PROJEKT ELEMENTÓW OBUDOWY MIKROSKOPU STOMATOLOGICZNEGO FIRMY DENTAL MED
autor: Jagoda Rudek prowadzący: dr Andrzej Sobaś, mgr Jadwiga Rataj recenzent: dr inż. Wojciech Wolański Pracownia Projektowania Ergonomicznego Akademia Sztuk Pięknych w Katowicach rok akademicki 2011/2012
SPIS TREŚCI 1. Wstęp. 1.1. Zarys problemu, motywacja podjęcia pracy. 2. Część ogólna. Konteksty problemowe w świetle literatury i własnych obserwacji. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.
Kontekst użytkowy. Kontekst historyczny. Konstrukcja i technologia. Rynek- stan aktualny.
3. Część szczegółowa. Stan istniejący, założenia i opis rozwiązań. 3.1. Przedstawienie stanu istniejącego. 3.1.1. Analiza procesu użytkowego. 3.1.2. Istniejący mikroskop. 3.1.3. Problemy użytkowe. 3.1.4. Inspiracje. 3.2. Zakres założeń projektowych. 3.2.1. Określenie problemu projektowego. 3.2.2. Określenie grupy docelowej. 3.2.3. Określenie wymagań użytkowych i eksploatacyjnych. 3.2.4. Określenie wymagań rynkowych. 3.2.5. Określenie cech konstrukcyjnych technologicznych. 3.2.6. Określenie cech estetycznych. 3.2.7. Określenie zakresu projektu. 3.3. Studium projektowe- zapis poszukiwań. 3.4. Studium projektowe- wybór rozwiązania. 3.5. Opis rozwiązań- dokumentacja projektu. 4. Część końcowa- podsumowanie i wykaz elementów opracowania. 4.1. Podsumowanie. 4.2. Wykaz elementów opracowania. 4.2.1. Bibliografia. 4.2.2. Spis materiałów wizualnych w opracowaniu tekstowym oraz prezentacji.
1. WSTĘP 1.1.Zarys problemu, motywacja podjęcia pracy. Studenci szkół projektowych coraz częściej decydują się na podjęcie tematu związanego ze sprzętem medcznym. Monitorując rynek odnosi się wrażenie, że jest to pozytywne zjawisko. Ta gałąź przemysłu potrzebuje gruntownej przemiany, ponieważ lekarze w Polsce ciągle jeszcze pracują na zużytym sprzęcie pamiętającym jeszcze poprzedni ustrój polityczny. W związku z tym, chęć podjęcia takiego tematu wiąże się z istniejącym problemem i jest próbą odpowiedzi na niego. Motywacją okazał się Pan Marian Pustelnik – producent mikroskopów stomatologicznych, który skontaktował się z Akademią Sztuk Pięknych w Katowicach i sam zaproponował współpracę przy projekcie swojego sprzętu.
