立姿電腦工作站之偏好設定及上肢之姿勢與肌肉負荷的評估; Evaluation of preferred settings and the posture and muscular load of the upper extremity for standing VDT workstation

全文

(1)中國醫藥大學碩士論文編號：DOSH-0109. 立姿電腦工作站之偏好設定及上肢之姿勢與肌肉負荷的評估 Evaluation of preferred settings and the posture and muscular load of the upper extremity for standing VDT workstation. 所. 中. 別：職業安全與衛生學系碩士班. 指導教授：許文信. 博士. 學. 生：黃宏凱. Huang, Hung-Kai. 學. 號：9372009. 華. 民. 國. 九. 十. 五. 年. 七. 月.

(2) 誌謝在研究所的兩年裡，讓我對事情有了不一樣的看法，感謝所有教導我的教授和老師，尤其是我的指導教授許文信老師，給予我細心的指導與諄諄教誨，使我處事的態度與方法更圓融，同時要感謝口試委員江舟峰教授與吳欣潔老師所提供的寶貴意見，令本論文能更臻完善。感謝馨文、詠惠、宜亭及幸家等學妹，有妳們的幫忙與協助，實驗才能夠完成。並感謝參與實驗的 55 位受試者，妳們更是實驗成功的幕後推手。感謝賴俊雄院長認同我的成長與改變，系上老師在課業上的指導，戴學長與宜文學姊的鼓勵，揚琮與建宗學長給予的建議，儒鳴、崇惟、之弼、瑞宏、彥伶、舒婷、若蓉及芳如等同學的揶揄與激勵，口試時，惟潔與佩琳學妹的幫忙，並感謝我的女友慈雅，在我低潮時，陪伴我度過，最後感謝我的家人給予我精神上的支持，並讓我求學時，無金錢和生活上的壓力，讓我更能夠專心於學業上。在誌謝撰寫完成之時，代表著求學階段的結束，亦是另一階段的開始，一個必須對自己負責的開端，感謝這一路上幫助、支持及鼓勵我的所有人，甚至敵人給予我的激勵，讓我產生動力向前邁進。棒球比賽 3 小時、研討會 2 天，實驗過程 3 個月、研究所 2 年，而收穫卻是一輩子!我願將甜美的回憶化作這本論文與大家分享。.

(3) 中文摘要由於空間的限制，在某些工作場所中如在半導體廠的無塵室，必須使用立姿電腦工作站(Standing Visual Display Terminal Workstation)，以取代傳統的坐姿電腦工作站，並搭配使用筆記型電腦以進行資料輸入。經由查閱國外文獻發現，立姿電腦工作站設定之研究很少，僅有依據人體計測數據，將鍵盤高度設訂於立姿肘高之建議，然而若將筆記型電腦置於立姿肘高，因為其螢幕與鍵盤連結在一起，會造成螢幕高度太低，導致頸部過度向下彎曲或身體向前彎曲，進而造成肩頸及背部的不適。因此我們懷疑，使用者是否會偏好將筆記型電腦置於高於立姿肘高之位置，以降低肩頸不適，但此時可能導致上臂因前屈而增加負荷。本研究分為兩階段進行，第一階段目的為探討電腦立姿工作站之偏好設定(Preferred settings)、姿勢與肌肉負荷，由於第一階段實驗完成後，發現受試者仍偏好將筆記型電腦置於立姿手肘高，因此第二階段進一步探討在不影響偏好鍵盤高度下，藉由改變桌面之傾斜角以提高螢幕高度，對作業人員視角、頸部前傾角與上肢肌肉負荷之影響。二階段實驗，分別有 40 位與 24 位女性大學生參與，第一階段獨立變數包括：電腦種類(12 吋、14 吋筆記型電腦與對照之 15 吋桌上型電腦)、工作站種類(電動可調立姿電腦工作站、固定式平台電腦工作站)、偏好桌面高度起始設定(高到低、低到高)。第二階段實驗獨立變數包括：. I.

(4) 桌面傾斜角起始設定(分別為由 30 度往下調，水平 0 度未調整與由 0 度往上調)，而評估之應變數為頸部與上肢姿勢參數及以肌電儀量測受試者之上肢肌肉負荷。所有實驗獨立變數均為受試者內變數(within-subject variables)，實驗次序以完全隨機方式進行，以避免疲勞與學習效果之影響，兩階段實驗時間分別約為 180 分與 165 分，並且在每次實驗完成後填寫主觀不適問卷。第一階段實驗結果顯示，偏好桌面高度受到起始桌面高度設定影響有顯著的差異(p<0.001)，但不同電腦種類對偏好桌面高度並無顯著影響，而偏好桌面高度非常接近受試者之平均立姿手肘高，顯示受試者並未將筆記型電腦的置放高度提至超過其立姿手肘高，藉此降低向下視角與頸部彎曲向前角度，此外，12吋的筆記型電腦明顯有比較大的向下視角、頸部彎曲角度與肌肉負荷，而15吋之桌上型電腦則是有最小的向下視角、頸部彎曲角度與肌肉負荷；第二階段實驗結果顯示不同電腦種類與起始桌面高度設定對偏好桌面傾角並無顯著影響，有大於54.2%受試者喜歡桌面傾角可調整，僅有4.2%受試者不喜歡，其偏好角度範圍平均值為 4.8到6.8度，實驗結果亦顯示起始桌面高度設定(p<0.001)與起始桌面傾角設定(p<0.001)均對偏好桌面原始高度有顯著影響，此外增加桌面傾角會提升螢幕中心高，改善受試者向下之視角與頸部傾斜角度，但同時會些微增加手腕伸展角度與增加左肩三角肌之負荷；而在主觀不適問卷的統. II.

(5) 計結果發現兩階段實驗皆無顯著差異。研究結果除了能提供立姿電腦工作站設計參考外，也可以作為半導體廠立姿電腦工作站實務改善之依據。. 關鍵字：立姿電腦工作站、桌面傾斜角度，肌肉負荷、工作相關肌肉骨骼不適、半導體製造. III.

(6) Abstract Owing to the space limit the standing visual display terminal (VDT) workstation was necessary and can not be replaced by sitting VDT workstation in practice at some workplaces such as at the semiconductor fabrication cleaning room. The guides or recommendations for standing VDT workstation were few. Only recommendation based on standing elbow height was reported. The elbow-height based recommendation for stand VDT workstation equipped with laptop PC will still possibly result in the neck/shoulder discomfort because of the lower monitor height. We wonder that will the subjects prefer to elevate the keyboard height higher than the standing elbow height to ease the shoulder and neck discomfort. Through, in opposite, this will increase the upper arm discomfort. There are two stages of experiments. Aims of the first experiment are to evaluate the preferred settings for standing VDT workstation especially for laptop PC and the associated postural and workstation settings and muscular loads. Results of the first stage of experiments show that the subjects still preferred to set keyboard height at about standing elbow height. Therefore, the second stage of experiment aimed to evaluate the effects of increasing laptop stand tilt on the posture and muscular load of the upper extremity. There were forty and twenty-four healthy female university students participated in the two stages of experiments respectively. They were all familiar with laptop and desktop PC use. The explored independent variables included type of computer (12.1- and 14-inch laptops and desktop PC with 15-inch monitor), initial desk height setting (i.e. from highest/lowest position before adjustment), and initial laptop stand tilt setting (i.e. from 30 degrees to preference, flat, from 0 degrees to preference). All independent IV.

(7) variables are within-subject variables. Electromyograph and dynamic single/two-axis goniometers were utilized to evaluate the associated muscular loads and postural settings for the upper extremity. Each subjects completed all sessions of experiments which were completely randomized to reduce fatigue and learning effects. The first and second stage of experiment took about 180 and 165 minutes respectively for each subject. Besides, a questionnaire was used to evaluate the subjective discomfort after each session of experiment. Results of the repeated measures ANOVAs showed that initial settings significantly affected the preferred desk height settings. However, no significant differences for the preferred desk height among the three experiment computers were found. The preferred desk height in average was quite close to the average standing elbow height of the subjects which indicated that subjects did not elevate the keyboard higher than their elbow height to ease the large neck flexion and gaze angle for the two laptops. Besides, significantly large neck flexion angle, gaze angle, and muscular loads were reported for the 12 inch laptop compared with the other two types of computers. The desktop PC with 15 inch monitor was found with the smallest neck flexion and gaze angles and the muscular loads. Results of the second stage of experiments showed that the preferred laptop stand tilt was significantly affected by the initial laptop stand tilt settings in the second experiment. 54.2% of subjects preferred the increased laptop stand tilt than the flat setting. The preferred range of laptop stand tilt was between 4.8 to 6.8 degrees. The results also showed that the preferred desk height of VDT workstation was not affected by types of monitor and initial laptop stand tilt settings. The increased laptop stand tilt resulted in elevated monitor center V.

