基于AHP層次分析法的家用腦卒中康復(fù)儀設(shè)計(jì)研究

魏博翰 王建華 趙博

關(guān)鍵詞：腦卒中 AHP 康復(fù)儀設(shè)計(jì) 特殊群體設(shè)計(jì) 醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

引言

2019中國(guó)卒中報(bào)告顯示，腦卒中仍然為我國(guó)人群過(guò)早死亡和疾病負(fù)擔(dān)的首要原因，同時(shí)伴隨著老齡化程度的增加，腦卒中患病比例及危害性具有一定的潛在上升風(fēng)險(xiǎn)[1]，因此針對(duì)腦卒中患者的治療及康復(fù)的要求也變得更加具有迫切性和全面性，即除了加強(qiáng)優(yōu)化專業(yè)醫(yī)療環(huán)境條件下的專業(yè)治療方式外，在不具備專業(yè)條件的家庭環(huán)境中也應(yīng)當(dāng)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)妮o助康復(fù)治療。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)家用腦卒中康復(fù)儀的研究較少，加之腦卒中患病人群具有一定的特殊性，所以文獻(xiàn)選擇采用AHP方法對(duì)專家級(jí)意見(jiàn)分析的方式[2]，根據(jù)項(xiàng)目組多為專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜依蠋煹囊庖?jiàn)，結(jié)合針對(duì)部分患者的問(wèn)卷調(diào)研結(jié)果，對(duì)產(chǎn)品的功能需求進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，根據(jù)排序結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化，為腦卒中患者的家用康復(fù)治療提供硬件解決方案。

一、AHP與家用康復(fù)儀概念分析

（一）AHP。AHP層次分析法由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授薩蒂于20世紀(jì)70年代初提出，是指將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法[3]。

（二）家用腦卒中康復(fù)儀。家用腦卒中康復(fù)儀是針對(duì)腦卒中患者在離開(kāi)專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)之后，仍然可以配合專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的輔助康復(fù)治療的家用醫(yī)療產(chǎn)品，目的是使患者可以緩解病癥帶來(lái)的痛苦，同時(shí)更加全面的在非專業(yè)醫(yī)療環(huán)境下進(jìn)行康復(fù)治療。該產(chǎn)品定位家用醫(yī)療輔助康復(fù)產(chǎn)品，目標(biāo)人群為腦卒中患者這一相對(duì)特殊的病患群體，因此在用戶需求及產(chǎn)品功能組成上將面對(duì)一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)決策問(wèn)題[4]。

（三）AHP與家用腦卒中康復(fù)儀項(xiàng)目結(jié)合必要性。家用腦卒中康復(fù)儀所涉及的醫(yī)療產(chǎn)品定位、工作原理、非專業(yè)使用環(huán)境、行動(dòng)力下降甚至受損的病狀特征及中老年占比較高的目標(biāo)人群構(gòu)成了非常復(fù)雜的需求系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)家用腦卒中康復(fù)儀提出了包含高可及性、高安全穩(wěn)定性、舒適性、人性化在內(nèi)的多種要求，同時(shí)市面上同類產(chǎn)品相對(duì)較少難以調(diào)研[5]。因此該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)前期階段引入SET分析法進(jìn)行產(chǎn)品機(jī)會(huì)缺口分析[6]，在識(shí)別產(chǎn)品潛在機(jī)會(huì)后對(duì)多專業(yè)團(tuán)隊(duì)人員、患者進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品功能調(diào)研，通過(guò)AHP分析法對(duì)調(diào)研的結(jié)果進(jìn)行定量分析，以確定產(chǎn)品功能組成及各功能權(quán)重值排序，進(jìn)而確定產(chǎn)品功能形態(tài)和概念。AHP分析的關(guān)鍵在于將復(fù)雜決策問(wèn)題按總目標(biāo)、各層子目標(biāo)、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則直至具體的解決方案的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，然后用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得每一層次的各元素對(duì)上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，最后再加權(quán)和的方法遞階歸并各備擇方案對(duì)總目標(biāo)的最終權(quán)重，此最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案[7]。這種分析法處理復(fù)雜決策問(wèn)題的方法更加適合此項(xiàng)目，有效減少人為主觀因素帶來(lái)的設(shè)計(jì)方向偏移與功能優(yōu)先級(jí)排序錯(cuò)誤問(wèn)題。