2. KONTEKSTY PROBLEMOWE W ŚWIETLE LITERATURY I WŁASNYCH OBSERWACJI 2.1. Kontekst użytkowy. Obecność mikroskopu stomatologicznego w gabinecie jest coraz częstszym zjawiskiem. Lekarze decydują się na zakup takigo sprzętu ponieważ jest on niezastąpiony przy niektórych zabiegach. Leczenie kanałowe, protetyka, stomatologia zachowawcza to tylko niektóre z zabiegów. których dokładność i skuteczność podnosi zabieg z użyciem mikroskopu. Faktem jest, że mikroskop pod każdym względem przewyższa inne pomoce optyczne. Dotyczy to ergonomii pracy w aspekcie obciążeń przede wszystkim układu wzrokowego, nerwowego i mięśniowo – szkieletowego. 2.2. Kontekst historyczny. Mikroskop (gr. micron = mały, scopos = cel) urządzenie służące do obserwacji małych obiektów, zwykle niewidocznych gołym okiem. Pierwsze mikroskopy były mikroskopami optycznymi, w których do oświetlania obserwowanych obiektów wykorzystywano światło dzienne. Za twórcę tego rodzaju mikroskopów uważa się Holendrów - braci Hansa i Zachariasza Janssennów. Pierwsze konstrukcje wykonali oni około roku 1590. 2.3. Konstrukcja i technologia. Mikroskop stomatologiczny to urządzenie analogowe, znajdujące się na ruchomych ramionach, co umożliwia zmianę położenia zaopatrzonej w układ optyczny głowicy. Punkty obrotowe urządzenia wyposażone są w hamulce (szczękowe lub elektromagnetyczne) umożliwiające zatrzymanie w pożądanej pozycji. Mikroskop może być umieszczony na podstawie jezdnej, bądź powieszony za pomocą odpowiedniego uchwytu na suficie lub ścianie. Zasilany jest prądem, może być wyposażony w różne rodzaje światła – halogenowe, xenonowe lub ledowe. Konstrukcja urządzenia wykonana jest ze stali i aluminium, natomiast obudowa to elementy z tworzywa sztucznego lub metalu. Części dodatkowe takie jak pokrętła, rączki czy blokady hamulców to zazwyczaj różnego rodzaju plastiki. 2.4. Rynek- stan aktualny. Najsłynniejszą firmą produkującą mikroskopy (w tym także stomatologiczne) jest Zeiss – niemieckie przedsiębiorstwo zajmujące się początkowo tylko optyką, które po czasie wprowadziło do swojej oferty także gotowe urządzenia. W 2010r. mikroskop chirurgiczny tej marki otrzymał nagrodę Red Dot z zakresu dizajnu. Innymi firmami oferującymi mikroskopy stomatologiczne są Leica, Kaps i Olympus. Są to urządzenia projektowane na zachodzie o bardzo dobrych parametrach, często świetne pod względem wizualnym i ergonomicznym, natomiast ich cena jest wysoka. W Polsce istnieje dystrybutor – Seliga, który sprzedaje zachodnie i chińskie mikroskopy, bądź składa je z gotowych części – często importowanych właśnie z Chin. Te wschodnie i składane urządzenia charakteryzują się niską ceną, co odbija się na ich wyglądzie i jakości.
klasyczny mikroskop stomatologiczny Zeiss Pico
mikroskop chirurgiczny Zeiss
mikroskop chirurgiczny Zeiss
Mikroskop chirurgiczny Zeiss jest również używany przy zabiegach stomatologicznych i protetycznych. W porównaniu do klasycznych mikroskopów dentystycznych jest to o wiele bardziej rozbudowane urządzenie, które posiada dużo więcej funkcji, stopni powiększenia, jest całkowicie skomputeryzowane i kompatybilne z innymi elementami wyposażenia sali chirurgicznej. Warto jednak w tym momencie o tym wspomnieć, ponieważ wpisuje się ono w najwyższe standardy światowego dizajnu.
mikroskop Leica M320
Innym zasługującym na uwagę mikroskopem jest niemiecka Leica M320 zaprojektowana przez zespół Kavo. Zaopatrzona w oświetlenie ledowe, prosta i estetyczna forma oraz ukryta konstrukcja stawia to urządzenie na jednym z pierwszych miejsc wśród mikroskopów dentystycznych.
głowiica mikroskopu Kaps
mikroskop Kaps
Kaps. Mikroskop mocowany do ściany.
Seiler.
Seliga.