(8) height and therefore decreased gaze angle to monitor center and downwards gaze angle. However, minor but significant increased wrist extension angle muscular load for left deltoids were found. No significant differences were reported for the subjective discomfort data of the two experiments. Recommendations of our study for standing VDT workstation can be applied to the improvement of the design of standing VDT workstation of semiconductor fabrication.. Keywords: Standing VDT Workstation, Laptop Stand Tilt, Muscular Load, Work-related. Musculoskeletal. Disorders. Manufacturing. VI. (WRMSDs),. Semiconductor.

(9) 目錄中文摘要 .......................................................................................................... Ⅰ 英文摘要 .......................................................................................................... Ⅳ 目錄 .................................................................................................................. Ⅶ 表目錄 .............................................................................................................. XI 圖目錄 .............................................................................................................XV. 第一章緒論 .......................................................................................................1 1.1 研究背景..............................................................................................1 1.2 研究之重要性......................................................................................3 1.3 研究目的..............................................................................................4. 第二章文獻探討...............................................................................................5 2.1 肌肉骨骼不適之定義及其風險因子..................................................5 2.2 電腦作業所與肌肉骨骼不適之關聯性..............................................6 2.3 電腦作業肌肉骨骼之風險因子..........................................................7 2.4 偏好設定............................................................................................11 2.4.1 偏好設定的研究.....................................................................11 2.4.2 偏好設定的影響因子.............................................................13 2.5 姿勢及肌肉負荷量測方法與儀器探討............................................14 VII.

(10) 2.5.1 上肢姿勢角度量測方法及儀器探討.....................................16 2.5.1.1 靜態手動量測之量測評估方法................................16 2.5.1.2 動態電子紀錄之量測評估方法................................17 2.5.1.3 靜態與動態量測方法之比較....................................18 2.5.2 肌肉負荷量測方法及儀器探討.............................................18 2.6 研究架構............................................................................................20. 第三章研究方法.............................................................................................22 3.1 實驗對象............................................................................................22 3.2 實驗設備............................................................................................25 3.2.1 可調式立姿工作站.................................................................25 3.2.2 無塵室中使用之貨架平台.....................................................27 3.2.3 實驗操作之電腦設備.............................................................28 3.2.4 實驗作業.................................................................................29 3.3 儀器量測及其紀錄方法....................................................................30 3.3.1 肌肉電位量測儀及其紀錄方法.............................................30 3.3.2 動態雙軸量角器及其紀錄方法.............................................36 3.3.3 其他量測儀器及其紀錄方法.................................................44 3.4 主觀不適問卷調查............................................................................45. VIII.

(11) 3.5 實驗設計............................................................................................46 3.5.1 自變項.....................................................................................46 3.5.2 應變項.....................................................................................51 3.5.3 控制因子.................................................................................53 3.6 實驗流程............................................................................................54 3.7 資料統計與分析................................................................................56. 第四章實驗結果.............................................................................................57 4.1 偏好設定實驗之結果........................................................................57 4.1.1 工作站偏好設定.....................................................................59 4.1.2 姿勢偏好設定.........................................................................64 4.1.3 肌肉負荷.................................................................................71 4.1.4 主觀不適程度問卷結果.........................................................77 4.2 可調式立姿工作站與貨架平台之比較............................................78 4.2.1 工作站偏好設定.....................................................................78 4.2.2 姿勢偏好設定.........................................................................81 4.2.3 肌肉負荷.................................................................................89 4.2.4 主觀不適程度問卷結果.........................................................94 4.3 偏好傾角實驗之結果........................................................................95 4.3.1 工作站偏好設定.....................................................................97 IX.

(12) 4.3.2 姿勢偏好設定...................................................................... 105 4.3.3 肌肉負荷...............................................................................117 4.3.4 主觀不適程度問卷及喜好程度結果.................................. 129 4.3.4.1 主觀不適問卷......................................................... 129 4.3.4.2 桌面傾斜角度可調整之喜好程度......................... 132. 第五章討論 .................................................................................................. 133 5.1 立姿電腦工作站偏好設定實驗..................................................... 133 5.1.1 置放鍵盤與滑鼠桌面高度.................................................. 133 5.1.2 電腦類型對肌肉負荷之影響.............................................. 134 5.2 可調式立姿工作站與貨架平台比較............................................. 135 5.3 偏好傾角實驗................................................................................. 136 5.4 實驗結果應用之限制..................................................................... 138. 第六章結論與建議...................................................................................... 139. 參考文獻 ........................................................................................................ 141 附錄ㄧ ............................................................................................................ 151 附錄二 ............................................................................................................ 152 附錄三 ............................................................................................................ 153 X.

(13) 表目錄 .............................................................................................................. XI 表 2-1 電腦作業肌肉骨骼不適之風險因子 ..................................................10 表 3-1 第一階段實驗受試者之基本資料 ......................................................23 表 3-2 第二階段實驗受試者之基本資料 ......................................................23 表 4-1 重複量數變異數分析結果(n=40) ..................................................... 58 表 4-2 偏好桌面(鍵盤)操作高度數據(n=40)............................................... 59 表 4-3 偏好螢幕中心高度數據(n=40) ......................................................... 61 表 4-4 偏好螢幕傾斜角度數據(n=40) ......................................................... 62 表 4-5 鍵盤置放深度數據(n=40) ................................................................. 63 表 4-6 偏好向下視角(至螢幕中心)數據(n=40)........................................... 64 表 4-7 偏好視距(至螢幕中心距離)數據(n=40).............................................66 表 4-8 偏好頸部向下彎曲角度數據(n=40) ...................................................67 表 4-9 上臂前屈角度之偏好數據(n=40) .......................................................68 表 4-10 上臂外展角度之偏好數據(n=40) .....................................................68 表 4-11 偏好肘關節角度數據(n=40)..............................................................70 表 4-12 右肱二頭肌之肌肉負荷%MVC 值(n=40)........................................71 表 4-13 右肩三角肌之肌肉負荷%MVC 值(n=40)........................................73 表 4-14 右斜方肌之肌肉負荷%MVC 值(n=40) ............................................74 表 4-15 左肩三角肌之肌肉負荷%MVC 值(n=40)........................................75. XI.

(14) 表 4-16 左斜方肌之肌肉負荷%MVC 值(n=40) ............................................76 表 4-17 主觀不適程度問卷結果(平均值±標準差) (n=40) ...........................78 表 4-18 偏好螢幕傾斜角度之比較(n=40) .....................................................79 表 4-19 螢幕中心高度之比較(n=40) .............................................................81 表 4-20 偏好向下視角之比較(n=40) .............................................................82 表 4-21 偏好視距之比較(n=40)......................................................................83 表 4-22 頸部向下彎曲角度之比較(n=40) .....................................................84 表 4-23 肘關節角度之比較(n=40) .................................................................86 表 4-24 上臂前屈角度之比較(n=40) .............................................................87 表 4-25 上臂外展角度之比較(n=40) .............................................................87 表 4-26 右肱二頭之肌肉負荷%MVC 值比較(n=40)....................................89 表 4-27 右三角肌之肌肉負荷%MVC 值比較(n=40)....................................90 表 4-28 右斜方肌之肌肉負荷%MVC 值比較(n=40)....................................90 表 4-29 左三角肌之肌肉負荷%MVC 值比較(n=40)....................................90 表 4-30 左斜方肌之肌肉負荷%MVC 值比較(n=40)....................................91 表 4-31 主觀不適程度問卷比較結果(平均值±標準差) (n=40) ...................94 表 4-32 重複量數變異數分析結果(n=24) .....................................................96 表 4-33 偏好桌面(鍵盤)傾斜角度數據(n=24)...............................................97 表 4-34 偏好桌面(鍵盤)操作高度數據(n=24)...............................................99. XII.

(15) 表 4-35 桌面原始高度數據(n=24) .............................................................. 100 表 4-36 偏好螢幕中心高度數據(n=24) ...................................................... 102 表 4-37 偏好螢幕傾斜角度數據(n=24) ...................................................... 104 表 4-38 偏好鍵盤置放深度(至桌緣距離)數據(n=24)................................ 105 表 4-39 偏好向下視角(至螢幕中心)數據(n=24)........................................ 106 表 4-40 偏好視距(至螢幕中心距離)數據(n=24)........................................ 108 表 4-41 手腕之伸展角度數據(n=24) .......................................................... 109 表 4-42 起始傾角對手腕伸展角度之影響(n=24) .......................................110 表 4-43 起始高度對手腕伸展角度之影響(n=24) .......................................110 表 4-44 偏好頸部向下彎曲角度數據(n=24) ...............................................112 表 4-45 起始傾角度對頸部向下彎曲角度之影響(n=24) ...........................112 表 4-46 上臂前屈角度數據(n=24) ...............................................................114 表 4-47 上臂外展角度數據(n=24) ...............................................................114 表 4-48 起始高度對上臂前屈角度之影響(n=24) .......................................115 表 4-49 肘關節角度數據(n=24)....................................................................116 表 4-50 起始傾角對肘關節之影響(n=24) ...................................................117 表 4-51 右伸腕肌之肌肉負荷%MVC 值(n=24) ..........................................118 表 4-52 起始傾角對右伸腕肌負荷之影響(n=24) .......................................119 表 4-53 右肱二頭肌之肌肉負荷%MVC 值(n=24)..................................... 120. XIII.

