人體工程學的基本概念

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人體工程學的基本概念范文第1篇

關鍵詞：人機工程學　課堂教學　教學成果

中圖分類號：G64　文獻標識碼：A　文章編號：1007-3973(2011)005-163-02

工業設計是以工學、美學、經濟學為基礎對工業產品進行的設計，其理念是在符合各方面需求的基礎上兼具特色。工業設計是一門綜合性、應用性很強的交叉性學科，它旨在形成和諧的實物環境，最充分的滿足人的物質需要和精神需要。工業設計在企業中有著廣闊的應用空間。

1.　人機工程學教學的重要性

人機工程學是研究人在某種工作環境中的解剖學、生理學和心理學等方面的各種因素；研究人和機器及環境的相互關系；研究在工作中、家庭生活中及休閑時怎樣統一考慮工作效率，人的健康，安全和舒適等問題的學科。本課程是工業設計專業的重要組成部分，它為設計安全可靠、便于使用的產品提供了人機關系方面的理論依據和方法指導。

我國的工業設計專業教學，形成了兩種基本知識體系：一種是工程技術體系；另一種藝術美學體系。根據工業設計專業辦學基本要求，無論哪種知識體系，都必須學習人機工程學、工業設計工程基礎等課程。從人機工程學教學方面來說，傳統的理論知識灌輸過程所涉的工科知識較大，面對大量的原理和數據公式，藝術類學生聽起來費解，也容易產生疲勞和厭學情緒。課程的教學成效關系到后續課程教學是否能順利展開，而死記硬背、不加理解的學習方法和模式起不到應有的效果。

通過人機工程學的課程學習，應該讓學生理解設計是什么，怎樣設計，設計達到的效果。具體來說，轉變成人機工程學課程中要解決的3個目標，就是“尋找產品問題、正確分析原因、重新改良設計”，再簡化一下可表達為設計上常用的述語：發現問題、分析問題、解決問題。這3個教學目標實際上就是設計的三個階段。本文將從教學實際出發，探討人機工程學教學改革中的實踐與體會。

2.　人機工程學課程的教學目的

工業設計教育不應該試圖把學生教成每一方面都精通，能在事先熟知的所要設計的產品的各個方面的專家，事實上也不可能做到這一點；而應該把設計教育的重點放在讓學生學會這門學科的基本理論和基本研究方法以及培養他們對知識的應用和與再生能力上，使學生能夠舉一反三，在面對新問題時能夠迅速把握實質，靈活運用所學的知識并以創造性的方法解決這些問題。

由于工作對象的多樣性和復雜性，設計師必須經常面對各式各樣的人機問題，這種情況給人機工程學的教學工作帶來了一定的困難。人機工程學研究內容的涉及面廣，涉獵的學科繁多，再加之信息技術的不斷發展，甚至可以延展出界面設計這樣獨立的設計課程，因此作為工業設計專業的學生不可能真正全面地掌握人機工程學各個領域的所有內容。人機工程學的教學目的也絕非是讓學生認真背誦書本的概念與數字，而是教會學生具有基本的人機工程學觀念，提高其人機意識，了解基本概念、內容和方法，在以后的設計實踐中能夠自覺查閱相關資料，深入學習，使其設計更科學和全面。

3.　人機工程學教學改革的探索

人機工程學教學方法的得失和教學內容的安排，往往直接影響到教學效果的成敗。因此，實際的課堂教學中，科學的教學方法、先進的教學手段和合理的教學安排，能夠激發學生的學習興趣，培養學生積極思考和解決問題的能力，牢固地掌握并靈活運用知識。

3.1　聯系實際生活，引導學生自主學習

傳統的人機工程學教學，為了引起學生對課程的重視，在課程之初會用很多時間來探討課程的重要性。人機工程學興起的直接原因是二戰中大量因人機設計失誤而導致的飛機失事。軍事領域的人機設計問題讓學生覺得很新奇，但畢竟離我們的現實生活太遠了。

那么到底在我們的日常生活中，需不需要人機工程學，有沒有值得我們去改進的設計方面呢。教學中，我把這個問題作為第一次課后作業留給同學完成，并給了兩個學時的課堂討論時間。通過討論，同學們發現了很多在生活中運用人機工程學的例子，有正面的，也有反面的。正面的例子有：階梯教室的座位高低錯落，保證了各個位置同學的視野；電腦腕墊設計有效緩解了手腕疲勞；椅子的腰靠設計有效緩解了腰部不適；高低可調的課桌椅適應了不同身高的客戶需求等等。反面的例子有：公寓床的長度不適合于身高過高者；固定式課桌椅不能滿足所有同學的身高尺寸；公用衛生間門后不設掛鉤，給入廁者帶來不便等等。

通過設置思考題并結合課堂討論的形式，引導學生思考本門課程的重要性和實用性，既避免了傳統教學反復說道的枯燥乏力，又調動了學生的積極性，真實地感受到了課程的重要性感和實用性，從而提高學習的自主性。

3.2　通過課程實踐，理解科學數據的由來

人體尺寸的測量，是人機工程學中人體尺寸獲得的基礎，更是產品尺寸確定的重要參考。傳統教學中，對于該部分內容，教師們會對照人體尺寸表格和圖示一一講解，以幫助學生理解。這種教學模式可能出現的問題就是：一旦離開書本，學生很快就忘記了測量項目的名稱和具體測量的人體部位，更難以在產品尺寸的設計中，快速、有效地找出人體尺寸的參考值。

