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人机工程学论文讲解
编号:
2012-2013学年第1学期
人机工程学
期末作业
课题名称人机工程学在医疗设备中的应用
专业班级电信1102&电信1101
学生学号31102226&31102233
学生姓名韩磊&牟航
实验指导教师刘加海
人机工程学在医疗设备中的应用
【摘要】:
在经济飞速发展的现代生活当中,随着生活水平的不断提高,人们开始越来越关注那些与我们生活密切相关的产品对人的健康和安全的影响。
在这里面,医疗器械这一对于提高和改善我们的生活品质和身体健康有着很大关系的产品,也因此越来越受到人们的广泛关注。
根据调查显示,尽管目前医疗器械产品的科技含量在不断提高,但是在人机工程设计这一方面的重视程度依然不够完善。
而本论文主要讲述了医疗器械人机工程学的设计理念、方法和内容;同时分析了医疗器械产品中人的因素的特点、医疗器械的使用环境的特点以及应用人机工程学的目的和重要性.另外我们还提出了医疗器械产品设计中“以人为中心”的设计过程的理念。
对医疗器械当中人机系统进行了分析研究,由医疗器械人机系统的综合可靠性△s,人的可靠性△h,医疗器械的可靠性△m,三者之间的关系式:
△s=△h*△m.分析可知,医疗器械人机系统的综合可靠性主要取决于医护人员的可靠性,并通过对医护人员可靠性的分析研究,建立了医护人员在交变压力的条件下发生人为失误的模型。
病人的心理特征和心理活动,是医疗器械人机工程设计中所要考虑的病人因素的依据。
从医疗器械的人机界面方面进行分析研究,提出了医疗器械人机界面与其他产品的不同点,即医疗器械具有两个人机界面,提出了双重人机界面的观点,即主动使用者--医护人员人机界面;被动使用者--病人人机界面,并进行了分析研究。
对医疗器械的造型设计和色彩设计进行分析研究,阐述了医疗器械造型对心理的影响,克服医疗器械所造成心理影响的方法,对影响医疗器械色彩设计因素进行分析,提出了用色框图对医疗器械色彩设计的方法。
全文通过对医疗器械的人机工程设计的具体分析和研究,体现了医疗器械“以人为中心”的设计理念,对医疗器械产品设计的发展方向具有重要的指导意义。
[关键词]:
人机工程学医疗器械以人为中心设计双重人机界面
∙第一章绪论………………………………………………………………………6
∙1.1人机工程学概述………………………………………………………………6
∙1.2医疗器械人机工程学特点……………………………………………………6
∙1.2.1医疗器械应用人机工程学的目的和重要性………………………………6
∙1.2.2医疗器械中人的因素特点…………………………………………………6-7
∙1.2.3医疗器械功能与使用环境特点……………………………………………7
∙1.2.4医疗器械人机界面特点……………………………………………………7
∙1.2.5国内外医疗器械发展现状…………………………………………………7-9
∙第二章医疗器械人机系统研究
∙2.1医疗器械的人机关系…………………………………………………………10
∙2.2医疗器械人机系统可靠性…………………………………………………….10
∙2.2.1医疗器械人机系统中人和“机”的变化……………………………………10
∙2.2.2医疗器械人机系统中人与“机”之间可靠性的关系………………………10
∙2.3医护人员可靠性研究……………………………………………………………11
∙2.3.1人的压力…………………………………………………………………….11
∙2.3.2医护人员的压力特征…………………………………………………11-12
∙2.3.3人为失误…………………………………………………………………….12
