5G+智慧醫療服務平臺的交互設計與具體產品應用研究

邵彩萍 ，胡 北

(江漢大學 設計學院，湖北 武漢 430000)

中國的醫療服務事業取得了舉世矚目的成績。目前，中國基本醫療保險參保覆蓋率穩定在95%以上，但我國醫療領域最主要的問題是醫療資源的不足，中國每千人執業醫生數僅為2.44人，醫生密度與發達國家相比還有一定差距，例如法國、澳大利亞和瑞士等國每千人擁有近4名醫生，醫生資源尤其是優質的醫生資源短缺一直以來是困擾中國醫療問題的根本原因之一。護理人力資源配置不合理，護理人員數量短缺。《中國醫療衛生服務體系規劃綱要(2015-2020年)》指出應積極使用移動互聯網、物聯網、云計算和可穿戴設備等新技術，推動惠及全民的健康信息服務和智慧醫療服務；醫療信息化助力醫改，有效促進醫療健康服務的創新供給和信息資源的開放共享，大幅提升醫療健康服務能力和普惠水平。[1]目前分級診療并未解決基層醫院分流、大型醫院看病難問題。三甲醫院作為醫聯體的核心醫院，承擔的病患多，迫切需要通過5G等新技術解決三甲醫院床位不足的問題。

當前，伴隨移動通信、人工智能、生物技術、納米技術等不斷涌現，第四次工業革命腳步正在臨近，中國面臨百年未有大變局時刻，是否能抓住機遇，5G技術則是必須奪取的科技制高點。而5G網絡的行業應用決定著5G技術是否可以真正服務于社會，各行各業是否能因5G而獲益。因此，大力推動5G+行業應用發展刻不容緩。

一、研究目標與預期價值

(一)項目的目標期望值

針對本項目的目標期望值，主要需實現以下四個方面的內容：

第一，滿足5G+移動醫療的迫切需求。2020年，受新冠肺炎疫情的影響，我國用戶對在線醫療和在線教育的需求大幅增加，隨著我國5G網絡全面應用的推進，“十四五”時期，“5G+醫療”將成為在線醫療的主要方式，因此，需迫切推動“5G+醫療”應用場景的進一步完善，且加速5G“殺手級”應用的誕生[2]。而隨著應用的落地，在使用操作過程中將產生一系列的衍生技術，從而進一步推動5G網絡的升級進化。

第二，加快醫療健康事業發展的需求。習近平總書記強調:“沒有全民健康就沒有全面小康。”[3]讓信息多跑路、讓群眾少跑腿，隨著人民群眾生活水平的日益提高，對醫療健康的需求日益迫切，但人力成本的逐漸增加，社會老齡化不斷加速，導致醫護資源越來越匱乏。而5G網絡、機器人及人工智能技術的不斷發展，世界各國都在研究機器人在醫療護理工作中的應用，醫護機器人在醫療健康方面的應用也迎來了高速發展的機會。[2]國務院在《中國制造2025》(國發〔2015〕28號)及“十三五”規劃綱要等文件中明確提出，要重點發展醫護機器人等高性能診療設備，積極鼓勵國內醫護機器人的創新。[4]

第三，強化關懷患者心理健康的需求。患者住院治療期間需對患者及其家屬進行健康教育。隨著醫療模式轉變，健康教育需貫穿于整個疾病治療全過程，建立科學化、系統化的健康教育指導體系，還需教育和引導患者提高預防疾病的意識，以及患者健康知識的知曉率，使患者養成良好衛生習慣和健康生活方式。因此，借助5G、云醫護平臺、機器人等新興技術，可以實現機器人自主到患者床旁對患者進行循序漸進式的健康教育，避免醫護人員因為工作繁忙或個人水平導致對患者的護理健康教育不及時和不到位[2]，由此逐步替代醫護人員進行健康教育的工作，使得健康教育內容更標準規范，教育形式更豐富多樣，且提升健康教育的管理水平，最終促進患者身心康復。