為了提高教學效果，在教學中我們在此部分設定了實踐環節：在同學配合下，測量自身的人體主要尺寸、立姿和坐姿尺寸，畫出尺寸圖，并進行1：2的人體模板制作。同學們對實踐課題表現得非常興奮，測量自身的人體尺寸讓他們覺得很親切。很多同學測量中發現出現各部分尺寸相加高于或低于身高，而十分不解。最后在老師的協助下，通過測點標記和輔助測量基準面都得到了解決。實踐環節進行的盡然有序，充滿歡聲笑語。

在完成人體尺寸圖和人體模板時，同學們都掌握了這部分的知識，很有成就感，并興奮地表示記憶深刻，十分難忘。由此可見，合理的實踐環節設置，對學生深入理解和靈活掌握知識，起到了巨大的推動作用。

3.3　分析設計案例，提高分析問題的能力

顯示與控制設計在產品設計的應用極為廣泛，教材中設置了大量圖例來講解該部分的重要性與應用。在傳統理論教學的基礎上，為了進一步提高同學的分析問題能力，實際教學中引入了櫥柜設計的案例，讓大家學會客觀地評價設計的優劣。

案例中，新櫥柜設計的主題是“生活如此簡單”，產品的使用方式非常方便。當我們用身體的任何部位輕輕觸碰柜門時，相應的抽屜就能迅速彈出，所有的餐具快速展現于眼前。在輕松愜意的背景音樂配合下，主人游刃有余地穿梭在廚房中，寵物狗也舔開了其中一個抽屜，享受屬于自己的美食。看完案例，同學們都很興奮，紛紛夸獎設計太棒了，操作方便，技術先進，十分完美。討論的最后，我肯定了大家的正面評價，并提醒大家分析一下設計有沒有什么問題呢?同學們頓時安靜了，在積極地引導下，同學們靜下心來，開始思考設計方案華麗外表之下存在的問題，并得到了正確的結論。

面對新的設計，大家已經習慣了給予高度的評價和贊許，而設計中還有沒有可改進之處，很多人都會忽略。而作為設計人員的我們，對產品的評價不應該限于此，我們還要看到比常人更深刻的方面，為后續的設計研究找到方向。因此，教學中除了教會學生現成的理論知識以外，要引導學生學會分析實際問題，任何問題都存在兩面性，我們要學會科學、客觀地對設計方案進行評價。

4.　結束語

人機工程學是一門技術性學科，其相關理論知識在生活中隨處可見，在教學中應該突出其科學性和實用性，通過各種方式方法，引導學生積極思考和實踐，杜絕死記硬背和填鴨式的教學模式。在工業設計專業的人機工程學的教學過程中，應該突出基本原理、工程程序和研究方法，這樣既能確保設計師具有較扎實的理論基礎，又能使設計師在解決問題時具備正確的思路和開展工作的手段。

注釋：

①汪惠芬，劉婷婷，《人機工程學》課程教學模式探索與實踐[J]，應用研究，2007，36(9)：71－75.

②丁玉蘭，人機工程學[M]，北京理工大學出版社,2005年8月：2.

人體工程學的基本概念范文第2篇

關鍵詞：高校；無機化學；現狀；改革策略

中圖分類號：G652　文獻標識碼：A　文章編號：1671-0568(2012)41-0102-03

無機化學是一門專業的基礎學科，涉及的范圍很廣，包括了環境工程學、食品工程學、生物工程學等，是向整個高校工科類一年級本科學生開設的化學基礎學科，更是學生踏入高校后學習的第一門化學基礎學科。所以，高校要特別注意相關銜接工作，重視銜接教學，實現更好的過渡，讓學生能更快地從中學化學轉移到大學化學中來，并且為他們今后學習相關課程打下堅實的化學基礎。高校領導也要特別重視無機化學這門課程，充分發揮無機化學教研組所有教師的力量，通過大量的時間，對課程進行改革。臨滄師范高等專科學校(以下簡稱“我校”)經過一系列的改革，無機化學逐漸把“必需、適用、實用”這些原則體現了出來。在面對學習時間壓縮的情況下，也能最大限度地使學生更好地掌握無機化學基礎知識，更好地領悟無機化學的精髓，實現理想的教學目的，獲得良好的學習效果。通過不斷完善教學方法，對無機化學教學內容進行更好的精選，合理地安排教學，加之利用多元化的教學手段，促進了教學質量的提升和教學目標的實現。

一、優化體系

我校從無機化學課程的內容和體系上出發，改進了教學內容，改變了原有課程的體系設置，將與中學化學或者其它化學課程相重復的內容進行適當的刪減，堅持“必需、適用、實用”的原則，增添了實用性強的新內容。在教學過程中，提升基本理論的內涵、加強基本原理的理解、靈活多用的基本方法、計算與操作。以無機化學的基本理論作為出發點，將四大化學的平衡原理作為主線，注重應用，加強實踐，打造全新的無機化學課程體系結構，層層遞進地開展，使學生更容易接受。還加強改革課程結構體系，提高了教學效率。面對課程結構體系改革的不斷深入，自然會給傳統的無機化學教學帶來諸多問題，若要更好地改善傳統教學確非易事。因此，教師想盡辦法，瀝盡全力，將教學大綱的基本要求為出發點，徹底改善傳統的教學方式，從而達到提高教學效率、增效的目的，做到“減學時，不降質量”。通過長期的教學實踐，根據高校化學專業與學生的特性，大規模、系統地完善和修訂了課程的理論教學大綱和實驗教學大綱，讓其呈現出高校獨有的教學特色。根據不同專業的不同特點，還提出了分層教學的兩種大綱模式：《新大學化學》和《無機化學》。為了更好地適應不同專業對化學的不同要求，合理地調整了各個層次的課程：《新大學化學》108學時，《無機化學》72學時。