∙2.3.4医护人员人为失误的预防方法——人机系统分析方法………………12
2.4本章小结………………………………………………………………………..13
∙第三章被动使用者——病人心理学分析
∙3.1不同年龄段人的病人的心理特征…………………………………………..14
∙3.2病人的心理活动…………………………………………………………….14-15
∙3.3本章小结………………………………………………………………………15
∙第四章医疗器械人机界面设计研究
∙4.1人机界面定义…………………………………………………………………16
∙4.2医疗器械双重人机界面的定义和分析………………………………………16
∙4.2.1病人面对的人机界面(人机界面Ⅰ)………………………………………16
∙4.2.2医护人员面对的人机界面(人机界面Ⅱ)…………………………………16-17
∙4.3医疗器械触觉操纵控制装置………………………………………………………17
∙4.3.1常用操纵控制装置类型………………………………………………………17
∙4.3.2医疗器械触觉操纵控制装置设计及应用………………………………17-18
∙4.4视觉显示器技术及其在医疗器械中的选择
∙4.4.1显示器技术………………………………………………………………19
∙4.4.2医疗器械显示器技术选择………………………………………………19-21
∙4.5听觉控制器………………………………………………………………….21
∙4.6本章小结…………………………………………………………………….21
∙第五章医疗器械造型和色彩设计研究
∙5.1医疗器械造型设计………………………………………………………….22
∙5.1.1医疗器械产品的造型设计原则…………………………………………22
∙5.1.2医疗器械造型对心理的影响克…………………………………………22-23
∙5.1.3服医疗器械所造成心理影响的方法
∙5.2医疗器械色彩设计
∙5.2.1影响医疗器械色彩设计因素的分析…………………………………23
∙5.2.2医疗器械色彩设计与色框图………………………………………..23-24
∙5.3本章总结…………………………………………………………………………25
∙第六章医疗器械以人为中心设计过程研究
∙6.1医疗器械以人为中心设计的意义………………………………………………..26
∙6.2医疗器械以人为中心的设计原则……………………………………………26-27
∙6.3医疗器械以人为中心的设计过程……………………………………………27-28
∙6.3.1理解并详细说明使用的范围……………………………………………28-29
∙6.3.2详细说明医疗器械用户的要求………………………………………29-30
∙6.3.3医疗器械产品设计解决方案……………………………………………30-31
∙6.3.4根据使用性要求评价设计……………………………………………….31
∙6.4本章小结……………………………………………………………………..31
∙第七章医疗设备符合人机工程设计的实例
∙7.1多功能手术床的重要代表———飞天电动手术床……………………….32-33
∙7.1.1电动手术床的设计理念……………………………………………………32-33
∙7.1.2对电动手术床的具体分析……………………………………………….33-34
∙7.1.3评估其价值及发展趋势…………………………………………………..34-35
∙7.2小型医疗用具的警报设置……………………………………………………..35-36
∙7.3未来人机工程学在医疗设备中的发展方向……………………………………36