(16) 表 4-54 起始傾角對右肱二頭肌負荷之影響(n=24) .................................. 120 表 4-55 右肩三角肌之肌肉負荷%MVC 值(n=23)..................................... 122 表 4-56 起始傾角對右肩三角肌負荷之影響(n=23) .................................. 122 表 4-57 右斜方肌之肌肉負荷%MVC 值(n=24) ......................................... 124 表 4-58 起始傾角對右斜方肌負荷之影響(n=24) ...................................... 124 表 4-59 左肩三角肌之肌肉負荷%MVC 值(n=22)..................................... 126 表 4-60 起始傾角對左肩三角肌負荷之影響(n=22) .................................. 126 表 4-61 斜方肌之肌肉負荷%MVC 值(n=24) ............................................. 128 表 4-62 起始傾角度對左斜方肌負荷之影響(n=24) .................................. 128 表 4-63 主觀不適問卷程度調查結果(平均數±標準差) (n=24) ................ 130 表 4-64 對於桌面傾斜角度可調整之主觀喜好程度(n=24) ...................... 131 表 5-1 估計邊際平均數(平均數±標準誤) ................................................ 135. XIV.

(17) 圖目錄 .............................................................................................................XV 圖 1-1 作業情形一.............................................................................................2 圖 1-2 作業情形二.............................................................................................2 圖 1-3 作業情形三.............................................................................................2 圖 2-1 研究流程...............................................................................................21 圖 3-1 立姿偏好設定實驗之身高分佈圖(n=40) ...........................................24 圖 3-2 立姿偏好高度實驗之身高分佈圖(n=24) ...........................................24 圖 3-3 可調式之立姿工作站(正面)................................................................26 圖 3-4 可調式之立姿工作站(側面)................................................................26 圖 3-5 立姿工作站之小台面(正面)................................................................26 圖 3-6 立姿工作站之小台面(側面)................................................................26 圖 3-7 可調桌面傾角立姿工作站(正面)........................................................27 圖 3-8 可調桌面傾角立姿工作站(側面)........................................................27 圖 3-9 貨架平台(正面)....................................................................................28 圖 3-10 貨架平台(側面)..................................................................................28 圖 3-11 作業程式畫面.....................................................................................30 圖 3-12 肌肉電位量測儀 ................................................................................31 圖 3-13 伸腕肌之測試方法 ............................................................................33 圖 3-14 肱二頭肌之測試示意圖 ....................................................................34. XV.

(18) 圖 3-15 肩三角肌之測試示意圖 ....................................................................35 圖 3-16 斜方肌之測試示意圖 ........................................................................35 圖 3-17 訊號放大器與接收器 ........................................................................37 圖 3-18 動態單/雙軸量角器 ...........................................................................37 圖 3-19 肘關節黏貼部位 ................................................................................39 圖 3-20 腕關節黏貼位置一 ............................................................................40 圖 3-21 腕關節黏貼位置二 ............................................................................40 圖 3-22 耳眼線角度依據圖 ............................................................................41 圖 3-23 角度校正儀器.....................................................................................43 圖 3-24 實驗流程.............................................................................................55 圖 4-1 偏好桌面(鍵盤)操作高度....................................................................60 圖 4-2 偏好螢幕中心高度 ..............................................................................61 圖 4-3 偏好螢幕傾斜角度 ..............................................................................62 圖 4-4 鍵盤置放深度.......................................................................................63 圖 4-5 偏好向下視角(至螢幕中心) ..............................................................65 圖 4-6 偏好視距(至螢幕中心)........................................................................66 圖 4-7 偏好頸部向下彎曲角度 ......................................................................67 圖 4-8 上臂前屈角度.......................................................................................69 圖 4-9 上臂外展角度.......................................................................................69. XVI.

(19) 圖 4-10 偏好肘關節角度 ................................................................................70 圖 4-11 右肱二頭肌之肌肉負荷%MVC 值 ...................................................72 圖 4-12 右肩三角肌之肌肉負荷%MVC 值 ...................................................73 圖 4-13 右斜方肌之肌肉負荷%MVC 值.......................................................74 圖 4-14 左肩三角肌之肌肉負荷%MVC 值 ...................................................75 圖 4-15 左斜方肌之肌肉負荷%MVC 值.......................................................77 圖 4-16 偏好螢幕傾斜角度之比較 ................................................................80 圖 4-17 偏好螢幕中心高度之比較 ................................................................81 圖 4-18 偏好向下視角之比較 ........................................................................82 圖 4-19 偏好視距之比較 ................................................................................83 圖 4-20 頸部向下彎曲角度之比較 ................................................................85 圖 4-21 肘關節角度之比較 ............................................................................86 圖 4-22 上臂前屈角度之比較 ........................................................................88 圖 4-23 上臂外展角度之比較 ........................................................................88 圖 4-24 右肱二頭之肌肉負荷%MVC 值比較...............................................91 圖 4-25 右肩三角肌之肌肉負荷%MVC 值比較...........................................92 圖 4-26 右斜方肌之肌肉負荷%MVC 值比較...............................................92 圖 4-27 左肩三角肌之肌肉負荷%MVC 值比較...........................................93 圖 4-28 左斜方肌之肌肉負荷%MVC 值比較...............................................93. XVII.

(20) 圖 4-29 偏好桌面傾斜角度 ............................................................................98 圖 4-30 偏好桌面(鍵盤)操作高度..................................................................99 圖 4-31 桌面原始高度.................................................................................. 101 圖 4-32 螢幕中心高度.................................................................................. 102 圖 4-33 偏好螢幕傾斜角度 ......................................................................... 104 圖 4-34 偏好向下視角(至螢幕中心)........................................................... 107 圖 4-35 偏好視距(至螢幕中心)................................................................... 108 圖 4-36 手腕之伸展角度 ..............................................................................110 圖 4-37 偏好頸部向下彎曲角度 ..................................................................113 圖 4-38 上臂前屈角度...................................................................................115 圖 4-39 肘關節角度.......................................................................................117 圖 4-40 右伸腕肌之肌肉負荷%MVC 值.....................................................119 圖 4-41 右肱二頭肌之肌肉負荷%MVC 值 ................................................ 121 圖 4-42 右肩三角肌之肌肉負荷%MVC 值 ................................................ 123 圖 4-43 右斜方肌之肌肉負荷%MVC 值.................................................... 125 圖 4-44 左肩三角肌之肌肉負荷%MVC 值 ................................................ 127 圖 4-45 左斜方肌之肌肉負荷%MVC 值.................................................... 129 圖 4-46 桌面傾斜角之喜好程度比例圖 ..................................................... 132. XVIII.

(21) 第一章緒論 1.1 研究背景近年來，高科技產業已經成為我國工業發展的主流，而半導體製造業為其中最為突出者。一份我國行政院勞委會勞工安全衛生研究所民國八十五年的研究發現顯示(1)，半導體之從業人員於肩膀、手肘、臀／大腿、膝蓋、腳／腳踝等身體部位酸痛之比例均高於全產業及製造業之比例，其中以肩膀及腳／腳踝所佔的比例為最高，分別為41.97%與33.08%。而在先前一份以半導體廠無塵室作業人員為研究對象之工作相關肌肉骨骼不適(Musculoskeletal Disorders, MSDs)風險因子研究計劃(2)指出，無塵室作業人員之電腦資料輸入與填寫作業所佔整體工作時間比率是最高者，約在22%至47%之間，其通常使用筆記型電腦，而筆記型電腦通常置放於機台前之貨架平台上(如圖1-1~1-2所示)，雖然現場貨架平台規格不一致，但最常見之貨架平台(如圖1-3所示)，其高度約在88cm左右(明顯低於一般人員肘高約102cm(3))，而且無適當書寫台面，因此容易造成人員頸部前彎角度過大，有時甚至需彎腰或曲腿來進行輸入，造成肩頸部與腰部或下肢之危害，此應為造成半導體廠無塵室作業人員頸肩部不適原因之一，因此需要朝現有置於貨架之電腦工作站台與書寫台面之高度與支撐來進行改善。. 1.

(22) 圖1-1 作業情形一圖1-2 作業情形二. 圖1-3 最常見之貨架平台. 由於半導體廠無塵室之空間限制，利用坐姿電腦工作站來進行資料輸入與書寫是不可行的，因此立姿電腦工作站(Standing Visual Display Terminal Workstation)有其存在之必要性，但經由查閱國外文獻發現，有關立姿電腦工作站設定之數據很少，只有考慮以人體計測之立姿手肘高度去建議立姿工作桌面高度(4)，而電腦作業是屬於輕度作業，於一般輕度作業則建議為低於手肘10~15公分(3)。此建議針對螢幕與鍵盤分開之桌上型電腦或許適用，但由於會使用立姿電腦工作站之工作場所常有空間限制，因此筆記型電腦較常被採用，而筆記型電腦因螢幕連接於鍵盤上，因此若直接以此建議去推估設定立姿電腦工作站的高度，可能因此會有頸部過度前傾或身體向前彎腰之風險存在，進而造成肌肉骨骼的不適，所以進行立姿電腦工作站設定與相關姿勢與肌肉負荷評估是有其必要的。. 2.