無機化學課程的主要目的是：讓學生掌握化學平衡、化學反應速率、物質結構、元素周期定律以及化學熱力學等相關基礎理論與概念，更好地理解元素以及化合物的結構、性質、反映規律，掌握其用途，激發思維能力，培養科學素養及其訓練分析和解決問題的能力，引導學生應用正確的學習方法，初步掌握科研方法，樹立正確的人生觀、價值觀、世界觀、辯證唯物觀，為以后的學習打下堅實的基礎。根據教學大綱的要求，還需要采用學習參考書《無機化學習題與自測題》，針對每章的課堂授課內容的要求以及進度而設計的課后練習與自測題進行課后練習，目的是幫助學生及時掌握和鞏固知識。自測題具有各式各樣的特性，有助于學生在每章完成后檢查自己的學習情況。通過對參考書的使用，不僅可以引導學生學習，還能激發他們的思維能力。

新的教學大綱從宏觀的角度詮釋了學生掌握知識的深度與廣度，符合教學規律和高校學生的學習特征。新的教學大綱要求，必須掌握基礎理論和基本概念，把握重點，詳細講解，刪減重復內容，提升教學層次。根據專業特點的差異性與計劃課程的要求，對內容進行篩選，將比較簡單、易理解的內容劃分為自學內容，將傾向于理科及理論性較強的內容劃分為選修內容，符合學科專業的培養目標。新教學大綱明確指出，對每一章節需要理解、掌握、熟練，課程在部分章節中安排了比較簡單的自學內容。高校學生經過高中階段的學習，適應大學學習方法后，初步形成自學和獨立理解問題的能力。對學生進行自學安排的時候，可以引導他們參考更多資料，適當地設計一些思考題，點燃學生的學習熱情。

為了使一味灌輸、面面俱到、平均分配的傳統教學模式得以突破，在相對較少的學時中，本學科新知識、新成果、新信息要進行適當的增加，拓寬知識面，加強應用。要增加與專業密切相關的知識，例如：生物技術與化學的關系、細胞核內蛋白質動態變化研究進展、人體生命元素功能，等等，不僅加強專業與課程的密切關系，還致力于提升學習興趣，增強學習能力。

二、無機化學教學方法的改革

新時代倡導素質教育，倡導以學生為主體，教師為主導。高校無機化學主要應用啟發式的教學方法，注重實踐，充分應用全方面、多元化的教學手段，提升教學質量。教學設計要堅持學生為主體，引導和啟發學生，貼近學生生活，選取學生較為關心的話題。例如，有關綠色化學、大氣污染等課題的討論，都可望調動學生的學習積極性，提高學生的自學能力。在進行綠色化學相關討論時，部分來自農村的學生通過閱讀大量資料，明確今后的學業中會以回到家鄉發展綠色產業為目的。教師應該掌握學生的心態，做好循序漸進的引導，讓學生從被動學習轉變為主動學習。教師要在課堂上掌握學生的學習情況，針對他們的基礎差異性，做好分層教學。分層教學的目的不是為了選出尖子生，是要讓學生都能得到發展和進步，讓學生感到教學目標就在他們身邊，從而能更好地實施教學手段，實現教學目標，促進學生全面發展。

在進行無機化學教學時，為了鞏固課堂教學質量，理論結合實際，需要加強基本訓練和平時考核。為了緊貼課堂教學內容，讓學生能及時掌握和鞏固知識，我校采用了學習參考書《無機化學習題與自測題》，實施兩節課布置一頁參考書的作業。教師認真檢查作業，仔細批改，對作業情況進行評分，整個學期作業評價得分以20％納入總成績。通過對作業的批改，教師能及時掌握問題，方便下次在課堂上進行講解。針對個別問題則對學生進行解答，促進學生更好掌握本章的難點和基本概念。每章完成以后，督促學生做自測題。自測題題型多樣化，且有注解，有助于學生更好地檢查自己對學習內容的掌握程度。

課堂教學中，充分發揮多媒體教學的作用，使教學內容形象化，將傳統與先進有機結合，利用計算機進行輔助教學，將知識動態化，將微觀轉化為宏觀，變抽象為直觀，實現整個課程的最優化。例如，學習原子結構時，多媒體的加入讓學生更容易理解這類抽象的知識。理論課實施啟發式、參與式教學，組織學生討論，教師解答疑難，將原本枯燥無味的無機化學變得更有生命

力，提升了學生學習的積極性。

三、激發學生動手和動腦的能力

無機化學課程具有豐富的實驗內容，對實驗選題要準確、恰當。改革過后的無機化學，具有20個實驗、72學時。引導學生養成良好的實驗素質，通過測定、原理、現象的實驗，對學生的觀察能力、總結能力、判斷能力、動手能力、概括能力進行基本操作訓練。用“微量實驗”代替原來的“硫酸亞鐵銨的制備常量實驗”，降低了實驗成本，減少了實驗時間，實現了教學目標。開放性實驗《三氯化六氨合鈷的制備和組成測定》，是讓學生在掌握基本概念和理論的基礎上，靈活運用化學原理和試驗方法，從開始收集資料、制定實驗方案、準備實驗儀器到實驗結束后的數據處理與討論，都要求獨立完成，其重點在于激發學生善于動手、動腦，敢于發現、分析、解決問題，全面提升無機化學實驗教學的質量。

