家用康复产品设计要素研究

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摘要：为优化病人在家庭康复期间的整体康复体验，文章采用文献研究及用户访谈的方法分析了家庭康复的发展与现状、现有康复器械及适用人群，聚焦家庭康复这个特定情境，分析了家用康复产品设计要素，提出了基于康复系统层级关系的家用康复产品设计思路以及基于系统设计理论的家用康复产品设计策略。该结论可为家用康复产品设计实践提供参考，增强用户体验。

关键词：产品设计;家庭康复;设计要素

家庭康复作为康复的一种选择，逐渐被患者及其家属所接受，适用于家庭场景下的康复产品需求不断出现。据了解，除了中风患者，还有颈椎病、腰椎间盘突出、强直性脊柱炎、骨关节炎和脑瘤等多种疾病患者需要家庭康复，家用康复产品市场需求巨大。但国内家庭康复体系尚未成型，仍处于探索实验阶段，病人家庭、社区及医院之间的信息沟通机制并不完善，市场上既满足病人康复需求又适应家庭场景的康复产品也比较匮乏，需要有针对性地进一步设计研发。文章旨在通过系统设计思维提炼出家庭康复场景下康复产品设计的共性特点，尝试对关键设计要素进行分析，给家用康复产品设计实践提供参考。

一、家庭康复的发展与现状

康复一词被世界卫生组织（WHO）定义为综合、协调地应用多种措施帮助伤残者减轻身心和社会功能障碍，达到整体康复而重返社会。康复在临床上被划分成三个阶段，分别是院内康复期、院外早期康复期和院外长期康复期[1]。三者在时间上相互承接，在内容上又各有特点，其中，第三阶段又被称为社区和家庭康复期，是指在患者完成院内康复和院外早期康复后回归社区和家庭的康复活动。社区和家庭康复能让患者在熟悉的生活环境中进行康复锻炼，更有利于长期康复的实施。虽然康复场所在社区和家庭，但并不代表脱离医院的指导和管理，基于欧美康复管理模式的经验，我国目前倡导的是以社区基层为基础，家庭为依托，三级医院为支撑的康复模式[1]。以出院后的脑卒中偏瘫患者为例，笔者对北京地区的25名患者进行问卷调查及访谈，调查结果显示：目前，北京地区的社区及家庭康复系统并不完善，几乎所有受访者的康复需求都得不到社区的有力支持，实际提供支持的对象除了家属，就是养老院或者康复中心。但是，缺乏专业知识的家属在长时间的陪护过程中往往耐心缺失，对于患者康复抱以消极心态的家属不在少数。养老院及康复中心则存在费用较高，缺乏亲情联系，单个患者康复时间少等问题。显然，社区在患者实际的康复过程中并没有起到联系医院及家庭的纽带作用，由此造成两个显而易见的后果：其一是患者的康复进程缓慢；其二是患者的家庭负担加重。患者在家进行康复有许多阻碍因素，如图1，其中以“缺乏康复师的指导”、“家人不会按摩”最为突出，此外“家人没时间照看”与“找不到合适的家用产品”位居第二。其中，“家人不会按摩”及“找不到合适的家用产品”是因为家属缺乏对于家庭康复知识的了解，而社区则刚好可以充当宣传、推广关于家庭康复常识及专业知识的最贴近人民生活的基层单位。此外，“缺乏康复师的指导”这一问题也暴露了社区康复人才短缺的现状。城市家庭康复系统尚不健全，农村地区更不容乐观，因此，家庭康复系统机制的健全、推广以及相关产品研发等工作至关重要。

