动态办公椅座面的生理运动轴外文翻译资料

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动态办公椅座面的生理运动轴

Roman Peter Kuster， Christoph Markus Bauer， Sarah Oetiker， 苏黎世应用技术大学

Jan Kool，瑞士瓦伦斯康复中心

目的：本研究的目的是确定和验证动态办公椅座面运动轴（MA）的最佳位置。

背景：支持骨盆运动的动态座椅可以改善身体健康状况，并降低与坐姿相关的疾病的风险。然而我们办公时需要有一个稳定的视线，这意味着上躯干和头部要保持在稳定的位置。当前的动态办公椅不能满足这种需求，结果是动态座面适应了人体脊柱的生理运动学。

方法：自由坐姿的三维运动跟踪有助于确定冠状面上的脊柱的生理运动轴。在稳定的上身姿势（胸部倾斜度）和骨盆运动的座椅支撑（动态拟合精度）方面比较了三个分别符合、低于和高于生理MA的动态座椅。比较了坐和行走过程中的脊柱运动。

结果：生理MA在第11胸椎水平，造成最小的胸廓倾斜度和较高的动态拟合精度。动态坐姿和走路中的脊柱运动相似。

结论：座椅的生理MA允许脊柱发生相当大的侧向屈曲，类似于走路时稳定的上半身姿势和高位的骨盆运动支撑。

应用：生理学MA允许脊柱横向弯曲，类似于行走，同时不会影响稳定的上身姿势，因此可以在专注于工作的同时满足动态坐姿。

关键词：生物力学，运动学，脊柱，腰背，物理人体工程学，措施，动态办公室座椅，职业坐姿，运动轴，动态坐姿

引言

在工业化国家中，多达72％的人口从事久坐的工作（OECD，2014年）。一般人群的平均每日久坐时间在8到10个小时之间（Colley等，2011；Craig ， Mindell 和Hirani，2008； Matthews等，2008）。尤其是办公室工作人员，大部分工作时间（约75％）都处在坐着的状态，而非静态活动仅占时8％（Gorman等，2013）。长时间以不良坐姿（Lis， Black，Korn，Nordin，2007； Pope，Goh ，Magnusson，2002）与静态坐姿持续进行等距的肌肉活动会增加下腰部疼痛的风险（ vanDieeuml;n ， de Looze和Hermans，2001； Vergara＆Page， 2002）。

脊柱研究表明，允许并支持脊柱运动比固定姿势对脊椎健康更有利， 特别是对于腰椎间盘（Pope等，2002）。为了促进动态坐姿，设计师开始制造了两种类型的动态办公椅。一种是使无靠背椅子变得不稳定，另一种为传统办公椅配备了可移动的座椅和靠背等机械装置。无靠背椅子试图改善直立姿势并活跃坐姿。然而，它们会增加脊柱屈曲并降低姿势摇摆、摇摆速度和肌肉活动（Grooten，Conraddson ，Auml;ng 和Franzeacute;n ， 2013 年）。其他研究人员表明，无靠背椅子并不能改善坐姿（Annetts等，2012； Ellegast等，2012； Gregory，Dunk和Callaghan，2006年；Orsquo;Sullivan, McCarthy, White,Orsquo;Sullivan, amp; Dankaerts，2012）。他们需要以持续不断的腰部肌肉活动保持直立的坐姿，这可能会导致不适感或疼痛（Kingma＆ vanDieuml;en，2009 ； OSullivan ， OSullivan ，OKeeffe ；OSullivan 和Dankaerts ， 2013 ； vanDieeuml;n 等， 2001 ； Vergara＆Page，2002）。不使用靠背的放松坐姿会导致腰椎前凸度降低，颈椎和胸廓肌肉活动增加，并伴有腰痛（Caneiro等，2010； Womersley＆May， 2006）。因此，办公椅应有靠背，带靠背椅的动力学通常限于向后倾斜（矢状面） 和旋转（水平面）（Ellegast等人，2012； Groenesteijn，Vink，de Looze 和 Krause， 2009）。矢状面内的运动是靠背和座椅以预定比例（通常为3：1左右）组合倾斜。这促进背部肌肉放松，减轻脊柱的负担，并增大躯干与大腿角度（Bush＆Hubbard， 2008; Harrison ， Harrison ， Croft ， Harrison，Troyanovich，1999; Pope等，2002; vanDieeuml;n 等，2001; Vergara＆ Page，2002）。但是，向后倾斜会使上半身远离办公桌以及分散视野范围上的注意力（Bush＆Hubbard，2008；vanDieeuml;n 等，2001）。水平面上的旋转是座椅和靠背的组合运动（1：1比例）。旋转可以促进工作流程，因为即使旋转椅子，受试

者也可以使用靠背。但是并没有证据表明倾斜和旋转办公椅会增加就座对象的活动（Ellegast 等， 2012 ；Jensen ＆ Bendix ， 1992 ； vanDieeuml;n等，2001）。

办公需要一个稳定的胸部和头部位置，可以保持工作的视线不变的同时要便于使用键盘和鼠标（ Bush ＆ Hubbard ， 2008； vanDieeuml;n等，2001）。因此，当前的可以向后倾斜和旋转的动态办公椅，可能无法像预想的那样促进动态坐姿，据推测是因为它们导致上半身大幅度运动会分散视野。因此，它们会影响操作人员的发挥，并限制移动。