第四，降低醫護人員工作負擔。在醫院的一個住院病區，往往有30到70位病人，但護士僅配備8-12人左右，特別是夜間值班時，所有的護理工作都歸2-3名當班護士負責。除ICU以外的普通病區，護士們要根據病人的病情，每半小時到1小時巡視一次病人病情，包括發藥、打針、換藥、霧化吸入等。如以疫情期間為例，醫生、護士全部都超負荷工作，完全沒有精力和體力顧及家屬探視、病情問詢等需求。總之，5G+護理機器人可分擔此項工作，從而緩解醫護人員壓力。[2]

(二)項目的預期價值

5G+云醫護平臺及輔助設備可以實時解答患者的疑問，提供及時、漸進式的健康教育，為患者提供標準化、個性化、針對性的醫療服務，提升住院患者就醫體驗；同時，可部分替代醫護人員的工作(護士日常工作中40%左右是簡單重復的勞動，如健康宣教、咨詢問答等)[5]，提升醫護人員工作效率，提高醫護工作質量。

5G+云醫護平臺及機器人項目由云醫護平臺、醫護機器人、病區內5G網絡三部分構成。其中云醫護平臺知識庫(AI深度學習)作為機器人的智腦，統一控制、調度機器人，通過與機器人之間大量數據交互，不斷自主學習、豐富知識庫內容，為醫護機器人提供智能應用支撐。而醫護機器人則負責具體操作的執行，依托5G網絡高帶寬、低時延、高可靠的特性，借助機器人自主行走、智能語音識別、智能語音合成等基礎功能，并通過5G網絡連接云醫護平臺，借助云醫護平臺強大的運算能力及專業知識庫(包括健康教育知識庫、智能問答知識庫等)支撐，為住院患者提供健康教育[2]、遠程探視、遠程查房、智能問答、送藥、巡床、體征采集等服務，最終結合該概念進行可落地的具體化產品設計、用戶體驗設計，以此統一產品的設計語言及品牌升級。

二、研究的設計分析

(一)5G+云醫護服務平臺的交互設計分析

本案是為國家衛生健康委員會和工業信息化部招標的部分項目，同時也代表了公司未來產品的新形態，并非全部的產品線，但任意一條產品線升級會讓公司的產品出現割裂的情況，為避免這種情況和解決目前公司軟硬件的不互通，用戶體驗較為割裂等現有問題，在方案思考上需立足于公司產品線升級的整體框架上來思考。

首先，需要構想出一個符合公司未來發展的交互設計語言對本案進行設計的初步嘗試，然后針對公司的其他產品線，諸如PDA掃碼器、醫療系統軟件、智慧醫療床頭卡、病區護理大屏進行相對應的統一性設計。

在產品分類上，PDA掃碼器、醫療軟件系統、病區護理大屏屬于B端產品，5G機器人和智慧醫療床頭卡屬于C端產品。在對產品線未來的設想中，它們是可以互聯互通的軟硬件，并相互融合形成智慧醫院生態，而不是單一孤立的產品形態。

除此之外，在醫療軟件系統部分還存在錯綜復雜的細分系統，它們都需要用統一的視覺語言達到策略上的整體統一，也為未來系統軟件的云端化打下統一的視覺基礎，即5G+云醫護統一平臺(如圖1)。

圖1

(二)現有醫用智慧機器人的設計特點分析

現有的醫用智慧機器人按照用途分為：醫療手術機器人、康復運動機器人、醫護輔助機器人、醫療后勤機器人四大類。[6]其中，醫療后勤和輔助機器人占整體份額的36.76% (如圖2)。在整體產業鏈上，當前的設計屬于中游，負責將上游的OEM廠商研制的通用型機器人，針對醫療行業的具體需求對機器人的軟硬件進行深度的定制。由于此項目屬于公司為國家衛生健康委員會和工業信息化部的招標試點項目，因此，在具體設計需求上，并沒有同類型的對標設計可以參考，但在抽象的市場層面上，仍然符合機器人市場的一般規律和用途。

圖2

(三)項目的設計定位分析

根據公司項目的整體規劃和國家衛生健康委員會與工業信息化部的聯合招標意見，公司需將現有的物聯網技術、軟件技術、云計算技術、5G技術、機器人技術結合起來，完成一套可被招標的5G+醫療健康應用試點項目，并嘗試投入到國家制定的智慧醫療標準中，即完成一套5G驅動的智慧醫療輔助與后勤機器人的產品設計。因此，需要設計兩款適用于公司現有機器人設備基礎上的適用于巡航查房和巡航消毒的配件設計，而在軟件上需要形成統一的視覺語言，完成用戶界面、體驗流程設計，然后再進行產品的系統性設計。

