游戏化腿部复健设备的设计研究

李雨盈 孔斐

关键词：游戏化 智慧康复产品 康复训练 用户体验 远程互联

引言

游戏化腿部复健设备旨在为意外事故或中风等疾病导致腿部功能受损的患者提供更加人性化的康复训练。游戏化的应用能够提高患者康复训练的意愿，充分发挥患者的主观能动性，从而加快康复进度。探索国内外游戏化产品现状、康复产品的现状，并对康复产品的市场、痛点以及现有的智慧康复设备进行挖掘与调研，最后对设计的可行性与必要性做出总结。另一方面，应用下肢外骨骼智慧康复设备的产品定义、价值分析、性能分析所总结出的关键点，进行初步的产品开发设计。

一、游戏化产品研究

游戏化设计方法被广泛地应用于各领域，游戏化设计的合理运用可以改变人们的生活方式[1]，随着科技的进步与时代的发展，游戏化也将成为医疗领域的一个新的发展趋势。

（一）国外游戏化产品研究现状

国外的游戏化产品涉及诸多领域，在其中首屈一指的就是日本的任天堂公司设计的switch健身环大冒险游戏。任天堂将游戏化很巧妙地融合进健身产品当中，一时风靡全球。用户根据游戏提示做出相应的动作，达到燃脂的目的，使居家健身这一消耗体力的活动变得更有吸引力。除此之外，阿根廷Wuderman团队同样也是应用了游戏化的特点，针对儿童挑食这一现象设计了一款Yumit餐盘系统。餐盘衡量盛放食物的重量变化转变为虚拟分数，通过蓝牙传递到游戏软件中帮助通关冒险游戏，分数和进食重量呈正比，并且多吃蔬菜还会有额外的加分。这无疑会调动小孩子吃蔬菜的兴趣，使他们摄入的食物营养均衡，并培养按时吃饭的习惯，有助于儿童的健康成长。在医疗领域，加拿大Bloorview曾经为脑瘫患儿设计了一款基于Kinect体感游戏的康复活动，并通过奖励机制激发患者康复训练的兴趣[2]。

（二）国内游戏化产品研究现状

国内的游戏化产品尚未成体系，但是近年来也是各行各业大力发展的对象。值得一提的是支付宝推出的蚂蚁森林，将公益以游戏化的形式呈现给用户，用户的绿色出行、走路步数均能转化为能量用于真正的植树造林。蚂蚁庄园与蚂蚁森林的机制类似，用户通过每日答题、使用支付宝付款等任务获得饲料，喂养小鸡吃饲料可收获鸡蛋[3]，并将鸡蛋用来助力支付宝赞助的爱心项目。我国现如今在医疗方面的游戏化发展进程相对缓慢，BioFlex-H上肢运动控制评估与训练系统是国内目前来说较为成熟的游戏化康复产品。它的“大鱼吃小鱼”以及“轨迹飞行”等握力训练游戏已应用于医院，但是游戏体验欠佳[4]。

（三）国内游戏化产品的不足

我国的游戏化产品从整体上看有以下两个不足之处：第一，游戏设计单调，无法充分调动用户的能动性，例如复健训练的游戏模式单一。第二，游戏设计的情感化因素较弱，在界面设计上不够美观引人注目。除此之外国内的复健游戏多数脱离生活，无法共情用户。

（四）小结

游戏化思维可以在一定程度上增加用户黏性，通过玩游戏的过程，使玩家对游戏越来越上瘾[5]。游戏化旨在为用户提供愉悦的使用体验，以反馈引导和奖励等方式使用户实现进步与升阶，从而达到有益的目的。例如游戏化复健产品能够调动患者进行康复训练的热情，并通过游戏数据的反馈以及医生的正确指导来帮助患者身体康复。

二、康复产品现状分析

康复训练是医疗领域中至关重要的一环，为了体现社会对康复患者的关怀，医生、设计师等角色越来越关注康复产品的设计，优良的产品设计能够很大程度改善患者的康复体验。为此开展了对康复产品的前期调研与现状分析。

