第三章 研究方法
第二節 實驗儀器設備與量測方法
3.2.3 人因測功腳踏車
本實驗模擬工作負荷之測功計為Lode B.V.公司所生產之人因測功腳 踏車Lode Corival Ergometer V2，如圖3-5所示，其最大可以負荷之重量為 160kg；阻力的設定可由0-999 W (瓦特)，精確度在100 W以下小於3 W，
100-500W 時 小 於 3% ， 大 於 500 W 時 小 於 5% ； 踏 板 轉 速 可 由 0-180
rpm(轉)。當踏板轉速小於25 rpm時，阻力將會歸零；踏板轉速達30 rpm 以上時，才會達到所設定的阻力。其面板可以顯示即時的轉速及設定的 阻力(瓦特數)，阻力設定的方式為手動調整，一次增加1 W。
圖3-5：測功腳踏車(ergometry)
3.2.4 配戴呼吸防護具耗氧量測量方法
本實驗為量測配戴呼吸防護具時之耗氧量，特針對所使用全罩式面罩 及3M有閥之N95口罩自行開發轉接頭(圖3-6、3-7)。在實驗開始前將轉接 頭固定至全罩式面罩及N95有閥口罩之出氣閥，並利用熱容膠加以密合，
再經由軟管導至氣體混合筒中，即可由此偵測並分析所吐出之氣體及吐 氣流量。其中全罩式面罩因為完全密閉狀態，因此所測得之耗氧量即為 受測者配戴執行作業時之準確耗氧量，而N95口罩因吐出之氣體仍可由其 面體逸出，因此由出氣閥所測得之吐氣流量會較低，因而可能會低估配 戴執行作業時之耗氧量。
圖3-6：全罩式面罩轉接頭 圖3-7：N95 口罩轉接頭
3.2.5 ECG 心跳量測方法
本研究是使用 ECG 測量心跳，其程序是利用電極貼片接收心跳之電 位。電極貼片的位置可分為肢導及胸導(圖 3-8)兩種：(1) 肢導是將電極 貼片貼在左右手腕及右腳踝等三個地方，其中左手腕連接至電極正極，
右手腕連接至電極負極，而有腳踝的部分則是連接地線；(2) 胸導是將電 極貼片貼在左邊由下向上數之第三根肋骨、右邊鎖骨下方以及肩膀處，
其中左邊肋骨是接至電極正極，右邊鎖骨下方接至電極負極，肩膀則是 連接地線。因本實驗需踩踏腳踏車模擬工作負荷，因此選擇干擾最小的 胸導，因其電極貼片所黏貼的部位極少有肌肉參與運動，因此造成的干 擾最小，若是使用肢導方法，則容易因肢體擺動，使得干擾值增加，造 成數據偵測的困難。
心跳量測時訊號先經過為生理訊號放大器(圖3-9)，設定其最大採樣範 圍為10mV，高低濾波分別為3Hz及500Hz，並設定在60Hz做記號。電極 貼片的黏貼皆由受過訓練的實驗人員執行，在黏貼之前會先在將要黏貼 處以酒精棉片擦拭，以去除皮膚表面的油脂，以免阻擾電位的傳遞，造 成儀器錯誤的判讀。
圖3-8：胸導電極貼片位置 圖3-9：ECG 接收放大器
資料來源：Internet
3.2.6 呼吸防護具內壓力測量方法
本實驗量測呼吸阻力使用的儀器為 Validyne Engineering 公司所生產 之壓力轉換器(Pressure Transducer) (VAL-P55D-IN232S4A)，其可以測量的 壓力範圍為±140mmH2O，精確度為±0.25%，可以直接連接到生理訊號主 機，為避免背景雜訊值的干擾，將其低濾波設定為 200mV。實驗過程中 可讀取並紀錄即時測量的數值，連接的部份為壓力轉換器感應正壓連接 頭，因此所量得的吐氣壓力為正值，吸氣壓力為負值，在處理分析數據 時，將會全部轉為正值。
量測口罩阻力的方法，是一律在呼吸防護具(包括 N95 口罩及全罩式 面罩)的左上方使用 N95 面具測試組件(N95 kit)固定一個連接孔(如圖 3-11)，再使用矽膠軟管連接呼吸防護具上之連接口至壓力轉換器之正壓 連接頭。在每次量測口罩內壓力之前，會先使用水銀壓力計(圖 3-12)校 正，確認實驗時的壓力皆為同一固定值。
圖3-10：壓力轉換計 圖3-11：壓力偵測位置
圖3-12：水銀壓力計 圖3-13：Nasal Temperature Probe
3.2.7 呼吸防護具內溫度量測方法
本實驗使用Nasal Temperature Probe(圖 3-13)來偵測呼吸防護具內的 溫度，其可以偵測溫度的範圍為 0℃到 50℃，且在溫度 70℃以下仍可以