二、腦卒中病患康復(fù)需求研究

（一）SET產(chǎn)品機(jī)會(huì)缺口分析。首先結(jié)合SET分析模型，尋找潛在的產(chǎn)品機(jī)會(huì)缺口并選擇合適的機(jī)會(huì)缺口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，新聞，論文等相關(guān)途徑進(jìn)行資料搜集，從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)三個(gè)方面出發(fā)，尋找家用腦卒中康復(fù)儀的機(jī)會(huì)缺口。

結(jié)合圖表1分析得出產(chǎn)品存在的機(jī)會(huì)缺口，從社會(huì)方面，產(chǎn)品將康復(fù)治療環(huán)境轉(zhuǎn)移至家用，擴(kuò)大腦卒中的康復(fù)輔助治療范圍，同時(shí)有效緩解公共醫(yī)療資源的壓力;從經(jīng)濟(jì)方面，腦卒中康復(fù)儀針對(duì)銀發(fā)經(jīng)濟(jì)的巨大市場(chǎng)[8]，作為老年人健康投資的一部分，減少長(zhǎng)期住院所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān);從技術(shù)方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展可以結(jié)合智能手環(huán)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)[9]，加強(qiáng)子女與老人之間的聯(lián)系，幫助子女對(duì)老人的健康狀況進(jìn)行監(jiān)護(hù)。

（二）用戶需求研究。腦卒中患者多伴隨有行動(dòng)力下降或受損等狀況，加之年齡多分布于中老年人[10]，因此用戶需求較為復(fù)雜，本次項(xiàng)目重點(diǎn)針對(duì)相關(guān)腦卒中醫(yī)學(xué)從業(yè)及研究人員、部分腦卒中患者及家屬，從環(huán)境、用戶、產(chǎn)品三個(gè)角度進(jìn)行訪談?wù){(diào)研，挖掘用戶的真實(shí)需求，通過(guò)不同被訪談?wù)叩纳矸莺蛯I(yè)角度，更加全面了解腦卒中患者真正的需求，訪談結(jié)果如下表。

調(diào)研結(jié)果得出從環(huán)境角度，被訪談?wù)吒幼⒅禺a(chǎn)品的收納存放、使用是否方便、是否可以合理融入家庭使用環(huán)境;從用戶角度，被訪談?wù)吒⒅禺a(chǎn)品的被接受程度、價(jià)格、舒適度、耐用程度與安全性;從產(chǎn)品角度，被訪談?wù)吒幼⒅禺a(chǎn)品的功能性、造型色彩的親合力、操作的簡(jiǎn)介快捷性。

三、基于AHP的家用腦卒中康復(fù)儀設(shè)計(jì)要素體系

（一）家用腦卒中康復(fù)儀AHP分析模型。根據(jù)AHP分析法模型，將該項(xiàng)目分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、子準(zhǔn)則層三個(gè)部分。目標(biāo)層即最終完成目標(biāo)：達(dá)成合理有效的設(shè)計(jì)方案并且爭(zhēng)取較高的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià);準(zhǔn)則層根據(jù)前期訪談?wù){(diào)研結(jié)果，提煉與用戶相關(guān)的因素，確定為以下五個(gè)因素：質(zhì)量、操作便捷性、功能、造型色彩、舒適度;子準(zhǔn)則層根據(jù)準(zhǔn)則層五大因素進(jìn)行延伸分類，得出更加詳細(xì)的設(shè)計(jì)因素并排序，如圖2：（二）構(gòu)建判斷矩陣。根據(jù)目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、子準(zhǔn)則層中所包含的各級(jí)因素，邀請(qǐng)多為相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)人員對(duì)各級(jí)因素之間的重要性進(jìn)行兩兩比較，專家組成員包括5名腦卒中研究領(lǐng)域醫(yī)學(xué)教授、10名工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)研究生、5名工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教授、3名相關(guān)醫(yī)學(xué)從業(yè)人員。經(jīng)過(guò)多輪商討，使專家組意見(jiàn)趨近統(tǒng)一，為了使判斷矩陣可以定量化，因此采用1-9的比例標(biāo)度法進(jìn)行賦值，通過(guò)數(shù)值來(lái)定義比較兩要素之間的重要性程度，如表2。

經(jīng)過(guò)對(duì)準(zhǔn)則層下個(gè)因素權(quán)重值進(jìn)行比較計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)果其CR值為0.021<1，符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果，如表5。

經(jīng)過(guò)對(duì)功能準(zhǔn)則層下個(gè)因素權(quán)重值進(jìn)行比較計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)果其CR值為0.063<1，符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果，如表7。

因?yàn)椴僮鳒?zhǔn)則層下兩個(gè)因素權(quán)重值相等，因此無(wú)需計(jì)算CR值，符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果，如表8。