（一）市场挖掘

1.我国医疗行业一直以来只注重治疗，忽视康复，导致了康复医疗装备的缺乏，所以大量的下肢单肢伤残人群康复需求未得到满足[6]。国内在康复设备的设计与生产方面存在缺口。

2.因疾病或意外导致的下肢功能受损患者的群体庞大。由于脑梗塞、脑溢血、帕金森病、中风、各类肢体损伤等原因造成下肢运动障碍的老年人、年轻人的数量在逐年增加。现如今老龄化问题日趋凸显，各种老年病所引起的下肢运动障碍问题不容小觑。另外，由于车祸等意外造成下肢损伤的病例屡见不鲜，据调查数据显示，我国每年因车祸而造成的伤亡事故不低于6万起。

3.康复器械的市场前景调研。（1）产品遭垄断：高端市场被美国、瑞士等国外产品垄断，导致我国的康复器械过分依赖进口，费用高昂，普通家庭更是无法承担。国内市场还是需要加强自主研发的能力，提高自身实力，打破垄断，真正让有需求的人用得上、用得起、用得好。（2）科研待成熟：我国技术研发起步较晚，研发所面临的最大问题是如何将科研成果搬出实验室，走向市场，形成产业化。（3）政策扶持：《健康中国2030规划纲要》将符合条件的残疾人康复项目纳入医保，这为康复器械在国内的发展做好了政策支撑。（4）社会需求大：截止到目前，我国的残疾人群已超过8500万，失能失智老人超过4000万，这个庞大的群体将成为智慧康复设备的受益对象。

（二）痛点分析与解决

通过用户调研找寻痛点，并提出设计方案，得到设计的最优解。

1.用户调研：在设计前期问卷调研可以对目标用户进行细分，了解他们的痛点以及潜在的需求，进行产品的需求功能转化，找到设计的最优解。在对136名下肢受损患者开展问卷调查（75%网络问卷，25%纸质问卷）后得到如下结论：有55%的下肢训练患者对于康复训练体验不佳，且患者对于“有趣”“简单”“灵活性”的功能需求最为强烈，分别占85%、80%、80%；影响大部分患者体验满意度的因素是“康复训练无趣”，占比90%；有85%的人希望在康复训练中融入游戏，持否定态度的大多数为60岁以上的老年人。

2.痛点歸纳分析：由此可以归纳出下肢康复训练的痛点所在：训练过程中缺少人性化、趣味化因素且无法灵活选择康复训练地点，除此之外有些康复训练并非老少皆宜。随着医疗技术的进步与发展，康复设备的制造逐渐走向成熟，现如今如何改善患者的康复体验成为问题的焦点。

3.痛点解决：针对上述痛点，可以通过体感游戏设计提升用户体验，让患者在游戏中复健。将载体设定为腿部穿戴设备，能够居家使用。在家中复健的情况下设备能够提供专业康复指导，患者的游戏数据会同步到医院便于医生制订下一步的康复计划。为了拓宽用户群体，尤其提高老年患者的接受程度，可以融入适合老年人和年轻人的不同类型的游戏，以迎合市场需求。

（三）现有智慧可穿戴康复设备调研

1.国外智慧康复设备研究现状：现如今的智慧可穿戴康复设备以国外的产品居多，且应用较多的先进技术。2002年，欧洲研究小组开发出Gentle/S上肢康复训练系统，该系统引入了计算机虚拟现实环境，使患者能够通过多种感官知觉反馈与3D虚拟场景进行实时交互，该技术的实践与之前相比极大地调动了患者进行康复训练的积极性[7]。

2005年，斯坦福大学和芝加哥康复研究所联合研制了一种便携式家用远程康复系统，是一种主从式的遥控操作系统，主手由医生操控，接收患者的运动信息并向患者反馈康复的建议，从手引导患者进行康复训练并检测生物学信号[8]。从而实现了远程互联，指导患者康复。

