奥林巴斯:显微镜人体工程学

2018-08-17 16:54:57 Pooher Inc. 172

在走进一个繁忙的实验室时,看到显微镜放置在桌上,以奇怪的角度倾斜,并以其他方式不稳定地支撑在各种位置以适应用户。自17世纪早期发明以来,显微镜经历了显着的发展,但大多数新的发展和改进都在对比度增强配件和显微镜光学组件领域。

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虽然可用性问题在过去的400年中已经成为光学性能的重头戏,但它们并未被显微镜专家所完全忽视。早在1830年代,戴维布鲁斯特爵士在他的“光学论”中就指出:“观察者水平放置在背部时,显微观察的最佳位置......所有位置中最糟糕的是我们垂直向下看的位置“。不幸的是,布鲁斯特爵士的建议从未在显微镜设计中得到充分利用,坐在或站在仪器上成为现状。

虽然传统的显微镜设计不一定是短期使用的问题,但长期的会议历来给使用这些仪器的科学家和技术人员造成了问题,使得它们在字面上确实是一种痛苦。预计显微镜科学家将受益于更多的科学,许多人多年来为此付出了身体不适,有时甚至是永久性伤害。

美国劳工部职业安全与健康管理局(OSHA)发现,“显微镜的工作对视觉系统和肌肉骨骼系统都造成了压力,操作人员被迫进入一个不寻常的严格位置,头部或身体,他们经常被迫承担一种笨拙的工作姿势,例如头部弯曲在眼管上,身体的上部向前弯曲,手伸向高处以进行聚焦控制,或者手腕弯曲一个不自然的位置“。

一旦在二十世纪的显微镜中出现了奇特而神秘的科学设备,在地质学,生物学和医学实验室以及制造用于计算机和消费电子行业的电子元件和集成电路的工厂中变得很普遍。随着显微镜的使用增加,对可用性的担忧也在增加。在二十世纪八十年代和九十年代,显微镜制造商开始在他们的仪器中引入人体工程学特征,使他们更安全,更舒适地使用长时间(一天最多六至八小时)。

图1所示是1980年代奥林巴斯SZ60立体显微镜,配备了几个售后市场人体工程学配件。为了简化操作员的姿势,显微镜配备了一套扩展的眼管(同样参见图3和图4),一个光学楔使观察管更靠近水平角,还有一个灵活的适配器,可让个人用户调节显微镜的高度。靠近显微镜的是一对倾斜的扶手,无需从实验室工作台上拆下臂来调整显微镜。SZ60的设计是在立体显微镜对焦控制装置安装在机架高处并需要大量前臂运动来持续调节对焦的时期。此外,通过在显微镜主体的中心部分旋转大的滚花环来改变放大率。这个环包含几对增加或减少放大倍数的伽利略望远镜。长时间操作显微镜需要不断改变对焦水平和放大因子,这两者的控制距离桌面有很大的距离。数码摄像机系统通过售后适配器连接到显微镜。使用相机操作显微镜,操作人员可以将图像合成并聚焦在计算机显示器上,而不是通过显微镜目镜,从而有可能减少眼睛疲劳。长时间操作显微镜需要不断改变对焦水平和放大因子,这两者的控制距离桌面有很大的距离。数码摄像机系统通过售后适配器连接到显微镜。使用相机操作显微镜,操作人员可以将图像合成并聚焦在计算机显示器上,而不是通过显微镜目镜,从而有可能减少眼睛疲劳。长时间操作显微镜需要不断改变对焦水平和放大因子,这两者的控制距离桌面有很大的距离。数码摄像机系统通过售后适配器连接到显微镜。使用相机操作显微镜,操作人员可以将图像合成并聚焦在计算机显示器上,而不是通过显微镜目镜,从而有可能减少眼睛疲劳。

基本的人体工程学

人体工程学关注于找到人与他们所做事情,他们使用的物体以及他们居住,工作,旅行和玩耍的环境背景之间的更好的适应。

人体工程学的科学是人体解剖学,生物力学和生物学对物体,系统和环境设计的研究和应用。也被称为人类工程学人为因素,它是一个相对较新的科学分支,成立于1949年,二战期间由于新技术的发展而被抛弃。在整个这段时间内,很明显的是,为了安全有效地使用新技术和产品,需要考虑到人为和环境因素。在过去的50年中,人体工程学已广泛应用于从工厂工作和信息系统到家庭,运动和休闲等几乎所有生活领域。

在工作场所,人体工程学的目标是提高效率,质量和工作满意度,使日常工作和重复工作更加舒适和便于执行。这通过降低疲劳因素和减少人为错误来减轻身心压力。在一些工作中,特别是在核工业和交通运输(例如空中交通管制)中,人为错误的代价可能是灾难性的,有数百人受伤或死亡,或导致广泛的环境灾难。

显微镜操作员
报告医疗问题的百分比
解剖
位置
员工
百分比
颈部50-60
护肩65-70
返回(总计)70-80
后腰65-70
下臂65-70
手腕40-60
手和手指40-50
腿脚20-35
眼睛疲劳20-50
头痛60-80
表格1

