面向腦卒中患者手功能康復產品設計研究

房曉蕾 楊繼康 郭陽

關鍵詞：腦卒中 康復訓練 產品設計

引言

據流行病學調查，腦卒中死亡率已降至疾病譜的第三位，但致殘率逐步上漲，現已居疾病譜第一位，50%以上的腦卒中患者病愈后出現嚴重后遺癥。患者的手部功能障礙導致生活質量的降低，所以對腦卒中患者的手部進行康復訓練是非常有必要的。目前市場中患者進行康復訓練設備多以鍛煉肢體為主，鮮有針對手部關節精細康復訓練設備。本文以手部關節精細訓練為切入點，并將交互性和情感關懷設計應用于康復產品，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和社交中會遇到我們常人無法理解的難題，導致日常生活中生活無法自理。腦卒中患者會出現中樞性癱瘓、周圍性癱瘓、偏癱和失語失用等后遺癥。患者手部手指關節和手腕部的靈活度和精確度減低，同時出現痙攣、抖動等情況，如進餐時，不能自主進食、不能拿取碗筷等。在手部康復訓練的早期階段、康復訓練力量強化階段、康復訓練的精細訓練階段都需要患者在醫師的指導下使用醫療儀器進行，而無法自主完成康復訓練。

腦卒中患者因生理功能方面出現影響最大的手部功能障礙的情況，對自身的狀況感到不滿和病痛帶來的傷害，會引起心理的負面情感，如多疑、敏感、自卑、焦慮、情緒化等情感，會對他人的目光和社會角色的改變產生壓抑的心理情感。因生理出現的障礙帶來的不便利，無法像正常人交流與行動，還需借助其他人的幫助進行日常活動，會對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。在創傷中恢復時間比較長，而治療康復訓練也是如此，患者在康復訓練中會出現反感、厭惡、排斥等心理。

因老齡化導致的疾病造成手部功能不健全，同時卒中患者會出現其他身體部位功能障礙，從而影響患者進行正常的行為操作，需進行階段化訓練手部康復訓練。在康復訓練中，操作過多或操作繁瑣的訓練器材對于患者自主訓練的難度大，這就需要簡單有效容易操作的設備幫助患者。在有趣的交互中，使患者擺脫枯燥乏味的機械訓練積極主動投身于有效的康復訓練。

在實際使用康復產品時應充分考慮患者的自身生理狀況，操作方式應考慮怎樣減少患者在使用中的自卑、挫敗、焦慮等負面情緒。康復設備主要功能是減少患者的不便和困擾，幫助患者逐漸康復，重新回歸正常的生活。在設計中應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，從而做出對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，產品設計時應考慮設備應具備簡單容易操作性、親和安全性，注重患者與設備的交互性使其積極主動參與到康復訓練中。

二、面向腦卒中手部康復產品的設計原則

通過上文對腦卒中患者、偏癱患者、和現有的研究分析，對比現有的手部康復器械的功能和特點，得出了針對中老年卒中患者的手部康復產品設計所遵循的原則。主要包括宜用性、交互性和安全性，具體如下：

（一）宜用性設計原則

我國現有市場上的手指康復訓練設備大多體形龐大，運用大量的機械動力結構，一臺手指康復訓練設備的造價高昂，患者難以承受。再者，即使運用了大量的機械動力結構，康復效果較過去的輔助訓練設備并沒有顯著提升。由于柔性機械外骨骼技術的不完善，現有的手指康復設備的舒適性也存在著一定問題。

康復輔助產品設計必須遵循以患者為中心這一重要原則。產品設計的初衷，是為了輔助患者進行有效的手部康復訓練。因此產品功能只有在使用率較高的情況下才能發揮最大的效果，而如果用戶需要長時間使用，產品的舒適程度就顯得至關重要。

通過現狀不難得出，簡單的操作方式和更輕便的體量是未來手指康復器必然的發展方向，因此我們提出了用按壓式的訓練器來代替傳統的穿戴式訓練設備。卒中患者手指的恢復需要大量反復地進行手指握緊和伸展來保持手指運動，按壓器的方式結構簡單卻能完全滿足患者需求，并且可以完全擺脫穿戴設備重量的束縛。

（二）交互性設計原則

結構設計決定產品的功能是否能實現，而結構又需要依托符合人機的交互設計來滿足患者康復訓練的需求。機械枯燥的鍛煉模式，必定會降低患者的使用體驗，雖然現有的一些康復器械產品考慮到這一點，逐步地用VR、AR等虛擬現實增強技術應用到產品的交互方式之中，但經調查發現，這些技術所依托的訓練模式，依然是重復性的動作模擬，并不能真正調動患者的積極性。所以要在產品的功能和成本之間進行權衡，就要提出更好的人機交互方式。

手部功能障礙出現的原因很多，但是患者的狀況具有一定相似性。由于生理機能的功能性障礙，進行康復訓練的患者特別是手部康復無法靈活地完成精密的操作，過多的繁瑣操作也會給用戶帶來心理上的不適。因此，產品的人機交互必須在實現患者進行手部康復的前提下，完全符合患者的使用習慣，傳統的交互方式運用了互聯網和交互界面等技術，卻沒有較好地應用于具體的用戶人群。腦卒中患者年齡偏中老年，該階段的患者不應長時間觀看電子屏幕，因此虛擬界面和游戲的交互體驗并不是最好的方式，腦卒中患者需要的反饋是直觀而且迅速的，因此聽覺對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傳感器被接收后再通過音響設備輸出給用戶，再由程序構建一套音樂編排機制，可以提升產品的交互性，從而間接地激勵用戶進行康復訓練。