(23) 1.2 研究之重要性肌肉骨骼系統傷害是常見的職業傷害，除了急性傷害外，由於慢性職業暴露所造成的累積性傷害，近年來越來越受到重視。其對作業人員之影響，不只引起個人不適、降低其工作能力，甚至造成肢體功能喪失等，更會對於功能及生活品質產生重大影響，而對於事業單位而言，則可能產生產能、效率的降低，以及工時的損失與管理階層的困擾等問題。近年許多研究均證明肌肉骨骼傷害和電腦作業之間的相關連性 (Bernard et al. 1994(5), Carter et al. 1994(6), Faucett et al. 1994(7), Amell et al. 1999(8), Hsu et al. 2003(9))，相關文獻指出，一般電腦作業所造成的肌肉骨骼不適的部位，主要都是發生在頸部、上臂、下臂及手腕等部位(Fogleman et al. 1995(10))，以美國為例，每年因電腦作業而造成的累積性傷害 (Cumulative Trauma Disorders, CTDs)所付出的損失甚至可到達每年200億美金，其中包括了生產成本、醫藥成本、及重新訓練員工之成本等等(Wise 1995(11), Rizzo 1994(12), 黃証柳 1998(13))，因此針對立姿電腦工作站設計之研究存在其必要性，且有助於降低相關肌肉骨骼不適之發生。. 3.

(24) 1.3 研究目的本研究共分為兩階段，主要目的為評估符合使用者偏好之相關立姿電腦工作站之設計及相關之上肢姿勢與肌肉骨骼負荷，第二階段為依據第一階段實驗數據而衍生之進一步評估。第一階段實驗之主要研究目的為： (1) 設計一可調高低之立姿實驗工作站，量測使用人員之偏好設定數據(preferred settings)，並量測及評估相關姿勢角度與肌肉負荷。 (2) 探討相關影響因子包括使用者身高、電腦種類(桌上型與筆記型電腦)、螢幕尺寸及工作站起始設定對使用者偏好設定、姿勢與肌肉負荷之影響。第二階段實驗主要研究目的為： (1) 針對筆記型電腦，增加實驗工作站之桌面傾斜角度調整機制，以評估藉增加桌面傾斜角度以提高螢幕高度對受試者之上肢肌肉負荷與姿勢參數的影響。 (2) 量測並評估受試者之偏好桌面傾斜角度數據。. 4.

(25) 第二章文獻探討 2.1 肌肉骨骼不適之定義及其風險因子肌肉骨骼不適(musculoskeletal disorders, MSDs)為肌肉骨骼因為肌腱、神經及肌肉的受損而導致之酸、痛、麻無力等症狀所引起之身體不適，而造成肌肉骨骼不適的原因很多，根據世界衛生組織(World Health Organization, WHO(14))之定義，肌肉骨骼不適是由多種風險因子所造成的，包括物理性因子(physical factor)、工作組織性因子(work organizational factor)、心理社會性因子(psychosocial factor)，個人(individual factor)及社會文化因子(social-cultural factor)，其中物理性因子包含施力(force)、重複性(repetition)及姿勢(posture)等；工作組織性因子包含溝通 (communications issues)及福利(benefit)等；心理性因子包含與工作環境相關如工作負荷(workload)、工作控制(job control)、工作職位等，及非工作相關環境例如家庭因素；個人性因子包含性別、遺傳、個性等，而社會文化因子包含教育程度等。在一份由美國職業安全與衛生研究所(NIOSH)於1997年所發表肌肉骨骼危害與其風險因子之流行病學綜合研究研究報告中指出引起的肌肉骨骼不適之物理性風險因子主要可分為四類，包括施力(force)、姿勢 (posture)、重複性(repetition)及振動(vibration)(NIOSH, 1997(15))，此外心理社會性因子亦被許多研究證實與工作引起肌肉骨骼不適存在顯著的關聯. 5.

(26) 性(Hsu et al. 2003(9))。. 2.2 電腦作業與肌肉骨骼不適之關聯性近年來多數的研究都發現了電腦作業和肌肉骨骼傷害之間的相關連性(Bernard et al. 1994(5), Carter et al. 1994(6), Faucett et al. 1994(7), Amell et al. 1999(8), Hsu et al. 2003(9))，其主要可能影響的部位以眼睛、肩頸部和背部最為顯著(Hsu et al. 2001(16))。 Kamienska-Zyta et al. 1996(17)在一份針對波蘭約 600 位電腦作業員工之作業研究調查指出，因電腦作業而產生之主觀肌肉骨骼不適症狀，以眼睛部位之不適比例為最高約為 70%，其次是背部，所佔之比例為 40~50%，而肩膀部位肌肉骨骼不適比例為 20~30%；在韓國，Yne et al. 2001(18)在一份有關肌肉骨骼不適的問卷調查研究中，分析 950 位的女性銀行出納員，發現員工抱怨其肩部位不適的有 51.4%、下背為 38.3%、頸部為 38%、上背則是 31.2%、而手腕與手指的部位分別為 21.7%與 13.6%；而在性別的差異上，發現女性員工比男性員工容易有肌肉骨骼不適的症狀產生，如 Blatter et al. 2002(19)在其研究中指出，女性工在每天四小時的電腦作業後會增加上肢肌肉骨骼不適的症狀，在男性則是六小時。而 Jensen et al. 2002(20)在丹麥的十一家公司或機構中，針對其 5033 位的受雇員工進行滑鼠電腦作業與肌肉骨骼症狀相關性的問卷訪談，在分析其中 6.

(27) 的 2579 位全職員工發現，女性在肩頸部位的肌肉骨骼不適症狀之勝算比 (Odds Ratio, OR)分別為 1.92(CI：1.21~3.02)、1.83(CI：1.13~2.95)，而男性在手腕部位的肌肉骨骼症狀之 OR 值為 2.76(CI：1.51~5.06)；Kilbom et al. 1987(21)發現，電腦作業人員，若增加頸部向前彎曲角度則會有較高的肩頸部位的肌肉骨骼不適風險。另有文獻發現，在 30 分鐘的電腦資料輸入作業後，會增加肩部之斜方肌(trapezius muscle)的僵硬，而在使用筆記型電腦(Laptop PC or notebook)的電腦作業狀況下，則是 15 分鐘後就會造成肩部斜方肌的僵硬(Horikawa 2001(22))。. 2.3 電腦作業肌肉骨骼不適之風險因子歸納文獻可發現與電腦作業相關之肌肉骨骼不適風險因子如同一般肌肉骨骼不適之風險因子，亦可歸類包括：(1)個人因子：如年齡、性別與工作年資；(2)物理性因子：如長時間的使用電腦、靜態負荷和重覆性工作、螢幕大小與螢幕置放位置的高低、因工作站設計不良引起之上肢支撐不夠，操作滑鼠之橈尺偏與操作頻率問題、電腦工作站桌面與椅子高度；及(3)心理社會因子：如工作滿意度、缺乏同儕支持、工作單調與過度工作負荷等，說明如下：在個人因子方面：Kamwendo et al. 1991(23)在研究中亦指出，頸部和肩部症狀的增加與年齡和工作年資有關，Blatter et al. 2002(19)在其研究中 7.

(28) 指出，女性員工較男性易因電腦作業導致上肢肌肉骨骼不適的症狀，女性在每天四小時的電腦作業後會增加上肢肌肉骨骼不適的症狀，而男性則是六小時。在物理性因子方面：Bernard et al. 1994(4) 與Shuval et al. 2001(24)之研究指出，工作傷害的增加與長時間的使用電腦有關；Carter et al. 1994(5) 的研究發現，在電腦作業肌肉骨骼的不適可歸因於靜態負荷和重覆性工作，Serina et al. 1999(25)在其研究中發現，不良的上肢姿勢與重複性的腕部活動亦是造成上肢肌肉骨骼不適的風險因子之ㄧ。也有文獻指出，在操作螢幕較小的電腦時，會有較大的脊椎彎曲姿勢，進而增加脊椎負荷，導致增加肌肉骨骼不適之風險(Szeto et al. 2002(26))；Bergqvist et al. 1995(27) 指出螢幕置放位置的高低與頸部的不舒服有顯著的關聯性存在；此外上肢長時間以無支撐的方式操作滑鼠，亦會造成上肢之肌肉骨骼的不適 (Bergqvist et al. 1995(27), Karlqvist et al. 1996(28))，Shuval et al. 2001(24)的研究中指出工作站設計不良會增加其上肢肌肉骨骼不適的風險；Visser et al. 2000(29)也發現在使用電腦作業時，手臂有支撐的狀況下，操作者的斜方肌(trapezius muscle)部位負荷有明顯的下降。此外，若鍵盤相對於手肘高度太高或太低，就容易造成手腕的過度屈曲或伸展，進而產生手腕部位的肌肉骨骼不適。而使用滑鼠操作時，假使手腕有較大的尺偏角度，則肩膀也隨之外轉，若頻率過高會也會導致上肢之肌肉不適的問題. 8.

