Если вы хотите получите доступ к статьям, просим вас зарегистрироваться.
Концепция и практическая методика конфигурирования операционного микроскопа, основанная на оценке индивидуальных антропометрических параметров оператора
Журнал "Эстетическая стоматология"
№ 1−2/3−4 2021
Февраль 2022
№ 1−2/3−4 2021
Февраль 2022
Евгений Ржанов, к.м.н., действительный член ESE, AAE, IFEA, врач-стоматолог, микроскопист, частная практика, Москва
Каплан Шеуджен, врач-стоматолог, KOL GC Europe, частная практика, Горячий Ключ
В настоящее время применение увеличения на стоматологическом приёме де-факто уже становится стандартом. И если операционные микроскопы ещё не так сильно распространены, то бинокулярными лупами пользуются уже очень многие врачи. Широкому распространению увеличения в стоматологической практике есть ряд объективных и субъективных причин.
Первое, увеличение позволяет просто больше и лучше видеть то, с чем мы имеем дело. Стоматологи в основном работают с микро объектами и структурами. Достаточно отметить, что толщина цементной плёнки зафиксированной коронки находится в пределах 0,025 мм, а устье второго передне-щёчного канала (MB2) в зубе 16 может быть меньше 0,06 мм, в то время как разрешающая способность невооружённого глаза не превышает 0,2 мм, то есть примерно в десять раз меньше необходимого [1].
Второе, увеличение позволяет значительно повысить точность выполняемых манипуляций из-за улучшения контроля и качества обратной связи в системе «глаз — рука оператора» [2, 3].
Третье, и возможно самое важное, увеличение позволяет кардинально улучшить эргономику работы. Значительно увеличивается рабочее расстояние, то есть пространство между глазами наблюдателя и объектом манипуляций. Это даёт возможность принять более правильную позу и существенно снизить нагрузку на опорно-двигательную систему врача. К тому же, врач выходит из «персональной зоны» пациента, уменьшается попадание взвеси, возникающей в процессе работы, на поверхности средств защиты, одежду и кожные покровы, в целом повышается комфортность работы. Таким образом, применение увеличения делает работу врача гораздо более предсказуемой, правильной, эргономичной.
К субъективным причинам можно отнести "давление общественности". С одной стороны пациенты становятся более информированными и ищут врача или клиники, которые работают с использованием увеличения, потому что понимают, что качество оказываемой им помощи будет выше. С другой стороны, в социальных сетях, которые играют всё большую роль в нашей жизни, практически все лидеры мнений работают с увеличением, что также толкает врачей развиваться в данном направлении.
Одним словом, увеличение стремительно входит в повседневную жизнь стоматологов и начинает занимать в ней достойное место. Однако тут же возникает ряд вопросов: каким должно быть это увеличение? Какие параметры нам необходимы для правильной и комфортной работы? Какой конструкции и фирме-производителю отдать предпочтение?
На самом деле, тема эта довольно обширна, глубока и содержит в себе массу нюансов. В случае с бинокулярными лупами тактика выбора более или менее понятна из-за сходства с обычными очками. Измеряется межзрачковое расстояние, необходимое рабочее расстояние, выбирается желаемое увеличение и конструкция, определяется бюджет. Когда же вопрос касается выбора микроскопа, то очень часто первичным и определяющим критерием становится исключительно бюджет, что, на наш взгляд, совершенно не логично и ведёт к принятию ошибочных решений.
Ясно, что стоимость любого, даже самого недорогого микроскопа, в разы превышает стоимость бинокулярных луп. По идее, к выбору такого сложного и дорого оптического устройства необходимо подходить со всей тщательностью и скрупулезностью. По каким-то причинам этого не происходит, вследствие чего довольно много микроскопов так и остаются стоять в углу кабинета, выполняя в лучшем случае маркетинговую роль и никак не оправдывая затраченные на них средства. Но и это не самое страшное. Гораздо хуже, когда микроскоп, не соответствующий по параметрам, тем не менее используется врачами, что приводит к ухудшению или даже к возникновению необратимых последствий для их здоровья. Именно выбор операционного микроскопа и его комплектации будет во многом определять возможность и невозможность комфортной и эргономичный работы для стоматолога.
На рис. 1 вы можете видеть примеры того, как некорректно подобранная комплектация влияет на эргономику приема и положения врача и ассистента.
Каплан Шеуджен, врач-стоматолог, KOL GC Europe, частная практика, Горячий Ключ
В настоящее время применение увеличения на стоматологическом приёме де-факто уже становится стандартом. И если операционные микроскопы ещё не так сильно распространены, то бинокулярными лупами пользуются уже очень многие врачи. Широкому распространению увеличения в стоматологической практике есть ряд объективных и субъективных причин.
Первое, увеличение позволяет просто больше и лучше видеть то, с чем мы имеем дело. Стоматологи в основном работают с микро объектами и структурами. Достаточно отметить, что толщина цементной плёнки зафиксированной коронки находится в пределах 0,025 мм, а устье второго передне-щёчного канала (MB2) в зубе 16 может быть меньше 0,06 мм, в то время как разрешающая способность невооружённого глаза не превышает 0,2 мм, то есть примерно в десять раз меньше необходимого [1].
Второе, увеличение позволяет значительно повысить точность выполняемых манипуляций из-за улучшения контроля и качества обратной связи в системе «глаз — рука оператора» [2, 3].
Третье, и возможно самое важное, увеличение позволяет кардинально улучшить эргономику работы. Значительно увеличивается рабочее расстояние, то есть пространство между глазами наблюдателя и объектом манипуляций. Это даёт возможность принять более правильную позу и существенно снизить нагрузку на опорно-двигательную систему врача. К тому же, врач выходит из «персональной зоны» пациента, уменьшается попадание взвеси, возникающей в процессе работы, на поверхности средств защиты, одежду и кожные покровы, в целом повышается комфортность работы. Таким образом, применение увеличения делает работу врача гораздо более предсказуемой, правильной, эргономичной.
