PROJEKT ELEMENTÓW OBUDOWY MIKROSKOPU STOMATOLOGICZNEGO FIRMY DENTAL MED

autor: Jagoda Rudekprowadzący: dr Andrzej Sobaś, mgr Jadwiga Ratajrecenzent: dr inż. Wojciech Wolański

Pracownia Projektowania ErgonomicznegoAkademia 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. Kontekst użytkowy.2.2. Kontekst historyczny.2.3. Konstrukcja i technologia.2.4. 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 obiek-tów, zwykle niewidocznych gołym okiem. Pierwsze mikroskopy były mikroskopami optycznymi, w których do oświetlania obserwowanych obiektów wykorzystywano światło dzienne. Za twór-cę 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 urządze-nia 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 wy-posażony 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 – nie-mieckie 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 parame-trach, 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.

Mikroskop chirurgiczny Zeiss jest również używany przy zabiegach stomatologicznych i prote-tycznych. 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.

klas

yczn

y m

ikro

skop

sto

mat

olog

iczn

yZe

iss

Pico

mik

rosk

op c

hiru

rgic

zny

Zeis

s m

ikro

skop

chi

rurg

iczn

yZe

iss

mik

rosk

op L

eica

M32

0Innym 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.

Kaps. Mikroskop mocowany do ściany.

mik

rosk

op K

aps

głow

iica

mik

rosk

opu

Kaps

Seliga.

Seiler.

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 leka-rza 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 kolej-ne czynności wykonywane przy zabiegu.

zajęcie stanowisk przez lekarza, asystenta i pacjenta

asystent: włączenie światła

pozycja wyjściowa pozycja spoczynkowa pozycja robocza

lekarz: ustawienie fotela z pacjentem asystent: przesunięcie głowicy z pozycji wyjściowej do pozycji spoczynkowej, a następnie w pozycję roboczą

lekarz: dokładne ustawienie głowicy nad głową pacjenta

lekarz: przykręcenie pokrętła stabilizującego

lekarz: ustawienie rozstawu okularów

lekarz: ustawienie powiększenia

asystent: podanie narzędzi lekarzowi

lekarz: pracaasystent: 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.

pokrętła stabilizujące

włącznik światła

światłowód

pokrętła przybliżenia

optyka

okulary

maszt

podstawa

RAMIĘ 1

UCHWYT

GŁOWICA

RAMIĘ 2

PODSTAWA

rączki sterowaniagłowicą

oświetlenie xenonoweregulator jasności światła

Fotografia.

Poszczególne części. Głowica.

okularypoczątek układu optycznego w mikroskopie, połączony z soczewkami wewnątrz obudowy głowicy; kontakt z oczami lekarza

optykaostatni element układu optycznego. Tędy wydostaje się strumień światła na obszar pracy lekarza

regulator ustawienia pokrętełpozwala na zmianę powiększenia z prze-skoków punktów numeracji do gładkiego obrotu

pokrętła zmiany powiększeniapo ustawieniu głowicy na odpowiednią wysokość, ustawiamy powiększenie przy po-mocy tych elementów

rączki sterowniczeużywając tych elementów zmieniamy położenie głowicy

Poszczególne części. Uchwyt.

A

B

C

punkty obrotowemiejsca umożliwiające obrót w trzech osiach: A oś pionowa, B oś 45 stopni, C oś pozioma.W tych miejscach znajdują się hamulce szczękowe

pokrętła stabilizującepokręła śrubowe blokujące hamulce

Poszczególne części. Ramię 1.

włącznik/ wyłącznik światłaprzycisk

światłowódprzewód prowadzący od ramienia 2 do głowicy. Częściowo ukryty jest wewnątrz ramienia 1

punkt obrotowy w osi poziomej

Poszczególne części. Ramię 2.

żarówka xenonowaznajdująca się wewnątrz metalowej obudowy wraz z zasilaczem i wentylatorem.

regulator światłapokrętło

przewód do kontaktuosobny kabel wpinany do gniazda w obu-dowie i do sieci

punkt obrotowyw osi pionowej, wraz z hamulcem zaciskowym

Poszczególne części. Podstawa.

masztstalowa rura o przekroju 100mm

dodatkowe obciążeniegwarantujące 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 kie-runku 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, ponad-to znajdują się na oddzielnych ramionach. Nie są w żaden sposób oznakowane, co wprowadza użytkownika w zamieszanie i znacznie utrudnia pracę.

włącznik światła

regulator światła

Oświetlenie. Porównanie zastosowanego w mikroskopie Dental Med światła xenonowego oraz rozwiązania ledowego.

oświetlenie xenonowe

zalety: -stabilne widmo

wady:-około 5 tys. godzin świecenia-koszty utrzymania (wysoka cena żarówek) -duże gabaryty i ciężar-gruby światłowód ok 1cm w przekroju

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.

oświetlenie ledowe

zalety: -w dłuższej perspektywie czasu najniższe koszty utrzymania mikroskopu-około 60 tys. godzin świecenia-małe gabaryty, lekkie-cienki światłowód

wady:- chłodny odcień światła

całkowity koszt utrzymania mikroskopu

kosz

ty u

trzym

ania

mik

rosk

opu

czas użytkowania (w latach)

oświetlenie xenonoweoświetlenie ledowe

1 2 6 104 83 75 9

xenon

led

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.

