基于USERfit架构的可调式坐姿辅助支架的设计制作

曹萍，刘洋

随着科技发展和信息时代的来临，电脑的使用越来越广泛。与此同时，电脑对人体健康的危害也接踵而来。鉴于电脑对人体产生的危害，本研究拟针对使用电脑过程中存在的姿势问题，从降低电脑辐射、预防及改善颈肩疾病等出发，使用"USERfit"框架设计制作可调式电脑坐姿辅助支架。

1 电脑引起的问题

1.1 电脑辐射的危害 电脑屏幕发出的低频辐射与磁场，会导致7～19种病症，包括眼睛痒、颈背痛、短暂失去记忆、暴躁及抑郁等[1]。眼睛处于长期干燥的状态，会引起角膜上皮细胞的脱落，造成器质性的损伤，严重影响视力。

1.2 长期伏案引起的颈腰部症状 长期低头伏案看电脑，颈椎始终维持在前屈位，颈后肌群长时间处于紧张状态，极易引发颈椎小关节紊乱、颈项肌劳损、落枕、项背肌筋膜炎甚至颈椎病[2]。常出现颈背部肌肉酸痛不适，颈椎活动明显受限，有的表现为上肢剧烈的放射性疼痛、上肢麻木，还可出现心慌、失眠、头痛、头晕、恶心、呕吐等，病情严重时甚至出现走路不稳。颈部肌肉、软组织长时间紧张或者损伤造成的"颈背综合症"，如果不及时治疗，会发展为颈椎病。

1.3 不良坐姿对身体的影响 以不正确的坐姿使用电脑，例如含胸塌背，容易导致身体疲劳，慢慢肌肉紧张，引发肩部疼痛。肩部症状通常与颈部症状共存，称为肩颈综合征。

2 USERfit框架分析案例

2.1 USERfit框架 USERfit框架是以使用者为中心的辅具设计流程框架[3-5]，为辅助技术提供了一种设计途径和规范性的操作方法。该架构包括问题定义、功能规格、制作、测试4个阶段，9个工作项目，每个项目包含数个表格，包括使用者分析、活动分析、产品分析、使用环境等相关要素。它作为一种工具，以表格的形式提供了一个具体的操作流程，使用这些表格进行信息的收集、评估和分析处理，形成包含所有要素的使用者数据库。这种策略能够帮助设计者选择某一群体的产品设计方案，提供所需要的要素信息以便设计出适用的产品。其它的构成包括需求和设计总结，最后的环节是适用性评估。USERfit是一个十分有用的方法，目前已经开发出一些工具，以便于推广该方法，并促进信息的共享。

2.2 案例分析 长期伏案工作的人群在使用电脑时，由于电脑桌椅的设计问题，以及身体的疲劳，不能长时间保持上半身的直立姿势，很难维持标准坐姿。另外，当专注使用电脑时，由于长时间盯着电脑屏幕，眼睛出现疲劳干涩不舒服，视力逐渐模糊。此时，头颈部会向前伸，颈部后侧肌肉及软组织处于紧张状态，长时间对颈椎造成负担和损害。据报道[5]，颈腰部慢性疾病多因长时间坐姿不良或过度疲劳等因素引发，甚至导致脊柱变形或相关椎间关节错位，损及肌肉、血管和神经。长期低头伏案工作，使颈椎长时间处于屈曲位或某一固定体位，使得颈椎间盘内的压力增大，颈部肌肉处于非协调受力状态，颈后部肌肉和韧带收到牵拉劳损，椎体前缘压迫磨损、增生，若同时存在扭转、侧屈过度等情况，将导致进一步损伤[6]。尤其是处于生长发育期的儿童、青少年，容易引起近视眼，出现代偿性胸椎后凸即驼背，影响身体发育。正确的电脑前坐姿是保持眼睛离电脑屏幕50cm以上，双眼平视或轻度向下注视电脑屏幕，使颈部肌肉放松，并使眼球暴露在空气中的面积减小到最低[7]。据调查，电脑使用引发的健康问题普遍出现在电脑使用者身上，如果适当减少电脑的使用时间，会有效的减少该问题的出现。但由于电脑已融入到很多人的生活和工作中，成为重要的日常使用工具，使用时间无法有效控制。因此，可考虑设计一个外部辅助设备，辅助人体维持正确的姿势，来预防或减少使用电脑产生的健康危害。

