《International Journal of Industrial Ergonomics》：Variation of discomfort with flexion angle of the ankle for a typical posture adopted when operating a pedal in microsurgery
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眼科显微手术中脚 pedal 的踝关节屈曲角度对不适感的影响研究显示，中立角度为9.4°背屈时不适感最低，安全范围为-5.4°至22.3°。
黄颖颖|齐书欣|克努恩茨·洛塔尔|塔赫德尔·马库斯|雅努绍夫斯基·凯|梅诺齐·马里诺
台湾国立大学机械工程系，罗斯福路4段1号，台北106
摘要
脚踏板是眼科显微手术中至关重要的接口，但目前的设计指南仍然依赖于20世纪中叶汽车人体工程学研究的数据，而非手术特定的证据。这种忽视领域特定证据的做法可能会影响舒适度、效率和安全性。在这里，我们通过测量36名缺乏手术经验的参与者在踝关节屈曲角度变化时所感受到的不适程度，迈出了填补这一空白的第一步。参与者赤脚或穿着袜子，在具有临床代表性的眼科手术坐姿下操作模拟脚踏板。他们被要求在将脚放在脚踏板上30秒后，对不同倾斜角度引起的不适程度进行评分。
结果表明，当脚与水平面的夹角为9.4°（脚向上翘起）时，不适感最低。在背屈和跖屈状态下，不适感增加的程度不对称，其中跖屈状态下的不适感增加速度更快。为了保持较低的不适水平（最大不适感的20%），脚的倾斜角度不应超过跖屈时的-5.4°或背屈时的22.3°。
这些发现对眼科手术中脚踏板的人体工程学设计具有重要意义。建议脚踏板的支撑倾斜角度应控制在-5.4°到22.3°的范围内。为了鼓励外科医生在不主动使用脚踏板时将其保持在原位，这些发现为选择大约9.4°的闲置角度提供了依据。
引言
在眼科显微手术中，会同时使用多种器械。例如，在视网膜手术中，内照明器用于照亮视网膜，而眼内镊子则用于实际操作。同时操作这两种器械需要外科医生使用双手，这使得他们难以执行调整手术显微镜或手术机等额外任务。为了解决这一限制，通常会使用脚踏板。
除了简单的开关外，手术脚踏板还配备了可调节倾斜角度的支撑结构，使外科医生能够选择不同的功能。例如，在白内障手术中，需要调整冲洗、抽吸和超声波的应用来取出晶状体囊的内容物。这三个功能分别对应脚踏板的三种不同倾斜角度，还有一个闲置位置。闲置位置允许外科医生在不使用脚踏板时将其放在支撑上，而不会导致脚踏板意外激活。在一项预备性初步研究中（Menozzi等人，2022年），外科医生表示在闲置状态下他们更喜欢将脚从脚踏板上拿开，因为使用的脚踏板角度让他们感到不适。与先前的文献（van Veelen等人，2003年；Lee等人，2017年）一致，这项初步研究强调了脚踏板舒适性在设计中的重要性。
尽管有关手术中脚踏板布局和使用的 ergonomic 建议已有文献报道，但据我们所知，关于脚踏板支撑倾斜角度的建议缺乏实验证据。
大量研究关注了脚踏板的人体工程学，尤其是汽车领域使用的脚踏板。例如，Wang等人（2004年）探讨了座椅高度、脚踏板行程和倾斜角度以及脚踏板阻力对操作汽车离合器踏板时不适感的影响。他们的观察结果与之前的研究一致，即动作应遵循最小工作和最小不适的原则（Wang等人，2000年）。然而，将汽车行业的发现直接应用于手术是有问题的，因为手术中的环境和驾驶环境存在显著差异。例如，操作者的姿势、施加在脚踏板上的力以及脚踏板的使用频率和持续时间在驾驶和手术过程中差异很大。