ŁAGODNY KSZTAŁTSPÓJNOŚĆ STYLISTYCZNAOGRANICZONA KOLORYSTYKA

estetyka urządzeń medycznych

lam

pa B

iopt

ron

szafk

a sz

pita

lna

Des

ign

Bugs

out

ciśn

ieni

omie

rz K

eele

r

estetyka innych współczesnych urządzeń

kuch

nia

konc

epcy

jna

Gor

enje

pokr

ętło

grz

ejni

kow

e D

anfo

ss

iPad

App

le

czaj

nik

elek

tryc

zny

Row

enta

WYKORZYSTANIE ŁUKÓW I ZAOKRĄGLEŃOSZCZĘDNA DEKORACJAOGRANICZONA 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 funk-cjonującego 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:

pokrętła stabilizujące

uchwyt składający sięz 2 części

obudowa głowicy BEZ GÓRNEJ CZĘŚCI

pokrętła przybliżenia

UCHWYT

GŁOWICA

rączki sterowaniagłowicą

włącznik światłaregulator jasności światła

3.3. Studium projektowe. Zapis poszukiwań.Określenie układu elementów optyki i oświetlenia wewnątrz głowicy.

66mm 40mm 30mm

30m

m

40m

m

90m

m

Wymiary poszczególnych elementów wewn¹trz g³owicy

uchwyt optyki wraz z lunetk¹ wentylator p³ytka z diod¹ LED

widok z góry

Pierwszy pomysł – dodanie jeszcze jednego punktu obrotowego w płaszczyźnie poziomem napo-tkał 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.

Rączki. Rysunki i modele ze styroduru.

Poszukiwanie kształtów, proporcji i formy obudowy. Ważnym elementem jest przecięcie obu-dowy i dostosowanie do technologii – wytłoczka z tworzywa. Zaprojektowany kształt musi być wyciągalny z formy.

Rysunki.

Rysunki.

Wstępne wizualizacje. Rozpracowywanie szczegółów.Kształt rączek? Kształt pokręteł? Długość i forma uchwytu? Rodzaj kratki wentylacyjnej? For-ma i charakter wyjścia pokręteł i rączek?

<50>

<43>

<58>

70.4

7

105.94

70.46

202.57

132.89

<170

>

<60>

<50>

3.4. Studium projektowe- wybór rozwiązania

Tył głowicy.

kratka wentylacyjna. Technologia: frezowanie

3.5. Opis rozwiązań- dokumentacja projektuWnętrze głowicy. System soczewek ułożonych w stalowym stelażu.

soczewki poruszające się w górę i w dół dzięki pokrętłom

miejsce na pokrętła

Elementy głowicy i uchwytu.

Elementy głowicy i uchwytu.

aluminiowy uchwyt wycięty laserem

hamulce szczękowe

pokrętła. Technologia: rapid prototyping (druk 3d)

włącznik i regulator światła

rączki. Technologia: rapid prototyping (druk 3d)

pokrętełko zmieniające przeskok w dużych pokrętłach

obudowa. Technologia: tłoczenie ABS-u1

1

1

1

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.

metalowy uchwyt, który utrzy-muje i unieruchamia głowicę. Podadto przykręcamy do niego rączki sterownicze. Technologia: wycięcie laserem

punkt obrotowy, połączony z uchwytem

Przygotowanie dokumentacji do produkcji. Rysunki techniczne.obudowa, połówka prawa

Przygotowanie dokumentacji do produkcji. Rysunki techniczne.obudowa, połówka lewa

rzut z lewejrzut z przodu

rzut z góry przekroje

rzut z przodu rzut z lewej

rzut z góry

uchwyt, część z aluminium

rzut z góry

rzut z przodu

rzut z lewej

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 koniecz-ność mocnego zginania rąk). Forma rączek jest wygodna i dopasowana do dłoni różnej wielkości.

przed

przed

po

po

Nadanie cech podnoszących jakość urządzenia. obudowa uchwytu z przyjemnego w dotyku ma-teriału zamiast zimnego aluminium. Uproszczenie formy.

Wprowadzenie łatwości i czytelności w korzystaniu z urządzenia. Piktogramy ilustrujące funk-cje poszczególnych elementów.

włącznik i regulator światła

pokrętełko zmiany gładkości obrotu pokrętła przybliżenia

blokada hamulcow

Unowocześnienie technologii. Zmiana oświetlenia xenonowego na ledowe. Wyeliminowanie światłowodu, umieszczenie diod led wewnątrz obudowy.

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.

Umieszczenie włącznika i regulatora światła w zasięgu lekarza.

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.