移動(dòng)隔離艙產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究
——以轉(zhuǎn)移、監(jiān)控、醫(yī)療對(duì)接為例

高家駒，陸 洲

（嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314031）

1 設(shè)計(jì)背景及研究現(xiàn)狀

當(dāng)前全球傳染病的暴發(fā)頻繁，21 世紀(jì)初20 年間引發(fā)的大型傳染病不下數(shù)起。全球范圍的人口增長和高人口密度城市發(fā)展，與醫(yī)療體系覆蓋率及保障普及之間存在不平衡，使得傳染疾病對(duì)人類的威脅愈發(fā)嚴(yán)峻。醫(yī)療病房數(shù)量有限，患者轉(zhuǎn)移會(huì)出現(xiàn)傳染，如何開發(fā)集“隔離轉(zhuǎn)移、病情監(jiān)控、醫(yī)療終端對(duì)接”為一體，去解決這些問題，是團(tuán)隊(duì)開發(fā)產(chǎn)品的根本目的。

目前國內(nèi)外沒有以上述集成一體概念的醫(yī)療產(chǎn)品項(xiàng)目落實(shí)生產(chǎn)。國外提出類似相近概念的，有全息醫(yī)療艙的未來概念，并且此概念是針對(duì)太空艙內(nèi)醫(yī)學(xué)、月球火星或者深海的設(shè)想概念，應(yīng)用技術(shù)、成本非目前領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)。國外民用領(lǐng)域醫(yī)療器械Device Lab公司在DevCon2015 展會(huì)上提出過醫(yī)療床的演示感念。結(jié)合其系統(tǒng)工程，工業(yè)設(shè)計(jì)制造檢測生命提成，腦部內(nèi)臟監(jiān)控的整合式產(chǎn)品。目前僅停留于概念階段未進(jìn)行落地生產(chǎn)。國內(nèi)同類相關(guān)落地產(chǎn)品都是以便攜或一次性，或?yàn)橥ǔＪ褂玫暮喴赘綦x艙（物理隔離）和小型拆卸式負(fù)壓隔離袋，或者類似“方艙”醫(yī)院的集體醫(yī)療建筑工程。

2 概念體系生成

研究根據(jù)背景調(diào)研，用戶畫像等設(shè)計(jì)程序方法，為解決目前隔離轉(zhuǎn)移存在的問題，結(jié)合企業(yè)以服務(wù)設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的工業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方向，對(duì)未來醫(yī)療隔離轉(zhuǎn)移體系進(jìn)行新的概念規(guī)劃與設(shè)想。該設(shè)計(jì)建立了以下基于未來體系的隔離艙終端產(chǎn)品概念模型，主要總結(jié)為以下4 部分內(nèi)容。

2.1 將隔離轉(zhuǎn)移、病情監(jiān)控、醫(yī)療終端對(duì)接集成于一體

該產(chǎn)品設(shè)計(jì)將醫(yī)療中的轉(zhuǎn)移、監(jiān)控、醫(yī)療終端對(duì)接3 個(gè)階段所需功能集成在一臺(tái)隔離艙內(nèi)，滿足病人從轉(zhuǎn)移階段到接受治療階段整個(gè)過程中需要的條件，包括在監(jiān)控與治療階段，患者始終待在隔離艙內(nèi)。并且隔離艙可直接對(duì)接重癥加強(qiáng)護(hù)理病房（intensive care unit,ICU）以及其他各種醫(yī)療儀器終端，無須二次轉(zhuǎn)移，達(dá)到全程隔離過程，將傳染隱患降到最低。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和實(shí)時(shí)醫(yī)療數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的配置

隔離艙設(shè)計(jì)中配置監(jiān)控系統(tǒng)，在隔離轉(zhuǎn)移過程中，可以觀察患者的身體情況及時(shí)采取必要的醫(yī)療措施，避免在轉(zhuǎn)移過程中因?yàn)橛^察不到病人情況而錯(cuò)過醫(yī)療時(shí)間。在術(shù)后觀察階段、術(shù)后恢復(fù)階段也能起到監(jiān)控病情、觀察身體恢復(fù)情況等作用。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的配置能夠?qū)⒈O(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳至醫(yī)療系統(tǒng)平臺(tái)供醫(yī)護(hù)人員在不同終端中實(shí)時(shí)接收患者身體狀態(tài)信息。