四、完善試題庫建設

學生成績的總體狀況要堅持考教分離，對評分實施統一標準，考卷及標準答案存檔。要應用試題庫，提高教學質量，提高課程水平，上升到更高的層次。根據高校專業和學生的特點，設計多套《無機化學》試卷及標準答案，構建試卷庫，降低試題的重復率。總結學生最后的綜合成績，其目的是為了讓學生重視無機化學的每一個環節，盡量堅持上課，認真學習，避免臨考搞突擊的現象，促進學生學好化學基礎課，為今后的相關課程打下必要的基礎。

五、完善課程考試改革與教學管理制度的建設

人體工程學的基本概念范文第3篇

關鍵詞：人機工程學；數控機床；設計

1.數控機床的基本概念

數控機床是一種用數字和符號構成的數值信息控制的自動化機床數控機床具有以下主要特點：①提高加工零件的精度，穩定產品的質量。②能完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜零件加工。③生產率高。④對產品改型設計的適應性強。⑤有利于制造技術向綜合自動化方向發展。⑥減輕工人勞動強度、改善勞動條件。⑦數控機床具有屏幕顯示功能。2.數控機床的造型與人機工程的關系

2.1人機問題

高科技是我們認識世界和改造世界的一種手段，高科技產品的設計，人機分析是其中必不可少的也是最重要的環節，其目的是把一切可能給使用者造成危險或者不便的因素消滅在設計過程中，使系統安全高效地運作。人機問題要放入整個系統中加以權衡、考慮，不可片面地強調一方面忽視其他方面。

2.2 人機關系

數控機床作為一種高科技產品，一種人類進行生產加工的重要工具，人機因素在整個系統中占有重要地位。設計數控機床時，在不斷完善功能的過程中，設計師越來越多的目光集中到了人機問題中，設計過程著重研究“機”與“人”之間的關系。人機關系在數控機床設計中的作用如圖2-1所示。

圖2-1 人機關系在數控加工中的作用

2.3 人機造型

數控機床的使用環境發生了變化。在現代化生產中，生產環境整齊干凈、有條理，人對機床的直接操作非常少，主要是控制面板上的操作，因此機床的造型應該與環境和諧。造型清新優美和人性化，給人以心理上的鼓勵。下圖2-2為德瑪吉的數控機床，給人以高雅、清新的感覺。

圖2-2 德瑪吉公司的數控機床

數控機床的工作臺、操作面板等是供人觀察、操作用的，它們的尺寸、位置、高度等均應符合“平均人”的尺寸。操作面板是人機交互的主要界面，人在上面進行細致的信息化控制操作，它的位置、傾斜角度及它上面的顯示、控制裝置的大小、位置等，都應使人在觀察和操作時處于舒適、準確和高效的工作狀態。操作面板的位置形狀可多種多樣，它與床身的相對位置有貼合式、懸掛式、下伸式、分離式。操作面板的定位應根據機床的造型和操作要求來決定。

2.4 人機安全

數控機床的安全感對于使用有重要意義。安全感體現在使用者的心里和生理兩個方面。通過造型語言，例如渾然飽滿的整體造型、精細的制作工藝、沉穩的著色處理給人以心里上的安全感；通過人機工程設計，例如合理的尺寸、設計能夠避免無意間觸動的按鈕開關等，給人以生理上的安全感。

3.數控機床造型和人機工程的應用

3.1外觀造型設計思路及特點

（1）數控機床設計的方法采用模塊設計，首先將整體劃分為機身和控制面板，機身又分為機座、機架、機窗等。采用弧線形流線設計是流行的趨勢。采用弧線型機窗，美觀大方。

（2）機座色彩選擇穩重的黑色，機身部分采用純凈的白色。

（3）現代機床的流行趨勢之一是透明化，直觀化，機窗設計采用寬敞的玻璃視窗，給操作者操作時提供大面積的可觀察范圍，便于監控生產過程，同時清楚地顯示了這是工作處理區。

（4）數控機床的繪制產品的設計完成要通過三維設計軟件實現，主要應用SOLIDWORKS軟件設計，此款軟件功能強大，具有直觀、精細等優點。

3.2 機床門的造型設計

機床門在設計時，要考慮到與機床操作人員接觸過多的問題，尺寸、結構是否能有利于操作者是在設計時考慮的重要因素，門的寬度和高度也會對外觀造成影響，門若太窄，工件放不進去，門若太寬，增加了制造成本。此外門的高度也應引起設計者的重視。大型的加工中心，由于體積大，重量大，門的高度一定要比普通機床高，以方便工件進出。所以，掌握好門的尺寸與比例，要重復需要符合人機工程學原理。

3.3 觀察窗的造型設計

觀察窗是操作者在工作時，對內部工作過程的監測與反饋。觀察窗的高度應按照五十百分位的人體的視高尺寸來設計，以適應不同身高的人群。人的視線一般是水平的，最佳的視野范圍是視線上下10度。觀察窗的高度和大小要把人的最佳視野區域包括在內，以保證操作者觀察的方便。

