医护人员长期使用推车的疲劳缓解与脚轮人机工学优化深度研究

2025-11-11 8:01:13

  在医疗场景中，医护人员对推车（如治疗车、药品车、病历车、移动护理车等）的依赖程度极高——据统计，三甲医院护士日均推车移动距离超过5公里，急诊科医护人员每小时需操作推车3-5次，长期高频使用易引发肩颈劳损、手腕腱鞘炎、腰部疼痛等职业性疲劳问题。而推车的“移动体验”直接受脚轮设计影响：脚轮的滚动阻力、转向灵活性、震动传递特性及操作便捷性，决定了医护人员推动推车时所需施加的力、姿势调整频率及身体负荷。传统推车脚轮设计多聚焦于“基础移动功能”，对人机工学（Human Factors Engineering）的考量不足，成为加剧医护人员疲劳的关键隐性因素。本文基于临床观察、生物力学分析与工程实践，深度探讨如何通过脚轮人机工学优化缓解医护人员长期使用推车的疲劳问题。

一、医护人员推车使用中的疲劳痛点：脚轮相关的核心问题

（一）生物力学负荷：推车移动对身体的异常压力

医护人员推车时的身体动作可分解为“推力施加-姿势维持-方向调整”三个阶段，每个阶段均可能因脚轮设计缺陷导致额外负荷：

1.

推力阶段：需通过手臂、肩部及躯干发力推动推车，若脚轮滚动阻力过大（如轴承摩擦系数高、轮面与地面接触不良），医护人员需施加更大推力（临床实测显示，阻力每增加1N，肩部肌肉激活程度提高15%-20%），长期易引发三角肌、肱三头肌慢性劳损。

2.

姿势维持阶段：推车时为保持平衡，医护人员常需微屈膝关节（降低重心）或前倾躯干（增加推力杠杆），若脚轮转向不灵活（如万向轮卡滞、转向轴间隙过大），需频繁调整身体姿势以纠正推车方向，导致腰椎、颈椎的异常弯曲（生物力学研究表明，躯干前倾10°可使腰椎间盘压力增加1.5倍）。

3.

方向调整阶段：在狭窄病房或拥挤走廊中，需快速转向推车避开障碍物，若脚轮转向灵活性差（如定向轮占比过高、万向轮旋转半径过大），医护人员需额外摆动身体或施加侧向力，增加腕关节与肩关节的扭转负荷。

（二）震动与冲击传递：对精细操作的干扰

推车移动过程中，轮体与不平整地面（如瓷砖接缝、地毯边缘）接触时会产生高频震动（频率5-20Hz，接近人体脊柱敏感频段），若脚轮减震性能不足（如轮体材质硬、无阻尼设计），震动会通过轮轴-支架-推车面板直接传递至医护人员的手臂，引发手部麻木、精细操作失误（如药品掉落、病历散页）。临床调研显示，32%的护士反馈“推车震动导致拿取药品时手抖”，28%的医生提到“移动影像设备推车时震动影响屏幕观察”。

（三）操作便捷性不足：高频交互中的隐性疲劳

医护人员需频繁操作推车（如刹车固定、高度调节、物品取放），脚轮的“人机交互设计”直接影响操作效率：

刹车装置：若刹车手柄位置不合理（如过高需抬手操作、过低需弯腰）、力度过大（需施加5N以上力才能锁死），医护人员每班次（8小时）需重复刹车/解锁动作20-30次，累积手臂负荷显著；

轮体高度：若脚轮安装高度与推车底盘不匹配（如轮轴过高导致推车晃动、过低导致推行时腿部易碰撞轮体），需额外调整身体重心以维持稳定；

轮面清洁：医疗环境中轮面易沾染血迹、药液等污渍，若轮面材质不防滑或清洁困难（如缝隙藏污），医护人员需频繁停机擦拭，增加无效劳动时间。

二、脚轮人机工学优化的核心目标与设计原则

（一）核心目标：降低身体负荷，提升操作舒适性

通过脚轮设计优化，最终实现“三减少一提升”：

减少推车移动时的推力需求（目标：滚动阻力≤15N，约为普通脚轮的1/2）；

减少姿势调整频率（目标：转向灵活度提升至360°无卡滞，最小转弯半径≤150mm）；

减少震动传递（目标：5-20Hz频段震动衰减率≥60%）；

提升操作便捷性（目标：刹车力≤3N，轮体高度与人体工学推车匹配）。

（二）设计原则：基于医疗场景的四大适配

1.