К субъективным причинам можно отнести "давление общественности". С одной стороны пациенты становятся более информированными и ищут врача или клиники, которые работают с использованием увеличения, потому что понимают, что качество оказываемой им помощи будет выше. С другой стороны, в социальных сетях, которые играют всё большую роль в нашей жизни, практически все лидеры мнений работают с увеличением, что также толкает врачей развиваться в данном направлении.
Одним словом, увеличение стремительно входит в повседневную жизнь стоматологов и начинает занимать в ней достойное место. Однако тут же возникает ряд вопросов: каким должно быть это увеличение? Какие параметры нам необходимы для правильной и комфортной работы? Какой конструкции и фирме-производителю отдать предпочтение?
На самом деле, тема эта довольно обширна, глубока и содержит в себе массу нюансов. В случае с бинокулярными лупами тактика выбора более или менее понятна из-за сходства с обычными очками. Измеряется межзрачковое расстояние, необходимое рабочее расстояние, выбирается желаемое увеличение и конструкция, определяется бюджет. Когда же вопрос касается выбора микроскопа, то очень часто первичным и определяющим критерием становится исключительно бюджет, что, на наш взгляд, совершенно не логично и ведёт к принятию ошибочных решений.
Ясно, что стоимость любого, даже самого недорогого микроскопа, в разы превышает стоимость бинокулярных луп. По идее, к выбору такого сложного и дорого оптического устройства необходимо подходить со всей тщательностью и скрупулезностью. По каким-то причинам этого не происходит, вследствие чего довольно много микроскопов так и остаются стоять в углу кабинета, выполняя в лучшем случае маркетинговую роль и никак не оправдывая затраченные на них средства. Но и это не самое страшное. Гораздо хуже, когда микроскоп, не соответствующий по параметрам, тем не менее используется врачами, что приводит к ухудшению или даже к возникновению необратимых последствий для их здоровья. Именно выбор операционного микроскопа и его комплектации будет во многом определять возможность и невозможность комфортной и эргономичный работы для стоматолога.
На рис. 1 вы можете видеть примеры того, как некорректно подобранная комплектация влияет на эргономику приема и положения врача и ассистента.
Рис. 1а. Примеры работы врача и ассистента с микроскопами неправильных конфигураций.
Рис. 1б. Примеры работы врача и ассистента с микроскопами неправильных конфигураций.
Рис. 1в. Примеры работы врача и ассистента с микроскопами неправильных конфигураций.
Рис. 1г. Примеры работы врача и ассистента с микроскопами неправильных конфигураций.
По нашей оценке, большая часть микроскопов эксплуатируется с теми или иными нарушениями правил эргономики. Однако, справедливости ради следует отметить, что на данный момент не существует, или точнее, не существовало внятной методики подбора и конфигурирования операционного микроскопа в соответствии с параметрами оператора.
Литературы и научных исследований, касающихся применения операционного микроскопа в стоматологии с точки зрения эргономики, крайне мало. Всё ограничивается лишь несколькими публикациями, в которых содержатся довольно общие рекомендации. Нам удалось обнаружить только одно исследование немецких авторов, в котором было установлено, что в зависимости от роста врача и комплектации микроскопа существует выраженная разница между идеальной и вынужденной (рабочей) позой оператора, в особенности если рост оператора более 170 см. Однако, в данном исследовании речь шла только об одной модели микроскопа и её конфигурациях, а результатами исследования были параметры отклонения между двумя этими позициями оператора [10].
В рамках данной статьи мы попытаемся осветить подход к осознанному выбору стоматологического микроскопа, основанному на индивидуальных анторопометрических параметрах оператора. Данный подход базируется на данных имеющейся литературы, наших собственных исследованиях и многолетнем опыте успешного, практически стопроцентного применения операционного микроскопа во всех видах деятельности врача-стоматолога, когда все манипуляции, за очень редким исключением, выполняются с его помощью.
Литературы и научных исследований, касающихся применения операционного микроскопа в стоматологии с точки зрения эргономики, крайне мало. Всё ограничивается лишь несколькими публикациями, в которых содержатся довольно общие рекомендации. Нам удалось обнаружить только одно исследование немецких авторов, в котором было установлено, что в зависимости от роста врача и комплектации микроскопа существует выраженная разница между идеальной и вынужденной (рабочей) позой оператора, в особенности если рост оператора более 170 см. Однако, в данном исследовании речь шла только об одной модели микроскопа и её конфигурациях, а результатами исследования были параметры отклонения между двумя этими позициями оператора [10].
В рамках данной статьи мы попытаемся осветить подход к осознанному выбору стоматологического микроскопа, основанному на индивидуальных анторопометрических параметрах оператора. Данный подход базируется на данных имеющейся литературы, наших собственных исследованиях и многолетнем опыте успешного, практически стопроцентного применения операционного микроскопа во всех видах деятельности врача-стоматолога, когда все манипуляции, за очень редким исключением, выполняются с его помощью.
Понятие об эргономически выгодной или
нейтральной позиции врача-оператора
нейтральной позиции врача-оператора
О каких же антропометрических параметрах врача-оператора идёт речь и почему они так важны в свете выбора микроскопа и / или его конфигурации? Чтобы осознать эту взаимосвязь необходимо сначала разобраться, хотя бы вкратце, с таким понятием как "эргономически выгодная или нейтральная позиция" оператора. Дело в том, что, как правило, лечение в стоматологии проводится врачом в позиции сидя, особенно если оно осуществляется с использованием увеличения. Для такого положения вещей есть целый ряд причин, но основная связана с тем, что процесс лечения занимает довольно большое количество времени, и врач при этом должен быть относительно неподвижным [6]. Стоматолог работает много часов в день и, соответственно, необходимо работать в позиции, которая позволит совершать как можно меньше лишних движений, экономить энергию и, следовательно, снижать утомляемость и уровень стресса. Но сидеть, как это не удивительно, можно правильно и неправильно. Сидеть правильно означает сидеть в «эргономически выгодной, нейтральной позиции».
На рис. 2 приведена общая принципиальная схема работы врача-стоматолога с операционным микроскопом. Врач в этом случае занимает положение на 12 часов относительно пациента, то есть за его головой. Такое положение является наиболее оптимальным и универсальным при работе с микроскопом, поскольку обеспечивает нейтральную позицию для оператора и ассистента при любых видах манипуляций и возможность работы как в четыре, так и в шесть рук, то есть как с одним, так и с двумя ассистентами [4, 5]. В дальнейшем мы ещё будем возвращаться к данной схеме, но в данный момент нас интересует именно позиция врача.