3.4 把手的人機造型設計

把手的長度在設計中需要重視，現有的數控機床把手造型多采用長把手設計，一方面是為了造型的需要，另一方面也可以適合不同身高的人群抓握。但也有不少機床采用短把手，短把手的設計就要考慮把手長度對人體抓握的影響。國家標準的操縱器一般人類工程學要求手掌把手的長度尺寸應大于75mm。因此，短把手的設計需要考慮把手長度，要與人手尺寸相符合，使得操作者抓握舒適。把手的設計除了要考慮造型尺寸，還要考慮機床上的安裝位置。

4.小結

數控機床外觀造型進行人機工程學分析中，從整體與局部的觀點出發，對數控機床的造型風格和形態進行深入的研究。針對數控機床人機界面和產品外型在使用過程中闡述了生理、心理等方面的影響。在設計過程中，主要考慮舒適、便捷、安全和高效性，希望可以促進人機交互的應用與發展。

參考文獻：

[1]丁曉東.從人機工程角度談機械產品的造型設計[J].機械研究和應用，2000，13（3），52―54

[2]石金濤，顧琴軒.安全人機工程[M].上海：上海交通大學出版社，1998

人體工程學的基本概念范文第4篇

廣州第一軍醫大學衛生處　（510515）

關鍵詞　脊椎推拿　手法研究　生物力學　重要性

脊柱推拿是以各種力學，特別是生物力學為其理論和假說依據的。與脊柱源性致病的相關學說有很多，較為認同的有脊柱各節段的固定學說、椎體的偏歪學說和由于脊柱內外的平衡失調所致的神經傳導障礙學說等。雖然脊柱推拿可緩解患者脊柱的功能障礙，但脊柱推拿治療的治療機理仍不十分清楚。由于無法確定脊柱或椎體的位置異常與脊柱功能改變之間的關系，因此，將與之相關的臨床表現（現象）都統稱為"半脫位"（Subluxation）。

半脫位包含了"骨錯縫"，即脊柱的偏歪學說和"骨固定"，為脊柱的固定學說的兩種。脊柱的固定學說認為脊柱固定或僵硬可導致脊神經的功能障礙。這些半脫位概念是臨床上使用脊柱推拿手法的理論依據。脊柱是由骨骼、肌肉、血管和神經組成，具有許多機構力學和生物力學性質，其功能類似于船桁、發動機和液壓裝置等，許多臨床現象都證實有關脊柱關節半脫位的假說是成立的、合理的。這種將脊柱結構簡單化的描述對脊柱推拿者來講是很容易接受的。作為研究探索極度復雜脊柱功能和性質的一種有效方法，機械工程模型在生物體（包括人體）中的應用正在被廣泛地接受。這并不是說脊柱的結構和功能完成等同于簡單的結構，因為單一的脊柱結構或功能是無法完成脊柱復雜和精確的運動和負重等功能。

在推拿界一些人將脊柱病變只是簡單的分為靜力下移位和動力下的功能障礙，對此可采用各種脊柱推拿手法來治療，然而這種看法未免有些膚淺。臨床應用的各種脊柱推拿手法，如一些上頸段的推拿手法是根據脊柱移位的方向來設計的。臨床醫師根據患者頸椎的活動度將頸椎的功能障礙分為頸椎活動度增大或頸椎活動度減少。

根據推拿臨床和基礎研究所提供的資料，有關研究小組在對此進行深入研究后得出的結論是："目前，尚無法證明一些脊柱病變，如半脫位的確切病理機制和病變過程。"著名的生物力學專家white和Panjabi在對脊柱推拿的基礎研究進行綜合分析后于1978年發表了"脊柱推拿療法的研究狀況"一文。文章對脊柱推拿的核心問題如半脫位進行了評價，認為："目前，不同學科的專家尚無法定量或定性地重復出由推拿醫師所介紹的脊柱半脫位的征象，因此，僅就現有的資料無法使人信服推拿的治療機制。"

脊柱推拿的生物力學致力于研究脊柱推拿理論上不足，它是用科學的觀點和方法，客觀地研究脊柱內在的生物力學關系、脊柱整體的力學系統和基本的生物力學特性。運用生物力學的方法和觀點來闡述脊柱推拿的基本概念和作用機制，如半脫位的確切定義等。如何將脊柱移位的功能障礙的關系有機的結合在一起，將是脊柱基礎研究所面臨的難題之一。

通過科學的研究方法了解脊柱生物力學的性質，進而改進脊柱推拿手法的技巧，是脊柱推拿研究的目的之一。它是要將脊柱復雜的解剖結構、生物力學性質、功能以及脊柱在正常和異常狀態下的功能特點，介紹給脊柱推拿者。運用科學的定義來闡述脊柱關節"半脫位"，而不是簡單地將脊柱看成是機械裝置。

目前尚無法確切地闡述脊柱推拿的作用機制，因而研究脊柱推拿，不僅僅是更準確地描述脊柱關節半脫位、脊柱病變時的神經功能障礙，而且也是為了更確切地闡述脊柱推拿的作用機制，完善和改進脊柱推拿手法。通過研究更進一步了解脊柱解剖結構的特點和生物力學性質。由于在推拿界對脊柱關節半脫位的描述多是基于抽象思維或是由理論上的推測而來，醫學界對脊柱推拿普遍存在著一定的偏見或有不同的看法，所以我們要用科學的方法和術語，如解剖學、生物力學和物理學等來定義和描述脊柱關節半脫位。