二、现有康复器械及适用人群

谈及康复器械，离不开康复工程。康复工程被“美国公共法99-506”定义为系统运用科学原理、技术或工程方法帮助功能障碍者消除在康复、教育、独立生活及就业等方面的障碍。康复器械包含所有康复工程产品，因此康复器械也可叫做康复产品[2]。舒彬将康复产品总结为5大类[3]：康复评定设备、康复治疗与训练设备、内置式假体、康复预防设备与保健器械、康复辅助产品。其中，康复评定设备、康复治疗与训练设备、内置式假体这三类产品的用户是病人；大多被医院康复科使用。康复预防设备与保健器械是通用产品，适用于多种使用场景。而康复辅助产品仅用于功能障碍者，如残疾人和老年人等，更适用于家庭场景。谈及康复辅助产品，离不开辅助技术。2011年世界卫生组织（WHO）和世界银行的《世界残疾报告》指出；辅助技术已经成为现代康复的三大措施之一；另外两大措施是康复医学和治疗学[2]。辅助技术被1998年美国公共法定义为用于辅助技术装置和辅助技术服务的设计技术，该定义受到国际认可和采用[2]。常用的辅助技术可分为四种：第一种是用作补偿功能的增强型辅助技术，常见应用如助听器、矫形器以及助行器等；第二种是用作代偿功能的替代型辅助技术，常见应用如轮椅、盲文读物等；第三种是用作适应功能的适应型辅助技术，常见应用如护理轮椅、护理床以及头控鼠标等；第四种是用于重建功能的重建型辅助技术，常见应用如各种人工器官等。需要注意的是，应用不恰当的辅助技术会使患者部分功能退化，逐渐失能，所以优先选择补偿型技术，其次是代偿型技术，最后才是适应型技术。国家食品药品监督管理总局（CFDA）2017年第104号公告文件了新修订的《医疗器械分类目录》，从2018年8月1日起开始施行。新修订的《医疗器械分类目录》第19个子目录按照产品功能将医用康复器械分为4种一级产品，按照产品作用部位、作用机理等形成18个二级产品类别，如图2。值得注意的是，家用康复辅助产品与一般的医用康复器械既有联系也有区别，主要联系是二者都是针对某类患者康复需求而设计，坚持使用均可促进患者尽早康复。主要区别整理如下：从表1可以看出，家用康复辅助产品具有个性化、长期性以及适配性等特点。换言之，对于使用者而言，家用康复辅助产品不是越贵越好，最重要的是要与自己的功能障碍适配；这样康复辅助产品才能更好地服务于使用者。《无障碍设计》一书作者贾祝军[4]指出，给慢性病患者、残障人士或老年人设计家用康复辅助产品需要重点调研该类人群，调研内容包含用户生活环境、用户心理特点与行为特点等。除了产品和服务设计，聚焦空间可达性将用户的生活环境改造成一个安全、方便、舒适的无障碍环境也很重要。在设计过程中遵守无障碍设计原则以及通用设计原则有助于提升用户独立生活的能力，保障用户自尊、平等的权利，从而全面优化用户体验。