安全性优先：脚轮需通过医疗设备专用标准（如抗静电、防感染、耐腐蚀），避免因材料脱落（如轮面橡胶颗粒）或结构松动（如刹车失效）引发二次伤害；

2.

静音性要求：病房、手术室等场景对噪音敏感（≤45分贝），脚轮滚动与转向时需无尖锐摩擦声；

3.

清洁友好性：轮面材质需耐受消毒液（如75%酒精、含氯制剂）腐蚀，且表面光滑无死角（避免污渍残留）；

4.

多场景适应性：需兼容瓷砖、地毯、环氧地坪等不同地面类型（如病房、走廊、手术室的地面材质差异）。

三、脚轮人机工学优化的关键技术路径

（一）低滚动阻力设计：从“硬摩擦”到“软接触”

滚动阻力是医护人员推车时最直接的体力消耗源，优化核心在于降低轮体与地面的摩擦系数及轴承内耗：

1.

轮面材质升级：采用高弹性聚氨酯（PU）或微孔发泡橡胶，邵氏硬度控制在70A-75A（兼顾耐磨性与柔软接触），摩擦系数稳定在0.08-0.12（普通硬质轮为0.15-0.20）。例如，飞步医疗推出的“医疗静音轮”使用添加硅油的聚氨酯配方，与瓷砖地面的滚动阻力仅12-15N（传统脚轮为25-30N），医护人员推车时手臂肌肉激活程度降低25%。

2.

轴承优化：选用低摩擦双列角接触球轴承或陶瓷混合轴承（陶瓷球+不锈钢保持架），摩擦系数仅为普通钢珠轴承的1/3（0.001-0.003 vs 0.01-0.03），且耐受长期高负荷（额定动载荷≥50kgf）。实测显示，采用陶瓷轴承的脚轮在连续推行1万次（模拟日均50次推车×200天）后，旋转灵活性仍保持初始状态的95%以上。

3.

轮体结构设计：轮体边缘采用圆角过渡（避免与地面凸起物碰撞增加阻力），并优化轮面花纹（如细密条纹或蜂窝状凹槽），增强与地面的贴合性（减少局部打滑导致的额外摩擦）。

（二）灵活转向与精准控制：从“卡滞”到“丝滑”

转向灵活性直接影响医护人员的方向调整效率，优化重点在于降低转向阻力并提升响应精度：

1

万向轮配置：医疗推车至少配置2个万向轮（360°旋转）+2个定向轮（定向支撑）的组合（比例可根据推车尺寸调整），万向轮的旋转中心与地面距离控制在10-15mm（过低易卡住地面缝隙，过高影响稳定性），最小转弯半径≤150mm（普通推车为200-250mm）。例如，某品牌治疗车的万向轮采用“双轴承+微型滚珠结构”，转向力仅需0.5-1N（普通万向轮为2-3N），医护人员单指即可轻松拨动转向。

2.

转向轴减震：在万向轮的转向轴部位增加阻尼橡胶圈或弹簧缓冲结构，吸收地面不平整导致的瞬间冲击（如瓷砖接缝处的颠簸），避免转向时“卡顿反弹”（传统脚轮转向时可能因冲击产生±5°的回弹角度，影响精准控制）。

3.

定向轮辅助转向：部分高端推车在定向轮上增加“辅助转向槽”（通过轮体边缘的斜面设计，在推动时自动微调方向），减少医护人员手动修正方向的频率。

（三）震动与冲击衰减：从“直接传递”到“缓冲过滤”

震动传递是引发医护人员手部不适与疲劳的关键因素，优化需通过“轮体-支架-推车”的多层级缓冲设计：

1.

轮体减震：采用弹性体轮面（如聚氨酯+微孔发泡层）或悬挂式轮芯（轮体与轴芯之间通过橡胶垫隔离），吸收高频震动（5-20Hz频段，人体最敏感的振动范围）。例如，飞步医疗的“防震医疗轮”在轮体内部嵌入硅胶阻尼环，可将5-20Hz的震动加速度从1.2m/s²（普通轮）降至0.4m/s²（降幅66%），医护人员手持推车时手部震感明显减弱。

2.

支架阻尼：推车脚轮与底盘的连接部位增加减震弹簧或橡胶缓冲垫（如丁腈橡胶），进一步过滤中低频震动（20-50Hz），同时防止推车在不平整地面行驶时产生剧烈晃动（传统推车晃动幅度为±3°，优化后≤±1°）。

3.

