在走进一个繁忙的实验室时,看到显微镜坐在书桌上,以奇怪的角度倾斜,并以其他方式支持各种不同的位置来容纳用户。自从17世纪初发明以来,显微镜已经经历了显着的发展,但是大多数新的发展和改进已经在对比度增强配件和显微镜光学组件领域。
尽管可用性问题在过去的400年中已经成为光学性能的重要组成部分,但它们并没有被显微镜专家所*忽视。早在19世纪30年代,david brewster爵士在他的“光学手册 ”中就指出:“观察者水平放置在背部时,显微观察的位置......所有位置中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来没有用在显微镜设计中,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*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*是一种痛苦。预计显微镜科学家为了更好的科学而遭受苦难,许多人多年来为此付出了身体不适,有时甚至是性伤害。
美国劳工部的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有影响,操作者被迫进入一个不寻常的严格的位置,头部或身体,往往被迫采取一种笨拙的工作姿势,如头部弯曲在眼管上,身体上部向前弯曲,手伸向高处进行聚焦控制,或手腕弯曲一个不自然的位置“。
二十世纪的显微镜曾经是地质学,生物学和医学实验室以及制造计算机和消费电子产业的电子元件和集成电路的工厂中变得司空见惯的科学设备。随着显微镜的使用增长,对可用性的担忧也在增加。在20世纪80年代和90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(一天六或八小时)。
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。为了减轻操作者的姿势,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接近水平角度,一个灵活的适配器允许个人用户调节显微镜的高度。显微镜旁边是一对倾斜的扶手,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上的时候,需要大量的前臂运动来持续调节焦距。此外,通过在显微镜主体的*部分旋转大的滚花环来改变放大率。这个环包含几个伽利略望远镜,可以增加或减少放大倍数。长时间的显微镜操作需要不断改变对焦水平和放大倍数,两者的控制距离桌面都很远。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电脑显示器上,而不是通过显微镜目镜,从而有可能减轻眼睛疲劳。长时间的显微镜操作需要不断改变对焦水平和放大倍数,两者的控制距离桌面都很远。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电脑显示器上,而不是通过显微镜目镜,从而有可能减轻眼睛疲劳。长时间的显微镜操作需要不断改变对焦水平和放大倍数,两者的控制距离桌面都很远。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电脑显示器上,而不是通过显微镜目镜,从而有可能减轻眼睛疲劳。
基本的人体工程学
人体工程学关注于找到一个更好的人与他们所做的事情,他们使用的对象,以及他们生活,工作,旅行和玩耍的环境。
人体工程学科学是人体解剖学,生物力学和生物学对物体,系统和环境设计的研究和应用。也被称为人类工程或人为因素,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,已经清楚的是,为了安全和有效地使用新技术和产品,需要考虑到人为和环境因素。在过去的五十年中,人体工程学已经广泛应用于工厂和信息系统,家庭,运动和休闲等各个领域。
在工作场所,人体工程学的物镜是提高效率,质量和工作满意度,使日常工作和重复工作更加舒适,更容易进行。这通过降低疲劳因素和减少人为错误来减少身心压力。在一些工作中,特别是在核工业和交通运输(如空中交通管制)的工作中,人为错误的代价可能是灾难性的,导致数百人受伤或死亡,或导致大范围的环境灾难。
显微镜操作员报告医疗问题的百分比人体位置员工百分比
颈部 50-60
护肩 65-70
返回(总计) 70-80
更低的后面 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,绝大多数工作是将受到影响的主要个体工人,受到不适,受伤或*的伤残归类为工作相关的肌肉骨骼疾病(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被称为许多名称(和首字母缩略词)。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(overuse syndrome),尽管这些都是总括性的术语,并没有特别指出任何msd。特定msd的一些例子是腕管综合征,腱炎,神经节囊肿和腰痛。msd的一般警告标志是疲劳,僵硬,持续性烧灼感或疼痛,协调性降低以及手中握力丧失。