綜合以上概念，本案的產品將服務于醫療工作者、病房患者及家屬，以此來輔助醫療工作人員完成檢查、診斷、護理、宣教等工作，并替代醫療人員完成在高毒性、高感染性、高輻射風險的醫療環境中消毒和部分物資運送的任務，還可面向患者解答相關醫療科普、醫院信息、導航等問題。

在人機交互設計上，將涉及兩類群體，即醫療工作者、病區住院患者及家屬。醫療工作者歸類于Business端，病區住院患者歸類于Custom-er端。

面向B端方面，需要強調流暢完整統一的人機交互體驗，使用場景的無知覺切換達到多設備聯動的高效工作機制，需要參考正在研發的相關人機交互設計語言，諸如微軟正在研發的流暢設計體系(Fluent Design)和谷歌針對大屏幕正在研發的Material You(Material Design 3)設計語言，為后續的開發設計實現技術基礎而埋下伏筆。

面向C端方面，考慮到較為特殊且用戶特征明顯的群體，更加需要清晰且直觀并符合直覺、易用、易操作的友好，同時，需要簡單實用及時反饋信息，可參考諸如智慧家用電子產品中交互界面和用戶體驗的設計。

三、研究的應用結果

(一)橋型模型設計

橋型模型是美國Dubberly Design Office發表的設計流程圖(Analysis-Synthesis Bridge Model)。公司創始人Hugh Dubberly是全球公認的在人機交互領域做出最杰出貢獻的人之一，此模型也是多數國際人機交互學科的公認理論。其所用的兩種維度的分類相對明了地闡釋了設計的本質。橋型模型的x軸分為現在和未來，y軸分為具象和抽象，以此來定義設計的狀態(如圖3)。在該理論中，設計是由多層結構組成的，從抽象到具象被劃分為五個階段：策略(Strategy)、內容(Scope)、結構(Structure)、框架(Skeleton)、視覺(Surface)[7]。

嚴謹的設計應由深至淺發展，即從深層的策略到淺層的視覺，并在考慮深層的策略時，應避免淺層的干擾，由于淺層只是策略表現的方式，而深層策略才是決定產品核心價值的關鍵。另外，決定策略時，應直接依據模型坐標左上角“問題的本質”來確立要設立的產品目標。待策略確定后，才能明晰這個產品的內容與受眾群體。從策略到視覺的過程中，目標都應以具象的產品實現相對抽象的策略，而要讓視覺和策略緊密聯系，則應盡可能在每一個設計階段的過渡時都考慮到前后步驟的銜接是否邏輯通順，避免層與層之間脫節的現象發生。雖然在現實中，步驟的層與層之間的分隔往往沒有這么明晰，但是這種分層的設計邏輯可以作為一個有啟發意義的構思框架，以避免在發散思維的時候偏離既定的設計目標。然后，在結構方面，確定內容后僅需一個完善的邏輯，即面向用戶的具體使用流程是什么，以此快速地顯現這個產品可能存在的結構。最后，框架和視覺階段則更多只是一種表現手法的選擇，無論最終選擇如何設計，只要保證框架和視覺元素在整個產品中保持一致并且符合產品定位即可。

圖3

圖4

回到本案，在預期(未來態)不清楚的情況下，“現在態”的具象問題是制作何種機器人。它是寬泛而不明確的，針對的痛點也是抽象且不清晰的，那么則需從中提取出機器人的特點和功能，進行下一步抽象并明確領域范圍、作用對象，從而得到啟示(如圖4)，即從表象去提取機器人類型產品的自身邏輯，深入構想達到的預期效果且存在的可能情況，進行立足于自身品牌策略的差異化設計。最后，通過甄選和排除并經過商討后，確定了大家一致認同的預期可行性方案，再完成了設計的預期后實現項目的落地(如圖5)。