然而,绝大多数工作是受到主要影响,受到不适,受伤或彻底失能的个体工人,被归类为与工作有关的肌肉骨骼疾病(MSD或 WMSD)。MSD是影响肌肉,神经,肌腱,韧带,关节,软骨和/或脊椎盘的医学状况。MSD由许多名称(和首字母缩写词)引用。术语包括重复性应变损伤和重复性压力损伤(RSI),累积性创伤性疾病(CTD))和过度使用综合症,尽管这些都是总括性术语,并没有特别提到任何MSD。特定MSD的一些例子是腕管综合症,肌腱炎,神经节囊肿和腰背痛。MSD的一般警告标志是疲劳,僵硬,持续性烧灼感或疼痛,协调性降低以及手部握力减弱。

许多研究已经确定了最有可能导致或促成MSD的以下人体工程学危险因素:力,重复,笨拙姿势,静态姿势,振动,接触应力和低温。在这些风险因素中,强迫(特别是强力劳动),重复和尴尬的姿势通常与严重MSD的发生有关。

暴露于一种符合人体工程学的风险因素可能足以导致或促成MSD。大多数情况下,符合人体工程学的风险因素会相互作用而产生危害。具有多个风险因素的工作更有可能导致MSD,这取决于每个因素的持续时间,频率和/或暴露程度。考虑到人体工程学危险因素是因为它们对MSD造成或有贡献的综合效应以及它们的个体效应,这一点很重要。

在过去的几十年中,人体工程学已经成为工作场所日益重要的话题。工人的体力与其工作的体力需求之间的不匹配可能导致MSD。在美国,每年有180万名工人报告与工作有关的MSD,如腕管综合症,肌腱炎和背部受伤。大约60万MSD严重到足以让工作休息时间恢复,有时甚至需要手术干预。有证据表明每年还有180万MSD没有报道。

据估计,MSD每年的花费高达500亿美元。雇主只需支付150至180亿美元的工伤补偿费; MSD相关索赔花在工人赔偿上的每三美元中就有一美元。这不包括花在医疗上的数十亿美元以及与工伤有关的隐藏费用。最近报道的MSD增加表明,雇主应该警惕创造有益于健康和高生产力的工作环境。

显微镜人体工程学

人体是一个生物力学的奇迹,适应各种各样的姿势和活动。一个健康,维护良好的机构的关键词是“活动”。当人体不断移动或改变位置时,人体的功能处于最佳状态。

坐或站立数小时,弯曲显微镜目镜不是一个适应身体的活动。显微镜的工作需要将头部和手臂保持在向前的位置,并且朝向显微镜倾斜的圆肩,这种姿势可以刺激软组织,如肌肉,韧带和椎间盘。如果脚放在许多实验室凳子上常见的环形脚踏板上,则位置会进一步放大。

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姿势不佳和定位不当是MSDs的主要危险因素,可能影响全职的显微镜检查者,他们经常会对颈部,手腕,背部,肩膀和手臂感到疼痛或受伤。长期使用显微镜也会记录眼睛疲劳,腿部和脚部不适。在半导体行业中,第二个与工作有关的医疗问题的主要原因是在显微镜技术人员身上发现的,仅存在维修人员,而这些人员通常伤害率很高。一项针对显微镜用户的细胞技术专家的区域调查发现,略高于70%的人表示有颈部,肩部或上背部症状,而56%的人出现手部和腕部症状。

其他研究显示,所有领域的显微镜专家中约80%已经经历与工作有关的肌肉骨骼疼痛,并且20%因为与显微镜使用有关的医疗问题而错过了工作。细胞技术专家的5到10年相当高的退出率部分归因于长时间通过显微镜检查标本所造成的身体不适。表1列出了文献报道的与长期显微镜使用有关的医疗投诉的百分比范围。大部分报道的问题发生在颈部,背部,肩膀和手臂,显微镜者的比例较小,报告手腕,手,腿,脚和眼睛不适或受伤。

许多这些条件可以避免或至少减轻。杜克大学医学中心在20世纪90年代进行的两项研究表明,使用新的符合人体工程学设计的显微镜,甚至修改传统显微镜以更好地适应使用者时,人们会感到更少不适。无论哪种情况,适应性都是提高舒适度的关键。可以适应个人用户的显微镜,而不是强迫用户适应显微镜,更舒适并且造成更少的问题。

被认为是造成这些问题的因素是头部倾斜度高达45度,上背部倾斜角度高达30度,胳膊和手的定位很难以及重复运动。一个不适合工作的工作站,需要一位显微镜工作人员长时间坐在难以置信的位置,也会导致疲劳和MSD。

使用传统显微镜的主要人体工程学因素是观察标本要求使用者保持弯曲的颈部姿势,而手必须保持在相对固定的位置。从生物力学的角度来看,即使与垂直方向保持30度的轻微倾斜,也会产生显着的肌肉收缩,肌肉疲劳和疼痛。此外,已有文献证明,当颈部过度伸展达到这个量时,可能会发生紧缩的神经。手部的重复运动以及手臂在硬表面上的接触应力会导致疼痛和神经受压,从而导致重复性压力损伤和/或腕管综合症。

最近的研究表明,为了允许更加中性的直立工作姿态,光路(从目镜到被观察样本的距离)应在45到55厘米(18到21.5英寸)的范围内。目镜的角度不应超过桌面水平面30度(图2)。然而,大多数老式显微镜的光路长度(25至30厘米或10至12英寸)要短得多,目镜在水平方向上倾斜60度。