На рис. 2 приведена общая принципиальная схема работы врача-стоматолога с операционным микроскопом. Врач в этом случае занимает положение на 12 часов относительно пациента, то есть за его головой. Такое положение является наиболее оптимальным и универсальным при работе с микроскопом, поскольку обеспечивает нейтральную позицию для оператора и ассистента при любых видах манипуляций и возможность работы как в четыре, так и в шесть рук, то есть как с одним, так и с двумя ассистентами [4, 5]. В дальнейшем мы ещё будем возвращаться к данной схеме, но в данный момент нас интересует именно позиция врача.
Рис. 2. Общая схема работы врача-стоматолога с операционным микроскопом в положении на 12 часов.
На схеме ниже (рис. 3) обозначены основные углы наклона тела и сгиба суставов, которые позволяют человеку принять нейтральную позицию и соблюсти естественные изгибы позвоночника. Тело должно находится в вертикальном положении вдоль центральной оси перпендикулярно полу с опорой на сиденье стула. Руки расслаблены, согнуты в локтях и лежат на подлокотниках [2], слегка отведены от корпуса, не прижаты к телу. Голова не наклонена вперёд или наклонена минимально, взгляд направлен вперёд и вдаль. Также не допускаются статические наклоны корпуса и шеи в правую или левую сторону от центральной оси тела [7].
Рис. 3. Эргономически выгодная нейтральная позиция оператора.
В рамках данной публикации у нас нет возможности подробно остановиться на вопросе почему сидеть нужно именно так, как показано на схеме, а не иначе. Этот вопрос требует отдельного обсуждения. Поэтому примем такую трактовку нейтральной позиции за аксиому. Отметим лишь, что соблюдение таких углов и положения тела позволяет снизить опасную разрушительную нагрузку на опорно-двигательный аппарат до минимальных значений.
Любые отклонения от указанной позиции, связанные с ограничениями, вызванными не оптимальным техническим обеспечением врача (не соответствующее кресло пациента, врачебный стул, система увеличения) и / или его вредной привычкой, приводят к «вынужденной позиции», которая опасна для здоровья и может привести к необратимым нарушениям опорно-двигательного аппарата [8, 9].
Таким образом, все дальнейшее обсуждение параметров операционных микроскопов мы будем вести исходя из требований, которые позволят достичь и соблюдать в процессе работы нейтральную, эргономически выгодную позицию, потому что труд врача и ассистента должен быть безопасным и комфортным.
Любые отклонения от указанной позиции, связанные с ограничениями, вызванными не оптимальным техническим обеспечением врача (не соответствующее кресло пациента, врачебный стул, система увеличения) и / или его вредной привычкой, приводят к «вынужденной позиции», которая опасна для здоровья и может привести к необратимым нарушениям опорно-двигательного аппарата [8, 9].
Таким образом, все дальнейшее обсуждение параметров операционных микроскопов мы будем вести исходя из требований, которые позволят достичь и соблюдать в процессе работы нейтральную, эргономически выгодную позицию, потому что труд врача и ассистента должен быть безопасным и комфортным.
Индивидуальные физические параметры врача-оператора
К основным антропометрическим параметрам человека, как правило, относят рост и вес. В приложении к нашей задаче, речь прежде всего пойдёт о росте, длине отдельных частей тела, размерах головы, длине конечностей.
Начнём с роста, как наиболее привычного для понимания параметра. Нередко встречается ситуация во врачебных коллективах, когда один врач выше другого, особенно когда врачи разного пола, но работают они в одном кабинете и на одном оборудовании. Поэтому для наглядности возьмём двух человек разного роста, например, 175 см и 160 см, схематичные фигуры, которых представлены на рис. 4а. Теперь, давайте разместим эти фигуры в нейтральные позиции (рис. 4б).
Начнём с роста, как наиболее привычного для понимания параметра. Нередко встречается ситуация во врачебных коллективах, когда один врач выше другого, особенно когда врачи разного пола, но работают они в одном кабинете и на одном оборудовании. Поэтому для наглядности возьмём двух человек разного роста, например, 175 см и 160 см, схематичные фигуры, которых представлены на рис. 4а. Теперь, давайте разместим эти фигуры в нейтральные позиции (рис. 4б).
Рис. 4а. Сравнение фигур разного роста 175 см и 160 см в позиции стоя.
Рис. 4б. Сравнение фигур разного роста 175 см и 160 см в позиции сидя.
Очевидно, что параметры оборудования и его настройки, для человека с ростом 160 см, будут существенным образом отличаться от таковых для человека с ростом 175 см. Видно, что на положение врача в пространстве по вертикали в основном влияют длина тела и длина голени. И если стул не так уж и сложно отрегулировать по высоте и углу наклона сиденья, а также положению подлокотников, то с микроскопом всё обстоит сложнее. Да, положение головной части микроскопа в пространстве легко меняется за счёт пантографа. Но оказывается, что комфортные для работы размеры самой головной части микроскопа и её конфигурация непосредственно связаны с высотой лицевого черепа, длиной шеи, плеча, а также длины предплечья и ладони, поскольку именно эти параметры определяют в пространстве положение точки 0, которая будет являться отправной в наших расчётах.
Точка 0 — это условная точка в пространстве, в которой под прямым углом пересекается взгляд оператора, направленный горизонтально вперёд и вдаль, и ось объектива микроскопа. Примем её за исходную точку, из которой рассчитывается вертикальный и горизонтальный размеры пути изображения от плоскости фокуса, до глаз врача-оператора. Для того чтобы лучше понять, о чём идёт речь, обратимся к схеме на рис. 5.
Точка 0 — это условная точка в пространстве, в которой под прямым углом пересекается взгляд оператора, направленный горизонтально вперёд и вдаль, и ось объектива микроскопа. Примем её за исходную точку, из которой рассчитывается вертикальный и горизонтальный размеры пути изображения от плоскости фокуса, до глаз врача-оператора. Для того чтобы лучше понять, о чём идёт речь, обратимся к схеме на рис. 5.