EKSO是一款为中风患者、脊椎损伤者和有其他的神经疾病患者设计的下肢外骨骼康复治疗设备，该系统功能强大且具备3种模式，康复患者可以根据康复进度和自身的情况个性化来选择系统模式和解决方案[9]。

2.国内智慧康复设备研究现状：国内的外骨骼智慧康复设备还未形成产业化。较为成熟的是北京航空航天大学研制的大艾外骨骼机器人，通过在线反馈、智能引导、调整步助力脊髓损伤患者重新行走或使早期偏瘫患者重塑正确行走能力，且目前已完成近百例临床试验[10]。

由此看来国内的康复设备在与新技术的结合等方面仍有待创新与提高，将远程互联、虚拟现实等新技术应用到康复设备的设计与生产，并在康复训练中融入游戏化元素，这些举措将会推动智慧可穿戴康复设备在国内的发展，使康复设备的设计应用在我国的医疗领域有所突破。

（四）设计可行性与必要性分析

面对患病人数不断增加、康复训练医师占比少、康复医疗体系发展不全面的情况下，可穿戴式下肢康复设备的诞生在一定程度上使这种状况得到很好的改善[11]。它能帮助由于脑卒中等各种疾病引起的下肢不能正常运动的残障患者恢复正常步态行走，进而重新进行正常社交、改善生活质量[12]。尤其是“互联网+医疗”大背景下的智慧复健设备，在满足患者康复需求的基础之上能够优化康复训练的过程，并提高患者满意度。

可穿戴式下肢康复设备的设计方法研究是十分重要的，其包含的知识也很广泛，是一门多学科交叉的项目[13]。从目前已有研究证明，康复医师在使用可穿戴式下肢康复设备对患者进行康复训练可以省去繁重的手工训练[14]。在节省大量人力的基础之上，智慧复健设备还能够结合康复医师已有的经验来帮助患者更好的康复。

（五）小结

康复设备的设计在国内是一片广阔的蓝海，并且国家越来越重视康复患者的治愈。针对康复患者的痛点，并充分研究下肢功能障碍患者康复训练的动作来设计游戏，以此确保游戏的通用性与易用性。通过调研发现，智慧可穿戴式下肢康复设备具备设计研究价值，且市场有应用此类产品的需求，因此接下来将进行更深入的分析。

三、产品定义、价值及性能分析

医疗产品在设计时要有所突破，注重应用技术和形式内容的创新，并将人群深入挖掘。在对康复产品进行前期调研分析后，着手对游戏化下肢外骨骼产品进行分析研究，运用“5w1h”分析法、商业画布、KANO模型等明确产品的定义以及价值等。

（一）产品定义

导致的腿部功能受损患者设计的产品；WHAT：游戏化复健腿部穿戴设备；WHERE：在医院或家中使用；WHEN：进行康复训练时使用；WHY：让患者体验更加人性化的康复训练过程；HOW：通过人机交互建立患者进行体感游戏与医院专业评估、实时反馈的数据传递桥梁。基于优化患者康复训练体验的前提，明确产品的使用关键词：通用、人性化、安全性高、灵活度高、材质轻便、易穿戴、大型医院租赁或出售、符合人机工程学的设计。

下肢智能康复训练系统的设计目标是为患者和理疗师提供一种家用下肢康复恢复的方法，增加训练趣味性。家用意味着产品需结构简单、造型柔和，能够让患者即刻训练且省时省力的达到康复目的。通过物联网远程互联，仅向医院请求训练建议能够节省理疗师陪同训练的费用，降低经济负担。设计要突出游戏界面的美观，游戏和训练双管齐下，既娱乐又治愈。除此之外，确保产品的易用性是提高患者信任度的基础，因此要保障患者活动全程的流畅。

（二）产品价值及商业模式分析

1.产品价值分析：通过KANO模型分析产品的核心价值、次级价值以及增值价值。

产品的核心价值也就是产品的必备型价值，包括康复指导功能、质量安全保证、穿戴舒适、易用等，如若这一部分的需求未能得到满足，用户满意度会大幅度下降。材质方面可选铝合金、钛合金、碳纤维等金属和复合材料，使其质量轻且耐用。