这种配置给用户带来了困境。如果将显微镜抬高到足以防止颈部弯曲的高度,则用户被迫将手腕弯曲到不自然的位置。如果将显微镜放下以使台架处于更加中立的位置,前臂与地面平行,则颈部被迫弯曲。大多数工作者通过在两种极端姿势之间找到一些“快乐媒介”来弥补这一点,导致颈部,肩膀,前臂,手腕和手部不舒服。

对于显微镜操作者来说,眼睛疲劳可能是另一个主要问题,特别是如果他们由于近视或远视或散光而导致视力不佳。在大多数显微镜目镜上提供的屈光度调整可用于补偿较小的焦点问题(近视和远视),但具有中度至重度散光的显微镜专家应在通过目镜观察标本时戴上眼镜。为了适应用眼镜观察所需的更长的眼点,制造商提供了专用的高眼点目镜。通过使用在计算机监视器或电视屏幕上显示标本的摄像机系统,可以缓解在长时间使用显微镜时产生的许多眼睛疲劳问题。事实上,许多未来的显微镜设计可能完全消除目镜,取而代之的是CCDCMOS图像传感器用于经典观察管。数字成像芯片将与精密的软件分析软件包相结合,该软件包可控制图像采集和存储,数字处理以及其他功能,如延时电影摄影和实时视频电影。

确保显微镜图像尽可能明亮,锐利和清晰,也有助于减少眼睛疲劳和相关的头痛。培训操作员正确对准显微镜灯和光路以优化图像质量非常重要。无论通过目镜或计算机显示器观察图像,情况都是如此。许多较新的显微镜通过使用带有较大视场光阑的目镜来扩展视场。结合具有更高数值孔径值,更好的像差校正和更长的工作距离的目标,所制作的图像显示出大量标本细节,精致清晰,边缘至边缘平坦。这些因素减轻了视觉搜索微小标本细节的负担,

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一些公司现在生产适配器,允许修改传统显微镜以更好地适应个人用户(图1至4)。车身管延长件可以增加目镜和舞台控制器之间的距离,而光学楔可以提供更大的可调角度范围,介于30到80度之间。售后显微镜支架允许升高和旋转仪器以增加舒适度。

显微镜制造商最近解决显微镜可用性问题的一个解决方案是将人体工程学特征融入到现代设计中。虽然这些模型在绝大多数实验室首次开发时都昂贵,但人体工程学功能正日益成为所有价格范围内新型显微镜模型的标准。

在杜克大学进行的另一项研究与一群使用传统显微镜进行工作的细胞技术专家一起检查了新的人体工程学设计,并对使用该设备有各种各样的抱怨。这项研究取代了工作人员使用的传统蔡司模型显微镜,具有现代人体工学设计的实验室显微镜,具有倾斜和伸缩头,可选的眼睛水平立管,单手对焦控制和在线聚焦。切换到人体工程学设计后,用户在颈部和肩部区域显着更舒适,表明重新设计具有姿势和易于操作的显微镜将有助于减少与长时间使用相关的不适。该研究还表明,眼睛疲劳症状和中后部不适减少,尽管不具有统计学意义的程度。通过在显微镜上安装数字摄像机,可以很容易地消除或减轻眼睛疲劳,该摄像机可以在电视屏幕或计算机显示器上显示标本图像。如前所述,这允许有眼科问题的操作者,如近视和散光,在检查标本时舒适地佩戴眼镜。

新的显微镜设计

显微镜制造商一直在加快人体工程学发展的步伐,采用最新技术的新设计,以缓解操作员疲劳,减少压力水平和相关的健康问题。显微镜可大致分为四类:立体显微镜,直立式复合显微镜,反射光显微镜和倒置显微镜。每个类都是为特定类型的观察而设计的,并且每个类都有其独特的人体工程学要求,尽管有许多共享属性。最重要的功能是操作员控制,姿势边界,眼睛水平调整,舞台布置,仪器主体和支架刚度以及样本处理。所有这些规格将在下面的章节中详细讨论。

立体显微镜

立体显微镜是显微镜市场中最大的部分,占显微镜总销售额的50%左右,是许多新型人体工程学功能的重点。每年有超过20,000种这些无处不在和流行的乐器出售给教育工作者,研究人员和工业制造商。传统上,体视显微镜的构造是将身体和眼管安装在长柱上,以便检查和操作各种尺寸的标本。老式体视显微镜中的眼睛管固定在适当的位置,通常与水平工作台成45至60度角,聚焦旋钮安装在靠近支柱架的身体上方。这种设计具有许多重大的人体工程学缺陷,并且多年来已经对操作者创伤产生了重大影响。

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立体显微镜设计的最新进展解决了制造商面临的许多人体工程学问题,这些制造商聘请了大量技术人员,他们花费很长时间用这些常用显微镜检查和操作标本。主要集中在目镜管倾斜角度和管子相对于实验室台面的高度上。倾斜角度在当前的显微镜设计中进行了修改,包括低视角和倾斜管,提供多种调节以适应跨越身体尺寸和高度范围的操作人员的需求(图2至图4)。这些重新设计的眼管无论显微镜专家是坐着还是站立都可以舒适地观察,并且可以利用眼睛水平立管,中间管,和摄影端口,不会影响操作员的舒适度。现代立体显微镜观察端口与高视点,屈光度调整和大视野数字相结合,在人体工程学设计方面取得了重大进展,并以更少的医疗事故提高了效率。