2.3 智能交互系統(tǒng)和觸控投影技術(shù)的引入

本設(shè)計(jì)中引入人工智能（artificial intelligence, AI）智能交互系統(tǒng)。醫(yī)療隔離艙配置智能設(shè)備，能夠給予患者使用智能終端如智能手機(jī)、電腦等設(shè)備相似的體驗(yàn)。即使身在隔離艙中，也能獲取“外界信息”，避免隔離導(dǎo)致心理的“精神封閉”，影響治療效果。得益于AI 交互系統(tǒng)，患者可以通過語音和系統(tǒng)交流，輸入操作指令；投影與紅外觸控的裝備，患者正對(duì)著的隔離艙蓋上會(huì)投影交互界面，可以通過觸控投影界面來操作。

2.4 便捷收納和不同形態(tài)功能的使用

隔離艙有艙體平躺和艙體升起兩種形態(tài)，以滿足不同需要。平躺狀態(tài)下，如手術(shù)，睡眠等場合；升起狀態(tài)下，如日常、收納、移動(dòng)等場合使用。

3 產(chǎn)品技術(shù)支持及應(yīng)用

產(chǎn)品主要技術(shù)支持有以下6 點(diǎn)功能，除技術(shù)與醫(yī)療體系除目前已普及和可實(shí)現(xiàn)的外，還涉及未來技術(shù)展望與應(yīng)用。進(jìn)行兩套調(diào)研技術(shù)支持（目前和概念），充分發(fā)揮工業(yè)設(shè)計(jì)引導(dǎo)行業(yè)進(jìn)行概念升級(jí)的作用。

3.1 隔離技術(shù)

3.1.1 物理隔離

通過艙體的隔離罩進(jìn)行物理隔離。隔離罩以電控調(diào)光的“穿孔隔熱玻璃結(jié)構(gòu)”技術(shù)，除物理隔離外還具有隔熱、隔噪、防紫外線、變色等戶外轉(zhuǎn)移所需要的功能[1]。艙體周圍配置紫外燈進(jìn)行消毒。

3.1.2 負(fù)壓空間

隔離艙使用一套送風(fēng)凈化裝置，二套排風(fēng)凈化裝置。送風(fēng)凈化裝置由送風(fēng)柜和過濾裝置組成，過濾效率為99.99%。（粒徑≥0.3μm）。排風(fēng)凈化裝置由排風(fēng)柜和粗效、中效過濾裝置組成，過濾效率為99.99%（粒徑≥0.3μm）。高效排風(fēng)過濾裝置以負(fù)壓15Pa 以上運(yùn)行。

3.2 生命體征監(jiān)控、生物識(shí)別測量

3.2.1 心電圖（ECG/EKG）、血壓

隔離艙中配置心電監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)備不使用4 個(gè)肢體導(dǎo)聯(lián)電極和6 個(gè)胸前導(dǎo)聯(lián)電極，而是采用置于床下的光電容積脈搏波[2]和電磁波掃描模塊[3]進(jìn)行無束縛式心率檢測。

3.2.2 SpO2、血糖監(jiān)護(hù)

位于床下兩側(cè)的紅外光譜光電手段檢測血氧量，血糖等血液特征通過皮下測量，減少對(duì)指棒和抽血的需求[4]。同時(shí)傳感器還可以根據(jù)汗水化學(xué)進(jìn)行診斷。

3.2.3 呼吸與麻醉

呼吸供給采用面罩式，艙體內(nèi)部下側(cè)配置轉(zhuǎn)移所需供氧設(shè)備。同時(shí)對(duì)于吸入式用藥和麻醉都配置于面罩系統(tǒng)內(nèi)，簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)和隔離時(shí)的用藥效率。

3.2.4 超聲技術(shù)監(jiān)控

設(shè)計(jì)中引入超聲技術(shù)來檢測呼吸心跳等數(shù)據(jù)，例如，CX50 便攜式超聲診斷儀完成心臟與肺部的超聲檢測[5]。采用類似超聲的無連接檢測，能夠做到患者進(jìn)艙便可開啟監(jiān)控，醫(yī)護(hù)人員與患者零接觸。

