虚拟现实技术在老年人高血压医护产品设计中的应用

张思睿，李 婕，王 睿，郑 昊，崔志强,赵 玮

(1.承德石油高等专科学校 a.电气与电子工程系；b.机械工程系，河北 承德 067000；2.湖北工业大学 工业设计学院，湖北 武汉 430068)

高血压是全球范围内的重大公共卫生问题。随着人口老龄化，我国老年人群高血压患病率不断增加。目前有研究者运用对比实验的方法发现，高血压与心理因素有密切关系，老年高血压患者的情绪状态和心理变化直接影响着疾病的治疗效果和康复程度[1]。随着现代医学模式的转变，心理护理的作用日益受到重视，但市场上还没有专门针对老年高血压患者心理护理的医疗产品。针对这一点，采用鱼刺图对老年高血压患者的心理进行分析，运用人机耦合思想、感性工学、语义差异法，通过计算制出参数优先权阵图，对老年人高血压心理医护产品进行设计，运用矩阵闭合加法运算对产品进行模糊评价，希望可以推进老年高血压治疗的进步。

1 鱼刺图分析

1.1 鱼刺图法

鱼刺图又称因果分析图，1953年首次应用于日本，后移植到安全分析方面，成为一种重要的事故分析方法，针对结果，分析原因，先主后次，层层深入，绘制的分析图形像一条完整的鱼骨刺[2]。用这种方法分析事故，可清楚主要原因，从而明确预防对策。

1.2 老年高血压患者心理的鱼刺图分析

运用安全系统工程学中的鱼刺图对老年高血压患者负面心理产生原因进行分析，把导致老年高血压患者产生负面心理的复杂原因系统化、条理化。如图1所示。

2 方案设计

基于虚拟现实技术的老年人高血压护理医疗产品可以打破传统医疗方式的局限性，调动老年高血压患者积极性。通过数字影像将心理引导和生理治疗结合起来，构建一个心理护理康复平台。对于老年高血压患者来说，住院治疗不再只是冰冷的器械、压抑的白墙、刺鼻的药水味和陌生的环境，更多的是人情味、趣味。对于医生来说，采取恰当的诊疗手段，加上虚拟现实本身带来的心理护理辅助治疗，可以使治疗更为有效。

2.1 软件流程设计

以老年高血压患者为中心，运用人机耦合思想，通过老年高血压患者隐性知识与设计知识的匹配实现产品的可用性是核心问题之一。追其根本，实际上就是信息对于老年高血压患者心理影响的实现研究。软件设计充分考虑老年高血压患者的身份特征、理解能力、接受能力。在心理护理医疗产品的人机耦合中，心理护理医疗产品传达的信息主要是显性知识，老年高血压患者的理解则是靠其所具有的隐性知识，设计时要充分考虑两者之间的匹配关系，实现人机耦合最大化。

在探索最佳的过程中，我们采用以下映射公式来进行判定[3]:

式中：Kp为显性知识；Ku为隐性知识；C取值范围为0～1，数值越大越好，1为理想状态。基本实现流程如图2所示。

将老年高血压患者知识管理库中的信息进行知识分类，明确需要运用的显性知识，结合老年高血压患者隐性知识，得出最优方案。运用感性工学的方法把设计所需要的知识细分，结合老年高血压患者个性特征和认知特征，运用语义差异法构建语义词对，最终构建出参数优先权矩阵图，为老年高血压患者隐性知识的获取以及人机耦合设计提供理论支持。

2.2 数据分析

对老年高血压患者知识匹配关系进行具体分析。年龄、性格、文化影响着老年高血压患者内隐性知识，这些知识包括知觉、经验、视觉感受、判断力等，而音乐、文字、图形符号等形成的外显性知识又通过视觉、触觉、听觉、多媒体等内容展现出来，和用户的内隐性知识互相作用，心理护理医疗产品的设计主要就是共享知识库的建立。