最近的立体显微镜设计融入了另一种人体工程学功能,包括降低聚焦旋钮的位置,以确保快速,准确和轻松地对准标本。位于操作员触手可及的范围内,降低调焦旋钮消除了在调整显微镜焦距的同时扭动肩膀的需要。该功能单独显着改善了立体显微镜的操作,特别是对于必须检查需要不断调整焦点的大型复杂物体的技术人员。

图5展示了奥林巴斯SZX设计的最新型立体显微镜。该仪器具有降低的对焦旋钮,眼睛水平立管中间件和符合人体工程学的倾斜目镜管,以提高用户的舒适度并减少与显微镜操作相关的疲劳和压力。此显微镜还有许多配件,包括符合人体工程学的1x物镜,可以让操作人员控制眼睛的水平位置,以及扩展的目镜管,进一步修改视角。目镜的屈光度范围可调,高眼点可以减轻佩戴眼镜的负担,同时在显微镜下观察标本。

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全新符合人体工程学的辅助物镜专为立体显微镜设计,通过允许操作员自由调节焦距以符合座位要求,有助于建立正确的眼睛水平位置。具有多种照明功能的流线型显微镜基座还使操作员能够在将手臂放在自然位置的同时操作标本。更长的工作距离物镜提供出色的像差校正,高数值孔径和改善的光透射,进一步提高了操作员的舒适度并减少疲劳。

传统的直立式复合显微镜

在立体显微镜之后,直立式复合显微镜占据了最大的市场份额,并且每年都以成千上万的价格出售。这些显微镜的设计也受到了制造商在人体工程学方面的重视。新功能列表中包括单手舞台和对焦控制,最佳眼睛水平定位(图2),低调舞台和刚体仪表标准,这些都为操作员在检查标本时提供无张力姿势作出了贡献。

也许新复合显微镜设计的最重要特征是将舞台平移和聚焦控制旋钮定位在与操作员等距的配置中(图6)。这允许手放在桌面上舒适地放松。另外,操作员不再需要扭动肩膀同时操纵舞台和对焦控制,大大减少了与长期观察相关的应变量。其他常用的显微镜控制装置,例如视场光阑,光强度电位计和自动照明显微摄影预设开关,位于显微镜基座的前部,位于桌面高度,操作员可轻松到达(详情见图6) 。按钮式过滤器接合杆也位于主控制器附近,以进一步提高操作简便性。许多显微镜都配备了一个重新对焦挡块,可以快速更换样品并立即返回焦点。此外,粗调张力控制装置可以让操作者定制z方向舞台转换的动作,以适应个人喜好。一些显微镜还提供可拆卸的精细调焦旋钮,可以安装在仪器的任意一侧以适应操作者的偏好,并且有些旋钮涂有涂层以增强牵引力,并且只需一根手指即可轻松操作。粗略的张力控制允许操作员定制z方向舞台翻译的动作以适应个人喜好。一些显微镜还提供可拆卸的精细调焦旋钮,可以安装在仪器的任意一侧以适应操作者的偏好,并且有些旋钮涂有涂层以增强牵引力,并且只需一根手指即可轻松操作。粗略的张力控制允许操作员定制z方向舞台翻译的动作以适应个人喜好。一些显微镜还提供可拆卸的精细调焦旋钮,可以安装在仪器的任意一侧以适应操作者的偏好,并且有些旋钮涂有涂层以增强牵引力,并且只需一根手指即可轻松操作。

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在最近的仪器设计中,降低的平台组件的高度范围从大约五英寸到八英寸,远远低于以前的显微镜。许多设备还采用节省空间的双滑轮或滑轮和导杆系统,以取代较旧的齿条齿轮机构来管理舞台运动。有些型号的对焦调节功能可以转换鼻托,而不是整个舞台,以保持舞台高度不变,减少移动舞台或更换标本所需的前臂移动量。更先进的设计消除了舞台侧面的x方向导轨的突出,从而减少了对焦动作的干扰。现代舞台的旋转运动通常超过200度,有些甚至可以实现超过250度的显微镜光轴旋转。任何花费时间为电影或数字成像拍摄图像进行拍摄的显微镜专家都会欣赏这一高级功能,这不仅可以节省时间,还可以消除大量的沮丧。

一些最新的显微镜设计中,目镜管角度几乎可以无限调节(图2和图4)。除了25到40度之间的倾斜范围外,一些双目镜筒还有一个伸缩调节装置,可以使目镜在30-50毫米的范围内前后移动,以适应操作人员的需要。显微镜可以安装眼睛水平升降块以增加目镜管的高度,有些眼睛调节器,它们使用旋转接头来增加或减少相对于桌面的视点位置的高度(图4)。其结果是,几乎每一位显微镜专家,无论身材大小和身高如何,都可以直接进入目镜而不会倾斜头部,这在设计上有相当大的改进,可确保舒适的工作姿势。即使经过几个小时的观察后姿势不可避免地发生变化,也可以调整眼点以匹配新的位置并减少疲劳。在现代目镜中易于调节屈光度和调节瞳距以减少操作者的不适感,某些型号的直径减小的目镜可帮助操作人员使用深眼眶进行观察。