Рис. 5. Ключевые оси, точки и плоскости в пространстве, определяющие оптимальные параметры микроскопа.
Разберём её подробно. Из схемы ясно, что если спроецировать человека, находящегося в нейтральной позиции, на плоскость и привязать к осям координат, исходящих из точки 0, то у нас возникает несколько вполне определённых отрезков или расстояний.
*Допуски в точности измерений определяются индивидуальными особенностями врача и применяемым инструментарием. Заявленная погрешность лазерных приборов находится в переделах 0,5 см на метр расстояния от прибора до объекта измерения.Такая погрешность не оказывает существенного влияния на подход к решению стоящей перед нами задачи.
- Отрезок 0-Oc, находящийся на горизонтальной оси x, — это расстояние от глаз оператора до точки 0. Этот отрезок зависит от суммы длин проекции плеча (cx), предплечья (dx) и участка от запястья до середины ладони (e) на эту ось за вычетом отрезка o, который является расстоянием от оси тела до глаза оператора.
- Отрезок 0-Fph, находящийся на вертикальной оси y, — это расстояние от точки 0 до точки Fph (Focus plane hand), которая находится в плоскости фокуса Fp (Focus plane) в пересечении оси, проходящей через середину ладони оператора, с осью объектива. Длина этого отрезка определяется суммой длин проекций на ось y высоты лицевого черепа (a), шеи (b), плеча (cy), за вычетом вертикальной составляющей предплечья, согнутого в локте (dy).
- Отрезок Fph-Ob — это рабочее расстояние, от объекта наблюдения в плоскости фокуса до края объектива (Ob). Данный отрезок определяет вертикальный размер рабочей зоны, в которой и происходят все манипуляции.
- Отрезок 0-Ob — это расстояние от точки 0 до края объектива.
- Отрезками 0-Ob и 0-Oc определяется область пространства, в которой мы должны разместить головную часть микроскопа, сконфигурированного таким образом, чтобы край окуляров находился в точке Oc, а край объектива — в точке Ob, тогда врач-оператор будет находиться в эргономически выгодной, нейтральной позиции и сможет соблюдать её в процессе работы*.
*Допуски в точности измерений определяются индивидуальными особенностями врача и применяемым инструментарием. Заявленная погрешность лазерных приборов находится в переделах 0,5 см на метр расстояния от прибора до объекта измерения.Такая погрешность не оказывает существенного влияния на подход к решению стоящей перед нами задачи.
Конфигурирование микроскопа исходя из
конкретных антропометрических параметров оператора
конкретных антропометрических параметров оператора
Оценка антропометрических параметров оператора
Применим описанный выше подход к расчёту конкретных параметров эргономический выгодной, нейтральной позиции врача-оператора и конфигурированию на их основе соответствующей головной рабочей части микроскопа. В качестве примера, возьмём человека среднего роста высотой 175 см, пропорционального телосложения. Расположим его сидя согласно схеме рассмотренной выше.
Применим описанный выше подход к расчёту конкретных параметров эргономический выгодной, нейтральной позиции врача-оператора и конфигурированию на их основе соответствующей головной рабочей части микроскопа. В качестве примера, возьмём человека среднего роста высотой 175 см, пропорционального телосложения. Расположим его сидя согласно схеме рассмотренной выше.
Рис. 6. Вычисление антропометрических параметров человека ростом 175 см.
Как видно из схемы на рис. 6, отрезок 0-Fph вычисляется следующим образом:
и будет равен 48 см.
Отрезок 0-Oc вычисляется следующим образом:
и будет равняться 28 см.
Таким образом, мы получили вертикальный и горизонтальный размеры нейтральной позиции верхней части тела, которые напрямую зависят от индивидуальных антропометрических параметров человека, его телосложения. Теперь нашей задачей является подобрать конфигурацию микроскопа так, чтобы она максимально соответствовала найденным размерам, то есть вписывалась в нейтральную позицию, никак её не нарушая, а даже напротив, поддерживая.
Оценка параметров головной части микроскопа
Все компоненты рабочей части микроскопа имеют свои физические и оптические параметры. Эти параметры могут отличаться в зависимости от модели и производителя, но тем не менее, сами эти компоненты обязательно присутствуют, в том или ином виде. На рис. 7а представлена принципиальная схема базовой головной рабочей части микроскопа Zeiss OPMI pico (рис. 7б)*.
*Такой подход в выборе образца не является рекламой и никак не аффилирован с фирмой Zeiss. Данный тип микроскопа фактически был снят с производства на момент написания статьи. Однако, такой микроскоп хорошо знаком врачам и долгое время являлся «де-факто» промышленным стандартом в области производства стоматологических микроскопов.
0-Fph = (a+b+cy)-dy = (11+8+37)-8 = 48см;
и будет равен 48 см.
Отрезок 0-Oc вычисляется следующим образом:
0-Oc = (e+dx+cx)-o = (5+26+11)-14 = 28см;
и будет равняться 28 см.
Таким образом, мы получили вертикальный и горизонтальный размеры нейтральной позиции верхней части тела, которые напрямую зависят от индивидуальных антропометрических параметров человека, его телосложения. Теперь нашей задачей является подобрать конфигурацию микроскопа так, чтобы она максимально соответствовала найденным размерам, то есть вписывалась в нейтральную позицию, никак её не нарушая, а даже напротив, поддерживая.
Оценка параметров головной части микроскопа
Все компоненты рабочей части микроскопа имеют свои физические и оптические параметры. Эти параметры могут отличаться в зависимости от модели и производителя, но тем не менее, сами эти компоненты обязательно присутствуют, в том или ином виде. На рис. 7а представлена принципиальная схема базовой головной рабочей части микроскопа Zeiss OPMI pico (рис. 7б)*.
*Такой подход в выборе образца не является рекламой и никак не аффилирован с фирмой Zeiss. Данный тип микроскопа фактически был снят с производства на момент написания статьи. Однако, такой микроскоп хорошо знаком врачам и долгое время являлся «де-факто» промышленным стандартом в области производства стоматологических микроскопов.
