基于USERfit架構的可調式坐姿輔助支架的設計制作

曹萍，劉洋

隨著科技發(fā)展和信息時代的來臨，電腦的使用越來越廣泛。與此同時，電腦對人體健康的危害也接踵而來。鑒于電腦對人體產生的危害，本研究擬針對使用電腦過程中存在的姿勢問題，從降低電腦輻射、預防及改善頸肩疾病等出發(fā)，使用"USERfit"框架設計制作可調式電腦坐姿輔助支架。

1 電腦引起的問題

1.1 電腦輻射的危害 電腦屏幕發(fā)出的低頻輻射與磁場，會導致7～19種病癥，包括眼睛癢、頸背痛、短暫失去記憶、暴躁及抑郁等[1]。眼睛處于長期干燥的狀態(tài)，會引起角膜上皮細胞的脫落，造成器質性的損傷，嚴重影響視力。

1.2 長期伏案引起的頸腰部癥狀 長期低頭伏案看電腦，頸椎始終維持在前屈位，頸后肌群長時間處于緊張狀態(tài)，極易引發(fā)頸椎小關節(jié)紊亂、頸項肌勞損、落枕、項背肌筋膜炎甚至頸椎病[2]。常出現頸背部肌肉酸痛不適，頸椎活動明顯受限，有的表現為上肢劇烈的放射性疼痛、上肢麻木，還可出現心慌、失眠、頭痛、頭暈、惡心、嘔吐等，病情嚴重時甚至出現走路不穩(wěn)。頸部肌肉、軟組織長時間緊張或者損傷造成的"頸背綜合癥"，如果不及時治療，會發(fā)展為頸椎病。

1.3 不良坐姿對身體的影響 以不正確的坐姿使用電腦，例如含胸塌背，容易導致身體疲勞，慢慢肌肉緊張，引發(fā)肩部疼痛。肩部癥狀通常與頸部癥狀共存，稱為肩頸綜合征。

2 USERfit框架分析案例

2.1 USERfit框架 USERfit框架是以使用者為中心的輔具設計流程框架[3-5]，為輔助技術提供了一種設計途徑和規(guī)范性的操作方法。該架構包括問題定義、功能規(guī)格、制作、測試4個階段，9個工作項目，每個項目包含數個表格，包括使用者分析、活動分析、產品分析、使用環(huán)境等相關要素。它作為一種工具，以表格的形式提供了一個具體的操作流程，使用這些表格進行信息的收集、評估和分析處理，形成包含所有要素的使用者數據庫。這種策略能夠幫助設計者選擇某一群體的產品設計方案，提供所需要的要素信息以便設計出適用的產品。其它的構成包括需求和設計總結，最后的環(huán)節(jié)是適用性評估。USERfit是一個十分有用的方法，目前已經開發(fā)出一些工具，以便于推廣該方法，并促進信息的共享。

2.2 案例分析 長期伏案工作的人群在使用電腦時，由于電腦桌椅的設計問題，以及身體的疲勞，不能長時間保持上半身的直立姿勢，很難維持標準坐姿。另外，當專注使用電腦時，由于長時間盯著電腦屏幕，眼睛出現疲勞干澀不舒服，視力逐漸模糊。此時，頭頸部會向前伸，頸部后側肌肉及軟組織處于緊張狀態(tài)，長時間對頸椎造成負擔和損害。據報道[5]，頸腰部慢性疾病多因長時間坐姿不良或過度疲勞等因素引發(fā)，甚至導致脊柱變形或相關椎間關節(jié)錯位，損及肌肉、血管和神經。長期低頭伏案工作，使頸椎長時間處于屈曲位或某一固定體位，使得頸椎間盤內的壓力增大，頸部肌肉處于非協調受力狀態(tài)，頸后部肌肉和韌帶收到牽拉勞損，椎體前緣壓迫磨損、增生，若同時存在扭轉、側屈過度等情況，將導致進一步損傷[6]。尤其是處于生長發(fā)育期的兒童、青少年，容易引起近視眼，出現代償性胸椎后凸即駝背，影響身體發(fā)育。正確的電腦前坐姿是保持眼睛離電腦屏幕50cm以上，雙眼平視或輕度向下注視電腦屏幕，使頸部肌肉放松，并使眼球暴露在空氣中的面積減小到最低[7]。據調查，電腦使用引發(fā)的健康問題普遍出現在電腦使用者身上，如果適當減少電腦的使用時間，會有效的減少該問題的出現。但由于電腦已融入到很多人的生活和工作中，成為重要的日常使用工具，使用時間無法有效控制。因此，可考慮設計一個外部輔助設備，輔助人體維持正確的姿勢，來預防或減少使用電腦產生的健康危害。

