居家場景下帕金森步態(tài)障礙早期干預產(chǎn)品設計研究

張萍 孫旭芳 張悅蛟

關鍵詞：帕金森 步態(tài)障礙 居家場景 早期干預 產(chǎn)品設計

引言

帕金森癥成繼阿爾茲海默病后第二常見的神經(jīng)退行性疾病[1] ，其病理改變主要位于中腦黑質(zhì)及黑質(zhì)-紋狀體通路[2]。目前中國病患者人數(shù)約200萬人，隨著老齡化程度加深，帕金森患者將持續(xù)增多，且其發(fā)病呈年輕化態(tài)勢。這種病的大眾認知普及率低，缺乏有效的治療和早期診斷標準、延誤診斷率高、治療率低、給家庭和社會帶來了沉重的負擔[3]。對該疾病的研究一直是一個世界性的話題，但都集中于醫(yī)學領域，如通過量表及外界設備進行疾病的診斷、通過藥物、非藥物、護理等方式進行疾病的干預。設計學領域的闡述更加偏向于輔具及綜述方面，而且主要集中于發(fā)病后期 。醫(yī)學的診斷及干預需要憑借一定的工具、手段及方法，這也為設計介入帕金森疾病管理提供了相應的媒介。

一、帕金森步態(tài)障礙

PD的癥狀分為兩種，以震顫、肌強直、運動遲緩和姿勢不穩(wěn)等為主要臨床表現(xiàn)的運動癥狀[4]，以認知功能減退、神經(jīng)精神癥狀、自主神經(jīng)功能紊亂、睡眠障礙、感覺障礙等為表現(xiàn)的非運動癥狀[5]。步態(tài)功能障礙是患者運動能力喪失的重要體現(xiàn)，經(jīng)常導致摔倒等意外的發(fā)生，然而早期癥狀一般不易察覺，直到后期頻發(fā)時才能引起重視，但為時已晚。因此要盡可能早地實現(xiàn)疾病癥狀評估，并采取相應的干預措施，最大化減輕疾病對患者生理及心理的影響。

（一）帕金森步態(tài)障礙分類：

帕金森步態(tài)障礙在不同時期有不同表現(xiàn)癥狀。疾病早中期主要是步幅、行走節(jié)律、雙重執(zhí)行功能等發(fā)生輕微變化，一般低于正常水平，這個時期人類對于疾病的可控性較高。隨著疾病惡化，跨步時間的不規(guī)律性變得越來越顯著[6]。此外，步態(tài)障礙往往與雙重任務執(zhí)行能力受損相關聯(lián)，該階段注意力與行為常常不能兼顧而導致的摔倒成為對患者造成危害的重要因素。Rochester等[7]檢測了130例帕金森病患者在單一任務狀態(tài)及雙重任務狀態(tài)下的行走情況，發(fā)現(xiàn)兩種狀態(tài)下的步行速度均受到了對跌倒的恐懼的影響，并且造成了步行速度減慢的謹慎步態(tài)。

晚期癥狀以步態(tài)慌張及步態(tài)凍結為主，孫倩等指出，慌張步態(tài)主要表現(xiàn)為行走時患者軀體不自主的前傾，為了保持重心在兩腳之間而出現(xiàn)的快速m且細小的步伐[8]，何安琪等指在，典型的凍結步態(tài)一般為一個小于1 min的短暫的過程，表現(xiàn)為步行停止及患者雙腳如同粘在地上。常見于起步行走或轉(zhuǎn)方向時，凍結步態(tài)的發(fā)生與帕金森病患者的跌倒及自理能力減退息息相關[9]。但一定程度上的視覺提示可以幫助患者克服異常情況繼續(xù)前進。

（二）帕金森步態(tài)障礙的診斷與治療

UPDRS評估量表作為帕金森疾病有效的診斷方法 [10]，能對患者整體健康狀況作一個綜合性評估、但該方法主觀性大、花費時間成本高。然而，目前騰訊AI研究優(yōu)化了這一技術，能疾病相關指標做量化分析。PD的治療多采用綜合治療方法，包括藥物治療、手術治療、康復治療、心理治療等[11]。

（三）帕金森步態(tài)障礙的干預

早期干預作為延緩疾病惡化趨勢、減輕患者負擔、保持患者良好生活狀態(tài)的重要手段。主要包括藥物干預和非藥物，非藥物干預的可持續(xù)性及效果更好，主要包括：運動干預、認知干預及情感干預。而家庭是早期干預的最佳場所，居家場景下用戶能得到更加更高頻率、更及時的刺激，必將提高干預效果。本次研究以居家場景為基礎，對此場景下的用戶需求展開深入調(diào)研，并將其轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品設計的要求及功能要素，輸出一款符合帕金森患者需求的產(chǎn)品。