經(jīng)過(guò)對(duì)造型色彩準(zhǔn)則層下個(gè)因素權(quán)重值進(jìn)行比較計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)果其CR值為0.000<1，具有完整一致性，如表9。

經(jīng)過(guò)對(duì)舒適度準(zhǔn)則層下個(gè)因素權(quán)重值進(jìn)行比較計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)果其CR值為0.037<1，符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果，如表10、11。

經(jīng)過(guò)對(duì)舒適度準(zhǔn)則層下個(gè)因素權(quán)重值進(jìn)行比較計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)果其CR值為0.090<1，符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)其各層級(jí)、各因素之間的權(quán)重，整理數(shù)據(jù)得出綜合各因素權(quán)重排序，如圖3：

通過(guò)分析結(jié)果可知，各準(zhǔn)則層的一致性檢測(cè)均通過(guò)，證明其權(quán)重值合理可用。根據(jù)權(quán)重排序可知，在家用腦卒中治療儀的設(shè)計(jì)中，功能有效性、產(chǎn)品的質(zhì)量及舒適性等因素是設(shè)計(jì)的重心，從設(shè)計(jì)的角度，醫(yī)療產(chǎn)品仍然是家用腦卒中康復(fù)儀的首要定位，因此產(chǎn)品的功能有效性、質(zhì)量及用戶體驗(yàn)起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)也符合AHP分析后的功能權(quán)重排列順序，經(jīng)過(guò)專家組對(duì)結(jié)果的評(píng)審，認(rèn)為該結(jié)果與家用腦卒中治療儀相符合。

四、方案輸出及評(píng)價(jià)

根據(jù)設(shè)計(jì)要素權(quán)重排序制訂家用腦卒中治療儀的設(shè)計(jì)策略，依據(jù)設(shè)計(jì)策略進(jìn)行具體解決方案、最終設(shè)計(jì)方案輸出及設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。

（一）設(shè)計(jì)策略

1.功能有效性。通過(guò)與團(tuán)隊(duì)相關(guān)醫(yī)學(xué)研究人員的交流及家用腦卒中治療儀的工作原理，即利用直流電刺激引導(dǎo)治療腦部病灶區(qū)，得出結(jié)論為保證產(chǎn)品的功能有效性，需要確保電極片與患者側(cè)面頭部牢靠穩(wěn)定的接觸，同時(shí)由于病灶區(qū)位置因人而異，產(chǎn)品需要具備一定范圍的調(diào)節(jié)功能。

2.產(chǎn)品質(zhì)量。作為一款家用醫(yī)療產(chǎn)品，通常具有特定的使用要求及時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)家用腦卒中治療儀的醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)建議，該產(chǎn)品在使用時(shí)建議患者在坐姿或臥姿狀態(tài)下，同時(shí)使用時(shí)長(zhǎng)為每次30分鐘，根據(jù)使用要求可知該產(chǎn)品面臨極端環(huán)境，劇烈碰撞的可能性較小，質(zhì)量方面主要面臨的是如尺寸調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)等相關(guān)功能結(jié)構(gòu)的使用壽命，材質(zhì)的耐磨耐腐蝕性等問(wèn)題。

3.舒適性。在佩戴使用時(shí)長(zhǎng)達(dá)到30分鐘的情況下，患者在使用時(shí)的舒適度問(wèn)題顯得尤為重要，針對(duì)這一問(wèn)題，除了人機(jī)尺寸方面的高要求之外，還可以考慮通過(guò)產(chǎn)品自身減重、具有親膚性的材質(zhì)、增加適當(dāng)?shù)膴蕵?lè)化功能轉(zhuǎn)移注意力等方法。

4.目標(biāo)用戶需求?？紤]家用醫(yī)療產(chǎn)品本身應(yīng)當(dāng)具備的功能與設(shè)計(jì)要素之外，腦卒中患者本身所具有的行動(dòng)不便，年齡結(jié)構(gòu)偏大等特征也是設(shè)計(jì)策略中重要的一部分[12]，因此在確保家用腦卒中治療儀的功能、質(zhì)量及舒適性的前提下，需要根據(jù)腦卒中患者這一特殊群體進(jìn)行適當(dāng)合理的關(guān)懷，譬如減少甚至移除頭部佩戴部分的按鈕，以減輕患者抬手操作的不便性;一次調(diào)節(jié)長(zhǎng)時(shí)間固定尺寸，以減少對(duì)家用腦卒中治療儀的重復(fù)操作等。

