使用基于Xsens惯性传感器的动作捕捉技术测量人体工程学

article/2025/8/7 15:30:47

由于单调和片面的体力消耗,牙科领域的从业者患肌肉骨骼疾病 (MSD) 的几率很高。惯性测量单元 (IMU) 越来越成为评估工作姿势风险的焦点。因此,本研究旨在使用基于惯性传感器的运动捕捉 (MoCap) 评估人体工程学讲座和培训干预对牙科助理学生的姿势风险和MSD的影响。18名女性牙科助理学生(年龄:19.44 ± 6.83 岁;身高:164.59 ± 5.32厘米;体重:64.88 ± 16.52 公斤;BMI:19.70 ± 4.89 公斤/米2)随机分为干预组(n = 9)和对照组(n = 9),参加了本研究。参与者完成了关于MSD患病率的北欧问卷,之后进行了带有 Xsens IMU的90秒MoCap。提供了人体工程学讲座,随后对干预组进行了为期五周的干预。进行了后续评估,并进行了5周和18周的后续MSD问卷调查。混合方差分析 (MANOVA) 显示快速上肢评估 (RULA) 以及上臂和手腕的部分评分存在显著差异。尽管MSD有所减少,但在五周的培训干预和18周的后续问卷调查后,测量时间和组别没有显著差异。有针对性的人体工程学讲座对牙科助理学生来说是有效的,IMU等技术改善了牙医的工作场所人体工程学。建议进行测量期更长、后续随访时间更长、样本量更大的进一步研究。

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专业牙科助理具有以下特点:

  • 由于要进行单调的工作(保持和吸吮),他们通常长时间保持同一姿势。由于患者的准备和后续工作(例如,拆除临时修复体和印模),经常需要长时间坐在椅子上而无法休息。

  • 坐在牙医的职位下。

  • 经常会遇到视野不佳的情况,因为口腔是一个小而细致的工作区域(例如,对于填充物,牙医首先必须能够看得清楚,并且牙科助理必须适应牙医的位置)。

  • 需要额外的设备来完成他们的工作(例如放大镜或棱镜放大镜和椅子上的扶手)。

纳入标准如下:全职牙科助理学生,且在当前专业领域拥有至少三个月的工作经验。排除标准如下:目前存在肌肉骨骼系统损伤、急性身体活动受限和/或过去四周内接受过肌肉骨骼系统手术治疗。在干预期期间,三名未能完成后测的参与者被排除。

此外,在治疗前测和后测中,采用视觉模拟量表 (VAS) 评估患者6个不同身体部位的不适感,具体如下:

  • 脖子

  • 上臂

  • 下臂

  • 手腕

  • 树干

  • 下背部

实验设置

网络摄像头和平板电脑摄像头以及Xsens Awinda工作站距离患者约2.5米,以确保良好的视频质量和最佳视野。平板电脑的高度和距离已标准化(高度:88厘米;距离:252厘米)。所有记录均由同两位人体工程学专家完成,每位专家在健康科学领域均拥有数年经验。每位受试者可根据个人喜好调整座椅高度和患者位置。

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测试设备(Movella Awinda和Xsens MVN Analyze Pro)

实验任务

所有牙科助理学生都执行相同的实验任务。实验前和实验后测量均在当天的同一时间(上午11点至下午2点之间)进行。该任务对样本来说是一次性的。测试主管在测量开始前向参与者宣读每个任务,内容如下:

  • 坐在助理椅上。

  • 牙医想补第36颗牙齿。

  • 请用口镜托住脸颊,用大吸嘴托住舌头。

  • 您可以尝试一次该职位。

  • 现在,执行任务。

这一系列操作是牙科助理的典型任务,必须在日常工作中频繁执行。牙科助理通常除了将工具放入每位患者的口中外,还需要保持多种静态姿势。

基于IMU的MoCap

参与者使用IMU进行了90秒的动作捕捉 (MoCap)。每个IMU由三轴加速度计(±16 g)、三轴陀螺仪(±2000 度/秒)和三轴磁力计(±1.9 高斯)组成 。这些轴代表了一个稳健而精确的参考系统,用于重建工作场所的三维 (3D) 运动 ,并可提供可重复且准确的人体工程学风险评分。

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结论

本研究结果表明,人体工程学讲座有效地解决了牙科助理的人体工程学问题。因此,机构应开展以预防肌肉骨骼疾病 (MSD) 为重点的职业健康培训,尤其应教授人体工程学原理,使学生在职业生涯早期受益。总体而言,作者建议在学校和工作场所的早期教育阶段就开展人体工程学培训,以鼓励学生在职业生涯开始前就认识到健康运动的重要性。此外,定期进行长期强化和伸展运动,并重点锻炼肩颈和下背部,可能有助于平衡该职业领域日常工作相关的姿势负荷。


http://www.hkcw.cn/article/GuXVhhCaAw.shtml

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