二、以場景為基礎的早期干預產(chǎn)品設計流程

（一）基本定義及應用

場景（Scenario）概念源自于戲劇領域中，是指在特定的空間、時間內(nèi)發(fā)生的一定的任務行動或畫面[12]。產(chǎn)品的都處在人-機-環(huán)境相互制約的大系統(tǒng)中，都有其自身的目的性[13]。

因此分析場景的主要目的是挖掘某個場景下用戶的核心需求及實現(xiàn)這些核心訴求的產(chǎn)品載體。

此外，將場景分析法引入設計當中，能實現(xiàn)設計研究關注點從物到人的轉(zhuǎn)換，能夠在分析了解環(huán)境的基礎上，將研究的重點放到人上面，通過各種用戶研究方法對當前場景下的用戶訴求進行深入挖掘，得到用戶的核心訴求和產(chǎn)品的功能指標，最后，將這些指標轉(zhuǎn)換為相應的產(chǎn)品設計實踐成果進行輸出，整個具體流程如圖1所示：

（二）居家場景分析

居家場所作為帕金森早期干預的主要場所之一，通過關注患者普遍性的居家情況，能比較準確地把握其需求及產(chǎn)品設計的整體大趨勢。居家場景對早期干預的限制主要存在以下幾個方面：（1）人群維度：患者和照護者作為非專業(yè)人士，一般不具備完善的疾病相關的基礎專業(yè)干預知識，為了保證其與專業(yè)醫(yī)療場景下的效果并無明顯差異，必須降低人群對知識的隱形需求。（2）基礎醫(yī)療設施維度：居家環(huán)境缺乏完備的醫(yī)療設施，因此考慮其不足性對設計產(chǎn)生的影響，但人工智能技術的快速發(fā)展降低了帕金森早期干預的門檻，能為醫(yī)療產(chǎn)品的居家化設計技術支撐和成果實現(xiàn)保障，為居家場景下醫(yī)療設施的可實現(xiàn)性提供了基礎。（3）干預條件維度：專業(yè)場所一般有專業(yè)人員的輔助，而在居家場景下，一般由患者獨自或家屬協(xié)助完成，因此干預條件要滿足其基本認知條件的基礎上達到易用、好用等目標。（4）費用維度：專業(yè)場景下耗費經(jīng)濟成本一般較高，但在居家場景下，為了減輕患者及家屬經(jīng)濟負擔。應盡可能降低干預成本。（5）信息獲取維度：相對與專業(yè)場景，居家場景相對閉塞，信息獲取渠道有限，信息獲取效率不高，對信息感知存在偏差，因此要讓居家場景下的信息能及時地反饋更新給患者，提高他們對于疾病的認知度，如表1。

（三）設計介入居家場景的方式

1.把整個家庭環(huán)境都作為早期干預場所

相較于居家場景、專業(yè)場所的干預時間和空間是有限的，干預效果必定會大打折扣。而帕金森患者的生活模式無異于常人，家庭是比較理想的干預場所，各種要素都可以按照自身需求自由支配，不僅進行了時間和空間維度的橫縱向延伸，保證了干預時間和干預場所最大化，也提高了干預的頻率，并及時保證了干預效果。

2.以居家場景下的使用產(chǎn)品作為干預載體

以患者日常生活息息相關的產(chǎn)品作為干預媒介，能在用戶與產(chǎn)品的交互中不自覺地給予用戶干預刺激，這種形式符合用戶的心智模型和基本生活習慣，減輕了其對新事物的學習成本，能在最大程度上提高產(chǎn)品的易用性及可用性，保證最后理想干預效果的實現(xiàn)。因此在產(chǎn)品設計中要著重考慮以下兩方面要素：一是產(chǎn)品本身具備干預能力，能與用戶交互過程中對用戶施加干預信息刺激，彌補用戶行為能力的缺失。二是產(chǎn)品要符合人群對居家化醫(yī)療產(chǎn)品的需求，如實用、美觀、經(jīng)濟、易用、好用等，

