医学超声扫描工作工效学负荷模型的构建与实验研究

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职业性肌肉骨骼损伤(WMSD)在超声医师群体中的患病率高达90%以上。已有研究证明 WMSD的发病与工效学负荷如不良工作姿势、上肢施力、重复性操作等有关。然而,目前有关医学超声扫描工作的工效学负荷因素研究主要限于流行病学调研与少量现场调查,不同工效学因素及其不同水平对WMSD的影响程度未知,工效学负荷因素之间的相互作用也少有研究,有待对其进行综合评价。本文的研究目的是通过真实超声扫描工作的力度测量和生物力学分析来构建工效学负荷模型,并对不同水平负荷因素的影响效果进行实验研究。本文首先通过采集真实超声扫描工作的工效学数据,根据负荷因素的范围及大小,提出了贴合实际工作的工效学负荷因素模拟实验方案;然后通过实验模拟超声扫描工作,研究了不同水平的工效学负荷因素对于肩部肌肉活性及身体不适感的影响程度,为改进医学超声扫描工作任务设计、制定职业性肌肉骨骼损伤的预防措施提供基础数据。  本研究分为两个部分:第一部分完成真实医学超声扫描工作的工效学参数收集与分析。工效学作业评估通过快速上肢评估(RULA)工作表来完成,主要工作姿势通过视频分析和量角器测量获得,超声医师上肢对探头施力的大小通过自主设计的力测量系统进行测量,通过对力信号进行分析得出施力频率与周期,并记录任务完成时间。实验招募5名超声医师和3名患者,分别完成3例完整腹部超声检查(包括肝脾肾)。实验结果表明,腹部超声扫描主要上肢姿势有肩膀外展(0~90°)、肘关节屈曲(0~100°)和前臂旋转(-90~45°)。其中,左腹部扫描时右肩外展最大,右腹部扫描时右前臂内旋最大,正中腹部扫描时总活动性最小。检查所施加的力度范围为2N~42.2N,均值为14.1N。施力的重复操作周期均值为7s,每例完整腹部检查的时长均值约为4.4分钟。第二部分根据实验第一部分确定的工效学参数,设计超声扫描工作负荷的模拟实验研究方案,研究姿势、力度、重复周期三个因素对于肩部及上肢肌肉负荷及身体疲劳感的影响,以及导致肌肉损伤的危险因素。实验采取3*3*3的拉丁方设计,要求27名实验参与者在规定的姿势(正常、外展、内旋)、力度(10N、15N、20N)和重复周期(10s、6s、5s)下完成9组模拟超声扫描动作,采集任务期间斜方肌中下束、冈下肌、背阔肌、三角肌中束、肱二头肌、肱三头肌的表面肌电信号(sEMG),并在每组任务完成后做Borg’s量表评分,对sEMG信号进行处理分析,得出不同任务期间RMS值的变化情况。对各肌肉RMS进行三向分类方差分析结果显示:⑴工作姿势对于斜方肌中下束、冈下肌、三角肌的RMS均有显著影响(P<0.0001),正常姿势下这四块肌肉的肌电RMS值最小,内旋姿势下斜方肌、冈下肌的肌电RMS值最大;⑵随着力度的增加,背阔肌和肱三头肌的肌电RMS值显著升高(P<0.0001);⑶重复周期对于肌肉活动的影响较小,仅对背阔肌有显著影响(P<0.05);⑷工作姿势与重复周期对三角肌有显著交互作用(P<0.05),工作姿势与力度对背阔肌有显著交互效应(P<0.01)。主观评价的三向分类方差分析结果显示,不同工效学因素对身体不适感(BPD)和感知努力程度(RPE)均有显著影响(P<0.0001),工作姿势与重复周期对BPD的影响具有交互作用(P<0.05),工作姿势、力度、重复周期三者间对BPD的影响具有交互作用(P<0.05)。主观结果BPD和RPE与客观结果RMS之间具有显著相关性(P<0.01)。肩部及上肢肌肉的首要负荷因素是姿势,其次是力度和重复周期;Borg’s RPE量表很好地反应了肌肉的负荷状况,与sEMG信号有很好的一致性。
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