Рис. 7a. Основные детали головной рабочей части микроскопа.
Рис. 7б. Базовая конфигурация головной части микроскопа Zeiss OPMI pico.
Красным цветом выделен объектив — первая система линз микроскопа. Объектив может быть с фиксированным фокусным расстоянием, например, 250 мм, или в варианте вариоскопа с изменяемым фокусным расстоянием, например, 200−300 мм. Синим цветом выделен корпус головной части микроскопа, в котором находится вторая система линз отвечающая за изменения фактора увеличения и формирование стереоизображения. Переключатель фактора увеличения может быть выполнен в виде ступенчатого переключателя типа Галилей или бесступенчатого типа зум. Желтым цветом выделен бинокуляр, который передаёт стереоизображение формируемое в корпусе микроскопа, распределяя его на два глаза в отдельности. Зелёным цветом выделены окуляры — это последняя система линз микроскопа, находящаяся непосредственно перед глазами оператора.
Оценим базовую конфигурацию микроскопа, используя такой же подход к измерениям, который мы применили для оценки параметров оператора. Для этого обратимся к схеме на рис. 8. На схеме представлена головная часть указанного выше микроскопа, детали которой в точности соответствуют по размерам реальным.
Оценим базовую конфигурацию микроскопа, используя такой же подход к измерениям, который мы применили для оценки параметров оператора. Для этого обратимся к схеме на рис. 8. На схеме представлена головная часть указанного выше микроскопа, детали которой в точности соответствуют по размерам реальным.
Рис. 8. Размеры и параметры базовой конфигурации головной части микроскопа Zeiss OPMI piсo.
Чтобы достичь максимального горизонтального размера нужно чтобы инклинация окуляров была равной нулю, то есть окуляры должны быть расположены строго под 90° к оси объектива. Расположив головную часть в осях координат, так что ось y совпадает с осью объектива, а ось x с осью окуляров, мы легко получаем размеры искомых отрезков. Поскольку в данный момент оцениваются параметры микроскопа, а не человека, точки и плоскости имеют соответсвующие индексы. Итак, мы получаем отрезок от точки 0 до края окуляров Ocm (Ocular of microscope), который будет равен:
Отрезок от точки 0 до фокусной плоскости объектива микроскопа Fp будет равен:
Теперь можно легко сопоставить параметры эргономически выгодной нейтральной позиции оператора и базовой конфигурации головной части микроскопа. Очевидно, что 0-Fph оператора больше, чем соответствующий 0-Fp микроскопа на 3 см и 0-Oc оператора больше, чем 0-Ocm микроскопа на 14,5 см. То есть, вертикальный размер и оптические параметры объектива, а также горизонтальный размер головной части микроскопа являются явно недостаточными.
Таким образом, можно утверждать, что базовая конфигурация микроскопа не может эксплуатироваться врачом-оператором среднего роста (175 см), с точки зрения эргономики его работы. И даже более того, способна нанести вред его здоровью. Оператору придётся постоянно наклонять тело и голову вперёд, чтобы дотянуться до окуляров и компенсировать недостаток горизонтального размера микроскопа, что неизбежно будет вызывать избыточное напряжение мышц и связок спины и шеи. Также придётся поднимать кисти рук выше нейтрального положения, чтобы компенсировать недостаток вертикального размера.
Следовательно, необходимо расширить базовую конфигурацию микроскопа таким образом, чтобы привести параметры микроскопа в соответствие с параметрами нейтральной позиции оператора. Для этого нужно добавить или заменить компоненты, которые помогут увеличить горизонтальный и вертикальный размеры. В нашем случае такими компонентами будут:
1. Вариоскоп V100 200−300 мм.
2. MORA интерфейс
3. Делитель луча 50/50
4. Бинокуляр f170, 180°
5. Окуляры 10х.
Соответствующая схема такой конфигурации микроскопа приведена на рис. 9. На схеме видно, что вертикальный размер 0-Ob изменился незначительно, но оптика вариоскопа увеличивает расстояние Ob-Fp до 31 см, то есть мы получаем искомые 48 см по параметру 0-Fp. Горизонтальный размер 0-Ocm увеличился на 14 см, относительно базовой конфигурации за счёт интерфейса MORA, делителя и окуляров 10х, что позволило получить 0-Осm равный 27,5 см, что очень близко к оптимальным параметрам.
0-Ocm = 13,5 см.
Отрезок от точки 0 до фокусной плоскости объектива микроскопа Fp будет равен:
0-Fp = (0-Ob)+(Ob-Fp) = 45 см,
где Ob-Fp = 28 см.
Теперь можно легко сопоставить параметры эргономически выгодной нейтральной позиции оператора и базовой конфигурации головной части микроскопа. Очевидно, что 0-Fph оператора больше, чем соответствующий 0-Fp микроскопа на 3 см и 0-Oc оператора больше, чем 0-Ocm микроскопа на 14,5 см. То есть, вертикальный размер и оптические параметры объектива, а также горизонтальный размер головной части микроскопа являются явно недостаточными.
Таким образом, можно утверждать, что базовая конфигурация микроскопа не может эксплуатироваться врачом-оператором среднего роста (175 см), с точки зрения эргономики его работы. И даже более того, способна нанести вред его здоровью. Оператору придётся постоянно наклонять тело и голову вперёд, чтобы дотянуться до окуляров и компенсировать недостаток горизонтального размера микроскопа, что неизбежно будет вызывать избыточное напряжение мышц и связок спины и шеи. Также придётся поднимать кисти рук выше нейтрального положения, чтобы компенсировать недостаток вертикального размера.
Следовательно, необходимо расширить базовую конфигурацию микроскопа таким образом, чтобы привести параметры микроскопа в соответствие с параметрами нейтральной позиции оператора. Для этого нужно добавить или заменить компоненты, которые помогут увеличить горизонтальный и вертикальный размеры. В нашем случае такими компонентами будут:
1. Вариоскоп V100 200−300 мм.
2. MORA интерфейс
3. Делитель луча 50/50
4. Бинокуляр f170, 180°
5. Окуляры 10х.