3.通過產(chǎn)品系統(tǒng)設計來實現(xiàn)干預的連續(xù)性

為了保證良好的干預效果，不僅僅依靠單一產(chǎn)品，可以構建一個完整的系統(tǒng)來滿足其效果的連續(xù)性及高頻性。

4.為系統(tǒng)中的產(chǎn)品增加干預功能

根據(jù)不同的疾病狀態(tài)，對患者提供相應的干預方案，如對于姿勢不穩(wěn)患者通過日常干預系統(tǒng)改善其平衡力及穩(wěn)定性特征，對于步態(tài)凍結和步態(tài)慌張患者輔助其順利行走的同時增加信息注意力提醒功能，能減輕患者危險意外的發(fā)生，改善身體狀態(tài)。

三、基于場景的用戶需求調(diào)研

（一）研究對象分析

用研對象主要包含包括醫(yī)生和患者兩個群體，患者一般缺乏對疾病基本狀況的了解，心理負擔比較重，因此要從居家和專業(yè)兩個維度對患者的痛點進行挖掘。醫(yī)生群體擁有豐富的實踐經(jīng)歷、扎實的理論研究知識、普遍的疾病問題，在調(diào)研醫(yī)生用戶的過程中要對其診斷方法、干預方法及整個過程中遇到的痛點問題展開研究。

（二）用戶需求的總結

兩種場景下用戶需求要素是一致的，專業(yè)場所下?lián)碛懈酀M足用戶需求的基礎設施：如方便的醫(yī)患溝通條件、疾病狀態(tài)的及時把控等條件。而在居家場景下這些條件都是相對匱乏的，如聯(lián)系醫(yī)生不便、缺乏疾病相關的管理知識、干預信息的獲取比較困難，因此病人有了疾病進程掌控和醫(yī)生快速聯(lián)系等需求，如表2。

（三）帕金森步態(tài)障礙干預系統(tǒng)的構建

帕金森居家需求滿足的限制條件較多，對專業(yè)醫(yī)師的依賴性也高。但隨著人工智能技術的激素發(fā)展，人類對疾病的研究不斷深入，能夠通過各種智能設備對人體狀態(tài)進行評估，使得神經(jīng)系統(tǒng)疾病的檢測成為可能，與傳統(tǒng)診斷方式相比，其準確性更高，診斷效果更好，能降低主觀性對患者造成的影響，具有廣泛的應用空間及發(fā)展?jié)摿Α?/p>

云計算技術與云存儲技術[14]的發(fā)展，能使得不計其數(shù)的樣本在短時間內(nèi)得到分析和存儲。首先，將分散在不各個區(qū)域、各個醫(yī)療機構的數(shù)據(jù)存儲在云端，同時借助該技術的超強計算能力，對海量樣本進行處理并得出結果，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。系統(tǒng)可以使用戶在任何時間、任何地點，使用任何設備將終端采集的多通道的人機交互生理數(shù)據(jù)傳入云端，同時實時反饋疾病的判定結果，具有可擴展、易維護、安全性高、實時性、精度高等特點，有效解決傳統(tǒng)醫(yī)療診斷過程的獨立、分散、效率低下以及診斷結果不精確的問題 [15]。

此外，視頻診斷技術、體感交互等相關技術已經(jīng)顯示出了在神經(jīng)系統(tǒng)疾病檢測中的應用潛力，是帕金森醫(yī)療產(chǎn)品設計的關鍵技術，減少專業(yè)人工人士的介入、能大大提高交互的易用性，其還可以突破時空限制，讓帕金森的居家干預訓練成為可能，也可以很方便地融入老年人的居家生活，打造更加完善的帕金森物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療系統(tǒng)。

以上述人工智能技術為基礎，結合用戶需求，構建了帕金森步態(tài)障礙早期干預的系統(tǒng)。主要有用戶、設備、輸入端、處理端及輸出端等幾個部分組成。在用戶與設備進行人機交互的過程中，以交互設備作為信息媒介，對居家場景下的用戶日常數(shù)據(jù)信息進行采集，然后將采集的數(shù)據(jù)輸送到處理端，處理端對獲取的數(shù)據(jù)進行預處理后，轉(zhuǎn)化為交互行為數(shù)據(jù)，處理端主要包含采集數(shù)據(jù)的融合、診斷模型的訓練、綜合診斷評估（深度學習診斷模型、評估量表及醫(yī)生經(jīng)驗來綜合評估）等3個模塊，首先，將轉(zhuǎn)化的交互行為數(shù)據(jù)進行融合，然后，依據(jù)深度學習算法訓練得到診斷模型，最后，可以利用診斷模型對帕金森患者的整體病情作一個綜合性的評估，并將診斷結果輸出到輸出端，輸出端提供了診斷反饋，包括診斷及檢查報告、個性化康復訓練方案推薦及用藥方案推薦等。處理端同時也部署了數(shù)據(jù)存儲單元，樣本病歷以、診斷模型以及醫(yī)學知識和病人信息的存儲情況。此外，醫(yī)生也可以按照具體實際情況隨時介入整個過程。總的來說，經(jīng)過以上步驟，就可以構建居家場景下帕金森步態(tài)障礙患者早期診斷與干預的系統(tǒng)模型，如圖2。

