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HEART 用户体验模型在农村脑卒中 康复产品中的交互设计研究

发布时间:2022-08-09 14:36
1.1背景
1.1.1 农村脑卒中康复资源短缺
目前,中国40~74 岁居民首次卒中标化发病率平均每年增长8.3%。年龄≥40 岁居民卒中标化患病率由2012 年的1.89%上升至2018 年的2.32%,推算年龄≥40 岁居民卒中现患病人数 1318 万,每年 190 余万人因卒中死亡。中国卒中防治仍面临巨大挑战,防治力度亟待进一步加强。[1]脑卒中具有突发性强、高发病率、高致残率、高复发率、高死亡率等特点[2][3]。世界卫生组织MONICA 研究表明,中国脑卒中发生率正以每年8.7%的速度上升,[3]是中国城乡合计死亡原因的首位,也是中国成年人致残原因的首位,近年来有年轻化的趋势。循证医学证实, 脑卒中康复是降低致残率最有效的方法[4]。我国农村地区“空心化”明显,老年人常住人口占比高、经济条件差、医疗资源短缺,导致脑卒中患者的康复情况较城市地区更为严峻,无法为脑卒中患者提供必要的康复训练,故存在大量丧失劳动能力致使家庭因病返贫的情况。

1.1.2 国家提高对康复医学的支持力度
现代康复医学在国外发展不到100 年,我国起步于20 世纪80 年代,较国外有较大差距。近年来,我国在康复医学学科建设和康复医疗体系建设方面有了较大投入,习近平总书记提出“没有全民健康,就没有全面小康”;《健康中国2030 规划纲要》中指出“共建共享、全民健康”;国家卫计委印发《脑卒中综合防治工作方案》;国家“九五”、“十五”科技攻关课题脑卒中康复研究相关课题的完成等,为脑卒中康复的普及和推广奠定了基础,大大推进了我国脑卒中康复医学的发展[5]。中国脑卒中康复医学发展迅速,中华医学会物理医学与康复分会康复评定学组2019年发表《脑卒中康复评定指南》[6]。世界卫生组织根据人类的功能状态发表《国际功能、残疾和健康分类》,为基层和社区康复提供指导和标准依据[7]。残疾和康复领域中,世界卫生组织倡导联合应用ICD-11 和ICF[7]。这些标准对人类的健康状态及健康相关的服务提供了标准化质量管理,实现数据采集、统计与应用,保障患者的康复效果及医疗安全。郑州轻工业大学艺术硕士设计学位论文

1.1.3 康复医疗设备交互需求提高
医疗设备的使用环节即“临床应用”,是一个“人-机-环境”的开放系统。这里的“人”指医务人员、工程师和患者等使用者;“机”指医疗设备(包括说明书、操作手册、标签、包装标示等随附文件),“环境”指患者与医疗设备所处的特定康复条件,如:作业空间、物理环境、生化环境等。[8]康复医疗产品的交互设计主要是指患者、家属、医务人员与康复医疗设备的交互,交互行为包括调节、训练、维护等,每一环节都需要更加符合用户的使用习惯,以“人-机-环境”为中心,为患者提供高质量的交互方式,提高患者的积极性,优化交互体验。