（二）設(shè)計(jì)方案。

如圖4為家用腦卒中治療儀主要工作區(qū)域，結(jié)合功能有效性分析，需要確保紅色區(qū)域與腦部的穩(wěn)固貼合，因此除了側(cè)面工作模塊需要一定的弧度貼合腦部曲線之外，還需要增加一定的軟性材質(zhì)，以確保電極片可以通過(guò)軟性材質(zhì)的自適應(yīng)形變來(lái)適應(yīng)不同患者之間的頭部曲線差異，進(jìn)一步確保貼合穩(wěn)固性，如圖5。

根據(jù)不同患者的病灶區(qū)位置存在差異，選用滑動(dòng)抽拉式進(jìn)行調(diào)節(jié)尺寸會(huì)與內(nèi)部走線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖突，隨存在結(jié)構(gòu)可行性，但抽拉結(jié)構(gòu)會(huì)增加產(chǎn)品功能損壞的風(fēng)險(xiǎn)，因此采用固定多點(diǎn)位的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，該方式的調(diào)整精度不足缺陷可以通過(guò)增大電極片面積的方式進(jìn)行彌補(bǔ)，同時(shí)降低了功能受損的風(fēng)險(xiǎn)，如圖6。

為了減輕家用腦卒中治療儀的佩戴重量，不給患者頭部帶來(lái)過(guò)多的壓力增加舒適度，選擇將部分芯片及電子元件外置于一塊操控屏幕之中，這種方式不僅可以減輕佩戴重量，同時(shí)可以方便本就行動(dòng)力受損的患者更加容易地在屏幕上進(jìn)行操控和查看相關(guān)信息，屏幕中內(nèi)置影音功能，助于患者打發(fā)無(wú)聊的治療時(shí)間，達(dá)到放松的效果，如圖7。

在造型色彩的設(shè)計(jì)上，采用了傾向于醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計(jì)特征的中性設(shè)計(jì)風(fēng)格，同時(shí)為了避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)而對(duì)患者產(chǎn)生的誤導(dǎo)操作及審美疲勞，整體風(fēng)格采用簡(jiǎn)潔大方的設(shè)計(jì)，使用圓潤(rùn)的大輪廓賦予產(chǎn)品一定的親和力，同時(shí)與上下兩端硬朗的切角形成對(duì)比，增加產(chǎn)品層次感及視覺(jué)上降低高度，賦予整個(gè)產(chǎn)品一種簡(jiǎn)潔輕巧的感覺(jué)，如圖8?11。

外接屏幕造型色彩上采用與頭戴部分相互呼應(yīng)的設(shè)計(jì)風(fēng)格，即整體簡(jiǎn)潔搭配細(xì)節(jié)切角營(yíng)造整體靈動(dòng)輕巧的設(shè)計(jì)風(fēng)格，色彩上采用傾向醫(yī)療產(chǎn)品的中性色配色。此外接屏幕在將患者對(duì)于頭戴部分的抬手操作交互轉(zhuǎn)移至更加舒適的正常操作交互方式，同時(shí)產(chǎn)品本身搭載的遠(yuǎn)程隨身醫(yī)生功能，可以將醫(yī)生對(duì)于患者的建議即健康狀況分析反饋至屏幕端，使患者對(duì)于自己的身體狀況可以有更加詳細(xì)和專業(yè)的了解，如圖12、13。

最后階段依據(jù)計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行制作產(chǎn)品樣機(jī)模型，通過(guò)實(shí)地佩戴體驗(yàn)，檢查外觀、結(jié)構(gòu)和人機(jī)尺寸的合理性。家用腦卒中治療儀在功能結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有效性及舒適性方面達(dá)到預(yù)期效果，符合功能、質(zhì)量及舒適度等方面對(duì)設(shè)計(jì)提出的要求，外觀色彩方面易于腦卒中患者接受，且屏幕操作交互方式有效減輕了腦卒中患者行動(dòng)不便操作交互困難的問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

基于AHP層次分析法的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)模型，運(yùn)用AHP對(duì)調(diào)研結(jié)果，專家訪談意見(jiàn)等信息進(jìn)行整理和定量分析，使得調(diào)研訪談數(shù)據(jù)可以更加科學(xué)合理的對(duì)需求權(quán)重進(jìn)行排序，并通過(guò)家用腦卒中治療儀產(chǎn)品設(shè)計(jì)為案例，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用檢測(cè)該設(shè)計(jì)模型的可行性與有效性，規(guī)范了設(shè)計(jì)流程，優(yōu)化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，使設(shè)計(jì)過(guò)程更加科學(xué)合理，為家用腦卒中治療儀提供了有效的設(shè)計(jì)解決方案。