许多研究已经确定了可能导致或促成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,接触应力和寒冷温度。在这些危险因素中,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共同作用,造成危害。具有多种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。考虑到人体工程学的危险因素是非常重要的,因为它们在引起或促成msd的综合效应,以及它们的个体效应。
过去几十年来,人体工程学已经成为工作场所日益重要的话题。工人身体能力与工作实际需求之间的不匹配可能导致msds。在美国,每年有180万名工人报告工作相关的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相关索赔中,每三美元中有一美元用于工伤赔偿。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。近报道的msd增加表明,雇主应该警惕创造有利于健康和高生产率的工作环境。
显微镜人体工程学
人体是一个生物力学奇迹,适应各种各样的姿势和活动。健康,维护良好的机构的关键词是“活动”。不断移动或改变位置的人体功能。
坐或站立几个小时,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,并朝向显微镜倾斜的圆肩,这种姿势会刺激软组织,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,位置会进一步被夸大。
姿势不佳和定位不当是msd的主要危险因素,可能影响全职的显微镜检查人员,他们经常会对颈部,手腕,背部,肩膀和手臂感到疼痛或受伤。长期的显微镜使用也记录了眼睛疲劳,腿部和脚部不适。在半导体行业,显微镜技术人员发现了与工作有关的医疗问题的第二个主要原因,仅在传统上具有高伤害率的维修人员中。对显微镜使用者的细胞技术专家进行的地区调查发现,略高于70%的人表示有颈部,肩部或上背部症状,而手部和腕部症状发生率则高达56%。
其他研究显示,在所有领域,约80%的显微镜专家经历了与工作有关的肌肉骨骼疼痛,并且20%由于与显微镜使用有关的医学问题而错过了工作。细胞技术专家的5到10年相当高的退出率部分归因于通过显微镜长时间检查标本的身体不适。表1列出了与长期使用显微镜有关的医疗投诉文献中报道的百分比范围。大部分报告的问题发生在脖子,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传统的显微镜进行修改,以更好地适应用户时,人们遭受的不适感较少。无论哪种情况,适应性都是提高舒适度的关键。显微镜可以适应个人用户,而不是强迫用户适应显微镜,更舒适,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,上倾角度高达30度,手臂和手的定位困难,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,也会造成疲劳和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部必须保持在相对固定的位置。从生物力学的观点来看,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,已经证明,当颈部过度伸展达到这个量时,可能会发生紧缩的神经。手的重复运动以及手臂在硬表面上的接触应力可能导致疼痛和神经压迫,导致重复性的压力损伤和/或腕管综合征。
近的研究已经表明,为了允许更加中性的直立工作姿态,光路(从目镜到被观察的样本的距离)应该在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,大多数较老的显微镜具有比目镜在水平方向上倾斜60度更短的光路长度(25至30厘米或10至12英寸)。
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面处于更中立的位置,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姿势之间找到一些“快乐媒介”来补偿这种情况,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以用来补偿较小的焦点问题(近视和远视),但是具有中度到重度散光的显微镜医师在通过目镜观察标本时应当戴眼镜。为了适应用眼镜观察所需的更长的眼点,制造商提供专门的高眼点目镜。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*消除目镜,取而代之的是ccd或cmos图像传感器的经典观测管。数字成像芯片将与精密的软件分析软件包相结合,控制图像采集和存储,数字处理以及其他功能,如时间推移电影摄影和实时视频电影。