3.3 智能設(shè)備

產(chǎn)品內(nèi)置智能設(shè)備基于Android 和Linux 系統(tǒng)設(shè)計(jì)?？紤]到隔離艙內(nèi)部空間與隔離人員的行動(dòng)問題，智能設(shè)備采用投影屏幕+語音+觸控的形式。投影設(shè)備將平面投屏于隔離罩，與患者面部相對(duì)；通過紅外識(shí)別，投影可隨著患者頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)，保持屏幕一直在用戶可視范圍內(nèi)?；颊呖赏ㄟ^觸摸投影界面進(jìn)行操作，與觸控平板一樣，亦可通過語音來操作。軟件層面上，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有醫(yī)療助手服務(wù)。包括查看身體狀況，健康簡易，呼叫醫(yī)護(hù)人員等一體式功能。

3.4 數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程醫(yī)療

隔離艙內(nèi)患者監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)傳入醫(yī)療系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，醫(yī)療設(shè)備無線通信實(shí)現(xiàn)醫(yī)護(hù)人員通過移動(dòng)終端實(shí)時(shí)查看并共享信息。設(shè)備支持以下各網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

（1）4G/5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

（2）WiˉFi（IEEE802.11）。

（3）藍(lán)牙5，低功耗藍(lán)牙，藍(lán)牙Mesh。

（4）紫蜂協(xié)議（IEEE802.15）。

（5）近場通信（near field communication, NFC）（ISO/IEC18092/21481）。

（6）人體網(wǎng)絡(luò)（IEEE802.15.6）。

設(shè)備不僅能遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，還能通過無線連接方式與其他醫(yī)療器械、HMI 控制界面系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，配套醫(yī)療體系實(shí)用。

3.5 醫(yī)療終端對(duì)接

隔離艙內(nèi)置呼吸機(jī)、清腎機(jī)等患者端連接口，外側(cè)有與其相對(duì)應(yīng)的醫(yī)療器械連接口。外置的HMI 人機(jī)交互面板也能實(shí)施反應(yīng)患者生命體征狀況。這種設(shè)計(jì)使患者在被轉(zhuǎn)移到醫(yī)療點(diǎn)時(shí)可以直接連接醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行治療，無須再次轉(zhuǎn)移到特定病房。并且在治療過程中保持個(gè)人隔離的狀態(tài)。

艙體內(nèi)側(cè)配置醫(yī)療機(jī)械手臂，實(shí)現(xiàn)隔離狀態(tài)下的部分醫(yī)療活動(dòng)。同時(shí)此機(jī)械手臂支持與遠(yuǎn)程醫(yī)療相同的機(jī)械臂連接方式，進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。手臂包括主刀機(jī)械臂和輔助機(jī)械臂。主刀機(jī)械臂配置36 種手術(shù)刀頭、注射器，通過磁吸和滑軌結(jié)構(gòu)切換使用；輔助機(jī)械臂配置噴灑頭、內(nèi)窺鏡，能夠噴灑生物止血酶、膠原蛋白類蛋白釘、α-氰基丙烯酸乙酯進(jìn)行止血、縫合、抗感染，內(nèi)窺鏡查看患者體內(nèi)情況。

3.6 供電與機(jī)械結(jié)構(gòu)

3.6.1 電池組

隔離艙的電能將采用電池組的方式實(shí)現(xiàn)，也是隔離艙最主要的供電模式。艙體兼容外置充電樁。未來醫(yī)療體系將普遍配置充電樁，在救護(hù)車中同樣會(huì)配置充電設(shè)備，醫(yī)療機(jī)構(gòu)亦是如此。

3.6.2 機(jī)械產(chǎn)電

隔離艙的移動(dòng)過程中，萬向輪的滾動(dòng)將帶動(dòng)發(fā)電，結(jié)構(gòu)包括殼體、轉(zhuǎn)動(dòng)組件、吊墜組件和發(fā)電整流穩(wěn)壓模塊，可以為電池組進(jìn)行充電，做到可持續(xù)能源的最大化利用[6]。

3.6.3 艙體升降調(diào)節(jié)

隔離艙艙體與底座之間配置機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)艙體角度。隔離艙底部結(jié)構(gòu)可以收縮，方便停放和存放。