3. STAN ISTNIEJĄCY, ZAŁOŻENIA I OPIS ROZWIĄZAŃ 3.1. Przedstawienie stanu istniejącego. 3.1.1. Analiza procesu użytkowego. Proces pracy z użyciem mikroskopu składa się z różnych czynności wykonywanych przez lekarza i asystenta. Dzięki wizycie w gabinecie stomatologiczno – protetycznym doktora Borczyka w Katowicach udało się uzyskać zapis z przebiegu zabiegu z użyciem mikroskopu i dzięki temu dowiedzieć się jak to urządzenie jest wykorzystywane w pracy. Poniżej przedstawione są kolejne czynności wykonywane przy zabiegu. zajęcie stanowisk przez lekarza, asystenta i pacjenta
asystent: włączenie światła
lekarz: ustawienie fotela z pacjentem asystent: przesunięcie głowicy z pozycji wyjściowej do pozycji spoczynkowej, a następnie w pozycję roboczą
pozycja wyjściowa
pozycja spoczynkowa
pozycja robocza
lekarz: dokładne ustawienie głowicy nad głową pacjenta
lekarz: przykręcenie pokrętła stabilizującego
lekarz: ustawienie rozstawu okularów
lekarz: ustawienie powiększenia
asystent: podanie narzędzi lekarzowi
lekarz: praca asystent: obserwowanie sytuacji, pomoc
lekarz: odłożenie głowicy znad głowy pacjenta w pozycję spoczynkową i spowrotem w trakcie pracy
lekarz: po skończeniu zabiegu, oddanie narzędzi asystentowi
asystent: wyłączenie światła i złożenie mikroskopu
zakończenie pracy
3.1.2. Istniejący mikroskop. Schemat ilustrujący rozłożenie poszczególnych elementów względem całego urządzenia. RAMIĘ 1
regulator jasności światła
RAMIĘ 2
oświetlenie xenonowe światłowód maszt
włącznik światła
podstawa
pokrętła stabilizujące UCHWYT
okulary pokrętła przybliżenia
GŁOWICA
rączki sterowania głowicą optyka
Fotografia.
PODSTAWA
Poszczególne części. Głowica.
okulary początek układu optycznego w mikroskopie, połączony z soczewkami wewnątrz obudowy głowicy; kontakt z oczami lekarza regulator ustawienia pokręteł pozwala na zmianę powiększenia z przeskoków punktów numeracji do gładkiego obrotu
pokrętła zmiany powiększenia po ustawieniu głowicy na odpowiednią wysokość, ustawiamy powiększenie przy pomocy tych elementów
rączki sterownicze używając tych elementów położenie głowicy
zmieniamy
optyka ostatni element układu optycznego. Tędy wydostaje się strumień światła na obszar pracy lekarza
Poszczególne części. Uchwyt.
punkty obrotowe miejsca umożliwiające obrót w trzech osiach: A oś pionowa, B oś 45 stopni, C oś pozioma. W tych miejscach znajdują się hamulce szczękowe
A
B
C pokrętła stabilizujące pokręła śrubowe blokujące hamulce
Poszczególne części. Ramię 1.
punkt obrotowy w osi poziomej
światłowód przewód prowadzący od ramienia 2 do głowicy. Częściowo ukryty jest wewnątrz ramienia 1
włącznik/ wyłącznik światła przycisk
Poszczególne części. Ramię 2.
punkt obrotowy w osi pionowej, wraz z hamulcem zaciskowym
żarówka xenonowa znajdująca się wewnątrz metalowej obudowy wraz z zasilaczem i wentylatorem.
regulator światła pokrętło
przewód do kontaktu osobny kabel wpinany do gniazda w obudowie i do sieci
Poszczególne części. Podstawa.
maszt stalowa rura o przekroju 100mm
dodatkowe obciążenie gwarantujące stabilność całej konstrukcji, zakryte metalową obudową
kółka
3.1.3. Problemy użytkowe. Po dokładnym przeanalizowaniu budowy urządzenia oraz procesu użytkowego, wyodrębnione zostały problemy oraz uniedogodnienia, które zostały przedstawione poniżej.
Problem 1. Pokrętło umiejscowione poza zasięgiem siedzącego lekarza (95 centyl kobiecy).
Problem 2. Wystające w stronę twarzy pacjenta rączki. Twarz leżącego na fotelu pacjenta znajduje się około 20cm od końców wystających w jego kierunku rączek. Naraża to pacjenta na zranienie przy gwałtownym poderwaniu się z fotela.