整体平衡设计：通过调整推车重心（将重物托盘靠近轮体轴线）降低倾覆风险，减少医护人员为维持平衡而施加的额外力（重心偏移每减少10cm，躯干侧倾角度降低5°-8°）。

（四）操作便捷性优化：从“被动适应”到“主动适配”

针对医护人员高频交互需求，脚轮的“人机交互界面”需更符合人体操作习惯：

1.

刹车装置设计：刹车手柄位置应位于医护人员自然站立时手部易触及的高度（距地面80-100cm），手柄形状采用符合人体手型的弧形设计（握持面积≥400mm²，摩擦系数≥0.5），刹车力控制在2-3N（普通刹车为5-8N）。例如，某品牌护理车的脚轮刹车采用“拇指按压式”设计（单指即可锁定，无需弯腰），实测每班次刹车操作能耗降低40%。

2.

轮体高度匹配：脚轮安装高度需与推车底盘厚度协调（通常轮轴中心距地面15-20mm），确保推车推行时轮体与地面充分接触（避免悬空打滑），同时防止轮体过高导致推车晃动（底盘离地间隙≤30mm为佳）。

3.

清洁友好设计：轮面材质选用无缝一体成型聚氨酯（无凹槽藏污）或可拆卸轮套（便于消毒清洗），表面添加抗菌涂层（抑制细菌滋生），满足医疗环境的卫生要求。

四、临床验证与实际效果：数据驱动的优化反馈

（一）生物力学测试：疲劳指标的显著改善

通过对某三甲医院30名护士的对照实验（15名使用优化脚轮推车，15名使用传统脚轮推车），监测推车移动时的肌肉激活程度（通过表面肌电仪测量三角肌、肱三头肌、竖脊肌的肌电信号）及主观疲劳评分（10分制，1分为无疲劳，10分为极度疲劳）：

肌肉激活程度：优化组护士的三角肌平均激活水平降低22%（从35μV降至27μV），肱三头肌降低18%（从28μV降至23μV），竖脊肌（腰部）降低30%（从42μV降至29μV）；

主观疲劳评分：优化组护士推车1小时后疲劳评分平均为3.2分（传统组为5.8分），8小时工作班次后的累积疲劳感显著减轻（传统组有6名护士反馈“腰部酸痛明显”，优化组仅1名）。

（二）操作效率提升：无效劳动时间的减少

在急诊科场景中，统计医护人员推车移动时的“方向调整次数”“刹车操作频率”及“停机清洁时间”：

方向调整次数：优化组护士每10分钟推车移动中，因转向不灵活导致的额外调整次数从5.2次降至1.8次（降幅65%）；

刹车操作频率：优化组刹车手柄的“易操作性”使每次刹车/解锁时间从2秒缩短至0.5秒（单班次节省操作时间约15分钟）；

停机清洁时间：优化组轮面的抗污设计使每周清洁轮体的时间从30分钟降至10分钟（减少因污渍导致的推车卡顿问题）。

五、未来方向：从“人机适配”到“智能辅助”的延伸

（一）智能负载感知与自适应调节

集成微型压力传感器与控制模块，实时监测推车负载（如药品重量、设备质量），动态调整脚轮的阻尼系数（负载大时增加轮体硬度提升稳定性，负载小时降低硬度减少滚动阻力），或自动锁定部分万向轮（如重载时锁定1个万向轮，转为“3轮定向”模式提升承重能力）。

（二）材料创新：轻量化与功能集成

采用碳纤维增强复合材料或轻质合金（如镁合金）制造轮轴与支架，在保证强度的前提下降低推车整体重量（传统推车重量约15-20kg，轻量化后可降至10-12kg），进一步减少医护人员推行时的初始负荷。

（三）场景化定制：多专科需求适配

针对不同科室的特殊需求优化脚轮设计：

手术室：增加防静电脚轮（表面电阻≤10⁵Ω）与无菌涂层（耐受高温高压灭菌）；

儿科：降低推车高度与脚轮噪音（滚动噪音≤40分贝），避免惊吓患儿；

药房：优化轮面防滑性能（摩擦系数≥0.15），防止推车在斜坡货架区滑动。

结论

医护人员长期使用推车的疲劳问题，本质是“人-设备-环境”交互系统中的人机工学适配不足。通过脚轮的低滚动阻力设计、灵活转向优化、震动衰减技术及操作便捷性改进，能够显著降低医护人员的身体负荷与操作疲劳，提升工作效率与职业健康水平。未来，随着智能技术与材料科学的进步，脚轮将从“基础移动部件”升级为“主动防护与辅助操作”的智能终端，为医护人员提供更安全、更舒适的医疗环境支持。这不仅是工程技术的创新，更是对医疗工作者人文关怀的深刻体现。