三、家用康复产品要素分析

产品处在“人-机-环境”相互制约的系统中，任何产品都有其自身的目的性，该目的性要服从人-机-环境这个系统才可以实现产品整体目的性[5]。在产品设计过程中将要素进行归类、分析、逐个优化，有助于实现产品整体目的。按照设计程序，康复系统可以分为两层，设计构思层和设计产出层，如图3。设计构思层包含情境、病人与体验三大要素，设计产出层包含康复产品与康复服务两大要素。其中，情境是康复系统的应用场景及康复产品的使用环境，病人是康复系统的主要服务对象，体验是康复系统的目标与检验方式。适应家庭康复的病人种类很多，此部分将聚焦于居家康复这个特定情境探索产品设计要素，总结适用于大部分患者的家用康复产品设计思路与设计策略，为家用康复产品设计实践提供参考。家用康复产品设计思路可参照康复系统层级图（图3），在病人居家康复这个情境下进行康复产品设计，应从病人的康复方式及家庭生活方式入手，整合产品功能、技术、人机工学、交互、结构及体验等设计要素，构建产品系统，给患者提供全方位、连续性的产品体验，帮助患者早日回归家庭及社会生活。下面就家用康复产品关键要素进行逐一分析。（一）功能要素：家用康复产品的功能是基于患者的需求制定的，而患者的康复需求与其本身的疾病状况有关。不同的疾病涉及不同的身体部位，不同部位的功能康复对应着不同的康复手段，运用什么手段决定着产品具备什么功能。如康复脚踏车、颈椎牵引器、电刺激治疗仪、神经义肢、上肢康复机器人、下肢康复机器人、踝关节康复机器人等。以使用环境为前提进行产品设计，代表着设计者需要研究居家状态下的用户行为，明确用户进行家庭康复时的实际需求。家人、医生等利益相关者也需要统筹考虑。产品的功能要素分为主要功能与次要功能，需要进行取舍。通过调研，我们可以搜集到用户的需求信息，进而帮助我们进行产品的功能定位。本文对25名用户进行采访得出的排名前三的家用康复产品关键性功能因素包含：安全可靠、有效康复和操作简单，如图4。（二）技术要素：生活在21世纪的我们，对于“科技改变生活”深有感触，诚然，科技的发展造福了我们生活的方方面面，但值得一提的是，设计在科技改变生活的过程中发挥了重要作用。在康复领域中，科学技术的发展推动了包含辅助移动，辅助交流，辅助视、听、说等在内的各种辅助健康技术的发展，进而促进了新产品的设计、生产与应用。在肢体运动康复方面，外骨骼机器人集成了工程设计、动力学、运动学、智能算法等在内的多项关键技术，吸引了国内外各机构的积极研究。据相关资料；以色列的Rewalk外骨骼机器人和日本的HAL外骨骼机器人均已投入康复中心使用，其中Rewalk外骨骼产品已于2015年通过了美国药物与食品管理局（FDA）的审批。国内对于外骨骼机器人的研发与应用也有了重要突破，2018年6月26日，由北京航空航天大学生物医学工程学院教授帅梅设计制造的中国首款自主研发的外骨骼机器人通过原国家食品药品监督管理局的注册认证，获准上市。目前，借助该产品对患者进行康复训练的有效性已被近百位患者的反馈证实。除了外骨骼机器人，对于肢体运动功能重建技术的应用还有智能义肢。德国OttoBock的电脑腿C-leg和GeniumX3智能大腿假肢，冰岛的OSSUR电磁腿，英国的TouchBionics公司开发的仿生手i-LIMBHand等产品的技术应用都比较成功。脑机接口可以带来更好，更自然的用户体验，国外大脑控制的仿生臂技术相对而言很成熟，以神念科技为代表的生物传感技术提供商可以提供心电、脑电芯片，帮助进行产品开发，目前已广泛应用于各类可穿戴设备及专业医疗设备中。此外，值得一提的是与辅助健康技术共同促进康复产品发展的新兴制造技术——3D打印技术。阅读前文可知，康复辅助产品具有个性化、适配性的特点，这意味着康复辅助产品的生产面对着很庞大的个性化定制的用户需求。3D打印技术的成熟与推广为个性化定制提供了很好的条件，必将更好地服务于康复辅助产品的设计和制造。（三）人机工学要素：产品设计不应只考虑功能、技术、外观；好的用户体验要求用人机工学的方法进行科学的产品设计。人机工学的目的是为了创建易用的产品和舒适的环境；人机工学的内容是研究人的生理和心理。该定义引用自日本千叶大学人机工学研究室教授胜浦哲夫。设计实践中有三种类型的人机工学方法，分别是形态学方法、心理学方法和生理学方法[6]。比较三种方法（如表2）可知，无论是形态学方法、心理学方法还是生理学方法，所得信息对于设计优化及产品迭代均具有重要意义。病人是康复产品的使用者，在设计康复产品的过程中，必须兼顾患者的生理需求和心理需求。一方面，应结合患者的人机工学数据设计产品的比例、形状、尺寸以保证康复产品的可靠性、安全性和舒适性。另一方面，应充分考虑患者的心理和生理特征，设计出合理、舒适、安全、有效的人机交互界面，尽量减少因人为失误或系统事故带来的损失，提高人机交互的准确度与流畅度。例如，控制面板中按键布置有序，可以减少误操作，显示界面中可视化图表简洁、明快，可以增强可读性，提示信号既明显又轻松，可以让用户更从容。