3 可调式坐姿辅助支架的制作与改良

根据Userfit架构分析，设计电脑坐姿支架，主要分为下颌、颈部、胸骨承托和金属连接支架两部分。

3.1 下颌、颈部与胸骨的承托部分 ①初期制作：以模塑式颈胸矫形器为设计基础，采用石膏绷带取型塑料板材热塑成型的方法。制作材料使用高温热塑板材热塑成型，高分子材料具有硬度适中、强度好、弹性优良、价格便宜的特点；结构，传统模塑成型矫形器的结构，分为前后两片，上端支撑于枕骨和下颌骨，下端包裹、支撑于胸廓上部。整体包裹面积较大，对颈椎前屈后伸、侧屈和旋转运动的固定性较好；效果，形状准确，服帖性好，固定性能强。但是，通过使用者试穿发现，支架过多的限制了颈椎活动。穿戴较长时间后，产生颈部的僵硬和酸疼，引起不良的结果，舒适度不能达到要求。②改良制作：材料改为低温热塑板材快速成型下颌至胸骨部位(颈部不受力，同时也可以对颈部开口增加透气性)，低温热塑板材具有透气性好、强度适中、成型速度快、修改方便等优点；结构，一片式下颌颈胸支撑片，上端支撑于下颌骨，下端支撑于胸廓上部的胸骨段。下颌部分小巧，仅仅起到承托下颌骨的作用，胸骨段支撑面积较颈部略大，起到支持作用，同时可避免应力集中引起不适；其他附件，支撑片与身体接触部位可添加带孔内衬板，防止压痛；下颌部分可增加一层软性海绵垫，增加穿戴舒适感；后背可增加两条交叉的弹性背带，对支撑片起到固定的作用，同时增强对身体姿势的控制；效果，在不过度限制颈椎运动的同时，控制了颈椎在矢状面上的前倾运动；一定程度上限制了额状面上的侧向倾斜运动。

3.2 金属支架部分 ①材料：使用铝合金支条制作支撑托与电脑桌之间的连接架。铝合金支条具有较好的可塑性和支撑强度，能够承担人体躯干的部分重量，并且具有质量轻、不生锈、耐腐蚀的特点。②结构：采用高度长度双向可调结构进行调节。颈胸连接端的支条上下高度可调，桌面支撑端的支条前后长度可调。金属支条使用套胶皮软套保护，防止不安全操作时金属支条磕碰到使用者；电脑桌连接段使用夹持的方式，通过调整螺丝夹的松紧将支架固定在不同厚度的桌子上。③效果：能够自由的进行肢体活动，当疲劳时还可以进行眼保健操、上肢运动、颈部环转运动来减轻疲劳，达到有益健康的效果。电脑坐姿支架，通过对胸廓和下颌的支撑，对人体有支持的作用，能够预防、矫正坐姿的不正确，避免坐姿不良导致的疾病和危害；在设计上着重减少支具对身体活动的限制，增加舒适性。经过使用者反复试穿体验，设计者不断调整修改，完成了该支架的设计制作，基本达到了最初目的。

4 拓展设计

除以上设计外，综合考虑使用者需求做了一些假设性设计：电脑危害最大的是辐射，可以使用防辐射透明材料制作一层防辐射电脑外套，电脑屏幕使用防辐射保护屏，减少电脑的辐射。另外，可使用防辐射服与电脑辅助支架结合使用，也能够减去大多数辐射。高纯度的钛同样能起到防辐射作用，电脑辅助支架可以部分使用钛金属结构，减少辐射。另外，对于已经存在颈椎病或颈肩综合症的人群，甚至颈椎损伤的患者，可以将电脑坐姿辅助支架的头颈胸支撑部分换为矫形支具，在保护疾病或受伤部位的前提下，一定程度上完成短时间的电脑操作任务。

5 思索与总结

辅具设计作为一门交叉学科，涉及的知识领域广。辅助器具是针对特定使用者的特殊需求设计制作或改造而成的产品，个性化强，技术要求高。要设计出真正适合使用者需求的产品，需要以使用者为中心，深入了解使用者真实情况，深度分析使用需求，从机械设计和工程原理出发，实现医工结合。使用者除了参与设计过程，还需要在产品设计研发生产过程中全过程参与，不断地提出问题和要求，进而使产品得到不断地改进，更加贴合使用者的需要。只有坚持以人为本的设计理念，才能让设计富有生命力，让科技不断的进步。

[1] 凌民. 电子辐射污染[J]. 杭氧科技,2008,2(1):47-48.

[2] 甄佳,陈立辉. 办公室电脑操作者的职业危害研究[J]. 中国个体防护装备,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] 伍莹. 辅具产品设计方法与应用[J]. 美术学报,2006,4(1):54-62.

[6] 裴学胜,叶瑞平,刘丽颖. 一种基于人机工程学的办公家具尺寸与结构设计[J]. 河南科技大学学报(自然科学版),2006,20(3):102-104.

[7] 贾晓雯. 电脑综合症及操作人员的健康防护[J]. 科技情报开发与经济,2004,22(6):302-304.