数据分析的具体方法为：获取老年高血压患者的隐性知识，通过对老年高血压患者的自身因素和心理研究，探讨其感觉和需求，并对老年高血压患者的感性意向进行辨认、抽取和归纳。结合语义差异“semantic differential”法，抽取对立语义关键词：尖角、圆滑；大、小等。对100名老年高血压患者的喜好进行调查。将老年高血压患者的内隐知识反映在Likert3级量表上，运用统计的方法分析其规律，求出受众态度均值：

并体现到技术特性优先权B中[4]。B分为7级(7为最重要)：1(A≤0.4)；2(0.4

2.3 硬件设计

系统硬件构成包括：虚拟环境产生器、输入输出设备、数据接口等[5]。虚拟现实技术类型采用沉浸的虚拟现实系统，依据老年高血压患者的具体情况设计智能眼镜。体系结构及控制功能如图3和图4所示。

2.4 产品效果

1)外观。老年人高血压心理医护产品的目标用户为体弱多病心理脆弱的老年人，他们追求稳定性、亲和性，又害怕被社会淘汰，故多喜好圆滑的外形，在保守中追求现代感。他们身体机能退化，学习成本提高，容易对复杂的事物产生恐惧心理。基于此，在设计时避免“尖角”给老年人带来的不安全感，圆润的造型处理更具有亲和力，造型极简但富有变化。

2)色彩。综合考虑老年高血压患者喜爱的颜色及可增强科技感的配色，采用黑色、银灰色、蓝色，增强老年患者对产品的喜爱度，并增加产品的现代感。上蓝下黑，上轻下重，层次分明，富有视觉安全感。

3)功能。考虑到老年高血压患者的生理心理，采用智能眼镜设备,便于携带。数据处理装置位于镜片上方，控制功能均位于此，与镜片造型一致，不会影响整体美观；鼻梁鼻托采用医学硅胶提供更加舒适的脸部贴合感，红外摄像头位于前方，方便操作识别，两者相结合，产品结构得到简化；镜腿上的脑电波传感装置可以感应老年高血压患者的心理状态；耳机采用入耳式，可以加强老年患者的沉浸感，通过磁铁与镜架端部相配合，耳机线藏于镜腿中，节省空间，使用时将耳机拔下，可随意调整耳机线的长度。

4)界面。采用老年人偏爱的邻近色方块式，保持整体简洁并具备一定的差别度，易于观察，图文加声音反馈，弥补老年人视觉退化的缺陷。设计效果图如图5、图6所示。

2.5 测试与评价

对老年高血压患者使用情况进行询问，使老年患者参与到高血压心理护理医疗产品的设计改进中，主要测试以下三个方面：图像是否清晰、提示语音是否清晰；操作是否简便；看法、感受。权数分配数值A=(0.3,0.27,0.1,0.15,0.18)由10名专家对要素进行评价，结果见表1。

表1 专家评价表

将表2转化为5×5单因素模糊评价矩阵R：

运用矩阵闭合加法运算[6]

B=AOR=(0.329,0.442,0.143,0.076,0.01)

运算结果显示：32.9%的人认为该产品设计“最佳”，44.2%的人认为该产品设计“较好”，14.3%的人认为该产品设计“一般”，7.6%的人认为该产品设计“较差”，1%的人认为该产品设计“极差”。根据最大隶属度原则，该产品设计“较好”。

令考核评分列向量

C=[5(最佳) 4(较好) 3(一般) 2(较差) 1(极差)]T

设计方案最终得分值为：Q=B×C=4.004(分)。

3 结论

虚拟现实技术的自身优势弥补了传统老年人高血压心理护理的不足与局限。通过三维可视化与虚拟动画模拟仿真，视觉、声音等传感器，将数字虚拟场景还原讲话场景。虚拟现实技术在老年人高血压心理护理领域中结合临床应用研究能够起到推动作用。