1.2 研究现状
1.2.1 国内脑卒中康复训练设备交互研究现状
国内的康复训练设备通过上肢伸够、下肢踩踏等方式对脑卒中患者进行训练,使用多种康复训练设备和多种训练模式,完成康复训练和评定。传统康复医疗产品依赖的是乡村医师长期摸索总结的业务经验,采用观察法和逻辑推理法等传统手段评估患者的失能情况,制定康复训练计划,进而安排患者进行康复训练。不同乡村医师对患者的康复情况持有不同的观点,严重的甚至存在相反的结论。鉴于乡村医师业务水平有待提高这一局限性和康复设备的用户体验量化标准缺失的问题,建立科学的康复设备用户体验定量化体系已迫在眉睫。文强等[8]提出人机交互测试的可用性评估模型,如图 1-1 所示;孙朝阳[9]提出椭圆交叉训练机有助于提高脑卒中患者躯干控制能力及平衡功能。欧阳芬芳[10]提出了基于产品交互设计系统 (PACT-P) 理论的老年产品交互设计原则和策略。郭馨蔚等[11]从信息维度、界面呈现和交互行为三个方面,通过设计实例论述了设计建议与策略。王晓慧等[12]使用基于生理信号的情感识别、语音提示、高亮提示和视频指导等进行情感交互,通过用户手指上佩戴皮肤电导传感器收集的生理数据进行情感实时监测。宫晓东等[13]通过代表性文献、关键词和引文的聚类、突现和共现等方法进行整体分析,得出心智模型理论正在成为信息科技产品交互设计研究的理论基础,对高科技产品的适老化设计具有重要的指导作用。王柳等[14]通过对高龄用户感官认知分析得出感官无障碍交互体验设计需求,以此作为感官无障碍体验设计模型构成基底来源,并向下延伸至基于感官无障碍的交互体验设计,导出高龄用户感官无障碍交互体验设计要素。总的来说,国内康复医疗设备的交互设计研究聚焦于方法、工具和理论的创新与应用,跨学科方法的引入和研究有助于康复医疗设备交互设计研究思路的展开,聚焦具体问题,提高应用能力。对于交互设计的用户体验研究方面,尤其是医疗康复设备领域,
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第1 章 引言
研究成果较少。农村脑卒中康复训练设备面向的用户是农村脑卒中患者和乡村医师,产品交互需要满足这两类用户的需求。他们的技术范式是首先检测老年人的生理指标和行为数据,然后通过云服务器分析他们的健康问题和潜在的安全风险。最终,将不同类型的信息发送给利益相关者或机构获得医疗支持,试图为老年人提供自动化、智能和可持续的医疗服务。“健康人、年轻人”的交互设计方法无法满足以中老年人为主的用户群体,本课题研究特定用户群体的交互行为和方式,提供对应的功能和服务,帮助患者安全、有效、流畅地使用康复设备。图1-1:人机交互测试方面:可用性评估 图片来源:参考文献8
1.2.2 国外脑卒中康复训练设备交互研究现状
Ronald D.Kaye 等[15]提出医疗器械“人-机”交互模型,如下图;Tilo Mentler 等[16]将跨模态一致性引入作为支持多种输入和输出模式(如触摸、手势和语音)的数字技术的一般交互设计原则。Smith J 等[17]认为交互设计角色是支持最终用户,即医生、科学家或医疗技术人员在每一个产品开发周期的阶段。Pu Liu,Sidney Fels 等[18]认为支持物联网的智能移动设备有可能为患者和医疗保健提供者增强医疗保健服务。人机交互设计是实现用户与这些智能医疗技术之间有用和可用连接的关键。Jonas、Lowgren and D.Fallman 等[19][20]认为交互设计的核心是协调数字人工制品中产品、服务和空间之间的关系,特别强调用户体验的质量。H. Demirkan[21]认为大多数智能医疗系统在其交互设计中都集成了多种信息通信技术,例如物联网、云计算、社交网络以及先进的传感和数据分析技术。A. Maeder,C. Rocker, Ziefle Martina Röcker 等[22] [23] [24]认为为了更好地实现医疗保健的价值,交互设计不仅要考虑技术灵活性,还要考虑老年人对系统的接受度和
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郑州轻工业大学艺术硕士设计学位论文可用性评估等人文问题。总的来说,国外康复医疗设备的交互设计研究聚焦“人”的创新,表现为人在设计研发过程中的角色特征研究和创新,新技术新范式在交互设计中应用的新的可能性。图1-2:医疗器械“人-机”交互模型 图片来源:参考文献11
1.3 研究目的及意义
康复医学是现代医学的重要组成部分,是脑卒中患者的康复希望。本课题以脑卒中康复设备的交互设计研究为主要内容,支持康复设备在调研、研发和评定等多方面的技术溯源,推动我国康复医疗产业与数据科技结合的进程,提高我国康复医疗产业的研发能力,从而形成更大影响力。现代市场发展需要更加稳定而强大的企业品牌。本课题研究的康复设备用户体验度量模型有助于康复医疗企业之间的良性竞争,创建康复医疗企业的发展品牌战略,建立良好的市场秩序和公平的经营环境,同时对康复医疗产业应用系统的管理和销售等的创新和研发有着重要意义。随着人民群众日益增长的对美好生活的向往,对康复设备的体验需求日益提高,产品信息化、智能化水平形成了一个新的市场空间,本课题的研究有利于提高消费者对品牌的认同感,同时满足社会对美好生活的追求,助力政府实施乡村振兴政策。4

