基于設計心理學的醫療急救設備設計

馮鷹揚

摘要：為優化便攜式ECMO醫療急救設備，使其得以國產化普及，降低患者使用費用。文章以設計心理學相關理論為基礎，探索醫護人員與病人的心理需求和人體需要求，分析現有便攜式ECMO醫療急救設備的現狀與問題。設計出符合用戶心理和人機工程學的便攜式ECMO醫療急救設備。以期運用設計心理學對便攜式ECMO醫療急救設備的造型、功能、操作界面以及使用方法在設計上得到創新與改良，使便攜式ECMO醫療急救設備的設計更符合人們的需求，和更好地發揮其功能性。

關鍵詞：設計心理學；體外膜肺氧合；醫療；急救設備；設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）01-0130-04

Abstract：In order to optimize the portable ECMO medical emergency equipment，make it localized and popularized，and reduce the use cost of patients. Based on the relevant theories of design psychology，this paper explores the psychological needs and human needs of medical staff and patients，and analyzes the current situation and problems of the existing portable ECMO medical emergency equipment. A portable ECMO medical first-aid equipment that conforms to user psychology and ergonomics is designed. It is expected that the shape，function，operation interface and use method of the portable ECMO medical emergency equipment can be innovated and improved in design by using design psychology，so that the design of the portable ECMO medical emergency equipment can meet the needs of people and give better play to its functionality.

Keywords：Design Psychology；ECMO；Medical Treatment；First-aid Equipment；Design

ECMO是在重癥方面的一種醫療技術，對于受新冠病毒感染的重癥病人，使用ECMO 設備可以暫時代替病人的心肺功能作用，對其進行救治后等待病人的心肺功能的恢復[1]。在2020年的1月22日，武漢大學中南醫院運用 ECMO完成了第一例對重癥肺炎病人的救治，自此不斷有醫院運用 ECMO 技術成功挽救重癥病人，所以，醫療急救設備在一線重癥治療的顯得十分重要且迫切。國外相關領域的高精尖醫療企業一直手握ECMO的核心技術，并與國內醫療形成了技術上的斷層，導致國內使用ECMO的成本十分之高。還有以往的大型ECMO設備在醫院內外之間的轉場和運輸相當不方便，設備笨重且占用空間大，其連接的導線和管路繁多雜亂，產品的功能缺乏集成，安全設計與應急保護機制不夠全面和完善。因此，文章以便攜式ECMO醫療急救設備為設計對象，運用設計心理學理論對其造型、結構、功能、色彩等進行創新設計及改良，有效地提升了用戶對便攜式ECMO醫療急救設備的使用體驗。

工業設計過程共同遵循心理學，設計心理學是由心理學與藝術設計組成的交叉學科。在設計的過程中運用心理學的觀點去研究設計師在設計創造過程中心理狀態的變化[2]，和設計對各種使用者群體所造成的心理作用，分析使用者的心理反應與本能再逆向導入設計中，使得設計更加符合人們的心理需求。基于心理學的視角去理解，設計心理學是以人為研究對象，進行分析研究人對事物的生理與心理活動并指導設計的學科，設計是“以人為本”，以此展開，通過發掘需求、解決問題、創新改良人機交互來給予使用者更好的用戶體驗，使得設計師在產品的設計中能夠把握住人與產品兩者之間的平衡。

著名心理學家馬斯洛第一個提出了需求層次論，就是將人們的需求歸類兩個大類，基本需求和高層級需求。基本需求包括生理需求和安全需求，而特殊需求包括了更高層級的情感需求、尊重需求以及自我實現需求，如圖1。接著有日本東京理工大學的卡諾教授創建的卡諾模型，卡諾模型包含三種類型的顧客需求：必須具備的基本型需求、顧客所期待的期望型需求和超出顧客預期的興奮型需求，具體模型如圖2所示。