Problem 3. Włącznik i regulator światła usytuowane są w znacznej odległości od siebie, ponadto znajdują się na oddzielnych ramionach. Nie są w żaden sposób oznakowane, co wprowadza użytkownika w zamieszanie i znacznie utrudnia pracę.
regulator światła
włącznik światła
Oświetlenie. Porównanie zastosowanego w mikroskopie Dental Med światła xenonowego oraz rozwiązania ledowego.
led xenon
oświetlenie xenonowe
oświetlenie ledowe
zalety: -stabilne widmo
zalety: -w dłuższej perspektywie czasu najniższe koszty utrzymania mikroskopu -około 60 tys. godzin świecenia -małe gabaryty, lekkie -cienki światłowód
wady: -około 5 tys. godzin świecenia -koszty utrzymania (wysoka cena żarówek) -duże gabaryty i ciężar -gruby światłowód ok 1cm w przekroju
wady: - chłodny odcień światła
koszty utrzymania mikroskopu
całkowity koszt utrzymania mikroskopu
oświetlenie xenonowe oświetlenie ledowe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 czas użytkowania (w latach)
Oświetlenie ledowe, biorąc pod uwagę użytkowanie mikroskopu stomatologicznego, posiada o wiele więcej zalet niż xenonowe. Ponadto, wszyscy wiodący producenci tych urządzeń wyposażają je w ledy, co jest dodatkowym argumentem za zastosowaniem tego typu oświetlenia.
3.1.4. Inspiracje. Na rynku istnieje wiele świetnie zaprojektowanych urządzeń, które są nie tylko funkcjonalne, ale też piękne. Poniżej przedstawione są urządzenia medyczne oraz te z innych dziedzin, których estetyka może służyć za inspirację.
estetyka urządzeń medycznych
ciśnieniomierz Keeler
lampa Bioptron
szafka szpitalna Design Bugsout
ŁAGODNY KSZTAŁT SPÓJNOŚĆ STYLISTYCZNA OGRANICZONA KOLORYSTYKA
estetyka innych współczesnych urządzeń
iPad Apple
czajnik elektryczny Rowenta
pokrętło grzejnikowe Danfoss
kuchnia koncepcyjna Gorenje
WYKORZYSTANIE ŁUKÓW I ZAOKRĄGLEŃ OSZCZĘDNA DEKORACJA OGRANICZONA KOLORYSTYKA
3.2. Zakres założeń projektowych. 3.2.1. Określenie problemu projektowego. Wybrany temat pracy dotyczy przeprojektowania już istniejącego i używanego przez dentystów sprzętu. Projekt będzie próbą całościowego objęcia problemu- od wykonania rzetelnej analizy, przez odpowiedzi na znalezione problemy, po dobór odpowiedniej technologii i wykonanie funkcjonującego modelu. 3.2.2. Określenie grupy docelowej. Użytkownikami mikroskopów stomatologicznych są przede wszystkim lekarze, którzy pracują bezpośrednio korzystając z urządzenia (musi być zapewniona odpowiednia pozycja kręgosłupa, wygoda i ergonomia pracy), ale także asystenci zajmujący się utrzymaniem urządzenia oraz jego obsługą przed i po zabiegu (wygodne składanie, włączanie i wyłączanie światła i zasilania, czyszczenie oraz utrzmanie w czystości). Natomiast głównym odbiorcą jest pacjent, na którym przeprowadzany jest zabieg z mikroskopem. To jego potrzeby psychiczne musi zaspokajać wygląd i charakter sprzętu używanego przy zabiegu. Musi ono być bezpieczne, budzić zaufanie oraz ograniczać stres związany z wizytą u dentysty. 3.2.3. Określenie wymagań użytkowych i eksploatacyjnych. Głównym zadaniem mikroskopu stomatologicznego jest skuteczna, bezpieczna i profesjonalna pomoc przy zabiegu. Ważne jest bezpieczeństwo pacjenta i osób obsługujących sprzęt, czytelność i prostota obsługi, łatwe czyszczenie i utrzymanie w czystości, szczególnie miejsc znajdujących się w obszarze pracy w trakcie zabiegu, trzeba również zwrócić uwagę na komfort użytkowania. 