一般認為脊柱關節脫位多是由于脊柱力學結構的完整性受到破壞所致，所以對半脫位進行準確的定義必將有助于消除目前有關脊柱推拿中的某些模糊概念，對進一步理解和掌握脊柱的解剖結構和生物力學性質，提供可靠的、基本的理論依據。

對脊柱進行科學地研究，在于要運用科學的觀點來闡述脊柱關節半脫位，這樣可擴大，而不是限制脊柱生物力學的臨床運用。應當認識到脊柱并不是象計算機構筑的模型一樣，它是處于不斷地更新和變化著的，雖然這種變化很慢，但與所有活體一樣，脊柱的各個部分并不是一個靜止的部件，它是不在斷地變化著、更新著、修復著和生長著的，是生物體的一部分。正常脊柱的許多生理參數都不是恒定著的，而是不斷地變化著。根據一些理論和假說，有人認為椎體間只是簡單的聯結，并不復雜，而實際上，維系椎體內穩定的各種機制是相當復雜的。

雖然人體脊柱的整體輪廓和功能基本相同，但沒有兩個不同的個體間的脊柱會是完全相同的。由于脊柱的退行性改變和各種各樣的解剖學變異，使得我們對脊柱不同部位間的關系也不能簡單機械地推斷。我們所強調的是研究脊柱基本的生物學原理和特點，而不是僅研究脊柱運動節段的"半脫位"、"關節固定"或是僅探討脊神經的嵌壓等問題。

與機械結構不同的是，脊柱的功能是根據反饋機制調節的，主要是由負反饋控制的。一般來講，影響負反饋調節的單一因素容易被確定。一般認為人體內維持體內平衡的所有控制系統都是受負反饋調節機制調節的，這是人體很重要的生理功能之一。通過機體內相互聯系的反饋通道和正負反饋機制，許多因素可影響人體的反饋系統。脊柱的非線和脊柱內外平衡的統一表明，運用脊柱推拿手法來治療脊柱疾患，其機制是試圖將脊柱病變與影響脊柱功能改變的單一因素聯系在一起，如脊柱的對線失調、脊柱的僵硬固定等，由于將脊柱結構和功能過于簡單化，因而，對此有很大的爭議。所以在脊柱推拿的研究中應盡最大可能地了解和發現，影響復雜反饋過程的非正常干擾因素，以避免無效勞動和無謂的爭議。

現代醫學是根據疾病的病理狀況來說明和表達人體異常的解剖結構和功能的。如果將脊柱的各個部分看成是相互之間沒有聯系的部件，那必將把人體解剖結構和功能的病理性變化情況用純力學術語來定義和表達。由于機械應力有可能引起脊柱的病變，一些病變可能還會影響到脊柱結構的完整性，所以應當用力學的概念，特別是用生物力學的概念來描述脊柱的疾病狀況。

脊柱推拿中的許多內容，如推拿術語和操作是很自然地受到力學概念的影響。如對橫突和棘突推搬手法的運用以及對推拿手法的分析也是根據力學概念進行的。由于生物力學概念的應用與現代醫學的內涵密不可分，所以對脊柱推拿手法的評價進而轉向基本的生物力學，除此，還應包括物理學和工程學等內容，以尋求應用新的理論和方法，重新研究脊柱推拿。通過研究使我們能更進一步地了解脊柱推拿的作用機制、創新脊柱推拿手法、淘汰繁瑣和不合理的脊柱推拿手法。

人體工程學的基本概念范文第5篇

醫學工程由于其學科的高度綜合交叉性，對學生創新能力的培養相對其它學科更為重要，也更具有探索性。關于醫學工程學生創新能力培養的論文已有很多[3-6]，他們都從不同的角度闡述了醫學工程學生創新能力培養的途徑、方法與模式。具體從某一學術領域研究對醫學工程創新能力培養的文章還鮮見于文獻，本文嘗試從圖像分割領域入手，首先概述圖像分割的概念和基本算法，接著闡述圖像分割在醫學工程領域中的重要作用，最后結合實際應用重點研討醫學工程學生的創新能力培養。

1圖像分割及其基本算法

圖像分割是一種重要的圖像分析技術。在對圖像的研究和應用中，人們往往僅對圖像中的某些部分感興趣，這些部分常稱為目標或前景，而其他部分稱為背景，前景一般對應圖像定的、具有獨特性質的區域。為了辨識和分析圖像中的目標，需要將它們從圖像中分離提取出來，在此基礎上才有可能進一步對目標進行測量和對圖像進行處理。簡而言之，圖像分割就是指根據某種均勻性或一致性的原則將圖像分成若干個有意義的部分，使得每一部分都符合某種一致性的要求，而任意兩個相鄰部分的合并都會破壞這種一致性。圖像的分割在很多情況下可以歸結為圖像像素點的分類問題[7]。目前應用較多的圖像分割方法主要有兩種：基于區域的圖像分割方法和基于邊緣檢測的圖像分割方法。前者通過檢測同一區域內的均勻性是否一致來將圖像中的不同區域識別出來，主要包括閾值分割法、區域生長法、聚類分割法以及基于隨機場的方法等。基于邊緣檢測的分割法是通過邊緣檢測技術把不同區域分割開來，常用的方法包括微分算子法、形態學梯度法、曲面擬合法、邊界曲線擬合法，以及串行邊界查找等[8]。這些分割方法都有自己的優點和缺點，以及不同的應用范圍。經過對這些算法的改進以及重新組合，也有人提出了新的算法，盡管這些新的算法對一些圖像的分割能夠取得好的效果。但對于背景復雜的弱邊界醫學圖像分割效果不佳。近十年以來，針對傳統圖像分割方法的局限性，研究重點逐漸放在基于偏微分方程、借助曲線演化模型等數學建模方法的圖像分割，其中最具有代表性的就是水平集方法和活動輪廓模型[9]。盡管這類方法的分割效果與參數的選擇有關，但具有一定的規律，且只要參數選擇合理，對于邊界模糊、對比度低的醫學圖像分割，亦可達到理想的分割效果[10]。