∙第八章总结………………………………………………………………………..37
∙参考文献…………………………………………………………………………38-42
第一章绪论
1.1人机工程学概述
人机工程学是一门新兴的边缘科学。
它起源于欧洲,但是形成和被发展主要在美国。
人机工程学在欧洲称为Ergonomics,这名称最早是由波兰学者雅斯特莱鲍夫斯基提出来的,它是由两个希腊词根组成的。
“ergo”的意思是“出力、工作”,“nomics”表示“规律、法则”的意思,因此,Ergonomics的含义也就是“人出力的规律”或“人工作的规律”,也就是说,这门学科是研究人在生产或操作过程中合理地、适度地劳动和用力的规律问题。
人机工程学在美国称为“HumanEngineering”(人类工程学)或“HumanFactorEngineering”(人类因素工程学)。
日本称为“人间工学”,或采用欧洲的名称,音译为“Ergonomics”,俄文音译名“Эргнотика”在我国,所用名称也各不相,,有“人类工程学”、“人体工程学”、“工效学”、“机器设备利用学”和“人机工程学”等。
为便于学科发展,统一名称很有必要,现在大部分人称其为“人机工程学”,简称“人机学”。
“人机工程学”的确切定义是,把人—机—环境系统作为研究的基本对象,运用生理学、心理学和其它有关学科知识,根据人和机器的条件和特点,合理分配人和机器承担的操作职能,并使之相互适应,从而为人创造出舒适和安全的工作环境,使工效达到最优的一门综合性学科。
而我们此处所要探讨的主要是人机工程学在医疗设备中的应用。
1.2医疗器械人机工程学特点
医疗器械中的人与机的关系是极其复杂的,它与其他一些产品不同,医疗设备是医生治病救人的重要的辅助手段,所以此处的机器与人的关系是极为重要的。
另外,医疗设备的设计也不能忽视患者的感觉,只有当医生和患者都觉得方便舒适,那样的医疗设备才是完美的东西。
因此,医疗设备中的人机工程学具有复杂性,多样性,微妙性等特点。
1.2.1医疗器械应用人机工程学的目的和重要性
医疗器械中的人机工程学主要是为了使厂家生产出不仅符合医疗室的所需,也能让医生使用的时候觉得方便,并且患者在被治疗的时候觉得舒服顺心。
另外,医疗是被在设计的时候也必须考虑其在回收处理的时候是否方便,这一点是有关环境保护的,事关人们以后的生存,所以,设计者在设计的时候对此不容忽视。
至于人机工程学在医疗设备中的重要性,那是不言而喻的,现在的社会飞速发展,新的产品不断更新换代,只有能让人们接受和喜欢的东西才能在社会上立足。
同样,也有很多医疗设备由于设计者的疏忽造成了很多不同大小的事故,这一件一件的事情都提醒我们设计者在设计这类重要产品的时候必须考虑好机器与人的关系。
1.2.2医疗器械中人的因素特点
使用医疗器械的人,基本上是医务人员或者是患者,而他们当中不同职业的人遇到的困惑也是不一样的。
一般来说患者老人居多,所以他们常用的三高测试仪,轮椅,拐杖等产品在设计的时候必须考虑到不同老人会遇到的不便,比如说,老人们视力一般都不太好,所以三高测试仪中的显示数字必须设计的清晰明了,鲜明大方。
而对于护士和医生所要考虑的便是当他们在遇到一个重大的手术时会遇到哪些不便。
此时的他们一般来说都是需要持续工作很久的,这样很容易出现问题。
这就需要我么设计者在设计手术床或是手术使用设备时有充分的考虑。
1.2.3医疗器械功能与使用环境特点
第一类
通过常规管理足以保证其安全性、有效性
的医疗器械。
第二类
对其安全性、有效性应当加以控制的医疗器械。
第三类
用于植入人体,于支持、维持生命;对人体具有潜在危险,对其安全性、有效性必须严格控制的医疗器械。
医疗设备的主要目的在于:
①改善医护人员的操作状况使医疗器械更容易使用各种标识和显示面板更容易辨识和阅读降低误操作危险性。