4 醫(yī)療隔離艙產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)出

產(chǎn)品整合系統(tǒng)工程、工業(yè)設(shè)計(jì)、人機(jī)因素、機(jī)械工程、電子和軟件工程進(jìn)行醫(yī)療設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)，集成了各種生命體征和生物識(shí)別測量的新傳感技術(shù)，隔離防控技術(shù)，HMI 人機(jī)界面，信息數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸，設(shè)備移動(dòng)等功能。以隔離艙為核心進(jìn)行隔離醫(yī)療生態(tài)體系布局和生態(tài)圈的打造。最終的設(shè)計(jì)由以下“產(chǎn)品+生態(tài)”的兩個(gè)部分組成。

4.1 產(chǎn)品部分

設(shè)計(jì)結(jié)合相關(guān)構(gòu)思行進(jìn)產(chǎn)品功能的最終模擬適配（圖1）。最終解決方案的產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以下6 點(diǎn)。

圖1 產(chǎn)品部分結(jié)構(gòu)

（1）離裝置（核心功能）。

（2）患者轉(zhuǎn)移功能（移動(dòng)）。

（3）一定程度的升降設(shè)備（用戶人機(jī)工程學(xué)）。

（4）兼容醫(yī)療終端（患者治療）。

（5）艙內(nèi)舒服度+智能設(shè)備（用戶心理體驗(yàn)）。

（6）實(shí)時(shí)病情數(shù)據(jù)搜集（實(shí)時(shí)監(jiān)控）。

4.2 生態(tài)部分

與目前醫(yī)療體系相比，未來醫(yī)療方向?qū)⑾蜻h(yuǎn)程化、移動(dòng)化的方向發(fā)展。整體醫(yī)療體系實(shí)現(xiàn)家到醫(yī)院、病房到病房、醫(yī)院到醫(yī)院之間的安全隔離，并實(shí)時(shí)在醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)下進(jìn)行病情反饋。大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)使得患者信息能夠共享到醫(yī)護(hù)人員的遠(yuǎn)程移動(dòng)終端進(jìn)行查看，并通過操控終端給艙內(nèi)患者進(jìn)行治療。

“醫(yī)院”的形式將更加靈活，帶有充電樁，各醫(yī)療終端設(shè)備，加上醫(yī)護(hù)人員即是醫(yī)療體統(tǒng)，而不再是特定建筑，特定設(shè)施。醫(yī)護(hù)人員+智能醫(yī)療倉（醫(yī)療終端）+移動(dòng)醫(yī)療網(wǎng)點(diǎn)=醫(yī)療系統(tǒng)的“mobile workspace”移動(dòng)式概念已經(jīng)在大數(shù)據(jù)、5G 時(shí)代的背景下慢慢成為現(xiàn)實(shí)。未來通勤，定點(diǎn)將被移動(dòng)、便攜所取代，并在教育、工作、醫(yī)療體系中普遍應(yīng)用。當(dāng)前的移動(dòng)式辦公、網(wǎng)課式教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療正是向移動(dòng)概念過渡的產(chǎn)物。醫(yī)療的未來發(fā)展亦是如此。

5 結(jié)語

面向未來醫(yī)療體系發(fā)展方向，本產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究將開發(fā)基于新型移動(dòng)隔離艙的未來醫(yī)療隔離、轉(zhuǎn)移、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享、設(shè)備終端對(duì)接的移動(dòng)醫(yī)療體系。未來醫(yī)療方向?qū)⑾蜻h(yuǎn)程化、移動(dòng)化的方向發(fā)展。整體醫(yī)療體系實(shí)現(xiàn)家到醫(yī)院、病房到病房、醫(yī)院到醫(yī)院之間的安全隔離，并實(shí)時(shí)在醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)下進(jìn)行病情反饋。大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)使得患者信息能夠共享到醫(yī)護(hù)人員的遠(yuǎn)程移動(dòng)終端進(jìn)行查看，并通過操控終端給艙內(nèi)患者進(jìn)行治療。從產(chǎn)品整體開發(fā)流程角度，文章對(duì)未來的醫(yī)療隔離提出新的方向和展望，通過工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方式給設(shè)計(jì)、醫(yī)療、信息等相關(guān)領(lǐng)域提供借鑒和交流。