3.2.4. Określenie wymagań rynkowych. Obserwując stan rynku w zakresie mikroskopów stomatologicznych, można zaobserwować ogromną przepaść pomiędzy bardzo dobrymi, kosztownymi urządzeniami, a tymi kiepskiej jakości o cenie znacznie niższej. Jednym z głównym celów projektu jest zapełnienie tej luki. Próba stworzenia urządzenia nowoczesnego, profesjonalnego, estetycznego i budzącego zaufanie, na które będzie mógł sobie pozwolić przeciętny gabinet, to wyzwanie będące priorytetem. 3.2.5. Określenie cech konstrukcyjnych i cech technologicznych. Te zagadnienia bezpośrednio łączą się z poprzednim punktem. Technologia musi być dobrana tak, aby spełniała wymagania rynkowe. W przypadku naszego sprzętu ważna jest cena wpisująca się w granice , więc materiał oraz technika wykonania muszą być opowiednio dopasowane do tego kryterium. Nakład produkcyjny mikroskopu Dental Med to do 10 sztuk. Konstrukcja musi unieść ciężar wszystkich elementów, ograniczyć do minimum drgania, być stabilna i pewna. 3.2.6. Określenie cech estetycznych. Wizerunek mikroskopu stomatologicznego Dental Med musi budzić zaufanie, wpisywać się we współczesne trendy obowiązujące w branży medycznej, być profesjonalny i nowoczesny. Sprzęt ten musi prezentować produkt z wyższej półki cenowej.
3.2.7. Określenie zakresu projektu. W związku z bardzo dużą ilością zagadnień oraz ograniczeniami producenta, do przeprojektowania zostały wybrane poszczególne elementy. W ich skład wchodzą:
uchwyt składający się z 2 części pokrętła stabilizujące
UCHWYT
obudowa głowicy BEZ GÓRNEJ CZĘŚCI GŁOWICA
pokrętła przybliżenia rączki sterowania głowicą
włącznik światła regulator jasności światła
3.3. Studium projektowe. Zapis poszukiwań. Określenie układu elementów optyki i oświetlenia wewnątrz głowicy.
Wymiary poszczególnych elementów wewn¹trz g³owicy widok z góry
40mm
30mm
uchwyt optyki wraz z lunetk¹
wentylator
30mm
40mm
90mm
66mm
p³ytka z diod¹ LED
Pierwszy pomysł – dodanie jeszcze jednego punktu obrotowego w płaszczyźnie poziomem napotkał się z problemem technologicznym. Konieczne było by wprowadzenie dodatkowego silnika.
nowy punkt obrotowy
możliwość odkładania głowicy nad ramię
Próba zamiany rączek na jednoelementowy uchwyt była oryginalnym pomysłem, który musiał jednak zostać porzucony w konfrontacji z rzeczywistością. Po sprawdzeniu, okazało się, że uchwyt wchodzi w pole widzenia lekarza po oderwaniu wzroku od okularów i zasłania obszar roboczy. Ponadto przeszkadza przy manewrowaniu narzędziami stomatologicznymi.
RÄ…czki. Rysunki i modele ze styroduru.
Poszukiwanie kształtów, proporcji i formy obudowy. Ważnym elementem jest przecięcie obudowy i dostosowanie do technologii – wytłoczka z tworzywa. Zaprojektowany kształt musi być wyciągalny z formy.
Rysunki.
Rysunki.
<58>
<43>
<50>
<60>
70.47
<170>
<50>
Wstępne wizualizacje. Rozpracowywanie szczegółów. Kształt rączek? Kształt pokręteł? Długość i forma uchwytu? Rodzaj kratki wentylacyjnej? Forma i charakter wyjścia pokręteł i rączek?
70.46 105.94
3.4. Studium projektowe- wybór rozwiązania
Tył głowicy.
kratka wentylacyjna. Technologia: frezowanie
3.5. Opis rozwiązań- dokumentacja projektu Wnętrze głowicy. System soczewek ułożonych w stalowym stelażu.
soczewki poruszające się w górę i w dół dzięki pokrętłom
miejsce na pokrętła
Elementy gĹ&#x201A;owicy i uchwytu.