②更好地了解设备工作状态。
③更好地了解病人治疗情况。
④减少医护人员的训练要求。
⑤减少医护人员操作控制设备时的体力。
⑥使设备之间连接更安全、可靠(如电源线导线和管子等)。
⑦警报更灵敏。
⑧容易修理和维护。
⑨通过色彩造型等设计方法的运用来改善病人面对冰冷机器时的紧张、恐惧心理防止产生心理障碍。
而医疗设备的使用环境一般是大中小不同的医院,对于不同的医院所需要的医疗设备也是不一样的。
一般一些精密的高端的仪器由于生产量有限,只能基于在一些大的医院使用。
1.2.4医疗器械人机界面特点
人机工程学的显著特点是在认真研究人,机器与环境三个要素本身特性的基础上,将使用物的人和所设计的物以及人与物所共处的环境作为一个系统来研究。
在在人机工程学中将则个成为“人-机-环境”系统。
随着科学的发展,医疗设备的内部结构和操作控制装置变得越来越精准,可靠性也大大的提高了。
而人的生理技能却么有太多的进化,因此就需要对医疗设备进行人机工程学的设计,让他适合人们的使用,达到人机合一。
1.2.5国内外医疗器械发展现状
对于国内医疗器械的发展,据新医改方案,到2010年,全国将初步建立基本医疗卫生制度框架,努力缓解城乡、地区、不同收入群众之间基本医疗卫生服务差距扩大的趋势,有效缓解人民群众看病就医的突出问题;到2020年,建立覆盖城乡居民的基本医疗卫生制度。
为此,国家将需增加千亿投入。
可以预见,城乡医疗机构的不断扩容将为医疗器械厂商开辟越来越广阔的市场,因此,医疗器械生产企业将从中受益,尤其是中低端医疗器械产品需求率先铺开,相关优势企业获得我国卫生系统升级的大单。
技术只是现象,研发投入资金的不足、知识产权保护的缺失、人才的缺失才是实质所在。
目前,国内有近70%的医疗器械市场已被大型跨国公司瓜分,且均是国内高端市场。
如美国GE公司生产的CT机,德国西门子生产核磁共振成像装置,荷兰飞利浦的血管造影设备等。
而我国在国家食品药品监督管理局注册核准的医疗器械生产单位约12000家,但生产、销售能力比较强的企业不过10%,大多数医疗器械企业以生产中低端产品为主,产业规模偏小,缺乏核心的竞争力。
不得不说,这是一个令人深思的现象。
而国外,由于技术发展较为高端,特别是欧美一些国家,资金投入充足,技术发展完全,他们所生产出来的产品高端耐用,方便舒适。
美国、西欧和日本不仅是医疗器械的最大市场,在研制和开发方面也据领先地位。
美国为保持其领先一步的地位,制订出各项深入研究的规划,以期开发出新颖的、更为先进的医疗器械;西欧也是一支重要的前沿技术研究力量,除欧共体制订联合开发计划外,各成员国还根据各自的技术特长,从事独立的研究开发工作;日本的特点是注重高精尖产品的普及应用,简化大型设备以达到更好的实际效用。
总之,人机工程学在医疗设备中的应用早已引起了世界各国的广泛关注,我们的当务之急也是加大投入研究,争取早日把主动权掌握在我么自己的手中。
第二章医疗器械人机系统研究
2.1医疗器械的人机关系
机械作为人类历史的一部份,它的诞生已有很长时间了,自产业革命之后,由于技术的进步,使机器变得更加有力量,并互相结合形成了更为复杂的系统。
因此,由于操作人员判断差错或操作不当而造成的后果也更为严重。
这就意味着要成功地设计一台机器必须将其与潜在的操作者、未来的运行环境结合在一起,进行“人/机系统”的设计。
在今天要成功地设计一件产品必须采取系统的观点,而不能孤立地只从产品本身来考虑。
当设计者用系统的观点来看待未来的操作者-一人时,就能从只考虑人在操作中的个别细节的过程中解脱出来。
并站在较高的层次上来检验人与系统中其他组成部分之间的完整的相互关系。
在一个目标确定的系统中,如安全运送人员的系统、从月球上取回试样的系统、生产棉纱的系统等,人只是其中的一个组成部分,一个具有特定输入与输出特征的“黑盒子”。