(29) (Karlqvist et al. 1994(30))；而電腦工作站高度及空間亦為工作面的相關配置重要因子，上臂於過高的桌面而需藉由上手臂外展提高置於桌面支撐來彌補提高肩膀的姿勢，則會明顯影響三角肌(deltoid muscle)之肌肉活動，將造成使用者背部變形彎曲，肌腱、骨頭、脊椎肌肉緊繃，並在長期累積刺激下而轉為背部、頭部、肩膀、手腕及手臂的傷害(Harvey et al. 1999(31))。在心理社會因素方面：Bernard et al. 1994(4)之研究指出時間壓力與肌肉骨骼不適的症狀有關，Nelson et al. 1998(32)指出工作單調、個人習慣、社經地位與電腦作業之肌肉骨骼不適的症狀有關，Hsu et al. 2003(9)研究指出雖然心理社會因子如工作滿意度、缺乏同儕支持、工作單調與過度工作負荷不如物理性因子與肌肉骨骼不適之關聯性強，但是亦存在顯著相關，我們將上述之研究整理如下表2-1。. 9.

(30) 表2-1 電腦作業肌肉骨骼不適之風險因子風險因子. 說明. 出處. 個人因子年齡與工作年資. 頸部和肩部症狀的增加與年齡和工作年資有關. Kamwendo et al.1991(23). 性別. 女性員工比男性員工容易有肌肉骨骼不適的症狀產生. Blatter et al.2002(19). 長時間使用電腦. 長時間的使用電腦增加工作傷害. Bernard et al.1994(13), Shuval et al.2001(24). 不良的作業姿勢. 長時間用固定的作業姿勢造成肌肉負荷. Carter et al.1994(14), Serina et al.1999(24),. 重複性工作. 長時間的重複打字作業會造成肌肉骨骼不適的產生. Carter et al.1994(14), Serina et al.1999(25). 操作滑鼠之橈尺. 過大的橈尺偏角度及較高的操作頻率. Karlqvist et al.1994(30). 物理性因子. 偏與操作頻率問題螢幕大小與螢幕置放位置的高低. 螢幕過小與螢幕高度過低 Bergqvist et al.1995(27), 會增加肌肉骨骼不適的風 Visser et al.2000(29) 險因工作站設計不良引起之上肢支撐不夠而造成上肢肌肉骨骼不適的風險. Bergqvist et al. 1995(27), Karlqvist et al. 1996(28)), Visser et al. 2000(29),. 社經地位. 社經地位與電腦作業之肌肉骨骼不適的症狀有關. Nelson et al. 1998(32). 時間壓力、工作滿意度、缺乏同儕支持、工作單調與過度工作負荷. 時間壓力、工作滿意度、缺乏同儕支持、工作單調與過度工作負荷與肌肉骨骼不適有顯著相關性. Bernard et al. 1994(13), Hsu et. al. 2003(9). 工作站設計不良. 心理社會因子. 資料來源：本研究整理 10.

(31) 2.4 偏好設定 2.4.1 偏好設定的研究國際標準協會(International Standards Association, ISO)於其所公佈的 ISO6385 標準中指出工作場所必須適合作業人員個人體型之需求(33)，此也包含符合個人偏好(preferred settings)之概念，其要求包括： (1) 作業表面的高度必須依據人的體型與所從事的工作而調整； (2) 座椅的安排應依個人需求而調整； (3) 必須提供足夠的身體運動空間； (4) 控制器必須裝置於手、腳可觸及的範圍之內； (5) 把手與抓柄必須適合手的大小。因此在使用可以依個人需求調整的電腦工作站情況下，會比不能使用調整的電腦工作站，產生較少的身體不適(Grandjean et al. 1983(34))，而缺乏人因考量的電腦工作站設計，通常都會導致電腦作業者的視覺和肌肉骨骼不適的產生(Sauter et al. 1991(35), Bergqvist et al. 1992(36))，而進行人因工程改善，調整適合操作者的作業環境，在經過調整後，大多數的人都可以立即感受到不適的情況會有所改善(Mekhora et al. 2000(37), Lewis et al. 2000(38))。因此，使用考量人體計測值與個人偏好而做調整的可調式工作站，已經被廣泛認為是降低肌肉骨骼不適的產生很有價值的方法 (Grandjean et al. 1983(34), Wang et al. 1999(39), Hsu et al. 2001b(40))。. 11.

(32) 進一步回顧有關電腦工作站之偏好設定相關研究可發現，在允許使用者可調整工作站至其偏好設定時，其姿勢絕大部分為身體向傾斜靠於椅背上，上臂微向前屈曲，此與傳統電腦作業指引如ISO9241(41)、 OSHA3092(42)之建議的上身直立，上臂自然下垂，手肘成90度之姿勢明顯不同(Grandjean et al. 1983(34), Ong et al. 1988(43), Hsu et al. 2001b(40))。傳統人因建議為大約90度的角度最為合適，但許多的研究都發現，電腦作業人員的偏好坐姿姿勢是背部些微向後，以得到較大的視距以及較大的手肘角度，在Jonai et al. 2002(44)的研究中指出，電腦作業者會隨著螢幕大小及螢幕傾斜角的不同而改變其手肘的角度，使得手肘角度並不會成90度角。另外，Bergqvist et al. 1995(27)提出了作業者於電腦工作站在調整上的取捨，若提高鍵盤的高度會增加肩頸部位的肌骨骼不適的機會，但卻可以降低手臂及手腕部位肌肉骨骼不適的發生率。 Ankrum et al. 1995(45)主張，使用電腦之作業者應該將螢幕置放在眼睛高度水平向下約15°的位置上。在Jaschinski et al. 1999 (46)的研究結果發現，電腦作業者之偏好的視距在60~100 cm 之間，視角則是在水平與水平向下16°間。Jaschinski et al. 1998(47)的研究發現，電腦作業者在低於偏好視距的作業環境下，其產生視覺疲勞的不適較多。Burgess-Limerick et al. 1998(48)在研究中發現，電腦作業者將螢幕上緣高度置放在低於眼睛高度的位置上，似乎可以降低視覺及肌肉骨骼不適的產生。. 12.

(33) 2.4.2 影響偏好設定的因子可能影響電腦工作站之偏好設定的可能因子包括使用者體型之人體計測值與個人偏好習慣，此外所使用之電腦種類如桌上型或筆記型電腦，螢幕大小也有影響。. Burgess-Limerick et al. 1998 (48)的研究發現，個人身體計測的差異性會影響同一大小的螢幕尺寸之置放高度，然而亦有其他文獻指出並不是所有人體計測值都會影響偏好設定，如身高對偏好設定的參數設定之影響效果並不顯著，亦即代表偏好設定與身高資料相關性並不顯著，例如在鍵盤設定高度上就與使用人員之身高與坐姿身高無顯著相關(Grandjean et al. 1983(34), Miller et al. 1981(49), Hsu et al. 2001b(40))。 Van der Heiden et al. 1984(50)發現，使用CAD工作站的作業者所偏好螢幕上緣向操作者傾斜角度，與PC工作站之作業者螢幕上緣向後傾斜角度(螢幕上緣較遠離操作者)有差異，此可能因為CAD工作站與一般的個人電腦工作站的工作性質不盡相同，CAD工作站主要作業性質是以電腦繪圖為主，其電腦螢幕尺寸較大，使用者因而會偏好螢幕上緣向使用者傾斜。Wall et al. 1992(51)發現，若CAD工作站作業者將螢幕中心高度置放在與眼睛高度一樣的高度位置上，對作業者而言會得到較好的作業姿勢，而PC工作站則是發現將螢幕上緣高度置放於低於眼睛的高度位置上 (Burgess-Limerick et al. 1998(48), 1999(52))。而Byström et al. 2002(53)亦指. 13.

(34) 出，CAD工作站之作業者會有較小的頸部彎曲角度因為螢幕置放的位置與其他非CAD工作站的作業，以上的結果似乎都顯示在不同的工作站設計上操作會造成使用者有不同的偏好設定。. 2.5 姿勢與工作施力肌肉負荷量測方法與儀器探討 Li et al. 1999(54)指出在評估人因工程危害，常用之姿勢角度量測可使用的方式包括： (1) 紙筆觀察而做記錄的基本方法(Pen-paper based observational methods)； (2) 攝影及電腦輔助之分析(Videotaping and computer-aided analysis)； (3) 直接使用儀器測量之方法(Direct method or instrumental techniques)； (4) 自覺問卷調查的評估方式(Self-reports assessment)。一般紙筆觀察方法主要是做觀察基本的姿勢，它不需要精密儀器就可以完成姿勢的初步評估，但觀察者必須接受訓練，才能提高可靠度，又因無法做連續的觀察紀錄，而缺少了精確性。並且在某些關於持續時間、頻率上的變化或標準數值評分的高低，定義上仍不太明確，不同的觀察方式與不同的觀察者，在結果上會有些許之差異。 14.