Elementy głowicy i uchwytu.
1
obudowa. Technologia: tłoczenie ABS-u
aluminiowy uchwyt wycięty laserem
1
hamulce szczękowe
1 pokrętła. Technologia: rapid prototyping (druk 3d)
pokrętełko zmieniające przeskok w dużych pokrętłach
1
rączki. Technologia: rapid prototyping (druk 3d)
włącznik i regulator światła
Szczegóły. Niżej znajduje się duże pokrętło zmiany powiększenia z podziałką określającą stopnie przeskoku. U góry – pokrętełko, dzięki któremu możliwa jest zmiana ruchu dużych pokręteł przybliżenia.Od gładkiego przejścia do przeskoków po podziałce.
Szczegóły. Zakrętka blokująca hamulec.
Szczegóły. Rączka w kontekście ludzkiej dłoni.
Szczegóły. Rączka w kontekście ludzkiej dłoni.
Przygotowanie dokumentacji do produkcji. Model w programie SolidEdge.
punkt obrotowy, połączony z uchwytem
metalowy uchwyt, który utrzymuje i unieruchamia głowicę. Podadto przykręcamy do niego rączki sterownicze. Technologia: wycięcie laserem
Przygotowanie dokumentacji do produkcji. Rysunki techniczne. obudowa, połówka prawa rzut z przodu
rzut z góry
rzut z lewej
przekroje
Przygotowanie dokumentacji do produkcji. Rysunki techniczne. obudowa, połówka lewa rzut z przodu
rzut z góry
rzut z lewej
uchwyt, część z aluminium rzut z góry
rzut z lewej rzut z przodu
uchwyt, obudowa rzut z góxry
rzut z przodu
rzut z lewej
Zalety nowego rozwiązania. Zwiększenie bezpieczeństwa. Rączki sterownicze nie narażające pacjenta. Usytuowane zostały wyżej, zastosowany jest szerszy rozstaw, wprowadzona została łagodniejsza forma. Wprowadzenie ergonomii. Rączki sterownicze usytuowane dalej od lekarza (nie zachodzi konieczność mocnego zginania rąk). Forma rączek jest wygodna i dopasowana do dłoni różnej wielkości. przed
po
Nadanie cech podnoszących jakość urządzenia. obudowa uchwytu z przyjemnego w dotyku materiału zamiast zimnego aluminium. Uproszczenie formy. przed
po
Unowocześnienie technologii. Zmiana oświetlenia xenonowego na ledowe. Wyeliminowanie światłowodu, umieszczenie diod led wewnątrz obudowy.
Umieszczenie włącznika i regulatora światła w zasięgu lekarza.
Wprowadzenie łatwości i czytelności w korzystaniu z urządzenia. Piktogramy ilustrujące funkcje poszczególnych elementów.
włącznik i regulator światła
blokada hamulcow
pokrętełko zmiany gładkości obrotu pokrętła przybliżenia Ujednolicenie wyglądu i nadanie estetyki zgodnej z trendami obowiązującymi w branży medycznej (prosta forma bez zdobien, wszystkie elementy wynikajace z funkcji, zaokraglone narozniki) ukrycie elementów technicznych (metalowy uchwyt, hamulce szczękowe) wewnątrz obudowy.
4.1. Podsumowanie 4.2.1. Bibliografia. -dr Marek Bladowski – „Mikroskop operacyjny w stomatologii” – artykuł; As Stomatologii 2008 -dr Marek Bladowski – „Stomatologia polska mikroskopem stoi” – artykuł; As Stomatologii 2005 -A. Gedliczka – „Atlas miar człowieka. Dane do projektowania i oceny ergonomicznej“; wydanie I, 2oo1 -www.pssm.pl – Polskie Stowarzyszenie Stomatologii Mikroskopowej 4.2.2. Spis materiałów wizualnych w opracowaniu tekstowym oraz prezentacji. fotografie: -www.kavo.com -www.microscope-detective.com -www.magazyn-stomatologiczny.pl -www.mikroskopy.pl -fotografie własne -rendery
Dziękuję bardzo.