确保显微镜图像尽可能明亮,锐利和清脆,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。无论是通过目镜还是电脑显示器观察图像,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大视野。耦合到更高数值孔径值,更好的像差校正和更长的工作距离的物镜,所产生的图像显示出大量的样本细节,精致清晰,边缘到边缘平坦的场地。这些因素减轻了视觉搜索微小标本细节的负担,
一些公司现在生产适配器,允许修改传统的显微镜以更好地适应个人用户(图1到4)。身体管的延伸可以增加目镜和载物台控制之间的距离,光学楔可以提供更大的角度范围的可调性,在30和80度之间。售后显微镜支架可以使仪器升高和旋转以增加舒适度。
显微镜可用性问题的近解决方案是显微镜制造商将现代设计中的人体工程学特征纳入其中。虽然这些模型对于绝大多数实验室*开发而言是昂贵的,但在所有价位的新型显微镜模型中,人体工程学功能日益成为标准。
在杜克大学进行的另一项研究是在一组使用传统显微镜进行工作的细胞技术专家的基础上进行人体工程学设计的,他们对使用这种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,具有现代人体工程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。用户在切换到人体工学设计后,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视频摄像机,在电视屏幕或电脑显示器上显示标本图像,可以很容易地消除或减轻眼睛疲劳。如前所述,这使得有眼科问题的操作者,如近视和散光,在检查标本的过程中可以舒适地佩戴眼镜。
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,的新设计,以减轻操作员的疲劳,减少压力水平和相关的健康问题。显微镜大致可以分为四类:立体显微镜,正置显微镜,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,每个类都有其*的人体工程学要求,尽管有许多共同的属性。重要的特点是操作员控制,姿态边界,眼睛水平调整,载物台布置,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。每年都有超过两万种这种无处不在,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,立体显微镜的构造是将身体和眼睛管安装在一个长柱上,这样可以检查和操作各种尺寸的标本。老式立体显微镜中的眼管通常固定在与水平工作台成45到60度角的位置上,聚焦旋钮安装在靠近支柱架的身体上。这种设计具有许多重大的人机工程学缺点,多年来已经在操作者创伤方面造成了沉重的代价。
立体显微镜设计的进展已经解决了制造商面临的许多人体工程学问题,这些制造商雇佣了大量的技术人员,他们花费很长时间用这些常用显微镜检查和操纵标本。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,包括低视角和倾斜的管子,这些管子提供了大范围的调整以适应跨越身体尺寸和高度范围的操作者的需求(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,提高了效率,减少了医疗事故发生。
近的立体显微镜设计融入了另一种人体工学特性,包括降低聚焦旋钮的位置,确保快速,准确和轻松地对准样品。位于操作员可以轻松到达的位置,降低的对焦旋钮消除了在调整显微镜焦距的同时扭动肩膀的需要。这一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恒定焦点调整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,以增加使用者的舒适度并减少与显微镜操作相关的疲劳和压力。该显微镜还有许多附件,包括符合人体工程学的1x物镜,允许操作者控制眼睛的水平位置,以及扩大的目镜管,进一步修改视角。目镜的屈光度范围可调,高眼点,减轻戴眼镜的负担,同时在显微镜下观察标本。
专为立体显微镜设计的全新符合人体工程学的辅助物镜通过允许操作员自由调节焦距以符合座位要求,帮助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透光性,进一步提高了操作员的舒适度并减少了疲劳。
传统的正置显微镜
在立体显微镜之后,立式复合显微镜占据了大的*,并且每年都以成千上万的价格出售。这些显微镜的设计也得到了制造商在人体工程学方面的重视。新功能列表包括单手载物台和对焦控制,的眼睛水平定位(图2),低调的载物台和刚体仪表标准,这些都为操作员在检查标本时为无张力姿势做出了贡献。