(35) 在攝影帶及電腦輔助的觀察法上，是將工作上的姿勢和活動，記錄在電腦或錄影帶上，然後再使用電腦做分析。具有儲存和處理姿勢數據的能力、避免觀察者的偏見。在電腦系統上，主要是利用 2-D 或 3-D 的電腦模擬記錄工具，如動作分析儀(Motion Analysis)，它是將身體的姿勢用三度空間的方式記錄，可記錄動作上的距離、角度的改變、速度和加速度，又可同時記錄多種關節角度；並且在精密的軟體幫助下，能使得分析變的較為簡易。直接儀器測量之方法可分為手動式測量工具或動態電子儀器量測，使用手工量角器作為測量工具的方法稱之為靜態手工量測法(Manual goniometry)，其測量儀器主要為馬丁式量角器，它是測量關節相鄰兩個部份的角度；而動態電子儀器測量的方法，主要是將電子所輸出的訊號以比例的方式置換成我們所要觀察的數值。包括了一些姿勢定位量測與姿勢張力、肌肉疲勞負荷量測。而動態電子儀器量測主要為動態電子量角器(Electrogoniometers)。自覺問卷調查評估，主要是用來評估身體的工作負荷、不適或工作上的壓力，此方法是利用一些簡單且易懂的問題，讓受試者直接的表達本身的不適感覺與負荷情況。在量測評估工作施力時之肌肉負荷之儀器則是多以表面肌肉電位量測儀(surface Electromyograph)作為主要的量測評估儀器。本研究採用動態. 15.

(36) 電子量角器進行主要上肢與頸部之姿勢量測，並搭配其他如馬丁式量角器進行靜態姿勢角度量測，而工作肌肉施力負荷則以表面肌肉電位量測儀(surface Electromyograph)進行量測。此外也利用自覺問卷評估實驗作業後之負荷與不適。. 2.5.1 靜態與動態姿勢角度量測方法比較與儀器探討 2.5.1.1 靜態手動量測之量測評估方法手工測量法(Manual goniometry)是即時測量典型的使用法，然而，姿勢是為多變性的動態狀況，這種多變性使得許多流行病學研究對評估多變性的姿勢採用單一姿勢角度值產生了懷疑，舉例而言，使用手工測量法對電腦作業者的作業姿勢作量測時，每次量測的角度數據為單一時間作業者的姿勢數據，而此姿勢數據的再現性(reproducible)於整個作業時間仍是未知的(NIOSH, 1992(55))。採用手工測量法時，必須考慮量角器中心位置擺放的基準點與量角器的移動臂(moving arm)與不動臂(stationary arm)此兩臂放置的參考位置，中心基準點與參考位置多以解剖學上顯而易見的標的，舉例來說，以手肘而言，中心基準點為肱骨外上髁(Lateral epicondyle of humerus)，不動臂(stationary arm)放置位置為肩峰突(Acromion process of scapula)與肱骨外上髁此兩點之連線上，另一移動臂(moving arm)則是放置在肱骨外. 16.

(37) 上髁與尺骨莖突(Styloid process of ulna)此兩點的連線位置上(Norkin et al. 2003(56))。. 2.5.1.2 動態電子紀錄之量測評估方法動作分析儀常被使用作為姿勢評估的儀器。其原理是利用攝影機偵測專用的反光球之空間座標，透過攝影機的感應，可以找出每一個反光球的2-D或3-D的空間座標。在每次量測之前，必須先利用校正的步驟訂出2-D或3-D的座標原點的位置，之後再透過軟體加以運算，即可得出反光球間的相對距離、角度、移動速度等資訊(Burgess-Limerick et al. 1998(48), Juul-Kristensen et al. 2001(57), Moffet et al. 2002(58))。動態電子量角器則可即時量測姿勢之動態角度資訊，動態電子量角器之感測元件可分為單軸向與雙軸向兩類，需依使用上的需要選購長度與旋轉方向匹配之元件。該元件需於記錄器上額外設計一組橋式訊號放大器，將訊號放大再傳至記錄器擷取紀錄，其原理是利用感測元件內之電阻改變，因角度變大則電阻變小使得電壓電位變高，以電壓電位改變去推估角度的變化，其中必須給予已知之角度作為電位之基準，所以每次量測之前必須先經過角度校正，即可得知感測元件之相對角度資訊(勞工安全衛生研究所 2002(59))。. 17.

(38) 2.5.1.3 靜態與動態量測方法之比較在許多的狀況下，姿勢並不是固定不變的，而是隨著時間做動態的改變的，因此，許多流行病學的研究並沒測量電腦作業操作時的姿勢，是因為在某種程度上對姿勢是很難快速且確實地測量及評估，並且測量時必須保持姿勢的穩定(Ortiz et al. 1997(60))。肌肉骨骼不適的產生，除了極端的姿勢角度會造成急性不適的產生外，主要的還是與時間與和頻率最為相關，然而，使用靜態手工測量法去評估姿勢改變量較大的角度，其可信度難免會遭受到質疑，在本研究中，雖有使用此方法量測，實驗中所量測的姿勢角度部位是為較不易改變的位置，因此並不會因為此方法而產生太大誤差。而本研究採用動態電子量角器來量測姿勢角度而非動作分析儀，雖然兩者各優缺點，動作分析儀可藉由反光球定位獲得較複雜之姿勢參數如上身之於垂直面之傾斜角度等，但對於細部如手腕屈曲與橈尺偏角度則較難定位，因此本研究採用電子動態量角器進行上肢姿勢量測。. 2.5.2 上肢肌肉負荷之量測評估方法及儀器探討在量測肌肉負荷評估上，肌肉電位量測儀(Electromyograph, EMG)的量測是一套相當有用的方法。EMG 原理是神經本體位於腦幹或是脊髓的運動神經元(motor neuron)，其軸突在肌肉處產生多分支，每一分支與一. 18.

(39) 肌肉細胞形成單一連結。單一條運動神經元支配了許多的肌細胞稱為一個運動單位(motor unit)。位於軸突末端正下方的肌肉細胞膜具有特化的性質，稱為運動終板(motor end plate)，而軸突末端與運動終板的連結稱為神經肌肉連結(neuromuscular junction)。當動作電位抵達軸突的末梢造成運動終板的去極化引發可被附近電極偵測到的肌肉細胞動作電位(muscle fiber action potential)，進而產生肌肉的收縮。由一運動神經元所引發的肌肉細胞動作電位為運動單位動作電位(motor unit action potential)，具有在時間上以及空間上可加成的特性。當電極偵測一連串的運動單元動作電位訊號稱為肌電訊號(Electromyographic signal)，一般慣稱所量測到的訊號為肌電圖(Electromyography, EMG)訊號。由於不同肌肉本身的差異，如紅肌與白肌之比例、肌絲長度及個人肌群施力不同的特性等，為了衡量各肌群之相對施力程度與比較個人於某特定肌群之施力程度差異等，必須將肌肉電位訊號與施力程度予以關聯起來，此即所謂 MVC(Maximal Voluntary Contraction)最大自主收縮之觀念。然而肌肉電位量測儀(EMG)相關的應用研究發現，因受試者體型、肌力上的差異等因素，使最大自主收縮百分比產生很大的變異而限制其應用，因此必須將收集到的 EMG 訊號資料透過運算處理，即將每次施力所測得之 EMG 訊號與最大自主收縮值作轉換處理後(以%MVC 稱之)，再進行比較(王賢令 1999 (61), Kawowasaki et al. 1999(62), Hägg et al. 2000(63),. 19.

(40) Stashuk 2001(64), Ollivier et al. 2005(65))。在訊號的處理上，一般較常用的是 RMS(Root Mean Square)振幅的參數，再利用%MVC 的方式，來分程度與等級進行探討(Hägg et al. 2000(63), Kollmitzer et al. 1999(66))。假如超過此等級，就可能造成工作上肌肉骨骼的不適。然而在持續收縮的時間和施力的%MVC 等級交互作用下，可觀察到，在 20%MVC 的情況，肌肉持續施力的時間是低於 1 小時的 (Kawowasaki et al. 1999(62))。Kollmitzer et al. 1999(66)發現，EMG 之訊號紀錄的再現性(reproducible)表現，短期的會比長期的表現好。. 2.6 研究架構本研究依據圖 2-1 的研究流程循序進行。第一階段立姿電腦工作站之偏好設定實驗完成後再進行第二階段立姿電腦工作站之偏好桌面傾斜角度實驗。. 20.