（一）便攜式ECMO醫療急救設備的產品現狀

ECMO系統是目前最高級的體外支持設備，使用情況是在緊急救治具有急性、嚴重的可逆性心或肺功能衰竭等病癥的病人中。全球各個國家也開始相繼對便攜式 ECMO 系統以及相關醫療急救設備進行深入的研究與開發。德國研發的Cardiohelp系統是目前全世界體積最小、質量最輕的便攜式ECMO系統，Cardiohelp系統可以應用于手術室、導管室、病床邊以及野外等環境當中。Cardiohelp系統設備能夠被裝配固定在負壓救護車的車廂里和救援直升飛機內，通過負壓救護車和救援直升飛機對設備直接進行電力的輸送，在不插電的工作環境下，設備的內置電池能供其續航運作90分鐘以上。美國研發的Centrimag系統使用了能生成單向流動的新型磁懸浮離心泵。磁懸浮離心泵的特別之處是沒有旋轉密封件和軸承，發生的摩擦和剪切應力也是最小的，補體獲得較低的激活，而且其產生的流量可以在低轉速的情況下達到每分鐘10升之高。德國研發的LIFEBRIDGE B2T系統亦是一臺便攜式的用于體外心肺支持設備。LIFEBRIDGE B2T系統設備體積大小與手提箱相近，設備重量約為18kg，LIFEBRIDGE B2T系統己經有多個成功應用的案例，大多數被用于院前以及轉運階段的CA和呼吸衰竭病人當中。英國研發的Novalung系統則是一臺特定為呼吸衰竭病人而設的醫療急救設備。Novalung系統通過人體心臟輸出驅動血液從而透過呼吸膜，此時，呼吸膜過濾掉血液里超出的二氧化碳，并且與氧氣發生合成。由于不需要體外泵的支持驅動，整機的占用空間相當得小，Novalung系統在全世界的反恐戰爭亦得到了應用[3]。

據統計，國內傳統大型ECMO設備目前大概僅有約500臺，共有260家醫院能夠為病人提供ECMO服務，平均下來每280萬人才能用上一臺ECMO[4]。目前對ECMO 的使用需求量急劇上升，而且我國的ECMO系統全靠國外進口，采購設備及使用耗材所產生的費用極為高昂，因此ECMO系統國產化成了大勢所趨。而國產便攜式ECMO醫療急救設備的研發也在迫切進行之中，并己經動物實驗證明了其有效性與安全性[5]。

（二）便攜式ECMO醫療急救設備的現存問題

1.提手設計突兀：德國Cardiohelp 系統的外框采用了鋼架設計，上部裝配了較粗的提手，如圖3，其總質量約為10kg；德國LIFEBRIDGE B2T系統設備體積大小與手提箱相近，如圖4，總質量約為18kg[6]；國內自主研發的第一代便攜式ECMO系統為最輕便設計，總質量約為9.8kg。以上3個產品都呈現出提手設計突兀、占用空間較大的問題。

2.單獨屏幕顯示及唯一操控區域：市面上的便攜式ECMO醫療急救設備都只有一個顯示屏和唯一的操控區域，當遭遇到突發顯示屏和操控面板失靈的事故情景時，會因缺乏安全應急考慮而引發醫療事故，存在安全漏洞問題。

3.耗材布管和外接導線混亂：市面上的便攜式ECMO醫療急救設備在使用過程中可發現，其耗材的管道長短不一，傳感器和外接設備的導線外露且雜亂無章，繁多雜亂的導線和管路會使醫護人員在進行手術過程中和操控器械時造成不必要的干擾與麻煩，更嚴重的會導致操作失誤或醫療事故。這些產品缺乏對布管走線的合理設計與隱藏，使其與設備實現一體化，達到“人-物-環境”相互協調。

4.設備的外觀造型機械冰冷：市面上的便攜式ECMO醫療急救設備，外觀造型大多表現為機械冰冷的感覺，金屬質感十分強烈，給人的視覺效果是顯得相當笨重，其在醫療場景中沒有給予病人親和力和治愈感，所以設備難以融入醫護情景當中。還有在設計產品外觀時缺乏考慮如何緩解病人的焦慮感。