Соответствующая схема такой конфигурации микроскопа приведена на рис. 9. На схеме видно, что вертикальный размер 0-Ob изменился незначительно, но оптика вариоскопа увеличивает расстояние Ob-Fp до 31 см, то есть мы получаем искомые 48 см по параметру 0-Fp. Горизонтальный размер 0-Ocm увеличился на 14 см, относительно базовой конфигурации за счёт интерфейса MORA, делителя и окуляров 10х, что позволило получить 0-Осm равный 27,5 см, что очень близко к оптимальным параметрам.
Рис. 9. Схема конфигурации головной части микроскопа оптимальной для врача ростом 175 см.
То есть, изменение и расширение конфигурации микроскопа за счёт перечисленных выше опций, не только и не столько повышает функционал микроскопа, как позволяет достичь параметров, которые диктуют нам эргономика и антропометрические данные оператора. Более того, не так важно, за счёт каких опций будут достигнуты искомые параметры нейтральной позиции, как важно то, чтобы они были соблюдены.
Методика оценки параметров врача-оператора
Выше мы описали концептуальный подход к решению задачи сборки оптимальной конфигурации микроскопа в зависимости от физических параметров оператора. Ниже разберём практическую методику проведения измерений, позволяющую получить необходимые данные.
Для проведения измерений мы использовали ровную стену с закреплённой на ней магнитной доской, на которой можно делать отметки и располагать линейки. Боком к стене, под углом 90° устанавливается врачебный стул с подлокотниками, как показано на изображении 10а. Мы использовали стул A-dec 521. Чтобы точно переносить параметры оператора на доску нами был сконструирован специальный измерительный стенд (рис. 10б). Стенд представляет из себя жёсткую металлическую раму, которая располагается строго вертикально и параллельно магнитной доске. На раме с помощью подвижных кареток установлен лазерный нивелир, который позволяет с точностью до 5 мм на 1 метр расстояния проводить измерения и определять вертикальные и горизонтальные плоскости. Нивелир на каретке перемещается в плоскости рамы стенда и, соответственно, параллельно поверхности на которой проводятся измерения.
Для проведения измерений мы использовали ровную стену с закреплённой на ней магнитной доской, на которой можно делать отметки и располагать линейки. Боком к стене, под углом 90° устанавливается врачебный стул с подлокотниками, как показано на изображении 10а. Мы использовали стул A-dec 521. Чтобы точно переносить параметры оператора на доску нами был сконструирован специальный измерительный стенд (рис. 10б). Стенд представляет из себя жёсткую металлическую раму, которая располагается строго вертикально и параллельно магнитной доске. На раме с помощью подвижных кареток установлен лазерный нивелир, который позволяет с точностью до 5 мм на 1 метр расстояния проводить измерения и определять вертикальные и горизонтальные плоскости. Нивелир на каретке перемещается в плоскости рамы стенда и, соответственно, параллельно поверхности на которой проводятся измерения.
Рис. 10a. Врачебный стул установленный параллельно доске для измерений.
Рис. 10б. Специально сконструированный измерительный стенд c лазерным нивелиром на подвижной каретке.
Перед началом измерений необходимо верно найти нейтральную позицию. Для этого врач-оператор должен сесть на установленный стул и расположить предплечья с раскрытой ладонью на подлокотниках. Найти баланс тела так, чтобы не чувствовать отклонений ни в какую из сторон (право, лево, вперёд, назад). Почувствовать опору на спинку стула в области поясницы.
Далее в соответсвии со схемой, приведённой на рис. 3, с помощью измерительного стенда, проверяются вертикальность оси тела и соответствующие углы отклонений головы, плеча, предплечья, бедра (рис. 11). При необходимости проводится корректировка высоты и угла наклона сиденья, регулируются подлокотники, поясничная поддержка.
Далее в соответсвии со схемой, приведённой на рис. 3, с помощью измерительного стенда, проверяются вертикальность оси тела и соответствующие углы отклонений головы, плеча, предплечья, бедра (рис. 11). При необходимости проводится корректировка высоты и угла наклона сиденья, регулируются подлокотники, поясничная поддержка.
Рис. 11. Оценка вертикальной оси тела.
После того как нейтральная позиция найдена, и оператор подтвердил её комфортность, проводятся непосредственные измерения. В процессе измерений нельзя перемещаться и как-либо менять позицию. Для точного переноса проекций необходимых точек на доску, лазерный нивелир аккуратно перемещается в плоскости стенда так, чтобы параллельность системы измерения не нарушалась.
Начинают с установки перекрестия нивелира в области переносицы оператора по оси прямого взгляда глаз (рис. 12а). Во избежание попадания луча лазера в глаза, их рекомендуется закрыть. На доске делается отметка, это будет точка Ос. Затем нивелир строго горизонтально перемещается до того момента, пока вертикальная плоскость лазерного луча не пройдёт через середину ладони, в точке перекрестия ставится отметка. Это будет точка 0 (рис. 12б). После этого нивелир опускается строго вертикально, пока перекрестие не окажется посередине ладони, после чего необходимо убрать ладонь для беспрепятственного прохождения луча. На доске в месте перекрестия ставится отметка. Это будет точка Fph. Таким образом мы получили три точки — 0, Oc и Fph. Теперь необходимо замерить длину отрезков 0-Oc и 0-Fph. Это и будут искомые нами данные, которые отражают нейтральную позицию оператора и определят оптимальные размеры и конфигурацию головной части микроскопа.
Начинают с установки перекрестия нивелира в области переносицы оператора по оси прямого взгляда глаз (рис. 12а). Во избежание попадания луча лазера в глаза, их рекомендуется закрыть. На доске делается отметка, это будет точка Ос. Затем нивелир строго горизонтально перемещается до того момента, пока вертикальная плоскость лазерного луча не пройдёт через середину ладони, в точке перекрестия ставится отметка. Это будет точка 0 (рис. 12б). После этого нивелир опускается строго вертикально, пока перекрестие не окажется посередине ладони, после чего необходимо убрать ладонь для беспрепятственного прохождения луча. На доске в месте перекрестия ставится отметка. Это будет точка Fph. Таким образом мы получили три точки — 0, Oc и Fph. Теперь необходимо замерить длину отрезков 0-Oc и 0-Fph. Это и будут искомые нами данные, которые отражают нейтральную позицию оператора и определят оптимальные размеры и конфигурацию головной части микроскопа.