2圖像分割在醫學工程中的重要作用

隨著醫學成像在臨床診斷和治療上的作用越來越顯著，醫學圖像分割就成為醫學圖像分析領域的一個重要的研究課題。由于手工分割很耗時，且主觀性強，因此，尋求在計算機的幫助下，從CT、MRI、PET以及其它模式醫學圖像中提取有關解剖結構的有用診斷信息成了我們的任務。盡管現代成像設備提供了對內部解剖結構的優越的觀察條件，使用計算機技術對內部解剖結構進行精確而有效的量化和分析仍然是有限的。醫學圖像分割可以提取出準確的、可重復的、量化的病理生理數據，滿足不同的生物醫學研究和臨床應用的需要。醫學圖像分割的目的是通過提取描述對象的特征，把感興趣對象從周圍環境中分離出來，分析和計算分割對象的解剖、病理、生理、物理等方面的信息。圖像分割過程是對醫學圖像進行對象提取、三維重建、體積顯示、圖像配準、臨床診斷、病理分析、手術計劃、治療方案、療效評估、影像信息處理、計算機輔助診斷等處理的一個必不可少的步驟。醫學臨床實踐和研究經常需要對人體某種組織和器官的形狀、邊界、截面面積以及體積進行測量，從而得出該組織病理或功能方面的重要信息。精確的測量對疾病的診斷和治療有重要的臨床意義。在一段時間內多次測量同一種與某種疾病相關的組織的體積，可以得到病情發展的信息或用作治療效果的監測手段[9]。如腫瘤學的臨床研究經常用腫瘤收縮的程度和時間來評估治療效果，將腫瘤大小的精確量化數值作為療效的測度；肝臟移植供體與受體的肝臟體積測量與脈管分析是肝臟移植術前最重要的預評估工作；視網膜血管的形狀、寬度、扭曲以及分叉等結構特征的變化可以直接反映各種眼科疾病對血管網絡形態結構的影響，這些特征的變化對某些眼底疾病的早期診斷有重要的意義[11]等等，這些都與圖像分割及其準確程度密切相關。此外，不同模式醫學圖像間的配準、血液細胞的識別和分類、血管造影圖像中冠狀動脈邊緣的監測、乳腺片中微鈣化點的檢測、放化治療、神經外科手術的計劃與圖像引導的手術等也都要求對組織成分的位置和大小精確定位和計算。對人體各種組織的正確分類不僅可以為臨床組織病變提供計算機輔助診斷依據，而且也是圖像三維重建和醫學圖像可視化的基礎。由于人體解剖的個體差異較大，臨床應用對醫學圖像分割的準確度和分類算法的速度要求又較高，目前雖然已有多種分割算法，但是遠未達到完善。因此，醫學圖像分割領域的研究仍然是當前醫學圖像處理和分析的熱點。