大多数新型显微镜设计采用了预先居中的照明器,可以快速更换灯泡,有些甚至具有预先居中的冷凝器。这些元件使操作员能够专注于样品观察,同时以最少的中断时间来重新配置显微镜出现故障后的显微镜。另外,有些目标是强度均衡,以减少在改变物镜时调整照明强度的必要性,从而消除旋转物镜时暴露于光强度突然变化的不适。结合降低鼻子的设计还可以通过在更换物镜时将手臂放在桌面上来减少操作员的疲劳。

现代显微镜在计算机辅助工程(CAE的帮助下进行设计,以实现高抗振性和结构刚性,以确保这些仪器在峰值光学水平下工作。振动和基座变形导致图像恶化,这在恶劣的显微照片和/或数字图像中表现出来。这也是微观主义者意图捕捉最佳图像的疲劳和挫败的主要原因。总而言之,当今直立式复合显微镜的全新人体工程学特征使得能够以最小的压力和疲劳在较长的时间内进行观察,从而提高了显微镜的性能和效率。

反射光显微镜

在蓬勃发展的半导体行业中,工业反射光宽场和共聚焦显微镜越来越受到流程监控和质量控制工具的欢迎。在晶圆组装工厂参加工作站监控的操作员通常每天花费高达八小时的时间来检查集成电路的缺陷,不正确的掩膜对齐和工艺错误。这些显微镜的发展至关重要的是先进的光学系统,提供卓越的照明,更大的焦深,高度校正的物镜和对比度增强的光调节器。这些仪器通常配备专门设计的专门用于快速操作不同尺寸晶圆的专门工作台(图7)。为了增加稳定性,

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半导体行业采用了几项标准(SEMI S2-93A和S8-95))为设计用于晶圆制造工厂的显微镜提供安全和人体工程学功能。这些仪器的要求之一是控制器和旋钮位置低,靠近操作员,而眼点设置在合适的高度以便操作舒适。制造商设计的显微镜具有聚焦,照明和目标控制,位于基座下方,舞台下方,直接位于操作员面前,或位于可方便定位的单独键盘中。这些功能可最大限度地减少手部移动并实现“盲目”操作,从而减少寻找调节旋钮或手动旋转物镜时的注意力。另外,大多数模型都将目镜移动到显微镜上的靠近操作员的位置,允许更直立的坐姿。最新的显微镜配备倾斜式目镜管,可在零点(水平)至45度范围内连续调节倾斜角度,以便在最佳视点水平进行观察。某些型号也有伸缩管,使操作员能够将观察位置移近或远离显微镜主体,有些甚至还包括立式棱镜。这些功能在操作人员必须检查站立位置的晶片并因此受到更快速疲劳开始的情况下非常重要。某些型号也有伸缩管,使操作员能够将观察位置移近或远离显微镜主体,有些甚至还包括立式棱镜。这些功能在操作人员必须检查站立位置的晶片并因此受到更快速疲劳开始的情况下非常重要。某些型号也有伸缩管,使操作员能够将观察位置移近或远离显微镜主体,有些甚至还包括立式棱镜。这些功能在操作人员必须检查站立位置的晶片并因此受到更快速疲劳开始的情况下非常重要。

现代工业显微镜的设计也发生了阶段性演变。许多功能定制晶圆和面具持有人直接连接到手动操作或机动阶段或允许显微镜与晶圆装载机接口。舞台控制也是人体工程学考虑的焦点,许多半导体显微镜中的xy精细运动转换器不随舞台移动。相反,它们放在靠近显微镜前端的较低位置,这样操作者就可以在不抬起手臂的情况下控制运动。这些控件也位于焦点,照明和客观旋转按钮附近,使得单手可以操作显微镜。此外,

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其他功能,如电动鼻托,倾斜呼吸罩,远程对焦手柄和缓动盘可简化工业显微镜的操作。当旋转物镜时,高端型号具有照明消隐功能,以保护操作者的眼睛免受明亮的闪光。反射光共焦和宽视野显微镜上的遥控键盘现在可控制外延偏光镜的旋转,光圈光阑的开口尺寸,外观/透光照明选择,对焦,舞台位置和观察模式选择。总之,这些符合人体工程学的考虑因素极大地提高了半导体检测操作的效率,同时减少了与在显微镜上长时间使用相关的健康风险。

倒置显微镜

荧光显微镜和电生理学在生物医学研究的前沿已经出现了过去十年的戏剧性转变。在这方面,设计用于检查和操纵培养细胞和组织的倒置显微镜同时获得了人体工程学特征,以增加操作员的舒适度并减少疲劳。经常使用的控制元件,如焦点,照明强度,光路方向和平台平移已移至这些仪器的前端,以提高操作效率,并将操作员的压力和应变降至最低。

像其他现代设计一样,倒置显微镜配备了可调节的目镜管,使操作员能够在相对于桌面的广泛范围内改变眼点高度。在许多显微镜上,这些管也可以旋转超过90度的范围,以增加标本检查和操作的灵活性。其他观察管配件包括辅助放大镜和Bertrand镜头(用于相位对准),并且有些型号配备了光限制快门和内置照片标线片。