仅有少数文献讨论了手术中使用的脚踏板的人体工程学问题，其中一些文献提到了操作脚踏板时的脚部不适。基于观察、调查和文献回顾，van Veelen等人（2003年）提出了手术脚踏板设计的指南。关于脚踏板倾斜角度，van Veelen等人（2003年）建议将操作时的背屈角度限制在25°以内。这一建议也得到了Cho和Jang（2024年）以及Tetteh等人（2024年）关于手术人体工程学的后续研究的支持。van Veelen等人（2003年）引用了Rodgers（1983年）的研究作为依据，Rodgers（1983年，第133页）列出了从中性位置向上20°和向下30°的最大角度限制。对于经常使用的脚踏板，Rodgers（1983年）指出：“不建议使用导致踝关节过度伸展（超过脚部静止位置25°）的脚踏板。”Rodgers（1983年）的陈述基于Morgan等人（1963年）书中的第六章建议。Morgan等人（1963年）在第280页报告称，根据Dupuis等人（1955年）的研究，“……不应使用超过30°的移动角度”。最后，Dupuis等人（1955年）在第109页指出，在脚踏板控制中不应使用超过踝关节活动范围的一半。总之，支持将背屈角度限制在25°的原始文献来源于Dupuis等人（1955年）关于拖拉机人体工程学设计的研究。据我们所知，针对显微手术的脚踏板倾斜角度的具体建议缺乏实验证据。
本实验的主要目的是测量不同脚部倾斜角度下的不适程度，以确定引起最小不适的角度以及可以在低或更低不适程度下操作的角度范围，这种不适程度对应于Borg（1990年）和Miedema等人（1997年）所称的“轻微”或更低不适。特别是，我们旨在通过实验评估脚踏板角度变化引起的不适程度，以便（i）揭示在轻微或更低不适程度下操作脚踏板的角度范围，以及（ii）确定引起最小不适的角度。
方法
一项包含白内障手术调查和观察的预备性初步研究（Menozzi等人，2022年）为本研究提供了依据。初步研究表明，外科医生在（i）工作或坐姿、（ii）使用脚踏板时的鞋类选择（赤脚、塑料便鞋、高跟鞋等）以及（iii）操作方向（与自身前额平面平行或垂直）方面存在很大差异。
任务持续时间
使用评分程序的评分过程大约持续1分钟。对于跨模态任务，评分时间根据参与者的反应时间而定，通常在12-15分钟之间。平均而言，操作手持式测力计进行不适感评分需要4.8秒，根据各种模型估计的上肢最大耐力时间，这个时间足够短，可以防止肌肉疲劳（El ahrache等人，2006年）。
参与者和代表性
我们从样本中获得的人体测量数据与代表性人群的人体测量数据进行了比较。如表1所示，参与者的身体测量特征与欧洲参考数据（DIN 33402-2:2005-12）非常吻合。男性的平均脚长和脚宽分别为26.2厘米×10.6厘米，女性为24.1厘米×9.3厘米，这与第50百分位的参考值26.5厘米×10.1厘米和24.5厘米×9.2厘米（DIN 33402-2:2005-12，表62和表61）相符。
局限性
我们的研究结果适用于采用直立坐姿的参与者，此时大腿和膝盖均弯曲90°。这种姿势配置是在我们的初步观察中白内障外科医生最常采用的（Menozzi等人，2022年）。尽管为了避免长时间研究带来的疲劳和无聊效应，排除了姿势的变化，但不同的姿势或膝盖角度可能会影响踝关节与脚踏板之间的关系，因此需要进一步研究。
结论
在本研究中，量化了在标准化眼科手术坐姿下模拟使用脚踏板时不适程度的变化。据我们所知，这项研究提供了首个实证证据，为显微手术中脚踏板的舒适活动范围和中性位置提供了参考。
将踝关节视为脚部屈曲的旋转中心时，最佳设计的脚踏板应围绕一个位于……
CRediT作者贡献声明
黄颖颖：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，项目管理，方法论，研究设计，资金获取，数据分析，概念构思。齐书欣：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，项目管理，方法论，研究设计，数据分析，概念构思。克努恩茨·洛塔尔：资源协调，概念构思。塔赫德尔·马库斯：资源协调，概念构思。雅努绍夫斯基·凯：撰写 –