3圖像分割與醫學工程學生創新能力培養

圖像分割實踐是培養醫學工程學生創新能力非常有效的途徑。首先，由于醫學圖像實際獲取設備與條件的不同，引起測量上的不精確性和不確定性，造成醫學圖像數據非常復雜，這給醫學圖像分割帶來了極大的挑戰。其次，圖像分割方法靈活多樣，能否熟練地、有針對性地應用這些方法解決醫學圖像分割領域的具體問題，是檢查學生創新能力的非常有效的辦法。第三，圖像分割要求學生具有扎實的數學基礎，熟練的編程能力以及知識的綜合應用能力。現在的醫學成像設備，如CT、MRT成像設備，它們自帶的分割軟件一般使用閾值分割的方法，盡管這些設備尤其是國外設備使用閾值分割的精度很高，但因閾值分割只是簡單地根據圖像的灰度值進行分類，因此，這一方法對于具有復雜背景、形狀不規則的醫學圖像分割來說，具有自身的缺點。如對于肝臟CT圖像的分割與三維重建，由于肝臟與周圍器官的弱邊界問題，單獨應用閾值分割是很難解決問題的，因此，我們就要激發學生的創新思維，從模糊聚類、區域增長、數學形態學、水平集方法等角度加以思考。盡管如此，自動地分割某一個人的肝臟CT序列圖像，也會遇到困難，這是因為(1)肝臟相鄰器官或組織如腔靜脈、肌肉等的灰度值與肝臟很相近；(2)由于造影劑影響、CT設備不同模態的設定對不同供體的肝臟和其它組織呈現出不同的灰度值，甚至同一供體不同切片都會如此；(3)CT圖像不同切片的解剖結構不同，不同供體的肝臟形狀差異顯著，甚至會出現兩三個分散的肝臟區域出現在同一個切片中；(4)肝臟形狀是不規則的，它們延伸至腹部左側與脾臟相連，由于這兩個器官的灰度值范圍幾乎相同，即便人眼觀察，也無法確定二者邊界，因此，由于檢測不到脾臟和肝臟的邊界，一般算法無法完成分割。因此，我們可以啟發學生應用神經網絡的智能分割方法，根據上一切片的分割結果自動分割同一序列的下一切片圖像，這樣又會涉及到如何將肝臟的灰度信息、分塊信息，以及相鄰切片間的空間信息融合到一起，也就是說，如何構造神經網絡的特征向量[12]。在肝臟分割的過程中，還會涉及到肋脊椎骨與腎臟的分割，這些器官如果單純根據圖像分割的方法是很難解決問題的，必須借助于醫學解剖學知識，如對稱性、連續性等[13、14]。再如，對于醫生非常感興趣的肝靜脈與肝門靜脈的分割與三維重建，由于注射造影劑后它們的灰度與周圍的的肝臟區別明顯，因此，采用閾值分割的方法就很容易得到所需的結果，但由于這兩種血管灰度一致，因此，使用醫院CT設備自帶的軟件三維重建后，它們是交織在一起的，這就不便于醫生觀察，甚至會發生混淆，這個時候就要啟迪學生的醫學知識應用能力，結合解剖學知識并應用圖像分割方法解決這個問題。另外，通過對肝臟圖像的分割，學生還可以進一步將這些知識和理論應用到非醫學圖像領域的分割。如結合單閾值分割，可以引導學生進行多閾值分割，并提出改進的方法[15]；結合CV模型與LBF模型，可以引導學生通過高斯核函數改進CV模型圖像擬合函數，得到加權形式的能檢測局部區域灰度不均勻的函數；并針對當CV模型在低對比度圖像中檢測不同灰度目標時出現的誤分割情況，提出一項全局約束函數，用于調控曲線在運動中兼顧檢測梯度幅值不為零的點，并將改善的方法用于復雜的紋理圖像分割[16]。

綜上所述，對于學生的創新能力培養，我們如果能結合實際應用就能挖掘學生的潛能，開闊學生的視野，激發學生的學習熱情，還可以提高學生理論與實踐相結合的能力。在以上肝臟CT圖像的分割例子中，可以看出，學生不僅需要一定的醫學知識與醫學影像基礎，還需要一定的圖像處理理論與智能模式識別理論，如模糊聚類、水平集方法、區域增長、數學形態學[17]、神經網絡等，而且，更重要的是，通過肝臟分割這一簡單的課題可以引申出一系列相關的課題，這些課題不僅具有內在的聯系，也是相對獨立的，而且層層深入，要求學生不僅要知識全面，尤其要能靈活運用，融會貫通。這對于學生的創新能力培養具有極大的價值，我們課題組的學生也通過這條途徑，結合國家級、省級與校級的創新課題，學到了很多書本上學不到的知識，包括他們的團隊協作能力和科研能力的提高，還發表了相應的學術論文[10,12-17]。

再比如，對于視網膜血管圖像的分割，現在的文獻中已有很多方法，包括傳統的Gabor小波方法，匹配濾波(MatchedFilter,MF)方法以及它的改進算法，基于知識引導的自適應閾值分割方法等等，盡管這些方法都比較新穎，也能取得較好的分割結果，但都對視網膜中微小血管的分割無能為力。如果能夠引導學生先對圖像進行直方圖增強，再經過二維Gabor小波的平滑處理，學生就會發現被“隱藏”的微小血管得到了呈現。由于水平集方法對較粗血管分割的優勢，以及區域增長方法對微小血管分割的優勢，學生自然就會找到最終的分割方法。盡管方法比較傳統，但效果比其他方法都好，這樣不僅加深了學生對以上各種圖像分割算法的進一步認識，更大大激發了學生的科研熱情，提高了學生的創新能力。還有，圖像分割往往離不開對分割結果的比較與評價，高水平學術論文中，分割結果的比較與評價往往是一件很重要的事情，也是一件比較困難的事情，并且一般占了大量的篇幅，因此，在圖像分割的學習與實踐中，有意識地培養學生這方面的能力，也是值得重視的。這不僅要求學生有一定的圖像分割知識積累，敏銳的思維，扎實的數學基礎，嫻熟的編程能力，更要有圖像分割結果評估這方面的意識，而且這往往是我們中國學生最容易忽視的，他們往往認為只要分割結果出來就完成任務而不去關注。

譬如，上面所提及的視網膜血管分割，因為已有的方法和我們改進的方法相比，往往相差無幾，甚至肉眼難以觀察，如果不加以定量比較，往往很難體現算法的優勢，或者沒有足夠的說服力，因此，這也是學生創新能力培養的一個重要領域，我們應該加以高度重視。值得一提的是，現在很多學生看了國際期刊上發表的醫學圖像分割領域的高水平論文之后，一般只關注它的算法和結果，甚至感慨論文水平并不怎么樣，為什么別人能發表，而自己卻不能發表。熟不知，別人論文的組織水平，知識體系的全面性，展開討論與結果評價的深入性往往比我們高出一籌。因此，對學生創新能力的培養應該是全方位的、多領域的，不僅要有意識地引導學生深入思考，也要注重對國內外優秀成果與經驗的吸收借鑒。