倒置显微镜上的台阶经过重新设计,可以为培养箱,大型培养皿,体外受精显微操作系统,电生理附件和膜片钳附件提供足够的空间翻译手柄通常安装有万向接头,以便在扫描标本时同时进行对焦操作。在舞台下方,较大的鼻托间隙和革命握把使操作员能够更快速,更高效地识别和旋转物镜。这些功能的结合有助于减少观察期延长导致的操作员MSD投诉。

高端研究倒置显微镜常见的其他功能包括倾斜照明支柱,用于配件的螺纹安装孔和冷凝器/舞台重新对焦挡块组合。在倒置显微镜上,支柱支撑长距离工作距离聚光镜,通常用于明场,暗场,相位差和差分干涉对比度照明的卤钨灯罩。一些显微镜配备了一个可拆卸的支柱,也可以向后倾斜45度,以便安装显微操作设备或在不升高冷凝器的情况下更换样品。这些功能减轻了复杂和重复性显微镜重新配置的负担,并且与以前的型号相比,这是一个大大改进的人体工程学设计。重新对焦挡块允许操作员快速消除粗略运动以更换标本并返回到确切的焦点。同样,冷凝器 - 重新对焦挡块无需操作员手动将冷凝器更换到正确的焦点位置。一旦设置好,塞子就可以快速切换标本,快速返回预设的冷凝器焦点。

目前倒置的显微镜机构现在比以前更为坚固和重量更大。这极大地减少了振动,并为样本的检查和操作以及时间推移电影摄影,数字成像和显微摄影技术的使用提供了长期稳定性。在倒置显微镜上新的人体工程学功能对于缓解与显微镜长时间相关的疲劳有很大的关系,同时提高了花费无数小时来研究生命奥秘的显微镜的效率和健康。

适用于旧显微镜的售后人体工程学产品

许多设计用于增强显微镜可用性的售后市场产品现在可以从各种制造商处获得。这一系列符合人体工程学设计的新型附加设备包括用于双目观察头(图3),扶手,眼睛高度扩展器,柱状微阵列以扩展观察标本(图9和10),数字观察屏幕,波纹管型身体延伸部分(图8),光学楔子和无眼睛数字成像视频系统。

延长的眼睛管(图1和3)比传统的模型长得多,并且使操作员能够在长时间观察期间保持更支持的中立姿势的同时远离工作台。观察管的长度可达90毫米,非常适合置于机器,加热台,焊接站或通风橱附近的显微镜。此外,扩展管提供了几乎2倍的附加放大倍数,这补偿了伴随长工作距离物镜的放大功率下降。多种型号还提供更大的瞳孔间调节(可容纳所有用户的高达90毫米),并设计用于在观察管的整个工作角度范围内保持齐焦和真正的光学对准。

一个有用的和容易适应的产品是光楔,这增加了眼睛高度配置的灵活性。这种附件位于双目头和显微镜主体之间,以提供扩大的视角调整并增加操作员的舒适度。光楔可以连接到灵活的身体延伸适配器(图1和3),以提供更广泛的目镜高度调节,从而使显微镜采取更加中立的姿势。锁定旋钮用于改变适配器高度,并且这种类型的大多数单元允许观察管从一侧到另一侧旋转以增加显微镜配置的灵活性。

显微镜定位板也可用于将显微镜升高,降低或倾斜至符合操作员身体尺寸的人体工程学要求的位置。这些设备由一个可调节的底板组成,可使显微镜操作员将仪器高度提高到1.5至4英寸,并且可以添加堆叠板以获得更高的高度。定位板上的各个腿是可调整的,以允许显微镜的倾斜,并提供关于仪器高度和视角的高度精确度。

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越来越多的售后市场产品的目标是增加观察者的视野和从观察者的眼睛到显微镜的距离。利用透镜阵列技术,Vision Engineering引入了一种称为Isis的新型人体工学配件,可以通过插入标准观察管(图9)对现有显微镜进行改造。该产品将眼睛的有效距离从目镜增加到大约38-40毫米,扩大了瞳孔图像,并为操作者提供了更好的姿势自由移动头部。该制造商还声称,Isis减少了眼睛漂浮物的分散注意力,该漂浮物在视野中移动,并通过在明亮照明下观察标本而变得更加突出。

透镜阵列技术基于一个旋转光盘,该光盘包含数百万个微小的单个微透镜(称为微透镜),当光盘以高转速旋转时(图10),这些微透镜共同作用以扩大聚焦深度和视场。透明圆盘的直径约为15毫米,可以透射或反射模式使用,以增强观察效果。每个单个微透镜的尺寸大约为70微米,但当光盘以高达3500转/分钟的速度旋转时,它们合并为一个光滑的图像。

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透镜阵列技术的更高级应用表现在采用观察头代替目镜的显微镜设计中(图11)。首先应用于立体显微镜,这种方法取代了位于显微镜主体顶部的透镜阵列驱动的屏幕,以允许操作者在视角和距离上具有宽阔的自由度。佩戴眼镜的操作员可以很容易地长时间观察标本,而不会因眼镜被移除时重复对焦造成不适。这些显微镜在设计上也符合人体工程学标准,并具有聚焦,缩放和照明调节功能,这些调节装置位于底座上,便于操作。