第1 章 引言
1.4 研究内容及方法
1.4.1 研究内容
研究国内外研究现状及最新发明专利,调研国内康复设备研发公司及产品,分析优缺点和用户体验等指标并进行创新。研究脑卒中康复医学,采用定量与定性相结合的研究方法,全面、系统、深入地研究农村脑卒中患者和乡村医师,量化康复设备用户体验。调研“互联网+康复”领域的解决方案和底层硬件的结构设计,总结适用于农村脑卒中患者和乡村医师的交互架构、交互方式和设计原则,设计交互界面,制定设计规范。

1.4.2 研究方法
使用文献研究法,对国内外研究现状进行研究;使用运筹学原理层次分析法,量化研究脑卒中康复训练设备的用户体验;使用调查法、个案研究、观察法和数学方法研究用户特征;采用模拟法和调查法研究交互原理与流程;使用模拟法和调查法研究交互设计的测试和迭代方案。


1.5 课题研究创新点
1.5.1 设计集成
针对农村康复医疗资源短缺和农村医生业务水平低等问题,拟提出一种城乡联动和功能集成式的设计研究方法。调研大型医院和康复设备研发公司最新的研发成果,选择适于农村的脑卒中康复训练设备,对其功能和交互等进行集成设计,满足农村脑卒中患者基本的康复训练需求。

1.5.2 用户体验度量模型的研究与应用
康复设用户体验仍然以前人经验为主导,缺乏科学的模型建立原则。本课题使用跨学科的研究法,综合统计学、康复医学和设计学的理论方法,基于谷歌“HEART”模型的理论框架和计算方法,拟提出“‘SRF’脑卒中康复设备用户体验度量模型”及其计算方法。依据SRF 模型,使用层次分析法建立数学模型,发放矩阵文档获取专家的评估数据,处理并分析数据,得出本课题的相关结论。
1.5.3 交互设计
本课题具有使用场景复杂、用户多样且特殊等特点,通过研究用户群体的生理和心理特征,总结交互设计原则。依据交互设计评估方法,测试机载交互系统,优化交互架构和功能模块,逐步迭代升级,构建优良的交互设计。研究用户的行为方式和习惯,提出集成椭圆轨迹和圆形轨迹两种下肢交互方式,旋转和推拉两种上肢交互方式的方案,帮助患者早日重返社会。
 
第2章 脑卒中康复研究及相关调研
2.1 脑卒中康复医学研究
2.1.1 康复医学
现代医学包括康复医学、预防医学、保健医学和临床医学四部分。康复(Rehabilitation),在中国大陆被称为“康复”,香港称为“复康”,台湾称为“复健”。是为了康复的目的而研究有关功能障碍的预防、评定和治疗的一门医学学科。1969 年,WHO 对康复的定义是:“康复是综合、协调地应用医学、社会、教育和职业的措施对患者进行训练和再训练,以恢复其功能至最高水平”。1981 年 ,WHO 重新定义康复:“应用各种有用的措施以减轻残疾的影响和使残疾人重返社会。康复不仅是指训练残疾人适应周围的复杂环境,同时也指调整残疾人周围的环境和社会条件,帮助他们重返社会”。2011 年WHO 发布的《世界残疾问题报告》定义康复:“帮助经历或可能经历残疾的个人在所处环境中实现和保持最佳功能的一套措施”。

2.1.2 脑卒中康复评定
康复评定是收集患者的病史和相关资料,提出合理假设,检查、测量并对结果进行综合、比较、分析、解释,最后形成结论和障碍诊断的过程。康复评定是康复医学的重要组成部分,要求多次评定患者的康复效果,调整康复方案。康复评定的目的是明确功能障碍的性质、明确功能障碍的范围、明确功能障碍的程度、明确康复目标与治疗计划、判断康复疗效和判断预后等。初期评定一般在病人入院7 天内完成,中期评定在康复治疗中期进行,后期评定在康复治疗结束时进行。脑卒中康复评定的对象是身体的失能程度,主要有运动功能、感觉功能、认知、情绪、言语和语言、吞咽、排泄及心肺功能等障碍[26],具有全身性的特点,如图2-1 所示。
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郑州轻工业大学艺术硕士设计学位论文图 2-1 脑卒中康复评定 图片来源:自制评定方法分为三类:定性评定、半定量评定和定量评定,具体操作方法是面谈和观察,有时需借助评定设备,例如肌力等长评估器等。目前普遍采用 SOAP 法 。S(subjectivedata 主观资料):患者的口述材料、症状;O(objective data 客观资料):患者的客观体征和功能表现;A(assessment 评定):对上述资料进行整理和分析;P(plan 计划):拟订处理计划,包括进一步检查、会诊、诊断、康复治疗和处理等计划。康复评定的内容包括躯体功能、精神功能、言语功能和社会功能等涉及功能与结构、个体活动和社会参与等多层次评定(ICF 模式理论框架),部分内容如图 2-2 所示。图 2-2 脑卒中康复评定内容 图片来源:自制康复评定是一个非常复杂的系统,与复杂的人体网络呈映射关系,以脑干部位的康复评定为例,内容如图 2-3 所示。
 
