面向腦卒中患者手功能康復(fù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

房曉蕾 楊繼康 郭陽(yáng)

關(guān)鍵詞：腦卒中 康復(fù)訓(xùn)練 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

引言

據(jù)流行病學(xué)調(diào)查，腦卒中死亡率已降至疾病譜的第三位，但致殘率逐步上漲，現(xiàn)已居疾病譜第一位，50%以上的腦卒中患者病愈后出現(xiàn)嚴(yán)重后遺癥?；颊叩氖植抗δ苷系K導(dǎo)致生活質(zhì)量的降低，所以對(duì)腦卒中患者的手部進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練是非常有必要的。目前市場(chǎng)中患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備多以鍛煉肢體為主，鮮有針對(duì)手部關(guān)節(jié)精細(xì)康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備。本文以手部關(guān)節(jié)精細(xì)訓(xùn)練為切入點(diǎn)，并將交互性和情感關(guān)懷設(shè)計(jì)應(yīng)用于康復(fù)產(chǎn)品，提高患者接受治療的積極性。

一、腦卒中患者人群手部特征分析

腦卒中患者在日常表現(xiàn)和社交中會(huì)遇到我們常人無(wú)法理解的難題，導(dǎo)致日常生活中生活無(wú)法自理。腦卒中患者會(huì)出現(xiàn)中樞性癱瘓、周圍性癱瘓、偏癱和失語(yǔ)失用等后遺癥?；颊呤植渴种戈P(guān)節(jié)和手腕部的靈活度和精確度減低，同時(shí)出現(xiàn)痙攣、抖動(dòng)等情況，如進(jìn)餐時(shí)，不能自主進(jìn)食、不能拿取碗筷等。在手部康復(fù)訓(xùn)練的早期階段、康復(fù)訓(xùn)練力量強(qiáng)化階段、康復(fù)訓(xùn)練的精細(xì)訓(xùn)練階段都需要患者在醫(yī)師的指導(dǎo)下使用醫(yī)療儀器進(jìn)行，而無(wú)法自主完成康復(fù)訓(xùn)練。

腦卒中患者因生理功能方面出現(xiàn)影響最大的手部功能障礙的情況，對(duì)自身的狀況感到不滿和病痛帶來(lái)的傷害，會(huì)引起心理的負(fù)面情感，如多疑、敏感、自卑、焦慮、情緒化等情感，會(huì)對(duì)他人的目光和社會(huì)角色的改變產(chǎn)生壓抑的心理情感。因生理出現(xiàn)的障礙帶來(lái)的不便利，無(wú)法像正常人交流與行動(dòng)，還需借助其他人的幫助進(jìn)行日?；顒?dòng)，會(huì)對(duì)患者的自尊造成打擊。腦卒中患者多為老年人，在思維上的靈活度和推理能力、記憶力、都不如年輕人。在創(chuàng)傷中恢復(fù)時(shí)間比較長(zhǎng)，而治療康復(fù)訓(xùn)練也是如此，患者在康復(fù)訓(xùn)練中會(huì)出現(xiàn)反感、厭惡、排斥等心理。

因老齡化導(dǎo)致的疾病造成手部功能不健全，同時(shí)卒中患者會(huì)出現(xiàn)其他身體部位功能障礙，從而影響患者進(jìn)行正常的行為操作，需進(jìn)行階段化訓(xùn)練手部康復(fù)訓(xùn)練。在康復(fù)訓(xùn)練中，操作過(guò)多或操作繁瑣的訓(xùn)練器材對(duì)于患者自主訓(xùn)練的難度大，這就需要簡(jiǎn)單有效容易操作的設(shè)備幫助患者。在有趣的交互中，使患者擺脫枯燥乏味的機(jī)械訓(xùn)練積極主動(dòng)投身于有效的康復(fù)訓(xùn)練。

在實(shí)際使用康復(fù)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)充分考慮患者的自身生理狀況，操作方式應(yīng)考慮怎樣減少患者在使用中的自卑、挫敗、焦慮等負(fù)面情緒。康復(fù)設(shè)備主要功能是減少患者的不便和困擾，幫助患者逐漸康復(fù)，重新回歸正常的生活。在設(shè)計(jì)中應(yīng)有同理心去了解感受用戶心理需求、思維方式，帶給患者安全、貼心、舒適等好的使用體驗(yàn)，從而做出對(duì)其生活真切有效的幫助。為了滿足患者的生理、心理方面需求，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮設(shè)備應(yīng)具備簡(jiǎn)單容易操作性、親和安全性，注重患者與設(shè)備的交互性使其積極主動(dòng)參與到康復(fù)訓(xùn)練中。

