《面向脑卒中患者手功能康复产品设计研究》-工学论文，设计论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

面向脑卒中患者手功能康复产品设计研究

范文

房晓蕾杨继康郭阳

关键词：脑卒中康复训练产品设计

引言

据流行病学调查，脑卒中死亡率已降至疾病谱的第三位，但致残率逐步上涨，现已居疾病谱第一位，50%以上的脑卒中患者病愈后出现严重后遗症。患者的手部功能障碍导致生活质量的降低，所以对脑卒中患者的手部进行康复训练是非常有必要的。目前市场中患者进行康复训练设备多以锻炼肢体为主，鲜有针对手部关节精细康复训练设备。本文以手部关节精细训练为切入点，并将交互性和情感关怀设计应用于康复产品，提高患者接受治疗的积极性。

一、脑卒中患者人群手部特征分析

脑卒中患者在日常表现和社交中会遇到我们常人无法理解的难题，导致日常生活中生活无法自理。脑卒中患者会出现中枢性瘫痪、周围性瘫痪、偏瘫和失语失用等后遗症。患者手部手指关节和手腕部的灵活度和精确度减低，同时出现痉挛、抖动等情况，如进餐时，不能自主进食、不能拿取碗筷等。在手部康复训练的早期阶段、康复训练力量强化阶段、康复训练的精细训练阶段都需要患者在医师的指导下使用医疗仪器进行，而无法自主完成康复训练。

脑卒中患者因生理功能方面出现影响最大的手部功能障碍的情况，对自身的状况感到不满和病痛带来的伤害，会引起心理的负面情感，如多疑、敏感、自卑、焦虑、情绪化等情感，会对他人的目光和社会角色的改变产生压抑的心理情感。因生理出现的障碍带来的不便利，无法像正常人交流与行动，还需借助其他人的帮助进行日常活动，会对患者的自尊造成打击。脑卒中患者多为老年人，在思维上的灵活度和推理能力、记忆力、都不如年轻人。在创伤中恢复时间比较长，而治疗康复训练也是如此，患者在康复训练中会出现反感、厌恶、排斥等心理。

因老龄化导致的疾病造成手部功能不健全，同时卒中患者会出现其他身体部位功能障碍，从而影响患者进行正常的行为操作，需进行阶段化训练手部康复训练。在康复训练中，操作过多或操作繁琐的训练器材对于患者自主训练的难度大，这就需要简单有效容易操作的设备帮助患者。在有趣的交互中，使患者摆脱枯燥乏味的机械训练积极主动投身于有效的康复训练。

在实际使用康复产品时应充分考虑患者的自身生理状况，操作方式应考虑怎样减少患者在使用中的自卑、挫败、焦虑等负面情绪。康复设备主要功能是减少患者的不便和困扰，帮助患者逐渐康复，重新回归正常的生活。在设计中应有同理心去了解感受用户心理需求、思维方式，带给患者安全、贴心、舒适等好的使用体验，从而做出对其生活真切有效的帮助。为了满足患者的生理、心理方面需求，产品设计时应考虑设备应具备简单容易操作性、亲和安全性，注重患者与设备的交互性使其积极主动参与到康复训练中。

二、面向脑卒中手部康复产品的设计原则

通过上文对脑卒中患者、偏瘫患者、和现有的研究分析，对比现有的手部康复器械的功能和特点，得出了针对中老年卒中患者的手部康复产品设计所遵循的原则。主要包括宜用性、交互性和安全性，具体如下：

（一）宜用性设计原则

我国现有市场上的手指康复训练设备大多体形庞大，運用大量的机械动力结构，一台手指康复训练设备的造价高昂，患者难以承受。再者，即使运用了大量的机械动力结构，康复效果较过去的辅助训练设备并没有显著提升。由于柔性机械外骨骼技术的不完善，现有的手指康复设备的舒适性也存在着一定问题。

康复辅助产品设计必须遵循以患者为中心这一重要原则。产品设计的初衷，是为了辅助患者进行有效的手部康复训练。因此产品功能只有在使用率较高的情况下才能发挥最大的效果，而如果用户需要长时间使用，产品的舒适程度就显得至关重要。

通过现状不难得出，简单的操作方式和更轻便的体量是未来手指康复器必然的发展方向，因此我们提出了用按压式的训练器来代替传统的穿戴式训练设备。卒中患者手指的恢复需要大量反复地进行手指握紧和伸展来保持手指运动，按压器的方式结构简单却能完全满足患者需求，并且可以完全摆脱穿戴设备重量的束缚。

（二）交互性设计原则

结构设计决定产品的功能是否能实现，而结构又需要依托符合人机的交互设计来满足患者康复训练的需求。机械枯燥的锻炼模式，必定会降低患者的使用体验，虽然现有的一些康复器械产品考虑到这一点，逐步地用VR、AR等虚拟现实增强技术应用到产品的交互方式之中，但经调查发现，这些技术所依托的训练模式，依然是重复性的动作模拟，并不能真正调动患者的积极性。所以要在产品的功能和成本之间进行权衡，就要提出更好的人机交互方式。

手部功能障碍出现的原因很多，但是患者的状况具有一定相似性。由于生理机能的功能性障碍，进行康复训练的患者特别是手部康复无法灵活地完成精密的操作，过多的繁琐操作也会给用户带来心理上的不适。因此，产品的人机交互必须在实现患者进行手部康复的前提下，完全符合患者的使用习惯，传统的交互方式运用了互联网和交互界面等技术，却没有较好地应用于具体的用户人群。脑卒中患者年龄偏中老年，该阶段的患者不应长时间观看电子屏幕，因此虚拟界面和游戏的交互体验并不是最好的方式，脑卒中患者需要的反馈是直观而且迅速的，因此听觉对于脑卒中患者是更好的信息接收方式，用户输入的按压信息通过传感器被接收后再通过音响设备输出给用户，再由程序构建一套音乐编排机制，可以提升产品的交互性，从而间接地激励用户进行康复训练。