(41) 坐姿與立姿電腦工作站相關文獻回顧. 立姿工作站相關人體計測資料蒐集與實驗立姿工作站設計與製造. 進行立姿電腦工作站之偏好設定先前實驗. 偏好設定量測. sEMG 肌肉施力與姿勢角度量測評估. 主觀身體肌肉骨骼不適問卷評估. 第一階段立姿工作站偏好設定實驗. 受試者篩選. 提出立姿電腦工作站之設計建議. 電腦工作站桌面傾斜. 受試者篩選. 進行立姿電腦工作站之偏好傾斜角度先前實驗. sEMG 肌肉施力與姿勢角度量測評估. 偏好設定量測. 主觀身體肌肉骨骼不適問卷評估. 提出立姿電腦工作站之桌面傾角設計建議. 圖 2-1 【研究流程】 21. 第二階段立姿工作站桌面傾斜角度偏好實驗. 實驗立姿工作站之桌面傾角設計與製造. 角度之相關文獻回顧.

(42) 第三章研究方法 3.1 受試者由於立姿工作站之偏好設定可能會與人體計測數值相關(尤其是立姿手肘高度)，為了使實驗數據能夠符合國內半導體廠立姿工作站主要使用族群，我們參考國內人體計測資料庫(3)中 18 歲至 50 歲的女性勞工之身高分佈來篩選受試人員，第一階段實驗之受試者共 40 人，皆為大學女性學生，其平均年齡為 20.4 歲，平均身高為 157.9 公分，平均立姿眼高為 148.9 公分，其立姿肘尖至地板平均高度為 96.5 公分，平均體重為 52.8 公斤，而其相關受試者基本之描述性統計資料如下表 3-1 所示，受試者身高分佈如圖 3-1 所示。此外為了避免受試者個人因素對實驗之偏好設定與肌肉負荷量測，受試者必須符合下列之條件： (1) 無任何明顯之肌肉骨骼相關的疾病歷史。 (2) 無任何因為打工而造成上肢肌肉骨骼不適等症狀。 (3) 眼睛視力校正過後達 1.0 以上。第二階段實驗之受試者共 24 人，其中不含先前實驗受試者 4 人，其身高分佈要求與第一階段受試者相同，皆為大學女性學生，其平均年齡為 20.6 歲，平均身高為 157.7 公分，平均立姿眼高為 147.5 公分，其立姿肘尖至地板平均高度為 98.4 公分，平均體重為 52.1 公斤，其相關受試者基本的描述性統計資料如下表 3-2 所示。. 22.

(43) 表 3-1 第一階段實驗受試者之基本資料第一階段實驗之受試者(n=40) 國內人體計測資料庫 18 歲至 50 歲的女性勞工(n=424) 平均值. 標準差. 平均值. 標準差. 年齡(歲). 20.4. 1.53. 身高(公分). 157.7. 4.11. 156.6. 5.02. 體重(公斤). 52.8. 7.43. 53.3. 7.13. 立姿肘尖下點高度(公分). 97.1. 3.31. 97.5. 3.60. 立姿眼睛高度(公分). 148.9. 3.95. 146.9. 4.99. 表 3-2 第二階段實驗受試者之基本資料平均數. 標準差. 最小值. 最大值. 年齡(歲). 20.6. 1.64. 19. 27. 身高(公分). 157.7. 3.52. 149.5. 165. 體重(公斤). 52.08. 8.76. 38. 80. 立姿肘尖下點高度(公分). 98.0. 3.13. 91. 103. 立姿眼睛高度(公分). 147.8. 3.23. 139.6. 153. 23.

(44) 24. ~. ~1 65. 1 65. 1 63. 16 3. ~1 61. ~1 59. 16 1~. 1 59. 1 57. 5. 15 7. ~15. 15 5~. 1 53. 53. 人數 (個). ~1. 16 7. 16 5. 16 3. 16 1. 15 9. 15 7. 15 5. 15 3. 15 1. 49. 16 7~. 16 5~. 16 3~. 16 1~. 15 9~. 15 7~. 15 5~. 15 3~. 15 1~. 14 9~. ~1. 身高分佈. 10. 8. 人數 6 (個) 4 人數. 2. 0. 身高(公分). 圖 3-1 立姿偏好設定實驗之身高分佈圖(n=40). 身高分佈. 6. 4. 人數. 2. 0. 身高(公分). 圖 3-2 立姿偏好傾角實驗之身高分佈圖(n=24).

(45) 3.2 實驗設備 3.2.1 電動可調式之立姿工作站本研究第一階段實驗所使用的電動可調式立姿工作站，如圖3-3、3-4 所示，其鍵盤置放高度與螢幕置放高度(桌上型電腦螢幕所使用)，可分別利用電動輔助方式調整其高度，其中鍵盤置放高度之可調整範圍以勞研所之台灣人體計測資料庫(3)中的20歲至50歲的台灣勞工立姿手肘高度數據依據最為基礎，以女性立姿手肘高度之5%ile(916mm)與男性之 95%ile(1116mm)數據，加減100mm，即約800mm至1200mm作為調整規格。而桌上型電腦螢幕至放高度可調整之範圍，在不考慮下潛式螢幕擺放方式下，其調整範圍為鍵盤置放高度再向上增加300mm如圖3-5、3-6 所示。桌上型電腦螢幕置放台面有設置手動式滑軌，當螢幕高度調整高於鍵盤置放高度時可向前與向後滑動0~200mm。第二階段實驗則是將電動可調式立姿工作站做些許的改造如圖 3-7、3-8所示，由於針對筆記型電腦不需要使用到原電動可調式立姿工作站之螢幕可分開調整之機制(桌上型電腦置放其螢幕之位置)，因此利用此機制作為桌面傾斜角度可調整之升降機制，利用一新增桌面前方可做360 度旋轉之金屬元件固定於原立姿工作站之鍵盤置放台面上，而後方採用滑動機制，利用原可調式立姿工作站之獨立螢幕可調整高低的機制，以其高度可調整來改變桌面傾斜角度，其角度調整範圍約為0度(水平)~30. 25.

(46) 度。. 圖3-3 可調式之立姿工作站(正面). 圖3-4 可調式之立姿工作站(側面). 使用筆記型電腦. 圖3-5 立姿工作站之小台面(正面). 使用筆記型電腦. 圖3-6 立姿工作站之小台面(側面). 使用桌上型電腦. 使用桌上型電腦. 26.

(47) 圖3-7 可調桌面傾角立姿工作站. 圖3-8可調桌面傾角立姿工作站. (正面). (側面). 3.2.2 無塵室中使用之貨架平台無塵室中所使用之貨架平台規格並不一致，但其深度皆為 30cm，寬度約在 60~135cm 之間，高度約在 76~86cm 之間，而貨架平台之高度則以 88cm 為最常使用之高度，本研究中所做為與立姿工作站對照之用的貨架平台如圖 3-9、3-10 所示，其規格為寬度 60cm，高度為 86cm。. 27.

(48) 圖 3-9 貨架平台(正面). 圖 3-10 貨架平台(側面). 3.2.3 實驗操作之電腦設備第一階段實驗之電腦設備共有三種，第一個為桌上型電腦(Desktop PC) 及二台筆記型電腦(Laptop PC)，其規格如下： (1). 12 吋螢幕(XGA)之筆記型電腦(廠牌為 Acer)，其垂直螢幕上緣高度為 23.2cm、垂直螢幕中心高為 13.8cm、鍵盤寬度為 27.4cm、鍵盤深度為 23cm 與輸入鍵(enter)深度為 13.3cm。. (2). 14 吋正常螢幕(XGA)之筆記型電腦(廠牌為 IBM)，其垂直螢幕上緣高度為 26.2cm、垂直螢幕中心高為 15.5cm、鍵盤寬度 31cm、鍵盤深度 25.5cm 與輸入鍵(enter)深度為 14cm。 28.

(49) (3). 15 吋正常螢幕(LCD)之桌上型電腦顯示器(廠牌為 Acer)，其垂直螢幕上緣高度為 36cm、垂直螢幕中心高為 24.7cm、鍵盤寬度為 46.2cm、鍵盤深度為 16.7cm 與輸入鍵(enter) 深度為 7cm。. 3.2.4 實驗電腦作業本研究實驗電腦作業程式為以全螢幕為基礎的輸入作業，採模擬半導體廠房中所使用的輸入作業方式進行程式設計，為了更接近半導體廠房中真實作業狀況，受試者必須只能夠以鍵盤與筆記型電腦的觸碰盤 (touchpad)進行輸入作業。受試者必須依照作業程式所給予之英文字母及數字輸入到其所相對應之位置上，輸入順序並無規定。程式所給予的英文字母及數字是類似於半導體廠房中所使用之輸入物料之編號所設計的，並且其相關位置、英文字母及數字皆採用隨機方式給予。受試者將程式給予的資料輸入完成後必須將游標移至按鍵『下一頁』後，將作業畫面移至下一個輸入畫面再進行輸入，其輸入速度並無限制，受試者自行調整其輸入速度，但受試者必須盡可能將其完整無誤的輸入到其相對位置上。而作業程式輸入畫面如圖 3-11 所示：. 29.