橋型模型是從多個角度描述一個問題從研究到解決的過程。由此可以看出，設計從來都不是一個隨性而為的過程。從模型坐標左側的系統分析問題到右側的遵循結構進行設計，都應在一個嚴謹的框架下進行思考和設計，這樣才能做到有針對性地解決問題(如圖6)。[7]

圖5

圖6

(二)交互流程和框架設計

通過前期調研，為了達到申報要求而進行預期規劃，5G+云醫護平臺及輔助設備中的機器人部分要做到“健康教育”，“(危險環境病房)遠程查床”，“輔助護理”這三大需求(如圖7)。“健康教育”涉及機器人與病人及家屬的直接交互，需要建立云端AI數據庫支撐機器人，做到與病人進行人機對話。“(危險環境病房)遠程查床”要求機器人具有可操控的移動、自主完成消毒和協助查床的能力。“輔助護理”則需要機器人能承擔運輸藥品和體征采集設備的能力，減輕重復勞動。最后，針對機器人的遠程操控則需依靠公司協助電信單位完成院內部署的5G網絡，經公司的醫療軟件系統由電腦或公司研發的PDA發出指令完成(如圖8)。

(三)視覺原型圖設計

在視覺的低保真原型圖設計上，主要探討以何種UI視覺元素作為基礎，選用近幾年在蘋果發布會上屢次出現的卡片設計，以此來提高信息傳遞的效率(如圖9)。卡片是一種UI組件，包含了某一內容的信息和交互。卡片可以包含各種元素，但它們都需有統一的主題，以此避免冗長的文字，但能呈現出更多的內容。從設計專業的角度而言，用戶可能不熟悉卡片的概念，但他們能憑借直覺知道如何使用它們，因為它們實際上只是實體卡片的一種數字化的暗喻。卡片是模塊化的，所以不同的內容能堆疊在一起，并且弱化了它們存在的差異。卡片之所以流行，主要因它們能更好地把控內容。

圖7

圖8

在本案中，不論是B端還是C端的UI設計上，都會涉及到以下四個內容：

第一是“信息瀏覽”。用戶瀏覽信息時，卡片的兼容性更好。

第二是“任務管理”。主要將流程中的單個任務作為卡片進行說明時，能輕松組織卡片以獲取任務列表。任務管理應用在使用卡片式界面時，可為用戶在創建儀表板上的效果實現最佳狀態，其中每張卡片代表了一個單獨的任務。

第三是“可視化分析”。儀表盤上通常在同一頁上同時顯示各種內容樣本。在這種情況下，卡片類比可以幫助在不同物品之間創造出更明顯的差異，其中每張卡片可以適應不同的角色。

第四是“類似項目”。卡片最適用于異構項目的集合(當并非所有內容都是相同的基本類型時)。[8]

而本案采用卡片 UI 設計將會具備如下優點：

首先“顯示直觀”。卡片在界面中看起來與現實世界中的卡片相同，它們對用戶來說似乎很常見。卡片代表了一種有益的視覺類比，它讓我們的大腦能直觀地將卡片與其所代表的內容聯系起來，是現實生活中的一種數字化寫照。

其次“易于閱讀”。卡片不會占用太多空間，并敦促設計師優先考慮要展示的內容本身。與其他設計手段不同的是，每張卡片都變成了易于閱讀的內容。卡片也讓用戶更容易找到他們感興趣的內容。

第三，“吸引力強且對用戶更友好”。卡片的設計通常非常依賴視覺效果，尤其是圖片；就信息主次關系而言，卡片會讓視覺層次更加清晰。同樣使用圖片也有助于使基于卡片的設計比不在卡片中排列的相同內容對用戶的吸引力更強。最后“利于響應式設計“。卡片是矩形的，能平滑地調整大小，以適應不同屏幕的水平和垂直正面，這意味著用戶可以在所有設備上獲得統一的體驗。[8]