也许新复合显微镜设计的显着的特点是将平台平移和聚焦控制旋钮与操作员等距配置(图6)。这样可以使手放在桌面上更轻松的姿势。另外,操作员不再需要扭动肩膀同时操作载物台和对焦控制,大大减少了与长期观察有关的应变量。其他常用的显微镜控制装置,如视场光阑,光强度电位计和自动照明显微摄影预设开关,位于显微镜基座的台面高度的前部,操作员可以轻松到达(详见图6) 。按钮式过滤器接合杆也位于主控制器附近,以进一步增强操作的便利性。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。另外,粗调张力控制允许操作者定制方向载物台移动的动作以适应个人喜好。一些显微镜还提供了可拆卸的精细调焦旋钮,可以安装在仪器的任何一侧,以适应操作者的喜好,并且有些旋钮涂有涂层以增强牵引力,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方向载物台移动的动作以适应个人喜好。一些显微镜还提供了可拆卸的精细调焦旋钮,可以安装在仪器的任何一侧,以适应操作者的喜好,并且有些旋钮涂有涂层以增强牵引力,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方向载物台移动的动作以适应个人喜好。一些显微镜还提供了可拆卸的精细调焦旋钮,可以安装在仪器的任何一侧,以适应操作者的喜好,并且有些旋钮涂有涂层以增强牵引力,只需一根手指即可轻松操作。
在近的仪器设计中,降低的载物台组件的高度从大约五英寸到八英寸,远远低于以前的显微镜。许多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载物台运动。有些型号的对焦调节功能可以转换鼻梁,而不是整个载物台,以保持载物台高度不变,减少移动载物台或更换标本所需的前臂移动量。更*的设计消除了载物台侧面的x方向导轨的突出,从而减少了对焦动作的干扰。现代载物台的旋转运动通常超过200度,有些甚至可以在显微镜光轴上达到超过250度的旋转。任何花费时间为电影或数字成像捕捉图像的显微镜专家都会欣赏这种*的功能,这不仅节省了时间,而且消除了相当多的挫折感。
一些的显微镜设计中,目镜管角度几乎是无限可调的(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,以适应操作者的需要。显微镜可以安装眼睛水平升降块,以增加目镜筒的高度,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眼点位置的高度(图4)。其结果是几乎每个显微镜的人,无论大小和高度,都可以直接进入目镜,而不会倾斜头部,设计上的相当大的改进,确保舒适的工作位置。即使经过几个小时的观察后姿势不可避免地发生变化,也可以调整眼点来匹配新的位置并减轻疲劳。在现代目镜中易于调节屈光度和调节瞳距,也有助于减轻操作者的不适感,有些型号的直径减小的目镜可以帮助操作人员用深眼眶进行观察。
大多数新型显微镜设计都采用了预先居中的照明器,以便快速更换灯泡,有些甚至包括预先居中的聚光镜。这些元件使操作员能够集中精力进行样品观察,同时以少的中断时间重新配置显微镜。此外,有些物镜是强度均衡,以减少在改变物镜时调整照明强度的必要性,从而消除旋转物体时暴露于光强突然变化的不适。结合降低的鼻子设计也减少了操作员的疲劳,允许手臂放在桌面上,同时改变物镜。
现代显微镜的设计与计算机辅助工程(cae)的帮助,以实现高抗振性和结构刚度,以确保这些仪器在峰值光学水平下运作。振动和基底变形导致图像劣化,这表现在不良的显微照片和/或数字图像上。这也是微观主义者意图捕捉图像的疲劳和挫败的主要原因。总而言之,今天的直立式复合显微镜的新的人体工程学特征使得能够以小的压力和疲劳在较长时间内进行观察,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正日益成为流程监控和质量控制工具。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,不正确的掩模对齐和工艺错误。这些显微镜的发展至关重要的是一个*的光学系统,提供良好的照明,更大的焦点深度,高度校正的物镜,和对比度增强光调节器。这些仪器通常配备有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,
半导体行业采用了几个标准(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的功能。这些仪器的要求是控制和旋钮位置低,靠近操作员,而眼点设置在适当的高度,舒适的操作。制造商设计的显微镜具有聚焦,照明和物镜控制装置,可以放置在基座上,载物台下方,操作者正前方或可以方便地放置的独立键盘上。这些功能可以大限度地减少手部移动,并实现“盲目”操作,从而减少搜索调整旋钮或手动旋转物体的注意力。另外,大多数型号的目镜被移动到显微镜的靠近操作者的位置,允许更直立的坐姿。的显微镜配有倾斜的目镜管,可以在零点(水平)到45度的范围内连续调节倾斜角度,以便在视点水平上进行观察。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,有些甚至包括立像棱镜。这些特征在操作人员必须检查站立位置的晶片的情况下是重要的,因此疲劳开始更快。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,有些甚至包括立像棱镜。这些特征在操作人员必须检查站立位置的晶片的情况下是重要的,因此疲劳开始更快。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,有些甚至包括立像棱镜。这些特征在操作人员必须检查站立位置的晶片的情况下是重要的,因此疲劳开始更快。