为了促进动态坐姿并稳定上半身，这项研究调查了带靠背办公椅座面的附加自由度（DOF）。附加自由度将现有的座椅动力学特性扩展到了正平面。步行时有节奏的运动序列（骨盆倾斜，脊柱侧屈）会激发附加自由度，椅子的机构在正面有一个围绕使用者身体运动轴(MA)旋转的座面。这可以使动态座椅允许脊柱横向弯曲的同时，使胸部和头部保持稳定的位置，以专注于工作任务。

然而，就稳定的上身姿势与脊柱的侧屈而言，MA的最佳位置尚不清楚。因此，本研究的目的是通过找到生理学MA，将这些运动学特性实现到动态办公椅中，使附加DOF的运动学原理适应于不受约束的脊柱侧向弯曲。随后，研究比较了符合生理学MA的椅子和具有较低和较高MA的这两把椅子之间的分段运动学。由于附加自由度是受步行时脊柱外侧弯曲的启发，因此对动态坐姿的脊柱动作和步行时的动作也进行了比较。

方法

这项研究分为两个子研究（图1）。研究1研究了生理学MA的位置，定义为当骨盆和脊柱不受外部因素限制时，会围绕腰椎的前后轴旋转。随后，在新的办公椅（椅子C）座面上看到了生理学MA的位置，并在研究2中将其与两个具有不同MA的座位进行了比较（图1）。并与文献中有关步行的数据另外进行了比较。区域和机构伦理委员会批准了整个研究。

参与者

两项研究均招募了在过去的一年或先前的脊柱手术后没有后颈和颈部区域慢性不适的受试者。表1列出了进一步的入选标准和参与者特征。受试者不熟悉动态座椅。所有参与者都表示了知情同意。由于没有观察到上班族和学生在参与者特征（表1）方面存在差异，因此将两组合并。对于研究2，招募了8位新的男女参与者，其中研究1的五人因疾病和休假不参与。两项研究之间的受试者特征无差异（基于Wilcoxon检验）。

图 1研究的结构概述。在研究1中，分析了自由坐姿时围绕前后轴的骨盆和腰椎旋转，以找到生理运动轴（亮靶点符号），随后将其安装在新的办公椅（椅子C）中，并与运动轴较高的椅子（椅子A）和较低的椅子（椅子B）进行比较。另外，还比较了活动坐椅C与文献资料中步行时的脊柱侧曲。

注意:所示为数值或平均值plusmn;标准偏差。“包含标准”列中的数字表示最小值（和/或）最大值。

录音系统

Vicon MX系统的十个红外摄像机（牛津度量集团，牛津，GBR），记录频率200 Hz，步态即插式标记模型（Davis，Otilde;unpuu，Tyburski 和 Gage ， 1991 ； Kadaba ， Ramakrishnan和＆ Wootten，1990），在脊柱上使用其他标记（表2）。使用Vicon Nexus 1.7.1软件进行后续的三维标记重建。

条件和任务

研究1.如图2所示，在自由坐姿的情况下分析了生理学MA的位置。根据附加DOF的目的，双杠支撑了体重，并使上半身的运动减至最少。由于我们的假设相对于（ROM）的脊柱运动模式有所不同（Zwambag＆Brown，2015），因此每个受试者都执行两项不同的任务来研究其对生理学MA的影响：首先是在一个自发的首选运动范围（自发ROM任务）中，以每秒一拍的声音节奏来标准化运动周期持续时间，然后在自定的持续时间以最大ROM（最大ROM任务）进行横向旋转，每个记录都包含六个连续的运动周期（左右运动）。

研究2.为了研究工作时MA位置对受试者运动行为的影响，使用了三把动态椅子（rotavis AG，Winterthur， CHE）。所有椅子都配备了附加自由度，但MA位置不同。MA的位置是在锁骨的高度（椅子A，Schuuml;nke， Schulte 和Schumacher ， 2007 年） ， 脐带（椅子B，Schuuml;nke等，2007年）和在研究1确定的MA高度（椅子C）。所有椅子均以研究人群的平均解剖学标志构建的。如果受试者为了专注于阅读任务而在脊柱相对僵硬的小ROM中移动座位，则锁骨的高度被假设为最佳的MA位置。与研究1（脊柱和骨盆上的压缩和增大载荷）相比，如果受试者在骨盆倾斜度增加的情况下，在较大的ROM中移动座椅，则脐带水平被假设为最佳位置。由于文献报道了脊椎的运动模式与负荷状况和ROM相关（Bell等人，2016年; Lengsfeld，van Deursen ， Rohlmann ， van Deursen ，＆Griss，2000; Zwambag＆Brown，2015），研究人员通过与研究1中进行相同ROM任务来比较这些椅子。腰背痛的上班族将会从特定的ROM坐姿训练中受益，因此可以通过研究最大的ROM任务来分析椅子的适用性。附加自由度的结构由四个滚珠轴承组成，可以在座椅下方的导轨中移动。因此，被调查的椅子的导轨形状都有所不同，但配备了相同的座面（形状和垫子，图2）。这项研究中的不同负荷状况与研究1相比，对于自发ROM任务必须将声学节律的速度提高到每秒两次节拍。每个记录包含六个连续的运动周期。

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