（一）保證設計能夠滿足用戶的需要

基于設計心理學的便攜式ECMO醫療急救設備設計，從醫護人員與病人的心理需求和身體需求進行探索研究，真正把握住人的需求，做到以人為本，保證便攜式ECMO醫療急救設備設計能夠滿足用戶的需要

（二）為最終確立設計特征提供依據

便攜式ECMO醫療急救設備設計中運用設計心理學的理論，有針對性地對醫護人員與病人的各種情感和心理的反應進行深入研究，從而對攜式ECMO醫療急救設備的規劃與設計進行合理化的指導，為最終確立便攜式ECMO醫療急救設備的設計特征提供依據。

（三）奠定繼續設計的基礎

在對每種設計方案測試的過程中，方案可能會被接受，被拒絕，被要求重新改進和設計，新的解決方案也會隨之出現。因此，在更多的實際設計過程中，設計師們一般會從測試階段返回到定義階段或者是構思的階段，進而再深一層次地研究原型設計，像這樣反復在設計過程中持續迭代原型。而基于設計心理學的便攜式ECMO醫療急救設備設計，從用戶中獲取了具有準確且針對性的原始需求，為產品的繼續設計奠定基礎。

現實設計中常見的思維方式是從設計的生命周期進行劃分，如圖5。按照產品的全生命周期，需要能被劃分成設計的需要、制造加工的需要、使用的需要、回收利用的需要。這里的每一種類型的需要能夠更詳細地去描述用戶的要求，具體劃分情況見表1。

（一）設計的需要

工業設計是一種創造性的活動，其目標是突出產品的特征屬性，既有外觀造型，還包含產品的結構和功能，工業設計需要從研發設計師、生產制造者和用戶的角度一起考慮。

1.功能需要

（1）實用性的需要：人們一般會將追求產品實用性放在首位，亦是一種大眾心理，這種心理需要是以產品的使用價值為導向。從ECMO設備的使用過程中，經觀察發現，單人提攜設備時還是比較費勁的，所以縮減設備的重量和大小是首要的，還需要思考如何讓用戶在提攜設備時感到舒適；便攜式ECMO醫療急救設備會在轉運途中，需要考慮到遭遇外界物體的碰撞或跌落，要加固設備；在使用過程中，如遇主屏顯示故障及操作失靈等突發情況，需有應急措施取代設備操控與數據顯示；在開展手術使用ECMO設備前需要花費大量的時間去裝配套包耗材，如何縮短裝配時間為挽救生命爭取寶貴的時間成了關鍵問題點；繁多雜亂的導線影響到了醫護人員的行動，并且缺乏整潔美觀性。

（2）先進性的需要：人們對產品的先進性需要通常表現為產品是否具有新型材料和高新科技等。產品的技術領先對人們來講不僅是代表著其具備持續穩定的運行狀態、產品質量優異和有效使用期限長，而且在市場中的競爭力突出，性能強大。便攜式ECMO醫療急救設備的設計研發需要有先進性。

（3）多功能性需要：現在產品中最常見的就是多功能集成，這也是設計的一種趨勢。設計讓一個產品上能夠有多種用途，其目的是提升產品的使用價值。便攜式ECMO醫療急救設備的功能設計上需要適應多場景使用且功能齊全。

2.造型需要：人們從產品上獲得的首要刺激信號是在視覺上產品的外觀形狀。人們會用眼睛去看，對產品做出第一選擇，所以產品的外觀造型是設計師在設計過程中相當重要的一部分，這里面還表現了用戶的多種需要心理。

（1）美觀的需要：喜歡美好的事物是人的本性，美好的事物可以讓人賞心悅目，給予人們視覺上的盛宴。一個產品是否具有美感正是人們的關注重點，這體現了人們追求美好事物的心理需求。便攜式ECMO醫療急救設備要有柔美的外觀設計，需要運用簡易弧線線條和層次感設計。圓潤的造型不僅讓產品給人柔和親近的感覺，而且使其在有限的空間中達到方便放置、快速轉運、收納耗材和隱藏膜肺的目的。