3 可調式坐姿輔助支架的制作與改良

根據Userfit架構分析，設計電腦坐姿支架，主要分為下頜、頸部、胸骨承托和金屬連接支架兩部分。

3.1 下頜、頸部與胸骨的承托部分 ①初期制作：以模塑式頸胸矯形器為設計基礎，采用石膏繃帶取型塑料板材熱塑成型的方法。制作材料使用高溫熱塑板材熱塑成型，高分子材料具有硬度適中、強度好、彈性優(yōu)良、價格便宜的特點；結構，傳統(tǒng)模塑成型矯形器的結構，分為前后兩片，上端支撐于枕骨和下頜骨，下端包裹、支撐于胸廓上部。整體包裹面積較大，對頸椎前屈后伸、側屈和旋轉運動的固定性較好；效果，形狀準確，服帖性好，固定性能強。但是，通過使用者試穿發(fā)現，支架過多的限制了頸椎活動。穿戴較長時間后，產生頸部的僵硬和酸疼，引起不良的結果，舒適度不能達到要求。②改良制作：材料改為低溫熱塑板材快速成型下頜至胸骨部位(頸部不受力，同時也可以對頸部開口增加透氣性)，低溫熱塑板材具有透氣性好、強度適中、成型速度快、修改方便等優(yōu)點；結構，一片式下頜頸胸支撐片，上端支撐于下頜骨，下端支撐于胸廓上部的胸骨段。下頜部分小巧，僅僅起到承托下頜骨的作用，胸骨段支撐面積較頸部略大，起到支持作用，同時可避免應力集中引起不適；其他附件，支撐片與身體接觸部位可添加帶孔內襯板，防止壓痛；下頜部分可增加一層軟性海綿墊，增加穿戴舒適感；后背可增加兩條交叉的彈性背帶，對支撐片起到固定的作用，同時增強對身體姿勢的控制；效果，在不過度限制頸椎運動的同時，控制了頸椎在矢狀面上的前傾運動；一定程度上限制了額狀面上的側向傾斜運動。

3.2 金屬支架部分 ①材料：使用鋁合金支條制作支撐托與電腦桌之間的連接架。鋁合金支條具有較好的可塑性和支撐強度，能夠承擔人體軀干的部分重量，并且具有質量輕、不生銹、耐腐蝕的特點。②結構：采用高度長度雙向可調結構進行調節(jié)。頸胸連接端的支條上下高度可調，桌面支撐端的支條前后長度可調。金屬支條使用套膠皮軟套保護，防止不安全操作時金屬支條磕碰到使用者；電腦桌連接段使用夾持的方式，通過調整螺絲夾的松緊將支架固定在不同厚度的桌子上。③效果：能夠自由的進行肢體活動，當疲勞時還可以進行眼保健操、上肢運動、頸部環(huán)轉運動來減輕疲勞，達到有益健康的效果。電腦坐姿支架，通過對胸廓和下頜的支撐，對人體有支持的作用，能夠預防、矯正坐姿的不正確，避免坐姿不良導致的疾病和危害；在設計上著重減少支具對身體活動的限制，增加舒適性。經過使用者反復試穿體驗，設計者不斷調整修改，完成了該支架的設計制作，基本達到了最初目的。

4 拓展設計

除以上設計外，綜合考慮使用者需求做了一些假設性設計：電腦危害最大的是輻射，可以使用防輻射透明材料制作一層防輻射電腦外套，電腦屏幕使用防輻射保護屏，減少電腦的輻射。另外，可使用防輻射服與電腦輔助支架結合使用，也能夠減去大多數輻射。高純度的鈦同樣能起到防輻射作用，電腦輔助支架可以部分使用鈦金屬結構，減少輻射。另外，對于已經存在頸椎病或頸肩綜合癥的人群，甚至頸椎損傷的患者，可以將電腦坐姿輔助支架的頭頸胸支撐部分換為矯形支具，在保護疾病或受傷部位的前提下，一定程度上完成短時間的電腦操作任務。

5 思索與總結

輔具設計作為一門交叉學科，涉及的知識領域廣。輔助器具是針對特定使用者的特殊需求設計制作或改造而成的產品，個性化強，技術要求高。要設計出真正適合使用者需求的產品，需要以使用者為中心，深入了解使用者真實情況，深度分析使用需求，從機械設計和工程原理出發(fā)，實現醫(yī)工結合。使用者除了參與設計過程，還需要在產品設計研發(fā)生產過程中全過程參與，不斷地提出問題和要求，進而使產品得到不斷地改進，更加貼合使用者的需要。只有堅持以人為本的設計理念，才能讓設計富有生命力，讓科技不斷的進步。

[1] 凌民. 電子輻射污染[J]. 杭氧科技,2008,2(1):47-48.

[2] 甄佳,陳立輝. 辦公室電腦操作者的職業(yè)危害研究[J]. 中國個體防護裝備,2013,3(1): 47-50.

[3] Abascal J, Arrue M, Garay N. USERfit Tool: A tool to facilitate Design for All[A]. Theoretical Perspectives, Practice, and Experience, 7th ERCIM International Workshop on User Interfaces for All. Paris, France, 2002 ,October, 24-25.

[4] David P,Simon R. USERfit-a framework for user centred design in assistive technology[J]. Technology and Disability,1998,9(3):163-171.

[5] 伍瑩. 輔具產品設計方法與應用[J]. 美術學報,2006,4(1):54-62.

[6] 裴學勝,葉瑞平,劉麗穎. 一種基于人機工程學的辦公家具尺寸與結構設計[J]. 河南科技大學學報(自然科學版),2006,20(3):102-104.

[7] 賈曉雯. 電腦綜合癥及操作人員的健康防護[J]. 科技情報開發(fā)與經濟,2004,22(6):302-304.