（四）干預產(chǎn)品的設計要求及設計方案

雖然場景不同，但居家場景和專業(yè)場景的目的相同，都是為了延緩或改善患者身體狀況，因此基本的診斷與干預方法是一樣的。但在人員知識專業(yè)性及醫(yī)療條件完善度等方面居家場景略微次于專業(yè)場景，因此為了滿足居家場景下用戶的干預需求，對居家場景下的產(chǎn)品設計提出了新要求，并產(chǎn)生了相應的設計要求及設計方案，如表3。

四、設計實踐

基于用戶需求及產(chǎn)品設計要求的規(guī)劃，進行了帕金森步態(tài)障礙早期干預產(chǎn)品設計的實踐。構建了一個干預系統(tǒng)，主要包含軟硬件兩部分，軟件端主要為基于互聯(lián)網(wǎng)云平臺的帕金森在線診療系統(tǒng)，主要包含首頁、診斷、干預及我的四個部分：硬件端為下肢外骨骼康復機器人，作為App的外力輔助，幫助患者進行干預訓練，兩者共同作用實現(xiàn)帕金森步態(tài)障礙的早期診斷及干預。

軟件端診斷主要是通過手機App拍攝居場景下的日常行為視頻，然后上傳至云平臺，云端根據(jù)視頻診斷技術對患者進行綜合性評估，確定疾病分級并給予患者診斷結果反饋，患者可收到遠程化診療記錄及個性化干預方案。此外，還包括首頁、干預、我的等幾個模塊。首頁主要是一些帕金森相關知識的科普，幫助患者更好地了解疾病，提高病人及家屬的認知水平。干預模塊主要在外骨骼產(chǎn)品的輔助下幫助患者做干預訓練，包括一些普遍化干預方案及個性化推薦方案，我的模塊主要是一些基本信息設置，如查看診斷及干預的報告、在線咨詢醫(yī)生等。其軟件平臺框架和界面如圖3和圖4：

硬件端外骨骼與手機云平臺連接，可以同時結合軟件端的訓練方法輔助干預，其包含主動和被動兩種模式，主動模式下可以為患者提供動力，主動模式下為患者提供阻力，根據(jù)不同步態(tài)能力進行自適應。此外，還可以根據(jù)患者運動狀況隨時采集人體相關數(shù)據(jù)信息如運動的快慢、啟動、轉(zhuǎn)向停止等用于信息并上傳到手機端，進行疾病的整體評估及干預措施的采取。產(chǎn)品整體色調(diào)以白色為主，藍色為輔助色，給人一種安心、安全、健康的意象感知，符合家用醫(yī)療產(chǎn)品的色彩需求，同時也能營造視覺上的舒適度，如圖4。

總結

伴隨著科學技術的迅猛發(fā)展、人類對疾病研究的持續(xù)深入及人理念的不斷轉(zhuǎn)變，關于神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關的早期干預產(chǎn)品必定會越來越多，居家場景在用戶日常生活場景占著舉足輕重的定位，關于其相關研究必將會迎來快速且高效的發(fā)展。本文通過用戶研究，分析總結了居家場景下用戶的干預需求，結合用戶干預需求及進行產(chǎn)品功能的規(guī)化及康復輔具設計方案的輸出，延展居家康復模式的基礎上使得整個過程更加智能化、數(shù)據(jù)化，結合互聯(lián)網(wǎng)設施實現(xiàn)了整個過程的云端化。以硬件實體設備為載體，通過人與產(chǎn)品的交互采集人體信息，同時根據(jù)采集的信息去控制產(chǎn)品的基本工作，通過人機交互的雙向性，搭建了患者與實體產(chǎn)品間的溝通橋梁，有利于提高干預質(zhì)量及效果，以“人機”的基本思維出發(fā)，優(yōu)化人機交互過程，給予用戶更加良好的用戶體驗。