二、面向腦卒中手部康復(fù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原則

通過(guò)上文對(duì)腦卒中患者、偏癱患者、和現(xiàn)有的研究分析，對(duì)比現(xiàn)有的手部康復(fù)器械的功能和特點(diǎn)，得出了針對(duì)中老年卒中患者的手部康復(fù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)所遵循的原則。主要包括宜用性、交互性和安全性，具體如下：

（一）宜用性設(shè)計(jì)原則

我國(guó)現(xiàn)有市場(chǎng)上的手指康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備大多體形龐大，運(yùn)用大量的機(jī)械動(dòng)力結(jié)構(gòu)，一臺(tái)手指康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備的造價(jià)高昂，患者難以承受。再者，即使運(yùn)用了大量的機(jī)械動(dòng)力結(jié)構(gòu)，康復(fù)效果較過(guò)去的輔助訓(xùn)練設(shè)備并沒(méi)有顯著提升。由于柔性機(jī)械外骨骼技術(shù)的不完善，現(xiàn)有的手指康復(fù)設(shè)備的舒適性也存在著一定問(wèn)題。

康復(fù)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須遵循以患者為中心這一重要原則。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初衷，是為了輔助患者進(jìn)行有效的手部康復(fù)訓(xùn)練。因此產(chǎn)品功能只有在使用率較高的情況下才能發(fā)揮最大的效果，而如果用戶需要長(zhǎng)時(shí)間使用，產(chǎn)品的舒適程度就顯得至關(guān)重要。

通過(guò)現(xiàn)狀不難得出，簡(jiǎn)單的操作方式和更輕便的體量是未來(lái)手指康復(fù)器必然的發(fā)展方向，因此我們提出了用按壓式的訓(xùn)練器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的穿戴式訓(xùn)練設(shè)備。卒中患者手指的恢復(fù)需要大量反復(fù)地進(jìn)行手指握緊和伸展來(lái)保持手指運(yùn)動(dòng)，按壓器的方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單卻能完全滿足患者需求，并且可以完全擺脫穿戴設(shè)備重量的束縛。

（二）交互性設(shè)計(jì)原則

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定產(chǎn)品的功能是否能實(shí)現(xiàn)，而結(jié)構(gòu)又需要依托符合人機(jī)的交互設(shè)計(jì)來(lái)滿足患者康復(fù)訓(xùn)練的需求。機(jī)械枯燥的鍛煉模式，必定會(huì)降低患者的使用體驗(yàn)，雖然現(xiàn)有的一些康復(fù)器械產(chǎn)品考慮到這一點(diǎn)，逐步地用VR、AR等虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品的交互方式之中，但經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些技術(shù)所依托的訓(xùn)練模式，依然是重復(fù)性的動(dòng)作模擬，并不能真正調(diào)動(dòng)患者的積極性。所以要在產(chǎn)品的功能和成本之間進(jìn)行權(quán)衡，就要提出更好的人機(jī)交互方式。

手部功能障礙出現(xiàn)的原因很多，但是患者的狀況具有一定相似性。由于生理機(jī)能的功能性障礙，進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的患者特別是手部康復(fù)無(wú)法靈活地完成精密的操作，過(guò)多的繁瑣操作也會(huì)給用戶帶來(lái)心理上的不適。因此，產(chǎn)品的人機(jī)交互必須在實(shí)現(xiàn)患者進(jìn)行手部康復(fù)的前提下，完全符合患者的使用習(xí)慣，傳統(tǒng)的交互方式運(yùn)用了互聯(lián)網(wǎng)和交互界面等技術(shù)，卻沒(méi)有較好地應(yīng)用于具體的用戶人群。腦卒中患者年齡偏中老年，該階段的患者不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間觀看電子屏幕，因此虛擬界面和游戲的交互體驗(yàn)并不是最好的方式，腦卒中患者需要的反饋是直觀而且迅速的，因此聽覺(jué)對(duì)于腦卒中患者是更好的信息接收方式，用戶輸入的按壓信息通過(guò)傳感器被接收后再通過(guò)音響設(shè)備輸出給用戶，再由程序構(gòu)建一套音樂(lè)編排機(jī)制，可以提升產(chǎn)品的交互性，從而間接地激勵(lì)用戶進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