在有些场合,如海底采矿或宇宙航行等,则系统既能由人来操作,又可以完全自动的运行。
这时,究竟是否由人实施操作、控制,就要仔细估量。
2.2医疗器械人机系统可靠性
2.2.1医疗器械人机系统中人和“机”的变化
在医疗器械人/机系统中:
机也就是医疗器械它是实现医疗功能和目的的主体。
由于现代医疗技术和科学技术的不断进步大大提高了医疗器械的治疗功能同时也使得医疗器械自身的结构和操作越来越复杂但是医疗器械本身的可靠性却比以前大大提高。
人即医护人员和病人病人是被作用对象在整个系统中只是治疗对象并不参与操作控制。
但是会对医疗器械的外形、人机界面和色彩等设计产生影响。
医护人员主要作用是接受医疗器械的输出信息并对医疗器械操作控制输入信息。
但是无论是人本身生理机能还是智力与以一前相比并没有多大的改变。
因此人的可靠性与以前相比并不会有很大的改变。
2.2.2医疗器械人机系统中人与“机”之间可靠性的关系
从上节分析可知由于现代科技和医疗技术的进步医疗器械的可靠性已经大大提高但是人本身生理机能的进化与以前相比并没有多大改变因此要提高医疗器械人/机系统的可靠性就要求我们认真的研究人的可靠性使人的可靠性始终保持在较高水平。
如果设医疗器械人/机系统的综合可靠性为△s人的可靠性为△h医疗器械的可靠性为△m那么三者之间存在如下的关系式:
△s=△h×△m即医疗器械的实际综合可靠性为人的可靠性和医疗器械的可靠性之间的乘积。
如果医疗器械的可靠性hm=0.98而人的可靠性△h=0.4则整个系统的综合可靠性△s.=0.98X0.4=0.392。
可见尽管医疗器械本身的可靠性并不低但是由于人的可靠性过低就会使整个系统的可靠性大大降低。
在此例中如果人的可靠性提高到△h=0.9而医疗器械的可靠性保持不变系统的可靠性就会大大提高(△s=0.882)。
这里用数学形式强调了人的因素是一个不可忽略的因素。
2.3医护人员可靠性研究
由以上医疗器械人/机系统可靠性的分析可以得知在医疗器械的可靠性一定的情况下要想提高系统的可靠性就需要提高医护人员可靠性而医护人员的可靠性受到诸多因素的影响如工作压力、医护人员的心理、情绪、医护人员之间的人际关系医生与病人的关系以及家庭因素等。
下面主要是从医护人员的工作压力上对医护人员的可靠性进行探讨。
2.3.1人的压力
工作压力对人的心理与生理有一定的影响这是影响人的动作及其可靠性人的高工作效率的一个重要因素。
显然一个承受着过重压力的人会有较大的可能性造成人为失误。
据各方面的研究表明人的工作效率与压力之间的关系如下图所示。
图中的曲线表明压力并不完全是消极的情况事实上适度的压力是有益的它能使人的效率提高到最佳状态。
否则压力过轻时人会觉得没有挑战和变得迟钝因而人的表现不会处于巅峰状态。
另一方面当承受的压力过重时将引起人的工作效率急剧下降。
下降的原因是多方面的例如忧虑、恐惧或其他的心理上的压力。
适度的压力可以定义为足够使人保持警觉的压力水平。
2.3.2医护人员的压力特征
在完成一项规定的医疗任务时医护人员可以承受的压力有一定的局限性。
当超过这些限度时失误发生的概率就会增加。
为了使人为失误发生的次数最少设计工程师与可靠性工程师必须在设计阶段就考虑到医护人员的能力限度或特征。
医护人员的某些压力特征有下列几点:
(1)由于病人的特殊性以及病情的复杂性使反馈给医护人员的信息不充分。
不足以使他(她)能够下决心校正自己的动作。
(2)医护人员被要求快速的比较两个或两个以上的显示结果并且做出明确的判断。
(3)对于一些紧急医疗状况给予医护人员的决策时间太短。
(4)由于病人病情的需要要求医护人员延长监测时间。
(5)为了完成一项医疗任务时所需要的步骤次序太长。