（2）情感的需要：人們在如今越來越快的生活節奏和各式各樣的社會競爭壓力下負重前行，大家在物質生活得到了滿足后更加希望在精神上得到釋放和舒緩。便攜式ECMO醫療急救設備的設計上，需要讓醫護人員和病人在簡易的操作和治療過程中獲取情感和精神上的放松和舒緩。

（3）新穎的需要：人們的注意力能否被產品吸引到，其核心點在于產品是否具有新穎的外觀造型。新穎的需要體現在了人們在心理上對新鮮、潮流、出眾和美好享受的追求。便攜式ECMO醫療急救設備的造型設計需要具有科技感和舒適感。

3.色彩需要：世界著名的美學家阿恩海姆曾經講過，就表情而論，最顯著的形狀效果也比不上落日或地中海藍的效果[7]。色彩無疑是對人的視覺感受最直觀的沖擊，所以顏色往往被人們賦予了一些心理色彩。不一樣的色彩能夠對人們的心理造成不一樣的作用，因此，進一步能引導人們內心不一樣的情感趨向。病人和家屬在醫院里內心會產生莫名的焦慮和恐懼的情緒，設計的過程中需要結合環境運用顏色從視覺上緩解病人和家屬的焦慮和恐懼感，讓人感受到放松和平靜。在便攜式ECMO醫療急救設備的顏色設計搭配上，需要選擇偏冷色調，體現柔和感。

（二）加工的需要

1.結構科學性的需要：構成產品形態的關鍵是產品結構，產品結構也是支撐起整個產品的基礎。在設計便攜式ECMO醫療急救設備的過程中，一定會受限于便攜式ECMO醫療急救設備自身結構形式，而且結構形式的改變也一定會影響到設備的外觀造型。因此，我們在考慮便攜式ECMO醫療急救設備形態創新的時候可以從產品的結構創新來入手。

2.材料經濟耐用性的需要：在設計研發產品指向高新技術和高質量的同時一定要考慮產品的受眾度，在目前社會的發展狀況可見，具有高性價比的產品更容易得到人們的青睞。因此，設計便攜式ECMO醫療急救設備時，不僅要思考如何讓產品具備前沿技術且齊全的功能、外觀造型的美感和優秀的結構，還需要采用合適的材料來降低制造成本。使便攜式ECMO醫療急救設備國產化，惠及人民百姓，降低病人的醫療負擔，是民心所向。

（三）使用的需要

人是設計的尺度和標準。在便攜式ECMO醫療急救設備的設計中，必須著重注意醫護人員在使用設備和病人在治療的過程中對于設備操作上的各類心理需求。這里的心理需求主要表現醫護人員和患者對便攜式ECMO醫療急救設備簡易操作和安全可靠的需要。其安全可靠需要是指保證設備本身及操作不會給醫護人員和患者造成身體及精神上的傷害。

（四）回收的需要

可持續化設計。在便攜式ECMO醫療急救設備中需要盡量考慮到可回收的問題。我們發現，在耗材套包上的連接件會隨一次性耗材一并棄置，如何讓套包耗材可以迅速裝配起來，并且可循環使用成為了便攜式ECMO醫療急救設備的設計重點。

（一）設計定位

1.使用群體定位：重癥加強護理病房，人體器官獲取醫院，戰場醫療救護等；2.便攜式設計：適用于院間轉運和軍事戰場轉運等多場景，可以實施體外心肺支持系統心肺復蘇術；3.多功能且設備集成度高：全面在線監測血氧濃度、紅細胞比容、血液溫度、血壓、血液流量和氣泡含量等數據；4.導線和管路規整：走向有條理，集中統一，預充簡易便捷；5.科學電池管理：可以不斷電更換內置電池，擁有超長續航；6.安全設計：主副屏設計為故障的發生加上了一份保險；7.人機界面親和：關鍵信息明顯，操作簡單內容易懂，可以添加新應用。

