基于手-臂振动传递率、前臂肌肉活动、手部温度与手指灵活度综合指标的抗振手套评估研究

《Safety and Health at Work》：Comprehensive evaluation of anti-vibration gloves by integrated indicators: hand-arm vibration transmissibility, forearm muscle activity, hand temperature and finger dexterity

　　

专业摘要翻译： 背景：抗振手套被广泛用于减轻工业环境中的手-臂振动暴露。虽然较厚的减振材料通常能改善振动衰减效果，但可能对佩戴舒适性和操作性能产生负面影响。然而，现有的评估方法往往依赖单一性能指标，未能充分捕捉振动衰减与肌肉活动、手部温度及手指灵活度等佩戴舒适性相关指标之间的权衡关系。 方法：本研究提出一个综合评估平台，通过整合多项性能指标对抗振手套进行评估，包括手-臂振动传递率（hand-arm vibration transmissibility）、前臂肌肉活动（forearm muscle activity）、手部温度（hand temperature）和手指灵活度（finger dexterity）。研究人员评估了五种具有不同厚度橡胶基减振材料的手套样本。手-臂振动传递率依据ISO 10819（2013）标准进行测量。前臂肌肉活动采用肌电图（electromyography, EMG）进行评估，手部温度通过可穿戴传感器进行监测，手指灵活度依据ASTM F2010/F2010M-18标准进行评估。研究人员开发了加权评分模型以量化手套的综合性能。 结果：在手套A至C中，较大的减振材料厚度通常与较低的振动传递率相关，而佩戴舒适性相关指标则表现出相应的权衡效应。然而，这些趋势在全部五种样本中并非单调变化，表明除厚度外，手套结构和材料特性也影响其性能。在五种手套中，一种具有柔性衬里材料的手套尽管厚度较大，却表现出显著较低的肌肉活动。加权评分模型使得各项指标之间的平衡比较得以实现。 结论：振动衰减与佩戴舒适性相关指标之间的权衡关系因手套设计和材料特性的不同而有显著差异。本研究提出的方法为在受控条件下比较抗振手套提供了实验室框架，而非对工作场所暴露场景中手-臂振动综合征（HAVS）风险降低的直接评估。

论文解读文章

一、研究背景与问题提出

在涉及振动的作业任务中，如机器操作，工人长期且集中地暴露于振动环境中可能引发手-臂振动综合征（hand-arm vibration syndrome, HAVS）。为保护工人，抗振手套被广泛应用于众多工业领域。抗振手套通常由附着于手掌和手指部位的减振材料制成，在振动工具与手之间提供被动悬隔作用，从而减少传递至工人手-臂系统的振动。ISO 10819:2013标准详细规定了抗振手套性能评估的程序，描述了在预定振动信号条件下，通过手套从手柄传递至佩戴者手掌的振动传递率的测试方法。

然而，佩戴抗振手套可能因减振材料厚度而产生不良的人机工效学效应。相较于裸手或佩戴较薄手套，佩戴较厚手套时可能需要施加更大的握力，这可能增加手-臂肌肉骨骼疾患（musculoskeletal disorders, MSDs）的风险。已有研究采用肌电图（electromyography, EMG）调查了抗振手套对前臂肌肉活动的影响，报告了佩戴手套期间前臂肌肉激活的增加。抗振手套可能有助于保持手部温暖、清洁和干燥，但长时间佩戴可能导致手部出汗，手套内积聚的热量和湿气可能降低舒适性和佩戴性。此外，手掌和手指部位较厚的减振材料可能限制工人的手部灵活性。

以往研究已就抗振手套性能的各个单一方面提供了重要证据，包括振动传递率、握力、肌肉活动、热舒适性和手动灵活性。然而，这些性能与佩戴舒适性相关指标往往被分别评估，难以在单一评估框架内量化其权衡关系。因此，研究人员提出了一个综合评估平台，整合手-臂振动传递率、肌肉活动、手部温度和手指灵活度等多项指标对抗振手套进行全面评估。

二、研究内容与主要结论

本研究采用所提出的多指标实验平台对五种手套样本进行了评估。研究人员依据相应测试程序，实验评估了振动传递率、静态和动态条件下的前臂肌肉活动、手部温度以及手指灵活度。通过定量评估，比较了所测手套在振动衰减、肌肉活动、手部温度响应和手指灵活度方面的差异。研究结果表明，减振材料能够减少传递至手-臂系统的振动，但这一益处可能伴随肌肉负荷增加、热散发受限和手指灵活度降低。研究结果强调，需要同时采用振动衰减和佩戴舒适性相关指标来评估抗振手套。所提出的框架可支持抗振手套的任务特定比较、选择、设计评估和未来优化。然而，在得出关于HAVS风险降低的结论之前，仍需开展更大规模、更多样化参与者群体、具有工作场所代表性的暴露条件以及长期健康结局的进一步研究。