Рис. 12а. Определение точки Oc.
Рис. 12б. Определение точки 0.
Исследование параметров различных конфигураций микроскопов
Исходя из логики представленных выше рассуждений и выкладок, мы оценили некоторые конфигурации наиболее популярных микроскопов различных производителей по таким критически важным параметрам, как вертикальный (0-Fp) и горизонтальный размеры (0-Ocm).
Измерения проводились следующим образом: головная часть микроскопа устанавливалась над ровной поверхностью, на которую осуществляли фокусировку микроскопа на максимальном увеличении. После фокусировки проводили измерения до уровня середины окуляров при инклинации бинокуляров равной 0°. Таким образом получали значение 0-Fp. В случае наличия в конфигурации вариоскопа фокусировку осуществляли в двух крайних положениях регулятора фокусного расстояния и замеряли оба расстояния. Затем измеряли длину отрезка от края окуляров, с полностью выдвинутыми орбитальными упорами, до проекции центральной оси объектива. Проекцию осей уточняли с помощью лазерного нивелира. Измерения проводили с помощью стандартной линейки и угольника (рис. 13).
Измерения проводились следующим образом: головная часть микроскопа устанавливалась над ровной поверхностью, на которую осуществляли фокусировку микроскопа на максимальном увеличении. После фокусировки проводили измерения до уровня середины окуляров при инклинации бинокуляров равной 0°. Таким образом получали значение 0-Fp. В случае наличия в конфигурации вариоскопа фокусировку осуществляли в двух крайних положениях регулятора фокусного расстояния и замеряли оба расстояния. Затем измеряли длину отрезка от края окуляров, с полностью выдвинутыми орбитальными упорами, до проекции центральной оси объектива. Проекцию осей уточняли с помощью лазерного нивелира. Измерения проводили с помощью стандартной линейки и угольника (рис. 13).
Рис. 13. Измерение параметров микроскопа.
Ниже представлены данные проведённых нами измерений. В таблицах представлены конфигурации, которые доступны на отечественном рынке для приобретения.
Исходя из приведённых данных очевидно, что базовые конфигурации микроскопов всех основных производителей по параметру 0-Ocm меньше, чем необходимо для человека среднего роста и средних пропорций. У некоторых производителей есть опции, которые позволяют улучшить данный параметр. К таким опциям относятся экстендеры (прямые и угловые), проставочные кольца, различные бинокуляры, окуляры и так далее. Наиболее широкий набор опций предлагает фирма Zeiss. Часть опций, такие как MORA интерфейс или раскладные бинокуляры, являются эксклюзивными для микроскопов данного производителя, но позволяют достичь максимальных значений по параметру 0-Ocm среди всех представленных производителей. Данные обстоятельства необходимо учитывать при выборе микроскопа и его конфигурации.
Что касается вертикального размера, то тут ограничения прежде всего связаны с наличием в конфигурации объектива с фиксированным фокусным расстоянием. Как правило, все современные микроскопы комплектуются вариоскопом с изменяемым фокусным расстоянием от 200 мм до 300 мм. Наиболее современные вариоскопы обладают фокусным расстоянием более 400 мм. Таким образом, микроскопы, укомплектованные такой системой, удовлетворяют практически любые требования по параметру 0-Fp и являются более предпочтительными к приобретению.
Исходя из приведённых данных очевидно, что базовые конфигурации микроскопов всех основных производителей по параметру 0-Ocm меньше, чем необходимо для человека среднего роста и средних пропорций. У некоторых производителей есть опции, которые позволяют улучшить данный параметр. К таким опциям относятся экстендеры (прямые и угловые), проставочные кольца, различные бинокуляры, окуляры и так далее. Наиболее широкий набор опций предлагает фирма Zeiss. Часть опций, такие как MORA интерфейс или раскладные бинокуляры, являются эксклюзивными для микроскопов данного производителя, но позволяют достичь максимальных значений по параметру 0-Ocm среди всех представленных производителей. Данные обстоятельства необходимо учитывать при выборе микроскопа и его конфигурации.
Что касается вертикального размера, то тут ограничения прежде всего связаны с наличием в конфигурации объектива с фиксированным фокусным расстоянием. Как правило, все современные микроскопы комплектуются вариоскопом с изменяемым фокусным расстоянием от 200 мм до 300 мм. Наиболее современные вариоскопы обладают фокусным расстоянием более 400 мм. Таким образом, микроскопы, укомплектованные такой системой, удовлетворяют практически любые требования по параметру 0-Fp и являются более предпочтительными к приобретению.
Таблица 1. CJ Optik.
Таблица 2. Leica.
Таблица 3. Scaner.
Таблица 4. Seiler.
Таблица 5. Zumax.
Таблица 6. Zeiss.
Выводы
На данный момент применение увеличения в стоматологии фактически становится стандартом. Наиболее полно все преимущества использования увеличения можно реализовать только с помощью операционного микроскопа. Важнейшим условием, позволяющим правильно и безопасно использовать микроскоп в практике, является соблюдение эргономически выгодной нейтральной позиции. Для того чтобы соблюдать её в процессе работы, необходим настраиваемый врачебный стул с подлокотниками и правильно сконфигурированная головная часть микроскопа. Нейтральная позиция напрямую связана с антропометрическими параметрами оператора. Предложенная методика вычисления и измерения ключевых параметров, подбора и конфигурации головной части микроскопа, позволяет определить их с достаточной точностью.
Проведённые нами вычисления и измерения некоторых конфигураций микроскопов различных производителей, позволяют сделать вывод о том, что базовые конфигурации данных микроскопов будут способствовать нарушению нейтральной позиции оператора среднего роста. Следовательно, необходимо расширять базовые конфигурации за счёт дополнительных опций до достижения параметров, способствующих соблюдению оператором нейтральной позиции.
В случаях, когда один микроскоп будут использовать два и более оператора с разными антропометрическими параметрами, особенно важно обращать внимание на диапазон рабочих пространств соответствующих конфигураций микроскопов с целью недопущения вынужденной позиции одного или нескольких врачей.