现代工业显微镜的设计也出现了载物台性的演变。许多功能定制晶圆和面具持有人直接附加到手动操作或电动载物台或允许显微镜与晶圆装载机接口。载物台控制也是人类工程学考虑的焦点,许多半导体显微镜的xy精细运动转换器不随载物台移动。相反,它们靠近显微镜的前部放置在较低的位置,这使得操作者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,照明和物镜旋转按钮附近,使得单手可以操作显微镜。此外,
其他功能,如电动物镜转盘,倾斜呼吸荧光,远程对焦手柄和缓动盘简化了工业显微镜的操作。当旋转物镜时,机型具有照明消隐功能,以保护操作者的眼睛免受明亮的闪光。反射光共焦和宽视场显微镜上的遥控键盘现在控制着外偏振器的旋转,孔径光阑的开口尺寸,外/暗视场照明选择,焦点,载物台位置和观察模式选择。总之,这些符合人体工程学的考虑大大提高了半导体检测操作的效率,同时降低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发生了戏剧性的转变,在这方面,设计用于检查和操纵培养中的细胞和组织的倒置显微镜同时获得了人体工学特征,以增加操作者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到这些仪器的前端,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,使操作者可以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,管子也可以旋转90度以上,以增加样品检查和操作的灵活性。额外的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相标线。
倒置显微镜上的载物台已经重新设计,为孵化器,大型培养皿,体外受精显微操作系统,电生理附件和膜片钳配件提供了足够的空间。移动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。在载物台下方,较大的物镜转盘间隙和革命握把使操作员能够更迅速有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者msd投诉。
研究倒置显微镜常见的其他功能包括倾斜照明支柱,附件的螺纹安装孔和聚光镜/载物台重新对焦塞组合。在倒置显微镜,支柱支持长工作距离聚光镜,通常卤钨灯明场,暗场,相差,差分干涉对比度照明。一些显微镜配备了一个可拆卸的支柱,也可以向后倾斜达45度,以便安装显微操作设备或更换标本而无需升高聚光镜。这些功能减轻了复杂和重复的显微镜重新配置的负担,是一个大大改善人体工程学的设计比以前的型号。重新对焦挡块允许操作员快速取消粗略运动,以更换标本并返回到确切的焦点。同样,聚光镜 - 重新对中止动器不需要操作者手动将聚光镜更换到正确的焦点位置。一旦设置好,塞子就能快速切换样品并快速返回预设的聚光镜焦点。
目前倒置的显微镜机构现在比以往更坚固和更重的同行。这极大地减少了振动,并为样本的检查和操作提供了长期的稳定性,并且使用延时电影摄影,数字成像和显微摄影技术。倒立显微镜的新的人体工程学特征,在缓解长时间的显微镜疲劳方面已经取得了长足的进步,同时提高了花费无数小时来研究生命科学的显微镜的效率和健康。
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附加装置包括用于双目观察头(图3),扶手,眼睛高度延伸器,柱状微阵列以扩大观察标本(图9和10),数字观察屏幕,波纹管(图8),光楔和无眼的数字成像视频系统。
延长的眼管(图1和3)比传统的模型长得多,使操作者能够在长时间的观察期间保持更支持的中立姿态的同时远离工作台。观察管的长度可达90毫米,非常适合放置在机器,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的降低。多种型号还提供更大的瞳孔间调节(可容纳所有用户的大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,增加了眼睛高度配置的灵活性。这种附件定位在双目头和显微镜主体之间,以提供扩大的视角调节并增加操作者的舒适度。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。使用锁定旋钮来改变适配器高度,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者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,使显微镜员能将仪器高度提高到1.5到4英寸之间,并且可以增加堆叠板以达到更高的高度。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。
