配戴呼吸防護具之耗氧量量測方法

本實驗為量測配戴呼吸防護具時之耗氧量，特別針對所使用全面式 面罩及3M 有閥之 N95 口罩自行開發轉接頭（圖 3-9、3-10)。在實驗開始 前將轉接頭固定至全面式面罩及 N95 有閥口罩之出氣閥，並利用熱熔膠 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。其中全面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時執行作業之準確耗氧量，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 可能會低估配戴時執行作業之耗氧量。

圖3-9 全罩式面罩轉接頭 圖3-10 N95 口罩轉接頭 3.2.6 ECG 心跳量測方法

本研究是使用ECG 心電圖計算心跳。需以電極貼片接收心肌電位的 變化，電極貼片依黏貼位置可分為肢導及胸導兩種：(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 貼片貼在左胸倒數第三根肋骨、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，肩膀後方之肩胛肌則 是連接地線，如圖 3-11，Ｇ為接地線。因本實驗需踩踏腳踏車模擬工作 負荷，因此選擇干擾較小的胸導，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，若是使用肢導則易因肢體擺動，增 加干擾，影響數據之準確性。

量測ECG 時，訊號需經由生理訊號放大器 Dual Bio Amp 進行接收與 放大，生理訊號放大器為ADInstruments 製造，型號為 ML135，如圖 3-12，

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，黏貼前先 以酒精棉片擦拭黏貼處，去除皮膚表面的油脂或皮屑，以免干擾電位傳

圖3-11 胸導電極貼片位置

黏貼位置參考心電圖學 (Mervin, 1982)

⁽³⁰⁾

圖 3-12 生理訊號放大器

3.2.7 呼吸防護具內壓力量測方法

本實驗量測呼吸阻力使用的儀器為Validyne Engineering 公司（USA）

所 生 產 之 壓 力 轉 換 器 （Pressure Transducer) ， 如 圖 3-13 ， 型 號 為 VAL-P55D-1N232S4A，其可以測量的壓力範圍為±140mmH

₂

O，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。

為量測口罩阻力，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TSI（USA）設計的 N95 面具測試組件（N95 Fit Test Probe Kit），型號為 8025，固定一個位置開連接孔（如圖 3-14)，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 3-15）進行校正，確認實驗 時的壓力皆為同一固定值。

圖3-13 壓力轉換計

圖3-14 壓力偵測位置

圖 3-15 水銀壓力計 圖3-16 鼻溫偵測器

3.2.8 呼吸防護具溫度量測方法

本實驗使用ADInstruments 製造之鼻溫偵測器 Nasal Temperature Probe 來偵測呼吸防護具內的溫度，如圖3-16，型號為 MLT 415，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

表3-2 鼻溫偵測器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，同時置入鼻溫偵測器 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，以兩點校正法進行校正。將鼻溫偵測器放置在呼吸防護具 內靠近口鼻處以量測口罩內的溫度，訊號亦由生理訊號分析儀接收紀錄。

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估 算。因完整呼吸的呼吸壓力包括吸氣與吐氣，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 吸氣、吐氣時間比

並非所有的呼吸防護具皆有出氣閥，因此本研究利用量測口罩內呼吸 壓力的波形來計算受測者的呼吸頻率和吸氣與吐氣時間，吸氣的壓力為 負波峰，吐氣的壓力為正波峰，因此當波形由正波峰往負波峰移動，這 段時間即為吸氣時間；若波峰由負波峰往正波峰移動，這段時間即為吐 氣時間，如圖3-17 所示。吸吐氣的時間計算如下：

(1) 吸氣時間：正波峰時間點減去前一負波峰的時間點。

(2) 吐氣時間：負波峰時間點減去前一正波峰的時間點。

(3) 吸吐氣時間比：吸氣時間除以吐氣時間。

圖3-17 受測者執行作業時所量測到的口罩內壓力波形 3.2.11 呼吸防護具之呼吸阻力量測設備

各種呼吸防護具因材質不同，呼吸阻力亦不一樣，本實驗為瞭解呼吸 防護具在不同的呼吸流量下阻力的變化情形，因此參考Johnson

⁽¹⁴⁾

以一配 戴呼吸防護具之假人頭的方式，測量不同吸氣及吐氣流量下呼吸防護具 的呼吸阻力。為使實驗更接近實際狀況，將假人頭之鼻孔處及頭後方開 洞，並以塑膠軟管貫穿連接模擬呼吸道的形式，如圖3-18，再將軟管連 接至流量計及可調整流量的閥，再連接至一雙向抽氣馬達，以模擬吸氣 或吐氣狀況，如示意圖3-19。本實驗所使用之馬達為 HITAH 所製造，最 大流量可達200 L/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約為180 L/min。

(1)

(2)

圖3-18 假人頭模擬呼吸道之正反面圖（左為正，右為反）

圖3-19 模擬呼吸防護具呼吸阻力量測示意圖 3.2.11 模擬作業內容與作業負荷設定

3.2.11.1 測功儀器

為了模擬作業進行時的生理負荷，實驗室通常會使用能夠產生固定 的 工 作 量 ， 以 達 到 固 定 的 工 作 負 荷 的 儀 器 ， 常 見 的 有(1) 跑 步 機