保持穩定，表3-1 為 Nasal Temperature Probe 在不同溫度區間內的溫度差。
表3-2：Nasal Temperature Probe 在不同溫度區間之溫度差 溫度範圍(℃) 溫度差(±℃)
0~20 0.20 20~35 0.15 35~39 0.10 39~45 0.15 45~50 0.20
在 實 驗 開 始 之 前 ， 先 使 用 兩 杯 溫 度 不 同 的 水 ， 同 時 置 入 Nasal Temperature Probe 及水銀溫度計，待其感應之溫度穩定後，紀錄此時偵測 之電壓值及對應之水銀溫度，採用兩點校正法，校正其正確溫度。呼吸 防護具內溫度的測試方法，是將Nasal Temperature Probe 放置在口罩內靠 近口鼻處，以精確量測口罩內呼吸溫度，訊號也是直接由生理訊號記錄 器接收紀錄。
3.2.8 呼吸防護具吸氣與吐氣阻力量測設備
各種呼吸防護具因材質不同，因此具有不同的呼吸阻力，而本實驗為 瞭解當呼吸防護具在不同的呼吸流量時，其流量對阻力的關係，因此以 假人頭模擬配戴呼吸防護具，在不同吸氣及吐氣流量之呼吸阻力。為使 實驗更接近實際狀況，因此將假人頭改造，於腦後方至假人鼻孔處裝置 兩條塑膠管，模擬一般人之呼吸道狀況(圖 3-14），再將模擬之呼吸道連 接至一可抽氣及吹氣馬達，以模擬吸氣或吐氣狀況(圖 3-15)。本實驗所使
用之馬達為HITAH 所製造，最大流量可達 200L/min。再經由流量控制閥 控制馬達抽氣及吸氣之流量大小，因模擬之呼吸道轉接後會有壓損，因 此可量得之最大流量為180L/min。
圖3-14：假人頭模擬呼吸道之正反面圖
圖 3-15：模擬呼吸防護具呼吸阻力量測示意圖
壓力轉換計 流量計 流量計 流量控制閥 抽、吸氣馬達
3.2.9 呼吸頻率量測方法
本研究量測呼吸頻率的方法是經由分析受測者呼吸壓力之波形來推 估。因完整呼吸的呼吸壓力為包括吸氣與吐氣，所以取一次吸氣及一次 呼氣的波形為一個呼吸週期，分析時使用Chart 5 軟體來分析呼吸壓力之 波形，再計算一分鐘之內共有幾次呼吸週期，即為受測者之呼吸頻率，
其單位為cycle/min。
3.2.10 實驗作業內容與負荷設定
由於 N95 口罩在醫療場所中使用機率較高，尤其是護理人員，本研 究實驗作業負荷的大小是根據護理人員工作的負荷來設定。Hui(23)在2001 年針對護理人員評估其生理負荷，其中有量測護理人員在執行工作時的 心跳數，發現其心跳數從60 beat/min 到 130 beat/min 以上皆有(表 3-3)，
且心跳數在110 beat/min 以下者，主要是從事文書作業，而心跳數達 110 beat/min 以上者，則是從事搬運病人等較重度之作業，因此本實驗以心跳 數110 來劃分輕度及中度負荷。
由於有關心跳及耗氧量的相關研究已有不少，根據表Åstrand 之研究 報告，心跳在90-110 beat/min 之間時，耗氧量會介於 0.5-1.0 L/min 之間，
而心跳數在 110-130 beat/min 之間時，耗氧量會介於 1.0-1.5 L/min 之間
(24)，如表 3-4。因此本實驗將負荷的大小設定為輕度負荷耗氧量為 0.75 L/min，中度負荷耗氧量為 1.25 L/min。而關於腳踏車測功計負荷大小與 耗氧量關係的研究也發現，其運動負荷大小與耗氧量的關係成一定值
(24)，其相對應值如表3-5，因此可以計算出當耗氧量為 0.75 L/min 時對應 的負荷為52.7 W，耗氧量為 1.25 L/min 時對應的負荷為 87.8 瓦。在經過
實驗前測後，決定將輕度負荷訂為45 W，中度負荷訂為 85 W。
表3-3： Result of HR and corresponding RPE score during various nursing duties (n=21)
Nursing duties Heart rate(beats/min)a Turning of patients 128 ± 7.4
aValues given are means±standard deviations.