(6)一个以上的显示结果不便于识别。
(7)在紧急治疗过程中要求以高速同时完成一个以上的控制。
(8)在紧急治疗过程中要求以高速完成操作步骤。
(9)要求根据不同来源的数据收集做出决策。
2.3.3人为失误
(1)概述
在系统的设计、制造及运行阶段人起着重要作用。
人的作用的重要程度对一个系统和另一个系统可能不同对系统的一个阶段和另一个阶段也可能不同。
这种作用可能会由于人为失误而受到损害。
系统总的可靠性会由于人可能不正确完成他们的正常任务而受到影响。
根据Meister的一项研究所有设备故障的20%到50%是由于人为失误.造成的。
这在全部设备故障中是一个惊人的比例。
这意味着为了得到系统可靠性的正确情况在可靠性分析中必须包括人为因素的可靠性。
(2)医护人员人为失误的原因和后果在医院这一特殊环境中医护人员每时每刻都有可能遇上紧急情况在这种状况下医护人员就有可能发生人为失误造成不可弥补的后果甚至是人的生命。
医护人员人为失误有以下几个原因:
①医护人员的自身原因。
如医护人员缺乏足够的基本操作训练:
医护人员不适当地操纵医疗器械;医护人员身体不适或有情绪上的问题等。
②人际交往。
医护人员之间的关系如医护人员之间缺少交流;医护人员之间由于人际关系不愉快医护人员与病人之间的关系如医护人员与病人之间缺少交流等。
③医疗器械本身的原因。
如医疗器械本身设计有问题;工作动力不足;医疗器械维修和操作程序书写不规范等。
④环境因素。
有物理环境如工作区域光线不足等;作业方法如医护人员的作业方法不当等。
⑤管理。
如医院的管理不善。
在进行医疗的过程中如果医护人员产生人为失误就会造成严重的后果有时会产生严重的医疗事故误主要会造成以下几种后果造成病人生命危险。
概括的讲医护人员的人为失威胁或造成严重医疗事故;:
①阻碍了医疗器械的运行对病人的生命形成了
②医疗器械的运行有严重的延迟但不妨碍系统的运行;
③对病人的病情造成误断;
④医疗器械运行的延迟不严重。
2.3.4医护人员人为失误的预防方法——人机系统分析方法
预防的时候主要是要求医务人员在使用医疗设备的时候注意使用事项,同样设计者在涉及医疗设备的时候必须考虑好医务人员可能遇到的烦恼。
2.4本章小结
本章主要对医疗器械人/机系统进行了分析分析了医疗器械的人/机关系医疗器械人/机系统中机的作用和人的作用研究了医疗器械人/机系统可靠性强调了人的因素对医疗器械系统的重要性。
第三章被动使用者——病人心理学分析
3.1不同年龄段人的病人的心理特征
(1)儿童病人的心理特征
儿童病人的突出特点是由于一年龄太小不能够正确地把自身的病情与医护人员进行交流心理活动多随活动情境而迅速变化。
不同年龄的儿童个性差异极大其心理特点也很不相同。
因此他们的心理状态只能从其言语和非言语行为(表情、目光、体态等)中仔细体会理解。
(2)青年病人白勺心理特征
青年正是人生朝气蓬勃的时期对于自己患病这一事实会感到很大的震惊。
他们往往不相信医生的诊断否认自己得病直到真正感到不舒服和体力减弱才逐渐默认。
青年人一旦承认有病主观感觉异常敏锐而且富有好奇心事事询问:
为什么打这个针、吃这个药?
病程需多长?
有无后遗症等等。
他们担心疾病耽误自己的学习和工作对自己恋爱、婚姻、生活和前途有不利的影响。
有的青年不愿意把自己的病情告诉自己的同事或同学。
青年的情绪是强烈而不稳定的有时欢快有时不愉快或愤怒。
从自信到自贬从自私至利他从热心至冷漠从兴高采烈至消极失望皆能在转瞬间有所改变容易从一个极端走向另一个极端。
他们对待疾病也是这样。
倘若病情稍有好转他们就盲目乐观往往不再认真执行医疗计划不按时吃药。
但病程较长或有后遗症的青年病
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