（三）安全性设计原则

不正确的设计对患者造成二次伤害是不可逆转的，长时间和反复使用设计有缺陷的手握器械可能造成使用者的累积性损伤或腕管综合症，因此必须深入分析手部的生物学特征和运动机理，用来作为机构设计的理论依据。按压器械的抓握表面应尽量做到光滑、无静电、有弹性。具有弹性可压缩的材料可以减少震动并且分散压力方向，使用的材料硬度需适中，减少患者使用产品的疲劳感。造型的设计要符合五指按压的操作习惯，表面造型不能与手掌过于贴合，操作者使用时表面应与手掌掌心处略有空隙，防止表面结构对手掌的血管肌肉组织造成压迫。

三、面向脑卒中手部康复产品的设计实践

我们想通过本产品让脑卒中患者经过锻炼后可以正常地做一些简单的抓握、拿起等生活中基本的行为活动，增强患者的自理能力，减少家庭负担，增加患者对生活的信心。以此为出发点，将对日益增长的老年人群体的关爱提升到我们的视线中，利用音乐与科技的碰撞，提出新的脑卒中患者手部康复训练器械的研究。

（一）人机工程原理设计应用

人们在日常生活中最常用的手部动作就是抓握，所以我们根据人体手掌研究的大小比例及其手指的粗细程度得出产品放置手指托槽的宽度和深度，以确保训练的安全性与舒适性。一个成年人的手掌长度在18cm左右，不合拇指手掌宽度在8.5cm左右。当进行抓握时，手掌会曲为弓形。当手掌自然张开时，食指、中指、无名指距离较为接近，各手指指间的距离约2cm，其中食指与中指的距离略宽，中指与无名指中间的距离略窄，各手指宽度在1.8cm左右。为保证抓握时的稳定性，采用双手持握的方式，在按压的同时还可以进行前后的旋转。结合上述数据得出，产品抓握的形状应为两个半球形，产品半球直径为12cm，整体高度为16cm，如图1。

（二）反馈系统设计应用

半球的边缘的凹槽内设有5个可以内陷的按钮，依据手指间的宽度，对5个放置手指的凹槽位置进行排列，构成一个完整的指力按压系统。与现有的指力器技术相比，本产品在指力按压中加入了电信号传输装置，即压力传感器，当患者在进行手指指力康复训l练时，手指向下按压不同的按键，相对应的键位内的压力传感器就会将该按键产生的电信号传导给内部的发声装置，从而使扬声器发出悠扬的音乐声。在进行两半球连接的轴承之中，也设有传感器和信号传输装置，患者对半球进行旋转需要使用一定的力量，此时压力传感器可以将轴承旋转的信号传输给发声装置，使音乐再次响起。这样就形成了一套连贯的按压和旋转动作的反馈系统。

（三）材料的应用

材料的选取需要兼顾舒适性、稳固性和成本。因为患者的抓握力很小，而且产品需要大面积与手掌和手指接触，所以产品外部材料需要采用硅胶材质来增加产品使用时患者的舒适度和手部的附着力。而在产品内层结构上需要采用硬质材料提升产品的稳固性，现在市场上结实轻便、物美价廉的材料非常多，康复领域普遍使用的材料为医疗工业塑料，其加工简单、成本较低且具有良好的化学惰性和生物安全性。因此医疗工业塑料就是最好的选择。

（四）APP的应用

该产品会配备有一个专用APP。 APP中配备有基础康复训练、自定义康复训陈、康复设置和患者的个人信息以及智能医师问答等项目。在使用前，家属及患者可以选择APP中基础康复训练项目，系统会根据选择的基础训练项目回馈给产品发音指令，当进行康复训练时，按下指力键，产品就可以发出美妙的音节声;也可以选择APP中的自定义康复训练项目，家属及患者可以通过APP对产品指力键的发声进行调节，可调为音节也可调为音乐。家属及患者还可以通过康复设置训练提醒和训练时长。通过网络家属及患者可直接与医师进行互動问答，在家即可查询康复力度和成效。患者通过手部康复产品可在家自行进行康复训练，大大节约了人力和物力。产品音乐的互动性可以使患者更好地感受到康复的乐趣和成功的希望。

（五）使用方法与应用

该产品由手部康复训练器械和专用APP组成。训练器械的基本形态为两个半球形的指力按压器。大小为手掌可以稳定抓握最为适宜，两个半球由轴承相连接，可旋转，最大旋转度数为180°。在使用时，患者可以恨据APP画面中所给的音节提示有规律地按压按键进行康复训练，旋转指力按压球可以打出节拍，还可以恨据APP的提示对所有按键的发音音节进行自主调试，这样就可以跟随着自己喜欢的节拍和音乐进行康复训练，恢复手指力量。另外，考虑到患者的抓握力和控制力不强，每个指压按键两侧会有轻微的凸起来防止手指错位。并且指力按压球上设有能防止从手中滑落的可调节绑带，如图2。

结语

基于脑卒中手部康复产品情感关怀设计，需要考虑多个用户群体，通过对用户的病情和心理分析准确定义其功能需求。用户体验设计、人机交互设计、系统反馈设计、材料应用等方面的优化，不仅提高了康复产品的使用效率，更提高了人员的利用率，而且从情感体验和交互性上提高了用户参与感，使用户在使用时感受到的不仅仅是康复，更多的是康复时的良好体验。此外借助手机APP、互联网，建立问答服务，为用户享有智能化的医疗康复体验服务提供了可行性。

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