綜上所述，本案采用卡片設計作為UI設計的主要元素和設計語言。

圖9

在視覺的高保真原型設計上，主要的工作重點是將卡片設計進一步明確并加入細節，在色彩上，加入了大量的彩虹色和彌散光設計。彌散光感(如圖10)由多種色彩疊加混合而出來，通過色彩柔和過度或者擴散開的方式處理形成，這種色彩處理效果可以為視覺效果增色。彌散光感由自然界中真實存在的顏色漸變演變而來，現今在數字設計中廣泛的使用。因其特殊的效果和迷人的色彩彌散處理，使得這種效果雖然混合多種顏色，但不容易讓人產生厭倦感。這種風格最大特征點有豐富、多彩、年輕、活力、細膩的質感，充滿想象空間，是為年輕一代而產生的風格。這種色彩技法的出現，更是一種前所未有的改變與突破，大膽而張揚，極具吸引力。另外彌散光感的配色，可以讓產品在競爭中脫穎而出，而彩虹色更具年輕活潑的寓意。

圖10

本案中的UI設計部分，為了使整體顯得更為年輕且與時俱進，所運用到的UI設計手段都是近幾年，如蘋果、微軟、谷歌等系統研發公司所實踐過的視覺效果，無論是出現在發布會還是產品宣傳廣告，無論使用在B端還是C端，還是直接出現在系統設計語言標準中或是正在醞釀的研發，只有以現在的時間點盡可能去構想未來，才能爭取產品的落地機會和為后續研發打下設計的基礎(如圖11)。

圖11

(四)輔助設備方案設計

本案產品設計主要以公司的機器人為基礎，配備兩套服務輔助設備的方案，只有搭配相關的配件才能分別完成項目中“(危險環境病房)遠程查床”和“輔助護理”這兩個重要的需求。其中兩款設備均采用磁吸設計，通過磁吸固定在機器人上，簡便組裝且可拆卸。

(1)智能體征采集搭載配件。在智能體征采集搭載配件設計上，智能體征采集搭載設備需要運輸和保護體征采集設備，盡量減小在巡航過程中發生意外。考慮到機器人的負重，材料采用輕便且具有強度的聚碳酸酯，配合機器人自身的顏色強調一體性(有黑白兩款)，機器人支持無線充電，盒內內置無線充電線圈和電池，可在緊急時刻為PDA和體征采集設備提供電源，收集到的數據可直接通過PDA傳送到醫院信息管理系統(如圖12)。

(2)智能消毒配件。在智能消毒配件設計上，主要分為前后兩個部分，霧化部分通過磁吸固定在機器人的前端，儲液部分固定在機器人后側。兩者通過管線連接，一共有8個噴霧嘴分布在前端霧化部分的頂端和兩側，能實現大于180度的噴霧射程。另外，考慮到機器人的負重，材料采用輕便且具有強度的聚碳酸酯，顏色為白灰色，霧化部件的側面配有淡綠色的LED液晶指示條，其主要顯示噴霧機的電量和消毒液的數據。儲液部分中，可打開艙門更換儲液瓶，只需對準艙門內連接霧化部分的管線口旋轉擰出或擰緊(如圖13)。

圖12

圖13

圖14

四、研究總結

通過以5G+云醫護平臺及輔助設備項目為基礎展開深入調研與研究，并在此依據下進行系統化的整合設計，涵蓋用戶體驗與交互設計、UI設計及產品外觀設計等，以此來探討如何進行系統性設計，橋型設計理論與實踐的融合。

在產品落地實現上，經過實地調研和資料收集，并考慮國家招標要求及公司內部形成的相關意見、技術標準、項目預期且參考當下甚至是未來即將流行的B、C端設計語言，利用橋型模型進行產出和驗證，將新形成的設計語言運用到其他產品進行系統性設計，以此形成相對完整的設計后才開始針對項目進行品牌設計，由此延伸到整個公司的產品設計語言的統一和公司品牌的升級。

最后，針對國家5G+醫療物聯網事業發展導向，第一次以設計從業者的身份去思考技術、品牌升級和時代這三個要素，并了解這三個要素的相互影響和相互碰撞的可能性。另外，新技術誕生后的推廣離不開品牌背后的市場和對外宣傳的力度，而品牌的發展也應隨著時代和市場不斷提出的新要求進行自我革新。自始至終，設計在其中都起著關鍵性的作用。國家未來的發展將會涌現出一代又一代的辛勤奉獻的設計師，應深入研究分析人與社會、人與產品、人與環境之間的關系，了解并掌握設計的發展與規律。