Мы не можем не отметить того факта, что некоторые опции являются эксклюзивными для определённых производителей и могут сделать выбор конфигурации микроскопа безальтернативным, при описанном подходе, в особенности, если разница в росте врачей, которым предстоит работать на данном оборудовании, существенна.
Методики, описанные в статье, универсальны и позволяют оценить и подобрать необходимую комплектацию для микроскопов, не указанных в данной публикации, с учётом требований сохранения нейтральной позиции врача-оператора.
Проведённые нами вычисления и измерения некоторых конфигураций микроскопов различных производителей, позволяют сделать вывод о том, что базовые конфигурации данных микроскопов будут способствовать нарушению нейтральной позиции оператора среднего роста. Следовательно, необходимо расширять базовые конфигурации за счёт дополнительных опций до достижения параметров, способствующих соблюдению оператором нейтральной позиции.
В случаях, когда один микроскоп будут использовать два и более оператора с разными антропометрическими параметрами, особенно важно обращать внимание на диапазон рабочих пространств соответствующих конфигураций микроскопов с целью недопущения вынужденной позиции одного или нескольких врачей.
Мы не можем не отметить того факта, что некоторые опции являются эксклюзивными для определённых производителей и могут сделать выбор конфигурации микроскопа безальтернативным, при описанном подходе, в особенности, если разница в росте врачей, которым предстоит работать на данном оборудовании, существенна.
Методики, описанные в статье, универсальны и позволяют оценить и подобрать необходимую комплектацию для микроскопов, не указанных в данной публикации, с учётом требований сохранения нейтральной позиции врача-оператора.
Литература
1. Carr GB, Murgel CA. The use of the operating microscope in endodontics. Dent Clin North Am. 2010 Apr; 54(2):191–214. doi: 10.1016/j. cden.2010.01.002. PMID: 20433974.
2. Bohan M, McConnell DS, Chaparro A, Thompson SG. The effects of visual magnification and physical movement scale on the manipulation of a tool with indirect vision. J Exp Psychol Appl. 2010 Mar; 16(1):33– 44. doi: 10.1037/a0018501. PMID: 20350042.
3. Safwat B, Su EL, Gassert R, Teo CL, Burdet E. The role of posture, magnification, and grip force on microscopic accuracy. Ann Biomed Eng. 2009 May; 37(5):997–1006. doi: 10.1007/s10439–009–9664–7. Epub 2009 Mar 11. PMID: 19280343.
4. Ergonomics in Microscopic Dentistry — Maciej Goczewski — 2019.
5. Practice Dentistry Pain-Free: Evidence-based Ergonomic Strategies to Prevent Pain and Extend Your Career Perfect — Bethany Valachi — 2008.
6. Valachi B, Valachi K. Mechanisms leading to musculoskeletal disorders in dentistry. J Am Dent As- soc. 2003 Oct; 134(10):1344–50. doi: 10.14219/jada.archive.2003.0048. PMID: 14620013.
7. Huang CC, Kuo PJ, Hsu CC, Lin HJ, Su SB, Wang JJ, Weng SF. Risk for cervical herniated intervertebral disc in dentists: a nationwide population-based study. BMC Musculoskelet Disord. 2019 May 4; 20(1):189. doi: 10.1186/s12891–019–2559–3. PMID:
31054566; PMCID: PMC6499988.
8. Wunderlich, Max. (2010). Analysis of spine loads in dentistry—impact of an altered sitting position of the dentist. Journal of Biomedical Science and Engineering. 03. 664– 671. 10.4236/jbise.2010.37090.
9. Taib MFM, Bahn S, Yun MH, Taib MSM. The effects of physical and psychosocial factors and ergonomic conditions on the prevalence of musculoskeletal disorders among dentists in Malaysia. Work. 2017; 57(2):297–308. doi: 10.3233/ WOR-172559. PMID: 28582951.
10. Lang T., Gehre A., Jennes B., Gaengler P. (2013). Optimal Ergonomic Position using Operating Microscopes in Dentistry.
2. Bohan M, McConnell DS, Chaparro A, Thompson SG. The effects of visual magnification and physical movement scale on the manipulation of a tool with indirect vision. J Exp Psychol Appl. 2010 Mar; 16(1):33– 44. doi: 10.1037/a0018501. PMID: 20350042.
3. Safwat B, Su EL, Gassert R, Teo CL, Burdet E. The role of posture, magnification, and grip force on microscopic accuracy. Ann Biomed Eng. 2009 May; 37(5):997–1006. doi: 10.1007/s10439–009–9664–7. Epub 2009 Mar 11. PMID: 19280343.
4. Ergonomics in Microscopic Dentistry — Maciej Goczewski — 2019.
5. Practice Dentistry Pain-Free: Evidence-based Ergonomic Strategies to Prevent Pain and Extend Your Career Perfect — Bethany Valachi — 2008.
6. Valachi B, Valachi K. Mechanisms leading to musculoskeletal disorders in dentistry. J Am Dent As- soc. 2003 Oct; 134(10):1344–50. doi: 10.14219/jada.archive.2003.0048. PMID: 14620013.
7. Huang CC, Kuo PJ, Hsu CC, Lin HJ, Su SB, Wang JJ, Weng SF. Risk for cervical herniated intervertebral disc in dentists: a nationwide population-based study. BMC Musculoskelet Disord. 2019 May 4; 20(1):189. doi: 10.1186/s12891–019–2559–3. PMID:
31054566; PMCID: PMC6499988.
8. Wunderlich, Max. (2010). Analysis of spine loads in dentistry—impact of an altered sitting position of the dentist. Journal of Biomedical Science and Engineering. 03. 664– 671. 10.4236/jbise.2010.37090.
9. Taib MFM, Bahn S, Yun MH, Taib MSM. The effects of physical and psychosocial factors and ergonomic conditions on the prevalence of musculoskeletal disorders among dentists in Malaysia. Work. 2017; 57(2):297–308. doi: 10.3233/ WOR-172559. PMID: 28582951.
10. Lang T., Gehre A., Jennes B., Gaengler P. (2013). Optimal Ergonomic Position using Operating Microscopes in Dentistry.