（二）設計方案

1.產品創新：（1）首創氧合器隱藏位，提高了設備空間利用率，使外觀更具整體性；（2）首創理線器，整理導線，采用磁吸上蓋，使設備整體美觀；（3）首創一體式套包支架，3秒內可實現套包耗材的快速裝卸；（4）首創引管槽，理順與固定管道；（5）首創副屏設計，簡便顯示及操作，安全應急。（6）國內首創的離心血泵技術，自主研發的先進葉片式結構，兼具超高的轉速和極低的血液損傷。

2.功能設計：（1）便攜式設計，整體小型化、輕量化；（2）一體化隱藏式提手；（3）集成血氧濃度、紅細胞比容、血液溫度、血壓、血液流量和氣泡含量等在線監測功能；（4）傳感器保護罩；（5）一體式套包模塊支架；（6）理線器規整線路，引管槽引導與固定管道；（7）主副屏雙操控界面安全設計；（8）雙電池盒設計，不斷電更換電池，超長續航。

3.尺寸設計：參照所需內置硬件的大小，然后通過對設備所有部件的整體設計布局，設備整體尺寸為長395mm，寬272mm，高358mm，如圖6所示，設備總質量約為10kg。主顯示屏慕大小為7寸，其和操控面板薄膜與水平面的夾角大約為60° ，遵循人機工程學，設計目的是讓醫護人員在使用設備更加舒適，操作便利，并且避免了醫護人員長久觀察記錄病人信息數據時其肩頸產生疲憊感與不適。

4.造型設計：在便攜式ECMO醫療急救設備造型的設計上，對結構布局進行了重新的設計與定義，將氧合器、套包耗材、傳感器、泵頭等規整到一起。外觀主要運用簡易線條和層次感設計，使整機一體化，如圖7。這不僅讓產品簡潔美觀，而且使其在有限的空間中達到方便放置、快速轉運、收納耗材和隱藏膜肺氧合器的目的，并且設備左側的平面設計可以方便提攜的時候靠在人身邊更加省力。

5.材料選擇：便攜式ECMO醫療急救設備整體上質量一定要輕，容易攜帶，而且牢固堅硬，考慮到設備的外觀造型的制作難度，設備的外殼采用塑料材質；提手部分和設備內部結構采用鋁合金材料作為強有力的支撐，其堅實穩固足以抵御相當的外力作用，避免受到破壞性打擊；耗材套包支架采用鋁合金制成，可回收循環使用；采用磷酸膽堿涂層PVC管路和磷酸膽堿涂層PMP長效氧合器；固定膜肺氧合器的支架環扣內壁層和與工作臺接觸的墊腳都使用了具有一定硬度和韌性的耐磨硅膠，其可以有效保護膜肺氧合器和設備機身；設備的操控面板采用薄膜開關，為醫護人員提供整潔的視覺感受和極佳的按鍵反饋觸感。

6.色彩設計：在產品的顏色搭配上，選取了白色為主色，淺藍色作為輔助色。淺藍色用于設備的突出表現其外觀造型輪廓，以及對用戶提示可使用的零部件。在醫院里的環境和光源大都偏冷色調，白色和藍色最為常見，這些顏色從視覺上能緩解病人和家屬內心的焦慮和恐懼的情緒。淺藍色能使大家在當節奏快、壓力大的社會中得到舒緩和歸屬感。

7.界面UI設計：UI界面設計與設備外觀匹配統一，遵循用戶體驗原則，重點信息鮮明突出，操作簡單方便，能擴增新應用，人機界面友好，如圖8。

本文所研究的便攜式 ECMO醫療急救設備設計具備輕便易攜帶、整機一體化、結構穩定性強、監測系統集成度高、人性化設計等特征。文章通過對便攜式 ECMO進行系統地分析，基于設計心理學理論，設計出一款貼合臨床使用情景、滿足醫護人員和患者心理的國產化便攜式ECMO醫療急救設備。未來，將這便攜式 ECMO醫療急救設備在市場化后，有望提高國內ECMO的使用率，并且很大程度上可以減輕患者經濟負擔。在未來，便攜式ECMO醫療急救設備的使用人群和應用場景將會是研究的重點。

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