生 物 力 學 分 析 將 採 用 行 政 院 勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所八十七年度研究計畫”生物力學模式相關參數值研究 — 肌 肉 骨 骼系統生理計測值建立(Ⅱ)”【6】所開發之力學分析軟體— 三度 空間虛擬剛體人，與 IOSH 人工抬舉評估程式 V.1.0 版軟體【10】， 來評估攝影記者是否有下背傷害之風險。
前 者 三 度 空 間 虛 擬 剛 體 人 軟 體 為 三 維 靜 態 生 物 力 學 模 式 分 析，可分為外力模式與內力模式【 25】，其中外力模式是將人體 視為剛體肢段所連接 (如圖 3.2)【 17】，以牛頓力學平衡原理，並 利用運動學之加速度與肢段長度質心之人體計測值，計算出各關 節處之肢段間合力與合力矩，而內力模式是將前述之合力結果分 析推算至生理相關組織之個別受力，經由肌電圖(EMG)最佳化的 數值分析與 Matlab 軟體的計算，可得各個作業姿勢的腰椎受力 與肌肉受力情形，評估該動作是否有下背傷害的風險。
圖 3.2 剛體連桿示意圖
三度空間虛擬剛體人 (如 圖 3.3)是假設人體肢段為剛體系統 (rigid body system)，其中包含 15 個肢段(segments)與 14 個關節 點(joints)，可使用滑鼠來選擇肢段後，依矢狀面、冠狀面及橫切 面三座標軸(如 圖 3.4)改變身體姿勢，每個關節皆有其設定的運動 角度限制，全身的重心位置必須落在兩腳最遠的腳跟與腳尖所形 成的四邊形之內。該模式可計算特定狀況下之腰椎與肌肉組織之 受力，以作為是否有下背傷害風險的判斷參考【 6】。而三度空間 虛擬剛體人所依據之生物力學模式基本假設如下：
(1)人 體 是 由 多 個 剛 體 肢 段 所 組 成 之 系 統 ： 因 人 體 組 織 相 當 複 雜，假設人體為 15 個肢段與 14 個關節所組成的剛體系統，
使用牛頓力學方法可計算各肢段間所受之合力大小，以簡化 問題之複雜性。
(2)進行人工物料處理時，身體之合力作用於腰椎第五節與薦椎 第一節(L5/S1)椎間盤之中心。
(3)搬運物體時重量平均分配至雙手：事實上受測者在搬運時，
雙手受力情形不相等且一直在改變，尤其在旋轉時會有更大 的差異。然而，為求計算上的方便，假設搬運過程中，其物 體荷重平均分配至雙手。
(4)所選擇之關節點乃位於關節旋轉中心：各肢段在屈曲或伸展 運動過程中，其關節旋轉中心一直在改變，為求計算上之方 便，假設關節旋轉中心並不會改變。
(5)內力模式分析中之人體測計資料皆假設不會改變：如肌肉面
積、力臂大小、施力方向，小面關節施力方向、施力位置，
韌 帶 的 施 力 方 向 及 施 力 位 置 。 此 種 假 設 在 軀 幹 有 扭 轉 動 作 時，可能會與實際的情況不符。
圖 3.3 虛擬剛體人
圖 3.4 三度空間座標
Z
Y
X
在使用虛擬剛體人進行生物力學分析時，需輸入基本資料，
包 括 身 高 、 體 重 等 及 持 物 重 量 ， 再 以 鍵 盤 輸 入 各 肢 段 之 角 度 變 化，或以滑鼠選取肢段依三座標軸改變身體姿勢，最後計算可得 椎間盤與肌肉受力情形(如圖 3.5)。
圖 3.5 虛擬剛體人計算結果範例
而 後 者 物 料 抬 舉 下 背 部 受 力 評 估 程 式 則 是 只 考 慮 生 物 力 學 觀 點 ， 未 進 一 步 參 考 生 理 學 、 流 行 病 學 與 心 理 物 理 學 之 研 究 方 法，利用 Chaffin 【26】二維靜態生物力學模式 (如圖 3.6)【21】，
配合勞委會先前研究的國內勞工的人體計測資料，運用合力與合 力矩平衡之原理，估算在不同的物重與抬舉姿勢下的腰椎受力情 形，並與 NIOSH 人工物料搬運公式中之活動極限值(AL)、最大 允許極限值(MPL)作比較，判斷其下背傷害風險之高低，評估之
結果分為三類【10】：
(1)當椎間盤受壓力小於 AL 為可接受負荷，以綠燈表示，程式 人形畫面將出現微笑臉形。
(2)當椎間盤受壓力大於 AL 且小於 MPL 為危險負荷，以黃燈表 示，程式人形畫面將出現生氣臉形。
(3)當椎間盤受壓力大於 MPL 為極危險負荷，以紅燈表示，程 式人形畫面將出現哭泣臉形。
圖 3.6 Chaffin 模式示意圖
當評估之結果屬於第一類時，表示大多數人在此工作條件下 不會造成傷害，但並不代表完全沒有傷害風險；當評估之結果屬 於第二類時，表示對某一部份人從事此工作有一定的傷害風險，
建議應透過行政管理進行改善；當評估之結果屬於第三類時，表
示 大 多 數 人 從 事 此 工 作 皆 易 造 成 傷 害 ， 建 議 應 立 即 改 善 工 作 條 件。
行 政 院 勞 工 委 員 會 勞 工 安 全 衛 生 研 究 所 人 工 抬 舉 評 估 程 式 IOSH1.0 版(如圖 3.7)所需輸入之資料，包括身高、體重、搬運重 量及各肢段角度 (肘、肩、髖、膝、踝之角度)，經由合力與和力 矩平衡之關係，可得計算之結果包括腰椎(L5/S1)所受壓應力、剪 應力、動作極限值(AL)、與最大可允許極限值(MPL)。而抬舉作 業之評估結果分為三種：可接受負荷(腰椎受力未達 3400 牛 頓)、
危險負荷(腰椎受力超過 3400 牛頓但未達 6400 牛頓)或極危險負 荷(腰椎受力超過 6400 牛 頓)，用來評估是否有下背傷害之風險。
若搬運重量未超過動作極限值，表示該作業無下背傷害之風險；
搬運重量超過動作極限值但未達最大允許極限值，表示該作業有 下背傷害之風險，需要行政或工程管理以降低下背傷害之發生；
搬運重量超過最大允許極限值，表示該作業有高度下背傷害之風 險，應重新設計工作或以機械輔助執行。
圖 3.7 人工抬舉評估程式計算範例
本研究在使用上述二種軟體時，選取平均體型者為代表，並 與其他體型之人員進行各種作業姿勢之比較，以比較工作姿勢與 人員體型對下背傷害風險之影響。所比較之人員體型將包括平均 體型者(包括體重與身高)( X )、正負一個標準差體型者 ( X ± S )與 正負兩個標準差體型者( X
±
2S)等五種體型，身高與體重的資料將 採用由問卷調查所得之結果。而由人員訪談所得之常用攝影機重 量 12 公斤，與工作分析記錄所得三大類十種作業姿勢，來計算 各體型人員十種作業姿勢之椎間盤受力值。若腰椎 L5/S1 椎間盤 之壓力值(compressive force)超過 NIOSH 人工物料搬運公式中之 活動極限值(AL)，則表示其椎間盤承受超過 3400 牛頓的壓力，而有下背傷害之風險，建議該作業有工作改善之必要。