第2 章 脑卒中康复研究及相关调研
图2-3 脑干康复评定内容 图片来源:自制评定时,选择合适的评定方法,评定前告知患者操作目的和方法以消除不安感,评定时动作要快、时间要短,不能引起病人疲劳,当病人提出疼痛、疲劳时,可变换体位、休息或改日继续,评定一般做三次,取平均值。

2.1.3 脑卒中康复训练
康复训练分为徒手康复训练和使用康复设备进行康复训练,两种方法相结合用于脑卒中早、中、后期康复。徒手康复训练通过康复医师、家属等人使用双手、肘部、脚部等身体部位刺激患者失能部位,从而达到康复的效果。使用康复设备进行康复训练是使用针对不同失能情况研发的康复设备,进行运动训练、协调训练等多种康复训练。

2.1.4 脑卒中康复护理
全面护理指康复护理、预防、保健和临床护理,美国护士协会(Ameriacn NursesAssociation,简称ANA)定义护理:“每个人对自身存在的或潜在的健康问题,必有一定的表现和反应,对这种反应的诊断和治疗即称为护理”。1988 年,美国护士协会和康复协会定义康复护理“诊断、治疗个人或群体对现存和潜在的健康问题的反应,从而获得良好的功能和生活”。康复护理三大指导原则:提高功能、全面康复和重返社会。郑州轻工业大学艺术硕士设计学位论文脑卒中康复护理中有“奥瑞姆自我护理理论(Orem‘s self-care theory)”,又称自护理论、自理理论,该理论确定护理任务为帮助患者自我护理。自理能力主要与年龄、性别、生长发展阶段、健康状况、家庭系统、生活方式与行为习惯、环境因素、社会文化背景、健康服务系统和资源及利用状况等相关。

2.2 脑卒中康复设备研究
运用多种研究方法,研究四类脑卒中康复设备“四肢联动类、Motomed 类、神经功能重建类和手部康复类”的功能和技术参数等。依托此四类产品,考量功能并重新思考和再设计。
2.2.1 四肢联动类
四肢联动类康复设备常见于医院的康复训练科。一肢带三肢,实现“自主控制的肢体被动运动”,满足0 肌力患者康复主动运动。人机关系:设备重量 130KG,最大承重 100KG,身高范围 137~200cm,设备尺寸185*117*74。主要功能有:1、健侧带患侧、上肢伸够、下肢蹬踏;2、多模式训练,主被动训练;
3、调节:阻力、上肢运动杆、手把、座椅;4、监测心率、心肺功能、有氧运动运动能力;5、实时显示数据反馈等。主要配置有:1、主机;2、髋膝关节腿部支撑架;3、手套;4、绑脚带;5、腰带;6、胸带;7、联想win8 触控平板控制、显示系统。如图2-4 和图2-5 所示监控患者运动情况:步频(15~250 步/分)、步速、功率(5~1400 瓦特)、梅脱(2~24)、累积计步(9999 步)、阻力级别、运动当量、卡路里消耗(999kcal)、心率(手触式监测)、时间等。产品部件调节与锁定:座椅可调节距离46cm、座椅可360 度自由旋转(每45 度固定),有8 个锁定部位,手部握把可调节5 档松紧度(-30,-15,0,15,30 度),上肢运动杆长度调节45cm,上肢运动杆的手柄角度调节(-40,-20,0,20,40 度),髋膝关节支撑架活动范围180 度,靶座调节长度40cm,手把调节45cm,脚踏板、座椅前方和两侧扶手可折叠。
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