如前所述,另一种不需要目镜或透镜阵列的新技术取代CCD或CMOS图像传感器来捕获并在计算机监视器上显示图像。虽然这种配置可以通过简单添加数码相机系统轻松实现,但无目镜显微镜配备了有助于图像捕获的软件包,并具有多种应用,如多种文件存储格式,数字图像处理软件和延时电影摄影。这些系统的多功能性应该能够缓解与长期使用显微镜相关的疲劳和压力,并通过增强的软件功能提高操作员的效率。

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显微镜光学元件正确对准的重要性不能过大。照度不足,镜头伪像引起的图像恶化,滤镜使用不当以及其他错误不仅有助于降低图像质量,还会增加成像样本的应变。每个操作人员都应该接受彻底的正确使用显微镜的培训,包括灯管更换和集中,光学对准,正确的过滤技术和图像捕获。

预防

一方面,大卫布鲁斯特爵士绝对正确。通过显微镜垂直向下观察是“观测中最糟糕的位置”。他建议微观主义者应该仰赖他们的背后可能不完全可行,但它确实捕捉到一个重要的事实。如果身体处于中立姿势,身体可以长时间忍受静止位置 - 这种姿势可以在没有协调努力或扭曲的情况下保持。中立的身体姿势对于长时间在显微镜下高效有效地工作至关重要。

并非每个人都有能力购买新的符合人体工程学设计的显微镜或工作站。对于传统的显微镜工作站来说,改进人体工程学的关键在于寻找方法来修改它们以适合用户,而不是强迫用户进入难以置信的位置。

以下是在使用显微镜时实现和保持中性身体姿势的一些基本指导方针:

  • 眼睛 - 目镜应该放在眼睛的正下方,眼睛向下看在水平面以下30到45度的角度; 应调整双目目镜的双目距离以确保双眼舒适对焦。

  • 颈部 - 颈部和头部应尽可能弯曲,最好不要超过水平线10-15度。

  • 背部 - 个体应该直立,将整个身体稍向前倾斜,腰部和肩胛骨由椅子和/或腰部支撑垫支撑。长时间坐着会给腰背带来不适的压力,这可以在适当的支持下得到缓解。

  • 手臂/手腕 - 上臂应垂直于地面,肘部靠近身体(不翼或伸出),前臂平行于地面; 手腕应该是直的。

  • 腿部 - 脚应牢固地放在地板或脚踏板上,甚至椅子上的压力也应该施加在大腿后部。

为了进一步减少人体工程学风险因素:

  • 培养姿势意识。坐下时尽量保持腰部的自然曲线。必要时使用额外的腰部支撑。

  • 如果实验室凳上的脚环太低,请将其抬起以保持靠背支撑的下背部。通常,实验室工作台腿井被用作很少使用的设备和额外用品的储存设施。清理这个区域,使腿和脚在坐在工作台上时不受阻碍。

  • 不要靠前看透过显微镜。相反,调整椅子,工作站或显微镜的位置以保持背部笔直且头部直立。目镜应符合甚至延伸到工作台的边缘。

  • 如果显微镜太低,请将书放在其下面或用原始设备制造商(OEM)或配件市场配件修改配置以使头保持直立。如果显微镜的眼睛水平立管不易使用,请使用三环活页夹使显微镜倾斜,以使目镜以更合适的角度放置。对于长期的解决方案,无论是购买合适的OEM还是售后市场,或者有足够用于本地构建的目的。

  • 调整显微镜,工作台或椅子的高度,以避免弯曲或延伸颈部,或向下推动下巴。如果站立,操作人员应该在显微镜工作站安装抗疲劳垫,以减轻脚,腿和腰部的负担。

  • 检查座椅平台的倾斜度和高度,以保持大腿后部的均匀压力。在可能的情况下,使用工业高度的脚凳以获得更好的姿势和位置。这允许操作者在臀部而不是颈部,背部和肩部向前弯曲。

  • 通过添加垫衬边缘保护装置,避免来自前臂上的前臂接触压力。长时间将手臂与工作台分离(吊起)时,操作焦点和舞台控制器可能会导致静态负载疲劳,这可以通过适当的支撑(如软垫和倾斜扶手)来降低。此外,如果实验室布局允许,利用带凹面顶部的切割工作台或实验室工作台,操作员可以展开并更有效地使用显微镜观察和操作所需的辅助设备。

  • 确保显微镜光学系统配置正确,照明光源对齐并表现最佳。调整目镜瞳距,屈光度设置,并检查parfocality。目镜应该与观察者的眼睛大致相同的距离,而不是一个比另一个更接近。眼点应该足够低,以便视野完全被填满,但要足够远以避免目镜与睫毛接触。如果目镜没有正确聚焦,眼睛往往会补偿,这会导致头痛和眼睛疲劳。购买产生平坦视场的计划校正目标。具有显着的场曲率的显微镜很难使用,特别是长时间使用,在此期间操作员必须不断地重新调整样本以检查整个区域。过度的显微镜照明可能会导致令人不舒服的高亮度和对比度,通过适当调整灯电压和聚光器光圈,可以轻松降低这些亮度和对比度。任何这些因素都可能是造成眼睛疲劳的原因之一。