（三）安全性設(shè)計(jì)原則

不正確的設(shè)計(jì)對(duì)患者造成二次傷害是不可逆轉(zhuǎn)的，長(zhǎng)時(shí)間和反復(fù)使用設(shè)計(jì)有缺陷的手握器械可能造成使用者的累積性損傷或腕管綜合癥，因此必須深入分析手部的生物學(xué)特征和運(yùn)動(dòng)機(jī)理，用來(lái)作為機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。按壓器械的抓握表面應(yīng)盡量做到光滑、無(wú)靜電、有彈性。具有彈性可壓縮的材料可以減少震動(dòng)并且分散壓力方向，使用的材料硬度需適中，減少患者使用產(chǎn)品的疲勞感。造型的設(shè)計(jì)要符合五指按壓的操作習(xí)慣，表面造型不能與手掌過(guò)于貼合，操作者使用時(shí)表面應(yīng)與手掌掌心處略有空隙，防止表面結(jié)構(gòu)對(duì)手掌的血管肌肉組織造成壓迫。

三、面向腦卒中手部康復(fù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)踐

我們想通過(guò)本產(chǎn)品讓腦卒中患者經(jīng)過(guò)鍛煉后可以正常地做一些簡(jiǎn)單的抓握、拿起等生活中基本的行為活動(dòng)，增強(qiáng)患者的自理能力，減少家庭負(fù)擔(dān)，增加患者對(duì)生活的信心。以此為出發(fā)點(diǎn)，將對(duì)日益增長(zhǎng)的老年人群體的關(guān)愛(ài)提升到我們的視線中，利用音樂(lè)與科技的碰撞，提出新的腦卒中患者手部康復(fù)訓(xùn)練器械的研究。

（一）人機(jī)工程原理設(shè)計(jì)應(yīng)用

人們?cè)谌粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫氖植縿?dòng)作就是抓握，所以我們根據(jù)人體手掌研究的大小比例及其手指的粗細(xì)程度得出產(chǎn)品放置手指托槽的寬度和深度，以確保訓(xùn)練的安全性與舒適性。一個(gè)成年人的手掌長(zhǎng)度在18cm左右，不合拇指手掌寬度在8.5cm左右。當(dāng)進(jìn)行抓握時(shí)，手掌會(huì)曲為弓形。當(dāng)手掌自然張開時(shí)，食指、中指、無(wú)名指距離較為接近，各手指指間的距離約2cm，其中食指與中指的距離略寬，中指與無(wú)名指中間的距離略窄，各手指寬度在1.8cm左右。為保證抓握時(shí)的穩(wěn)定性，采用雙手持握的方式，在按壓的同時(shí)還可以進(jìn)行前后的旋轉(zhuǎn)。結(jié)合上述數(shù)據(jù)得出，產(chǎn)品抓握的形狀應(yīng)為兩個(gè)半球形，產(chǎn)品半球直徑為12cm，整體高度為16cm，如圖1。

（二）反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

半球的邊緣的凹槽內(nèi)設(shè)有5個(gè)可以內(nèi)陷的按鈕，依據(jù)手指間的寬度，對(duì)5個(gè)放置手指的凹槽位置進(jìn)行排列，構(gòu)成一個(gè)完整的指力按壓系統(tǒng)。與現(xiàn)有的指力器技術(shù)相比，本產(chǎn)品在指力按壓中加入了電信號(hào)傳輸裝置，即壓力傳感器，當(dāng)患者在進(jìn)行手指指力康復(fù)訓(xùn)l練時(shí)，手指向下按壓不同的按鍵，相對(duì)應(yīng)的鍵位內(nèi)的壓力傳感器就會(huì)將該按鍵產(chǎn)生的電信號(hào)傳導(dǎo)給內(nèi)部的發(fā)聲裝置，從而使揚(yáng)聲器發(fā)出悠揚(yáng)的音樂(lè)聲。在進(jìn)行兩半球連接的軸承之中，也設(shè)有傳感器和信號(hào)傳輸裝置，患者對(duì)半球進(jìn)行旋轉(zhuǎn)需要使用一定的力量，此時(shí)壓力傳感器可以將軸承旋轉(zhuǎn)的信號(hào)傳輸給發(fā)聲裝置，使音樂(lè)再次響起。這樣就形成了一套連貫的按壓和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的反饋系統(tǒng)。