(50) 圖 3-11 作業程式畫面. 3.3 肌肉負荷與作業姿勢量測儀器及其記錄方法 3.3.1 肌肉電位量測儀及其記錄方法肌肉電位量測儀是可以量測肌肉施力時電位的變化，進而評估施力狀況。其程序為電極貼片接收施力肌肉之電位訊號，經由傳輸線傳至訊號放大器(Signal Conditioners)經過放大、濾波等過程，然後再經由訊號線將訊號數據傳至訊號主機(Power Lab Systems)，最後再將訊號數據輸出至接收電腦，以記錄肌肉施力的電位變化的訊號。本實驗所採用肌電儀器設備是 ADInstruments 公司(澳大利亞)所設計的 Power Lab System 及 Chart. 30.

(51) 5.0 操作軟體(如圖 3-12)。. 圖 3-12 肌肉電位量測儀. 本研究所使用肌肉電位量測儀之表面電極片電極板為鍍上氯化銀的銀板，此銀板覆在皮膚表面，而銀板與皮膚表面之間有一糊狀的電解質，此電解質是用以增加皮膚之導電性，此時表面電極片便可用測量皮膚下方肌肉的肌肉電位，因此表面電極片適用於淺層肌群。本實驗所使用之電極種類是屬於貼在皮膚表面之非侵入式表式面電極，以黏貼方式貼於肌肉皮膚表面，即可將肌肉活動時造成皮膚表面電位變化傳導至電極版。實驗中使用電極貼片規格如下： (1) 電極貼片材質：Al/AgCl。 (2) 電極貼型狀：圓形。 (3) 電極貼大小：直徑為 30mm、35mm。. 31.

(52) (4) 黏貼時兩片距離：為 30mm、35mm。為了獲取良好的肌肉電位訊號，然後於貼上電極貼片前，將欲量測部位的肌肉皮膚表面將其毛髮剃除(如果需要的話)，再用酒精棉片擦拭，使皮膚乾淨以去除皮膚表面油漬，並可減少皮膚表面阻抗，因此本研究將實驗室環境溫度控制在約24±2℃，以保持皮膚乾燥降低干擾。電極貼片黏貼方法是將其貼於肌腹(muscle belly)，並在平行肌肉纖維(muscle fiber)的方向貼上一對電極貼片(Babski-Reeves et al. 2005(67), Ives et al. 2003(68), Lin et al. 2004(69))，而另外於肌肉纖維數量較少處，貼上一片電極貼來當作參考電位，大多以尺骨莖突(Styloid process of ulna)或尺骨鷹嘴突 (Olecranon process of ulna)當作參考電位。本實驗負責貼電極貼片之人員皆經過訓練，避免人為誤差。本實驗中使用肌肉電位量測儀的採樣頻率為 200HZ，高低濾波分別為 1000HZ 及 10HZ。於實驗進行前，必需先量測欲測肌肉放鬆時的肌肉電位，連續採樣紀錄 5 秒，則有 1000 筆原始數據，後將此 1000 筆原始數據，由小至大依序排序後，取其前 500 筆數據作均方根(root mean square，RMS)處理，此定義為肌肉放鬆之肌肉電位；而後量測欲測肌肉之最大自主收縮(Maximal Voluntary Contraction，MVC)的肌肉電位，再次由小至大排序後，取其 500 筆數據作均方根(root mean square，RMS)處理，此定義為大自主收縮之肌肉電位，而後以最大自主收縮之肌肉電位. 32.

(53) 減去肌肉放鬆之肌肉電位得之值，定義為此肌肉之 MVC 的肌肉電位值。於本實驗第一階段所量測之肌肉，係針對電腦作業時主要負責動作之肌肉群來選取，包括為左/右斜方肌(left/right trapezius muscle)(70. 、71). 、左. 、71). /右三角肌(left/right deltoid muscle)(70. 、右手肱二頭肌(right biceps brachii. 、72、73、74、75). muscle)(65. ，第二階段實驗中為評估桌面傾斜角度對手腕之影響、72、73). 而增加測試的右手尺側伸腕肌(right extensor carpi ulnaris muscle)(71. ，. 所量測肌肉群之功用與量測方式說明如下(Carola et al. 1995(76), Hislop et al. 2002(77))： (1) 右手尺側伸腕肌：其作用主要是伸直及內收手腕的動作，其量測方式為先使受試者坐在椅子上，而上身直立且無靠背，受試者將前臂平放在桌上，手掌朝下，在收集數據時，受試者之右手腕向上伸起，操作人員把手放置受試者的手掌背上面施一個往下的力量，受試者盡最大力量把手腕向上伸起起作抵抗，產生最大的自主收縮(MVC)，如圖 3-13 所示。. 圖 3-13 伸腕肌之測試方法 33. (出處 Hislop et al. 2002(77)).

(54) (2) 右手肱二頭肌：其作用主要是為肘部彎曲及前臂旋後，其量測方式將前臂平放桌上，手掌朝上，手肘略為彎屈，擷取測試數據時，操作者手握持受試者之腕部並施一個向下的力量，使受試者手臂向內縮抵抗產生最大自主收縮(MVC)，圖 3-14 所示。. 圖 3-14 肱二頭肌之測試示意圖. (出處 Hislop et al. 2002(77)). (3) 左/右三角肌：本研究所量測之三角肌為肩胛棘端部位(Spine of scapula)，而此部位之主要作用為伸直及外旋上臂，其量測方式為先使受試者坐在椅子上，而上身直立且無靠背，在收集數據時，受試者右手抬起，手臂與肩膀垂直，操作人員把手放置受試者的上臂並施一個往下的力量，受試者盡其最大力量將手臂向上抬起作抵抗，產生最大的自主收縮 (MVC)，如圖 3-15 所示。 34.

(55) 圖 3-15 肩三角肌之測試示意圖. (出處 Hislop et al. 2002(77)). (4) 左/右斜方肌：其主要功能為穩定、上提、內收及旋轉肩胛骨，其量測方式為先使受試者為坐在椅子上，上身直立且無靠背，在收集數據時，操作人把手放置受試者的肩膀施一個往下的力量，受試者盡最大力量作聳肩動作抵抗，產生最大的自主收縮(MVC)，如圖 3-16 所示。. 圖 3-16 斜方肌之測試示意圖. 35. (出處 Hislop et al. 2002(77)).

(56) 完成整個實驗流程後，將各肌群的負荷值與其最大的自主收縮值，取其百分比值及換算成成為％MVC 後，作後續的研究分析。％MVC 公式如下：. ⎡. ⎤ (實驗肌電位 ) - (肌肉無收縮肌電位 ) × 100% (肌肉無收縮肌電位 )⎥⎦. ％MVC= ⎢ ⎣ (最大自主縮收肌電位 ) -. 3.3.2 動態雙軸量角器及其記錄方法實驗中用於量測姿勢角度的儀器是電子動態雙軸量角器(如圖 3-18)，其中一端為伸縮版(Telescopic Endblock)，另一端為固定版(Fixed Endblock)與兩端中間之連接線為測量元件及保護彈簧(Measuring Element and Protective Spring)，其測量原理為伸縮版(Telescopic Endblock)與固定版(Fixed Endblock)的角度變化，則使測量元件內之電阻改變，因角度變大則電阻變小使得電壓電位變高，以電壓電位改變去推估角度的變化，其中必須給予兩個已知之角度作為電位之基準。而其程序為將測量元件內之電壓電位改變之訊號資料經由傳輸線傳送至訊號放大器與接收器(如圖 3-17)，再經由訊號線將訊號資料傳輸至 ADInstruments 之訊號主機 (PowerLab Systems)，最後將訊號資料輸出至接收電腦，以同步紀錄訊號資料。實驗中共使用之三組電子動態雙軸量角器(Electrogoniometer)，其中共分為兩種型號，一組 x-65(如圖 3-18 右)及兩組 x-110(如圖 3-18 左)，x-65 36.

(57) 伸縮版至固定版長度較短適合於頭頸與手腕部位的量測，於第一階段實驗中使用在量測頸部彎曲角度(使用單軸)，而 x-110 伸縮版至固定版長度較長適合於肘關節及肩關節的量測。. 圖 3-17 訊號放大器與接收器. 圖 3-18 動態單/雙軸量角器. 本研究所量測身體姿勢參數角度包括：(1)第一階段實驗所量測之頸部屈曲伸展之角度(neck extension/flexion angle)，目的為評估受試者在不同的操作條件下，對其頸部屈曲伸展角度的影響；(2)右上臂屈曲與外展內縮角度(right shoulder abduct/adduction、extension/flexion angle)，目的為評估受試者在不同的操作條件下，對其右上臂之屈曲與外展內縮角度的影響；(3)右手肘關節彎曲之角度(right elbow angle)，目的為評估受試者在不同的操作條件下，對其手肘關節角度的影響；(4)第二階段實驗中為評估桌面傾斜角度對手腕之影響而增加測試的右手腕伸屈之角度(right. 37.