增加观察者的视野和从观察者的眼睛到显微镜的距离已成为越来越多的售后市场产品的物镜。vision engineering采用透镜阵列技术,引入了一种新的称为isis的人体工程学附件,可以通过插入标准观察管(图9)将其改造成现有的显微镜。该产品将眼睛的有效距离从目镜增加到约38-40毫米,扩大了瞳孔的形象,并为操作者提供了更好的姿势自由的头部运动。制造商还声称,isis减少了眼睛漂浮物的注意力,该漂浮物在视野中移动,并且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,其中包含数百万个微小的单个微透镜(称为微透镜),当光盘以高旋转速度旋转时(图10),这些微透镜共同作用以扩大聚焦深度和视场。透明盘的直径约为15毫米,用于透射或反射模式以增强观察。每个单个微透镜的尺寸大约为70微米,但是当盘以高达3500转/分钟的速度旋转时,它们合并为平滑的图像。
透镜阵列技术的更高级应用表现在使用观察头代替目镜的显微镜设计中(图11)。首先应用于体视显微镜,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纬度。佩戴眼镜的操作人员可以很容易地查看标本很长一段时间,而不会产生与眼镜被移除时反复重新聚焦相关的不适。这些显微镜的设计也符合人体工程学标准,并具有聚焦,缩放和照明调节功能,在基座上的位置较低,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了ccd或cmos图像传感器来捕获并在计算机监视器上显示图像。虽然目前的仪器只需添加一个数码相机系统即可轻松实现这种配置,但无目镜显微镜还附带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工作效率。
显微镜光学元件的正确对准的重要性不能被过大。照度不足,镜头伪像引起的图像劣化,滤波器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*的正确使用显微镜的培训,包括灯具更换和集中,光学校准,正确的过滤技术和图像捕获。
预防
一方面,大卫布鲁斯特爵士是正确的。通过显微镜垂直向下观察是“糟糕的位置”进行观察。他的建议是,显微镜应该仰赖他们,可能不是*可行的,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。
不是每个人都有能力购买一台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找到修改它们以适应用户的手段,而不是强迫用户进入尴尬的境地。
以下是使用显微镜实现和保持中性身体姿势的一些基本指导原则:
眼睛 - 目镜应该休息在眼睛的下方,眼睛向下看水平方向30到45度的角度; 应调整双目目镜的双目距离,确保双眼舒适对焦。
颈部 - 颈部和头部应尽可能弯曲,不要超过水平线10-15度。
返回 - 个人应该坐直,整个身体向前倾斜,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,这可以通过适当的支持来缓解。
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到大腿后部。
为了进一步减少人体工程学风险因素:
培养姿势的意识。坐下时尽量保持腰部的自然曲线。如有必要,使用额外的腰部支持。
如果实验室凳子上的脚环太低,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,使坐在长椅上的腿和脚不受阻碍。
不要靠前看通过显微镜。相反,调整椅子,工作站或显微镜的位置,保持背部挺直,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)或售后配件修改配置以保持头部竖直。如果显微镜眼睛水平立管不容易获得,使用三环活页夹倾斜显微镜,使目镜放置在一个更合适的角度。对于一个长期的解决方案,要么购买一个合适的oem或售后市场,要么有一个适合在当地建设的目的。
调整显微镜,工作台或椅子的高度,以避免弯曲或延伸颈部,或向前伸出下巴。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。这允许操作者向前弯曲臀部而不是颈部,背部和肩部。
避免接触来自前臂放置在锋利的工作台或反边缘的压力,通过添加填充边缘保护。如果长时间将手臂与工作台分离(吊起),操作焦点和载物台控制器可能会导致静态负载疲劳,通过适当的支撑(例如软垫和倾斜扶手)可以减少静态负载疲劳。而且,如果实验室布局允许的话,利用带有凹入顶部的切割工作台或实验室工作台可以使操作者展开并更有效地使用显微镜观察和操纵所需的辅助设备。
