车脚梯位置的工效学分析[J].人类工效学，2014，20（3）：72-74.

[6] 宋楠，程黎明.有限元分析法评价脊柱医源性负荷研究进展[J].国际骨科学杂志，2007，28（4）：217-221，230.