資料來源：Hui, 2001(23)
表3-4：Prolonged physical work classified as to severity of workload and to cardiovascular response
Workload Oxygen uptake (L．min-1) Heart rate (beat．min-1) Light work up to 0.5 up to 90
Moderate work 0.5-1.0 90-110 Heavy work 1.0-1.5 110-130 Very Heavy work 1.5-2.0 130-150 Extremely heavy work over 2.0 150-170
資料來源：Åstrand, 2003(24)
表3-5：Oxygen uptake as related to work rate Work rate
W kpm．min-1
Oxygen uptake (L．min-1)
資料來源：Åstrand, 2003(24)
3.2.11 呼吸防護具負荷作業之主觀不適問卷
本實驗採用之主觀不適問卷，主要根據Lerman(1)等的研究來設計以評 估 使 用 者 配 戴 呼 吸 防 護 具 時 所 感 受 到 之 不 適(Rate of Receptual Exortion)，分別為配戴呼吸防護具後吐氣的困難程度、吸氣的困難程度、
呼吸防護具內溫度造成的不舒適程度、佩戴呼吸防護具(如重量)對執行作
業的影響程度、呼吸防護具造成的不舒適程度等五大項，評估的等級分 成10 等級，由 0-沒有感覺，到 10-非常強烈(如附錄三)，分析時除個別問 項亦將全部問項分數進行加總。
在開始正式實驗之前，實驗人員會先向受測者詳細解說問卷內容，使 其了解問卷內容及選項，才進行正式試驗。受測者針對每一階段的實驗，
於實驗後之休息時間內立即填寫一份問卷以評估此階段實驗之主觀不適 情況。
第三節 實驗設計
3.3.1 自變項
實驗一的部分，共有三個自變相，包括：
(1) 性別(gender, GR)：兩個 levlel。
(2) 呼吸防護具種類(respireator type, RT)：包括四種呼吸防護具，分別為 N95 球型有閥口罩、N95 球型無閥口罩、全罩式面罩搭配 N95 濾毒匣 與全罩式面罩搭配化學濾毒罐，及對照未配戴防護具負荷值，分析時 視應變相可能有五個或四個level。
(3) 實驗作業負荷(eorkload, WL)：兩個 level，分別為輕度負荷 45W 及中 度負荷85W。
實驗二的部分共有四個應變項，包括：
(1) 性別(GR)：兩個 levlel。
(2) 呼吸防護具種類(respireator type, RT)：有出氣閥與無吐氣閥，兩個 level。
(3) 實驗作業負荷(WL)：兩個 level，同實驗一。
(4) 有無講話(Talk, TK)：作業時是否有講話兩個 level。
3.3.2 應變項
本實驗之應變項包括受測者運動時所量得之工作時心跳、工作心跳、
耗氧量、單位體重耗氧量、吸氣壓力、吐氣壓力、口罩內的溫度、呼吸 流量、呼吸頻率與分通氣量，以及受測者之主觀不適問卷。定義說明如 下：
(1) 工作時心跳：在執行作業時的心跳頻率，單位為 BPM。
(2) 工作心跳：因為執行工作而增加的心跳，將工作時心跳減去休息時心 跳即為工作心跳，單位為BPM。
(3) 耗氧量：指人體活動時每分鐘消耗氧氣的量，單位為 ml/min。
(4) 單位體重耗氧量：指人體活動時每分鐘每公斤重消耗氧氣的量，有去 除體重對耗氧量的影響，單位為ml/min/kg。
(5) 吸氣壓力：吸氣時口罩內的壓力，單位為 mmH2O。
(6) 吐氣壓力：吐氣時口罩內的壓力，單位為 mmH2O。
(7) 口罩內的溫度：執行作業負荷時，配戴的呼吸防護具罩內的溫度，單 位為℃。
(8) 呼吸流量：執行作業負荷時吐氣的流量，單位為 L/s。
(9) 呼吸頻率：執行作業負荷時呼吸的頻率，單位為 次/min。
(10) 分通氣量：執行作業負荷時每分鐘呼吸的氣體容積量，單位為 ml/min。
(11) 吸氣困難程度：在運動過程中，因為配戴呼吸防護具而感到吸氣困 難的程度。
(12) 吐氣困難程度：在運動過程中，因為配戴呼吸防護具而感到吐氣困 難的程度。
(13) 在運動過程中口罩內的溫度，會讓你覺得不舒服的程度：在運動過
程中，呼吸防護具內溫度而感到不舒服的程度。
(14) 戴呼吸防護具影響身體可運動的程度：配戴呼吸防護具因為其重量
(14) 戴呼吸防護具影響身體可運動的程度：配戴呼吸防護具因為其重量