（treadmill）、(2)腳踏車測功儀（cycle ergometer）和(3)階梯測驗

⁽³¹⁾

，其 中前兩項較常用於呼吸防護具造成生理負荷的模擬實驗。

跑步機外型如同一般健身房所見之健身跑步機，唯轉速與功率的調

壓力偵測儀 流量計 流量控制閥 雙向抽氣馬達

節上須比一般的穩定與準確，且可以調節跑步履帶之傾斜角度，由回顧 文獻可知，通常進行實驗時，是先固定傾斜角度，再增加或維持履帶速 度，達到實驗需要的固定負荷，可用來量測最大（maximal）與次大

（submaximal）的生理負荷，也常用於臨床測試

⁽³²⁾

。跑步機的優點在於 履帶是主動捲動，使得受試者被動的執行作業，半強迫性地測得最大耗 氧量和最大心跳數。而缺點在於跑步是全身性的運動，生理訊號的測量 易受干擾，且實驗時須讓受試者習慣使用以減少焦慮感，以及價格昂貴 等。

腳踏車測功儀外型如腳踏車健身車，轉速與阻力的調節範圍比一般 的廣且精確，通常進行實驗時，是藉由增加或維持踩踏的阻力（單位為 瓦特）來達到實驗所需的工作負荷，也可用來量測最大（maximal）與次 大（submaximal)的生理負荷。優點在於容易進行工作負荷量的微調增減，

且因阻力來源是由受試者主動踩動輪軸，機器再給予固定的阻力，被動 性地給與作業負荷，較不會有焦慮感

⁽³³⁾

，以及腳踏車的身體活動範圍較 為固定，生理訊號較易測量。為了能夠計算生理負荷（例如心跳）相對 應的運動功率，受測者在踩踏腳踏車時，應維持適當的踏板速度，通常 是50-60rpm

^{(31, 33)}

。而缺點在於由於是受試者主動踩踏，測到的最大耗氧 量會比跑步機低，且當受試者不習慣進行踩腳踏車的活動時，容易因局 部的肌肉疲勞造成低估

⁽³³⁾

。

3.2.11.2 作業負荷的設定

本實驗採用腳踏車測功儀來進行，在模擬負荷的測驗方面，大致有 三種分別說明如下：

法為，將腳踏車測功儀的起始負荷值訂為受測者的體重，在開始 踩踏後第一及第二分鐘增加阻力為其體重的二分之一，之後每分 鐘增加阻力為其體重四分之一，直到受測者無法繼續為止，在整 段踩踏期間所測量到最大的VO

2

值就是最大耗氧量。

(2)固定負荷作業：由腳踏車測功儀設定欲量測之負荷值，如 30%或 50%VO

_2max

，在依據受測者個人之 VO

_2max

轉換為測功儀給予的阻 力Watt 值，量測固定的時間

⁽²³⁾

或量測到受試者無法繼續的時間為 止（Time To Exhaustion, TTE）

⁽¹⁶⁾

。

(3)漸進式負荷作業：類似於固定式負荷作業，但負荷作業的阻力為 漸增，通常設定負荷的最大值為80%到 85%的最大耗氧量

(15, 16, 21, 22)

。

本研究負荷瓦特數是參考AIHA

⁽⁸⁾

定義輕度工作與中度工作之心跳率 與耗氧量換算而得，至於重度工作則因為配戴呼吸防護具之後，可能會 造成受試者的負荷太重而難以繼續執行作業，故不考慮重度工作的研究。

根據 AIHA 定義的能量消耗程度與工作負荷程度間的關係，參閱表 3-2 可知心跳率在輕度工作（Light work）時為 75~100 bpm 之間，中度工 作（Moderate work)時在 100～125 bpm 之間，其所對應的耗氧量分別為 0.5～1.0 L/min 和 1.0～1.5 L/min，根據 Åstrand

⁽³³⁾

對腳踏車測功儀負荷大 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定 值，對應值如表3-3，因此可推算出算耗氧量為 0.75 L/min 時對應的負荷 功率為47.3 W，耗氧量為 1.25 L/min 時對應的負荷功率為 83.4 瓦。在經 過實驗前測後，決定將輕度負荷訂為 45 瓦，中度負荷訂為 85 瓦，耗氧 量分別為0.72 L/min 和 1.28 L/min。

表3-3 以能量消耗程度推估定義之工作負荷分級（以成年男性為參考） Moderate work 5.0-7.5 2400-3600 100-125 1.0-1.5

Heavy work 7.5-10.0 3600-4800 125-150 1.5-2.0 Very heavy work 10.0-12.5 4800-6000 150-180 2.0-2.5

資料來源：AIHA, 1971 ⁽⁸⁾

最高溫濕度訂為35℃和 70%，並與一般室內有空調的辦公場所的溫濕度

最高溫濕度訂為35℃和 70%，並與一般室內有空調的辦公場所的溫濕度

在文檔中 非動力密閉淨氣式濾毒罐面罩與N95口罩在濕熱環境下之生理負荷與主觀不適之影響評估; Assessment of the physiological loads and subjective discomforts for non-powered tight-fitting air-purifying respirator with canister and N95 facemask under thermo and humid condition (頁 48-0)