（三）安全性設計原則

不正確的設計對患者造成二次傷害是不可逆轉的，長時間和反復使用設計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特征和運動機理，用來作為機構設計的理論依據。按壓器械的抓握表面應盡量做到光滑、無靜電、有彈性。具有彈性可壓縮的材料可以減少震動并且分散壓力方向，使用的材料硬度需適中，減少患者使用產品的疲勞感。造型的設計要符合五指按壓的操作習慣，表面造型不能與手掌過于貼合，操作者使用時表面應與手掌掌心處略有空隙，防止表面結構對手掌的血管肌肉組織造成壓迫。

三、面向腦卒中手部康復產品的設計實踐

我們想通過本產品讓腦卒中患者經過鍛煉后可以正常地做一些簡單的抓握、拿起等生活中基本的行為活動，增強患者的自理能力，減少家庭負擔，增加患者對生活的信心。以此為出發點，將對日益增長的老年人群體的關愛提升到我們的視線中，利用音樂與科技的碰撞，提出新的腦卒中患者手部康復訓練器械的研究。

（一）人機工程原理設計應用

人們在日常生活中最常用的手部動作就是抓握，所以我們根據人體手掌研究的大小比例及其手指的粗細程度得出產品放置手指托槽的寬度和深度，以確保訓練的安全性與舒適性。一個成年人的手掌長度在18cm左右，不合拇指手掌寬度在8.5cm左右。當進行抓握時，手掌會曲為弓形。當手掌自然張開時，食指、中指、無名指距離較為接近，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。為保證抓握時的穩定性，采用雙手持握的方式，在按壓的同時還可以進行前后的旋轉。結合上述數據得出，產品抓握的形狀應為兩個半球形，產品半球直徑為12cm，整體高度為16cm，如圖1。

（二）反饋系統設計應用

半球的邊緣的凹槽內設有5個可以內陷的按鈕，依據手指間的寬度，對5個放置手指的凹槽位置進行排列，構成一個完整的指力按壓系統。與現有的指力器技術相比，本產品在指力按壓中加入了電信號傳輸裝置，即壓力傳感器，當患者在進行手指指力康復訓l練時，手指向下按壓不同的按鍵，相對應的鍵位內的壓力傳感器就會將該按鍵產生的電信號傳導給內部的發聲裝置，從而使揚聲器發出悠揚的音樂聲。在進行兩半球連接的軸承之中，也設有傳感器和信號傳輸裝置，患者對半球進行旋轉需要使用一定的力量，此時壓力傳感器可以將軸承旋轉的信號傳輸給發聲裝置，使音樂再次響起。這樣就形成了一套連貫的按壓和旋轉動作的反饋系統。

（三）材料的應用

材料的選取需要兼顧舒適性、穩固性和成本。因為患者的抓握力很小，而且產品需要大面積與手掌和手指接觸，所以產品外部材料需要采用硅膠材質來增加產品使用時患者的舒適度和手部的附著力。而在產品內層結構上需要采用硬質材料提升產品的穩固性，現在市場上結實輕便、物美價廉的材料非常多，康復領域普遍使用的材料為醫療工業塑料，其加工簡單、成本較低且具有良好的化學惰性和生物安全性。因此醫療工業塑料就是最好的選擇。

（四）APP的應用

該產品會配備有一個專用APP。 APP中配備有基礎康復訓練、自定義康復訓陳、康復設置和患者的個人信息以及智能醫師問答等項目。在使用前，家屬及患者可以選擇APP中基礎康復訓練項目，系統會根據選擇的基礎訓練項目回饋給產品發音指令，當進行康復訓練時，按下指力鍵，產品就可以發出美妙的音節聲;也可以選擇APP中的自定義康復訓練項目，家屬及患者可以通過APP對產品指力鍵的發聲進行調節，可調為音節也可調為音樂。家屬及患者還可以通過康復設置訓練提醒和訓練時長。通過網絡家屬及患者可直接與醫師進行互動問答，在家即可查詢康復力度和成效。患者通過手部康復產品可在家自行進行康復訓練，大大節約了人力和物力。產品音樂的互動性可以使患者更好地感受到康復的樂趣和成功的希望。

（五）使用方法與應用

該產品由手部康復訓練器械和專用APP組成。訓練器械的基本形態為兩個半球形的指力按壓器。大小為手掌可以穩定抓握最為適宜，兩個半球由軸承相連接，可旋轉，最大旋轉度數為180°。在使用時，患者可以恨據APP畫面中所給的音節提示有規律地按壓按鍵進行康復訓練，旋轉指力按壓球可以打出節拍，還可以恨據APP的提示對所有按鍵的發音音節進行自主調試，這樣就可以跟隨著自己喜歡的節拍和音樂進行康復訓練，恢復手指力量。另外，考慮到患者的抓握力和控制力不強，每個指壓按鍵兩側會有輕微的凸起來防止手指錯位。并且指力按壓球上設有能防止從手中滑落的可調節綁帶，如圖2。

結語

基于腦卒中手部康復產品情感關懷設計，需要考慮多個用戶群體，通過對用戶的病情和心理分析準確定義其功能需求。用戶體驗設計、人機交互設計、系統反饋設計、材料應用等方面的優化，不僅提高了康復產品的使用效率，更提高了人員的利用率，而且從情感體驗和交互性上提高了用戶參與感，使用戶在使用時感受到的不僅僅是康復，更多的是康復時的良好體驗。此外借助手機APP、互聯網，建立問答服務，為用戶享有智能化的醫療康復體驗服務提供了可行性。