三、关键技术方法

研究人员构建了综合评估系统，包含手-臂振动传递率、前臂肌肉活动和手部温度的测量系统。振动传递率测量参照ISO 10819:2013标准，采用电磁振动台产生振动激励，手柄内置加速度计和两个测力传感器，分别测量手柄加速度和握力。研究人员设计并制造了集成两个测力传感器的力板，用于测量朝向振动台的进给力。按照ISO 10819:2013标准设计制造了集成加速度计的手掌适配器，用于测量手部加速度。前臂肌肉活动采用四个EMG传感器，记录指浅屈肌（FDS）、桡侧腕屈肌（FCR）、桡侧腕伸肌（ECR）和指伸肌（ED）四块优势前臂肌肉的肌电信号，分别在静态和动态条件下测量。手部温度采用自行设计制造的可穿戴温度传感器，包含六个热敏电阻嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）中，测量手指和手掌的温度分布。手指灵活度依据ASTM F2010/F2010M-18标准，采用自制的钉板装置进行评估。五种手套样本由一家工业手套制造商提供，涵盖不同厚度的橡胶基减振材料。研究采用五种健康男性参与者，遵循参与者内重复测量设计。

四、研究结果

手-臂振动传递率：在裸手条件下，整个频谱范围内振动传递基本无衰减。佩戴抗振手套后，减振材料提供被动阻尼，有效降低M谱和H谱的振动。在手套A至C中，减振材料厚度增加伴随较低的T_M和T_H值，但这一趋势未延伸至手套D和E，表明传递率并非仅由厚度决定，还可能受材料刚度、手套结构和贴合度影响。Friedman检验显示手套条件对T_M和T_H均有显著整体效应。

前臂肌肉活动：动态条件下的肌肉活动普遍高于静态条件，反映振动暴露期间维持稳定握力和进给力所需的肌肉负荷增加。FCR和ECR肌肉在动态条件下激活增加以抵抗不可预测的振动诱导力，而ED肌肉激活相对降低。手套A至C中，部分肌肉的标准化肌肉活动（NMA）随材料厚度增加而增加，但该趋势并非在所有肌肉和手套样本中一致。手套D表现出相对较低的肌肉活动，可能归因于其更柔性的结构。经Holm校正后，静态FCR、静态ECR和动态ED存在显著的手套条件效应。

手指和手掌温度：佩戴手套条件下的手指和手掌温度普遍高于裸手条件，但手套A至E之间的差异与材料厚度无单调关系，表明材料成分、手套结构、贴合度和局部空气滞留等因素也可能影响热响应。Friedman检验显示手指温度和手掌温度均存在显著的手套条件效应。

手指灵活度：佩戴抗振手套时手指灵活度显著降低，表现为钉板测试完成时间相对于裸手条件增加。手套A的增加最小，而手套B、C和E产生明显更长的完成时间。手套D尽管减振材料较厚，但对手指运动的阻力相对较低。Friedman检验显示手指灵活度存在显著的手套条件效应。

多准则综合评估：研究人员采用任务特定的多准则决策分析框架，在基线情景中对T_M和T_H赋予较高权重，肌肉活动、灵活度和手部温度作为补充的佩戴性考虑因素。替代的振动优先和佩戴性优先情景用于评估排名对权重假设的敏感性。在平衡情景中，手套B评分最高，其次为手套D、C、A，手套E评分最低。在振动优先情景中，手套B仍为最高，手套E最低。在佩戴性优先情景中，手套D评分最高，手套E最低。

五、讨论与结论

本研究存在若干局限性。样本量有限，结果应解释为受控实验室条件下对所测手套样本的比较而非群体水平证据。振动传递率实验在ISO 10819规定的受控激励和姿势条件下进行，不能完全再现实际工作场所中广泛的振动频谱、握持姿势、工作周期和暴露持续时间。本研究未直接测量HAVS发病率、血管或神经症状或长期健康结局。五种手套样本来自单一制造商，仅限于橡胶基减振材料。加权评分模型代表任务特定的决策支持框架，权重因子可能需要根据目标应用、工作环境以及防护与佩戴性指标的相对重要性进行调整。所有参与者均为健康男性，未考察性别、年龄、手部人体测量学、职业经验或既往肌肉骨骼和血管状况的可能影响。

综上所述，研究人员提出了一个基于实验室的抗振手套多指标评估框架，整合手-臂振动传递率、前臂肌肉活动、手部温度和手指灵活度。在受控条件下评估了五种具有不同减振材料特性的手套样本。结果表明，减振材料可以减少传递至手-臂系统的振动，但这一益处可能伴随肌肉负荷增加、热散发受限和手指灵活度降低。这些发现强调需要同时采用振动衰减和佩戴舒适性相关指标来评估抗振手套。所提出的框架可支持抗振手套的任务特定比较、选择、设计评估和未来优化。然而，在得出关于HAVS风险降低的结论之前，仍需开展更大规模、更多样化参与者群体、具有工作场所代表性的暴露条件以及长期健康结局的进一步研究。