（三）材料的應(yīng)用

材料的選取需要兼顧舒適性、穩(wěn)固性和成本。因?yàn)榛颊叩淖ノ樟苄?，而且產(chǎn)品需要大面積與手掌和手指接觸，所以產(chǎn)品外部材料需要采用硅膠材質(zhì)來(lái)增加產(chǎn)品使用時(shí)患者的舒適度和手部的附著力。而在產(chǎn)品內(nèi)層結(jié)構(gòu)上需要采用硬質(zhì)材料提升產(chǎn)品的穩(wěn)固性，現(xiàn)在市場(chǎng)上結(jié)實(shí)輕便、物美價(jià)廉的材料非常多，康復(fù)領(lǐng)域普遍使用的材料為醫(yī)療工業(yè)塑料，其加工簡(jiǎn)單、成本較低且具有良好的化學(xué)惰性和生物安全性。因此醫(yī)療工業(yè)塑料就是最好的選擇。

（四）APP的應(yīng)用

該產(chǎn)品會(huì)配備有一個(gè)專用APP。 APP中配備有基礎(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練、自定義康復(fù)訓(xùn)陳、康復(fù)設(shè)置和患者的個(gè)人信息以及智能醫(yī)師問(wèn)答等項(xiàng)目。在使用前，家屬及患者可以選擇APP中基礎(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練項(xiàng)目，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)選擇的基礎(chǔ)訓(xùn)練項(xiàng)目回饋給產(chǎn)品發(fā)音指令，當(dāng)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，按下指力鍵，產(chǎn)品就可以發(fā)出美妙的音節(jié)聲;也可以選擇APP中的自定義康復(fù)訓(xùn)練項(xiàng)目，家屬及患者可以通過(guò)APP對(duì)產(chǎn)品指力鍵的發(fā)聲進(jìn)行調(diào)節(jié)，可調(diào)為音節(jié)也可調(diào)為音樂(lè)。家屬及患者還可以通過(guò)康復(fù)設(shè)置訓(xùn)練提醒和訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)家屬及患者可直接與醫(yī)師進(jìn)行互動(dòng)問(wèn)答，在家即可查詢康復(fù)力度和成效。患者通過(guò)手部康復(fù)產(chǎn)品可在家自行進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，大大節(jié)約了人力和物力。產(chǎn)品音樂(lè)的互動(dòng)性可以使患者更好地感受到康復(fù)的樂(lè)趣和成功的希望。

（五）使用方法與應(yīng)用

該產(chǎn)品由手部康復(fù)訓(xùn)練器械和專用APP組成。訓(xùn)練器械的基本形態(tài)為兩個(gè)半球形的指力按壓器。大小為手掌可以穩(wěn)定抓握最為適宜，兩個(gè)半球由軸承相連接，可旋轉(zhuǎn)，最大旋轉(zhuǎn)度數(shù)為180°。在使用時(shí)，患者可以恨據(jù)APP畫面中所給的音節(jié)提示有規(guī)律地按壓按鍵進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，旋轉(zhuǎn)指力按壓球可以打出節(jié)拍，還可以恨據(jù)APP的提示對(duì)所有按鍵的發(fā)音音節(jié)進(jìn)行自主調(diào)試，這樣就可以跟隨著自己喜歡的節(jié)拍和音樂(lè)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，恢復(fù)手指力量。另外，考慮到患者的抓握力和控制力不強(qiáng)，每個(gè)指壓按鍵兩側(cè)會(huì)有輕微的凸起來(lái)防止手指錯(cuò)位。并且指力按壓球上設(shè)有能防止從手中滑落的可調(diào)節(jié)綁帶，如圖2。

結(jié)語(yǔ)

基于腦卒中手部康復(fù)產(chǎn)品情感關(guān)懷設(shè)計(jì)，需要考慮多個(gè)用戶群體，通過(guò)對(duì)用戶的病情和心理分析準(zhǔn)確定義其功能需求。用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)、人機(jī)交互設(shè)計(jì)、系統(tǒng)反饋設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用等方面的優(yōu)化，不僅提高了康復(fù)產(chǎn)品的使用效率，更提高了人員的利用率，而且從情感體驗(yàn)和交互性上提高了用戶參與感，使用戶在使用時(shí)感受到的不僅僅是康復(fù)，更多的是康復(fù)時(shí)的良好體驗(yàn)。此外借助手機(jī)APP、互聯(lián)網(wǎng)，建立問(wèn)答服務(wù)，為用戶享有智能化的醫(yī)療康復(fù)體驗(yàn)服務(wù)提供了可行性。