产品的次级价值是用户所期望产品具备的价值，康复训练趣味化、用户受众广等，这一部分的品质表现与用户满意度呈线性相关。例如针对年轻人可以设置打怪通关游戏，检测康复动作的完成情况并使怪兽掉相应血量，闯关成功后给予一定的奖励；连连看游戏也可通过图案位置的设置引导患者完成指定动作，根据康复情况设定关卡难易程度。针对老年人可以引入广场舞游戏，激发老年人的康复积极性。

产品的增值价值即产品的魅力型价值，色彩造型符合審美、游戏能够有创意吸引人、界面美观、有定期保养维修售后等，如若能满足用户对产品增值价值的需求，满意度则会大幅度上升。在色彩方面采用医疗产品常用的蓝色或绿色作为主导色，加以中性色灰色调和，能够缓解患者的焦虑，给人平静之感。

该产品的KANO模型如图图1所示。

2.产品商业模式：患者、医院、制造商是产品所涉及到的利益相关者，三方相互影响，使生态圈能够良性循环。患者在家中做康复训练，训练结果会私密发送到医院，医生给出训练建议反馈给用户，并收集用户对产品的使用体验与建议，然后反馈给制造商。制造商为医院提供系统及设备，并为患者提供质量与安全性等的保障，做到以用户中心进行设计，患者忠诚度的提高会为制造商带来利润从而继续改良与生产。

如表1所示为产品的商业画布，能够直观体现产品运营的商业模式。

（三）产品性能分析

1.技术实现：利用体感技术完成用户与康复设备的人机交互，穿戴设备的传感器能够将数据传递到用户的终端设备，而后通过互联网与医院远程互联，医生给出建议反馈，帮助患者康复。

如下图，图2所示为技术实现的流程图。

2.腿部穿戴產品人机工程学研究：下肢康复设备要具有良好的通用性、互换性、普遍性，即大、小腿杆及腰部的尺寸要在一定的可调范围之内[15]。在考虑下肢康复设备整体尺寸设计时需要考虑满足一个最大可调范围需求，即女性身高的最小值和男性身高的最大值。根据国家标准GB10000-1988人体的主要尺寸计算可调范围得到，大腿部的可调尺寸范围为387～523mm，小腿部的可调尺寸范围为300～419mm，腰部的可调尺寸范围为273～360mm。

（四）小结

通过对产品定义、价值以及性能的明确，总结出此类产品设计的创新点——游戏化复健与远程互联复健方式的结合。患者通过互联网能够足不出户的获得康复指导，无需常驻医院。除此之外，通过丰富的康复训练游戏的加持，使患者能够居家体验到康复训练的乐趣。

四、设计实践

综合上述设计要点，应用犀牛3D建模软件对智慧腿部可穿戴康复设备进行设计。如图3所示，为腰部固定部分，可调节周长，后部有护腰。如图4图5所示，为腿部固定支撑部分，通过旋钮创造灵活度，大腿小腿固定环可灵活根据腿围调整周长，并可以调节支撑杆长短，以适应不同身高。

经过对细节的缜密设计考量，完成整体造型及功能设计，如图6、7。

结论

“互联网+医疗”已成为康复产品设计的大势所趋。通过对游戏化相关理论及产品的研究，总结出我国游戏化产品的不足以及应用游戏化的产品的优势。除此之外，现有康复产品的研究调研能够找寻现如今市面中康复设备的痛点，针对痛点做功能与需求转化，总结出设计的可行性与必要性。最终应用收集的数据与理论对产品进行定性定量分析，研究出此类产品的设计要素，并进行设计实践探索。可穿戴外骨骼康复设备与游戏的结合，能够推动智慧医疗在康复领域的发展，以更新颖的形式提高患者对康复训练的接受程度。应用远程康复指导能够让患者灵活选择康复训练的地点，以此缓解现如今康复医疗资源紧张的情况，进而帮助医院为患者提供更好的服务。