确保显微镜光学组件配置正确,并且照明源对齐并表现。调整目镜瞳孔距离,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,以使视野*被填满,但是远得足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。购买产生平视场的计划校正物镜。具有显着的视场曲率的显微镜难以使用,特别是长时间的使用,在此期间操作人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引起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孔径,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,但那些情况更为严重的人应该通过配镜来确定是否适合长时间观察。目镜屈光度的简单调整不能矫正散光和其他一些更严重的视力困难。在极度散光和融合不足(眼睛协调性差)的情况下,操作人员可能需要数字视频设备和电脑显示器或电视屏幕的辅助来增强或更换目镜。
检查实验室环境是否有过度的眩光和头顶荧光灯的反射,并调整外部和内部的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水平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。低湿度条件导致眼睛干燥,进一步加重眼睛疲劳。
从显微镜定期休息,从每小时五到十分钟不等,对于减少疲劳是*的,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。眼睛,颈部和肩膀的定期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,一些公司在短暂休息期间已经实施了一个例行的锻炼计划。另一种缓解疲劳的机制是定期混合其他职责,以缩短显微镜会议的时间。
在评估工作站修改时,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; 抗疲劳垫应该用于需要显微镜专家站的工作站。椅子应该有一个倾斜的“水滴”边缘气动,可调节的座位,高度和角度都可调节的靠背,高度可调的扶手,以及带脚轮的五角星形基座。
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的接触以及使脚不滑落的表面纹理。它应该很容易调整,以适应不同的用户高度,并有一个约10度的角度。脚趾应该高于脚跟,使小腿肌肉伸展。
基于在显微镜每天花费的时间的其他建议:
1-2小时/日
大腿和桌面之间有足够的间隙(至少2英寸),或者腿部没有障碍物。
2-4小时/天
显微镜略微向前倾斜或使用楔子,补充剂和/或眼睛水平调整。
适当的手臂支撑,保持四肢靠近身体,前臂与地面平行,并搁在台面上。对于位置较高的老式显微镜,使用扶手。
用于工作台或工作台面的填充边缘可避免手臂接触压力。
4-6小时/天
如果可能的话,应该安装可调节的显微镜目镜。
如果在显微镜上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)/天
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*)。
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到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,让眼睛在远处聚焦。必须经常访问的对象应该保持足够接近以避免必须拉伸和拉紧,通常在9-19英寸的距离内。不太经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正在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程度。政府组织估计,新标准如果得到实施,将为未来10年的雇主每年节省91亿美元,每年防止46万报告的msd(如果包括未报告的情况可能更多)。
职业安全与卫生署官员担心的一个问题是,有关共同的msd,风险因素和报告症状的重要性的基本信息,必须留给那些必须在显微镜上花费大量工作时间的员工。虽然许多显微镜制造商正在解决许多人体工程学方面的要求,但是“现场”还有相当多的显微镜,这些显微镜装备不足以提供工人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的,符合人体工程学设计的版本所取代,但与此同时,雇主应该关注由于使用显微镜而可能出现的潜在医疗问题。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,那么一些工作环境的调整是必要的。售后配件可用于广泛的显微镜,可能是过渡时期大多数老式仪器的答案。然而,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功能。
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