  • 佩戴眼镜的操作人员可以调整目镜以适应近视和远视,但那些情况更严重的人应该让配镜师确定是否适合使用显微镜延长观察时间。目镜屈光度的简单调整不能矫正散光以及其他一些更严重的视觉困难。在极度散光和融合不足(眼睛协调不佳)的情况下,操作员可能需要数字视频设备和电脑显示器或电视屏幕的帮助来增强或更换目镜。

  • 检查实验室环境中是否有来自头顶荧光灯的过度眩光和反射,并调整外部和内部显微镜光线以补偿此伪影。

  • 其他环境因素(如温度,湿度,气流,通风,过度噪音和环境照明等级)也会影响操作员的舒适度和疲劳,特别是在较长时间内。尽可能调整这些变量,使实验室环境尽可能舒适。标称温度范围在19至23摄氏度(66至73华氏度)之间,理想的相对湿度平均在40%至60%之间。低湿度条件会导致眼睛干涩,进一步加剧眼睛疲劳。

  • 定期从显微镜中断,从每小时五分钟到十分钟不等,对于减少疲劳至关重要,特别是对于在显微镜工作台上工作6到8小时的操作员而言尤其如此。眼睛,颈部和肩膀的周期性休息使得操作者可以长时间工作而不会出现与压力有关的伤害。这些休息期间的弯曲,弯曲,旋转,伸展和伸展运动通常有助于缓解压力,并且将长期对运营商的健康大有裨益。事实上,一些公司在短暂的休息时间内实施了一项常规锻炼计划。用于缓解疲劳的另一种机制是定期混合其他职责,以缩短显微镜会话的时间。

评估工作站修改时应考虑显微镜专家在工作站上花费的时间。所有坐着的工作台的最低要求是良好的座椅,必要时配有可调节的椅子和脚凳; 抗疲劳垫应该用于要求显微镜专家站立的工作站。椅子应该有一个带有倾斜“水滴”边缘的气动可调节座板,可调节高度和角度的靠背,可调节高度的扶手以及带脚轮的五角星形底座。

对于一些坐着的工作台,脚凳可能是合适的。它应该提供与地面的稳定性和牢固接触以及防止脚滑落的表面纹理。它应该容易调节以适应不同的用户高度并具有大约10度的角度。脚趾应该在脚跟上方,让小腿肌肉伸展。

基于显微镜每天花费的时间的其他建议:

1-2小时/日

  • 大腿和桌子之间有足够的间隙(至少2英寸),或者腿部没有障碍物。

2-4小时/日

  • 显微镜略微向前倾斜或使用楔子,延长线和/或眼睛水平调整。

  • 适当的手臂支撑,保持四肢靠近身体,前臂平行于地面,并搁在台面上。对于位置较高的老式显微镜,使用扶手。

  • 用于工作站或工作台面的填充边缘可避免手臂接触压力。

4-6小时/日

  • 如果可能的话,应该安装可调节的显微镜目镜。

  • 如果显微镜总时间的一半以上用于旋转粗调和细调旋钮,同时改变放大系数(旋转物镜),则电动对焦调整和物镜旋转。

6小时(或更多)/日

  • 可调节的显微镜目镜和人体工程学定位的显微镜控制。

  • 电动对焦和物镜旋转。如果配置允许,电源控制聚光器孔径光阑,照明强度和分束器。

  • 用于检查重复标本的视频监视器或电视屏幕(监视器应放置在操作员的主视野内)。

  • 易于调整的工作表面变量,如工作台高度,扶手底座角度,观察眼睛高度和显微镜高度(在多用户工作站环境中必不可少)。

显微镜工作者也可以从一般的工作场所人体工程学中受益。通过减少或消除高度重复的任务来减轻疲劳,并在10至15分钟的工作间隔内进行20-180秒的微小休息。利用这段时间站立和/或伸展,并让眼睛远离焦点。必须经常访问的对象应该保持足够近以避免必须拉伸和拉紧,通常在9-19英寸的距离内。不常使用的物体可以保持在9-25英寸的距离。

结论

美国职业安全和健康管理局将继续制定新的人体工程学标准,要求雇主评估员工在一般行业工作中对人体工程学风险因素的影响。该政府组织估计,如果实施新标准,将在未来10年为雇主每年节省91亿美元,并且每年防止46万报告的MSD(如果包括未报告的案例,甚至可能更多)。

OSHA官员担心的一点是,关于常见MSD,风险因素以及报告症状重要性的基本信息,必须留给那些必须在显微镜上花费大量工作时间的员工。尽管显微镜制造商现在正在解决许多人体工程学方面的要求,但“现场”还有相当多的显微镜不足以提供工作人员的舒适度并减少受伤的发生率。随着时间的推移,这些显微镜将被现代人体工程学设计的版本取代,但与此同时,雇主应该关注可能因使用显微镜而导致的潜在医疗问题。如果工人的工作经常涉及五种已知的人体工程学危险因素中的一种或多种:重复,强迫,尴尬的姿势,接触应力和振动,那么对工作环境进行一些调整是必要的。适用于各种显微镜的售后配件可能是过渡时期大多数旧仪器的答案。然而,最终的结果应该是迁移到旨在优化操作员安全性和舒适度的显微镜,同时提供有关光学质量和性能的最新功能。


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