（四）交互要素：用户的体验需求随着信息化和服务化社会的发展日益增长，产品从物质走向“非物质”，在康复领域，硬件与软件结合的交互式产品也成为一个发展趋势。交互要素作为交互式产品的特有要素，它包含人与产品的交互方式以及与产品配套的交互软件；对于提升产品创新度与用户满意度至关重要。在具体进行人机交互设计的时候，需要掌握三要素：用户、产品和过程[[7]。用户作为第一要素是人机交互的出发点和落脚点，设计者应该为用户选择合适的交互方式，减少学习成本。常见的交互方式有三种，分别是动作交互、语音交互以及视觉交互，在设计家用康复产品时，采取何种交互方式取决于患者的状态，比如上肢康复患者就不宜采用手势交互。产品是第二要素，用户不需要的功能可以适当删减。过程是第三要素，人机交互的过程基于产品功能，通过智能、舒适的交互方式满足用户的情感需求。如今，AI、VR、体感交互等新兴技术的发展让交互过程变得更加生动有趣。以VR为例，将其应用在物理康复治疗中，可以在虚拟康复系统中将运动疗法和作业疗法结合起来，给用户提供丰富的康复体验；将其应用在认知康复治疗中，可以利用其沉浸式体验锻炼患者专注力，多感官互动会刺激大脑神经，促进患者认知康复[8]。无论是设计信息界面还是操作流程；都需以用户体验为中心[9]。也就是说，康复产品在提供及时反馈与趣味交互体验的同时应更加注重整个产品的易操作性，减轻患者在记忆操作流程方面的负担。（五）结构要素：结构设计是实现产品功能的基础，结构是否合理直接影响产品是否可加工、是否易操作、是否美观、是否耐用等关键指标[10]。合理的结构设计是家用康复产品的一个重要环节，放眼于产品整个生命周期，产品结构设计都发挥着重要作用[11]，具体作用如表3。在使用产品之前，人通过产品造型去理解产品的功能。造型是指一个产品与其内部结构紧密相关的外部构造，结构设计是否合理不仅决定了产品造型是否实用、美观，一个合理的产品结构还能准确传递功能信息，哪怕再复杂的结构也能够从点、线、面的造型关系上启发用户如何操控。在产品被使用的过程中，产品通过其造型辅助用户实现其内部结构的功能。居家环境中，康复产品的安装、使用、搬运等都会对产品的结构设计提出要求，在实现产品功能的前提下，家用康复产品的结构设计应该便于拆装、检修以及升级改造。影响用户体验和产品寿命的因素还有结构的稳定性，强度和受力。根据形式的不同，可以将产品结构划分为实体、框架和壳体三种结构[10]。实体结构的特点是外力分布在全部体积中，适于承受压力。如图5（左一）的康复训练床床板结构，能够承受训练者的全部体重，框架结构的特点是支撑空间而不会充满空间；主要承受水平或垂直方向上的力，如图5（中间）的助行器结构，主要支撑使用者垂直方向的力，壳体结构能将外力分散到整个表面，如图5（右一）的智能开关门面板结构，可以分散开关表面受力。在设计实践中，我们应先分析产品的受力，根据产品受力种类、大小、方向等情况选择合适的结构。此外，我们可以通过增大产品支撑面、调节产品重心、利用三角形结构等增加产品结构的稳定性，通过合理选材，避免构件连接处受力等方式保证产品结构的强度。（六）体验要素：康复是一个漫长的过程，据调查，许多患者在家难以坚持使用康复产品的一个重要原因就是使用过程枯燥，缺乏有效反馈与专业指导，很难保持长期的康复积极性，这不仅与人机、交互要素有关，也与服务体验要素有关。产品与服务共同构建的产品服务系统能够给用户带来连续性的体验，家庭康复产品设计要想赢得用户满意，也离不开康复服务系统。如何构建以患者为中心的康复产品服务系统，在很大程度上依托于快速发展、日益成熟的互联网和物联网技术。通过对接互联网、物联网系统，家庭康复系统能及时记录和分析关于家庭康复患者日常用药或康复训练的数据，帮助患者及时得到社区和医院康复护理人员的支持与帮助。除了患者本身，这个系统还涉及患者的家属、护工、社区、医院等各方面的利益相关者。互联网能够在医生与患者之间建立及时、有效的沟通渠道，患者在家就可以接受专业康复医师的指导，最大程度上避免不合理康复习惯造成的损伤，医生也可以根据患者的诊断信息对其进行管理，这有助于提升患者康复的信心。值得注意的是，互联网远程医疗平台的运行与管理机制需要严格把关，促进良好医患关系的建立，让“家庭康复+预防”这一可持续康复模式健康运作起来。可以预见的是，完善的家庭康复系统可以让患者得到综合性的康复治疗，促进患者身心健康，减轻家庭负担。

家用康复产品的设计目标是为了辅助患者进行康复锻炼或者辅助患者进行日常活动，最终实现回归家庭、回归正常生活的目标。系统设计是人们进行复杂问题求解时的一种有效策略，不仅是一种思维方式，也是一条技术路线[5]。康复系统设计包含病人、情境、体验三大要素，是在解决一个复杂的系统问题。为了提升用户体验，在家用康复产品的设计实践中，设计者要基于患者病情及家庭生活方式做设计，统筹考虑功能、技术、人机工学、交互、结构及体验等关键要素，使得各要素符合产品整体目的，达到整体大于局部之和的效果，做出实用性、易用性与舒适性兼顾的好设计。

作者:赵丹 曲延瑞 单位:北京工业大学艺术设计学院