居家场景下帕金森步态障碍早期干预产品设计研究

张萍 孙旭芳 张悦蛟

关键词：帕金森 步态障碍 居家场景 早期干预 产品设计

引言

帕金森症成继阿尔兹海默病后第二常见的神经退行性疾病[1] ，其病理改变主要位于中脑黑质及黑质-纹状体通路[2]。目前中国病患者人数约200万人，随着老龄化程度加深，帕金森患者将持续增多，且其发病呈年轻化态势。这种病的大众认知普及率低，缺乏有效的治疗和早期诊断标准、延误诊断率高、治疗率低、给家庭和社会带来了沉重的负担[3]。对该疾病的研究一直是一个世界性的话题，但都集中于医学领域，如通过量表及外界设备进行疾病的诊断、通过药物、非药物、护理等方式进行疾病的干预。设计学领域的阐述更加偏向于辅具及综述方面，而且主要集中于發病后期 。医学的诊断及干预需要凭借一定的工具、手段及方法，这也为设计介入帕金森疾病管理提供了相应的媒介。

一、帕金森步态障碍

PD的症状分为两种，以震颤、肌强直、运动迟缓和姿势不稳等为主要临床表现的运动症状[4]，以认知功能减退、神经精神症状、自主神经功能紊乱、睡眠障碍、感觉障碍等为表现的非运动症状[5]。步态功能障碍是患者运动能力丧失的重要体现，经常导致摔倒等意外的发生，然而早期症状一般不易察觉，直到后期频发时才能引起重视，但为时已晚。因此要尽可能早地实现疾病症状评估，并采取相应的干预措施，最大化减轻疾病对患者生理及心理的影响。

（一）帕金森步态障碍分类：

帕金森步态障碍在不同时期有不同表现症状。疾病早中期主要是步幅、行走节律、双重执行功能等发生轻微变化，一般低于正常水平，这个时期人类对于疾病的可控性较高。随着疾病恶化，跨步时间的不规律性变得越来越显著[6]。此外，步态障碍往往与双重任务执行能力受损相关联，该阶段注意力与行为常常不能兼顾而导致的摔倒成为对患者造成危害的重要因素。Rochester等[7]检测了130例帕金森病患者在单一任务状态及双重任务状态下的行走情况，发现两种状态下的步行速度均受到了对跌倒的恐惧的影响，并且造成了步行速度减慢的谨慎步态。

晚期症状以步态慌张及步态冻结为主，孙倩等指出，慌张步态主要表现为行走时患者躯体不自主的前倾，为了保持重心在两脚之间而出现的快速m且细小的步伐[8]，何安琪等指在，典型的冻结步态一般为一个小于1 min的短暂的过程，表现为步行停止及患者双脚如同粘在地上。常见于起步行走或转方向时，冻结步态的发生与帕金森病患者的跌倒及自理能力减退息息相关[9]。但一定程度上的视觉提示可以帮助患者克服异常情况继续前进。

（二）帕金森步态障碍的诊断与治疗

UPDRS评估量表作为帕金森疾病有效的诊断方法 [10]，能对患者整体健康状况作一个综合性评估、但该方法主观性大、花费时间成本高。然而，目前腾讯AI研究优化了这一技术，能疾病相关指标做量化分析。PD的治疗多采用综合治疗方法，包括药物治疗、手术治疗、康复治疗、心理治疗等[11]。

（三）帕金森步态障碍的干预

早期干预作为延缓疾病恶化趋势、减轻患者负担、保持患者良好生活状态的重要手段。主要包括药物干预和非药物，非药物干预的可持续性及效果更好，主要包括：运动干预、认知干预及情感干预。而家庭是早期干预的最佳场所，居家场景下用户能得到更加更高频率、更及时的刺激，必将提高干预效果。本次研究以居家场景为基础，对此场景下的用户需求展开深入调研，并将其转换为产品设计的要求及功能要素，输出一款符合帕金森患者需求的产品。

二、以场景为基础的早期干预产品设计流程

（一）基本定义及应用

场景（Scenario）概念源自于戏剧领域中，是指在特定的空间、时间内发生的一定的任务行动或画面[12]。产品的都处在人-机-环境相互制约的大系统中，都有其自身的目的性[13]。

因此分析场景的主要目的是挖掘某个场景下用户的核心需求及实现这些核心诉求的产品载体。

此外，将场景分析法引入设计当中，能实现设计研究关注点从物到人的转换，能够在分析了解环境的基础上，将研究的重点放到人上面，通过各种用户研究方法对当前场景下的用户诉求进行深入挖掘，得到用户的核心诉求和产品的功能指标，最后，将这些指标转换为相应的产品设计实践成果进行输出，整个具体流程如图1所示：

（二）居家场景分析

居家场所作为帕金森早期干预的主要场所之一，通过关注患者普遍性的居家情况，能比较准确地把握其需求及产品设计的整体大趋势。居家场景对早期干预的限制主要存在以下几个方面：（1）人群维度：患者和照护者作为非专业人士，一般不具备完善的疾病相关的基础专业干预知识，为了保证其与专业医疗场景下的效果并无明显差异，必须降低人群对知识的隐形需求。（2）基础医疗设施维度：居家环境缺乏完备的医疗设施，因此考虑其不足性对设计产生的影响，但人工智能技术的快速发展降低了帕金森早期干预的门槛，能为医疗产品的居家化设计技术支撑和成果实现保障，为居家场景下医疗设施的可实现性提供了基础。（3）干预条件维度：专业场所一般有专业人员的辅助，而在居家场景下，一般由患者独自或家属协助完成，因此干预条件要满足其基本认知条件的基础上达到易用、好用等目标。（4）费用维度：专业场景下耗费经济成本一般较高，但在居家场景下，为了减轻患者及家属经济负担。应尽可能降低干预成本。（5）信息获取维度：相对与专业场景，居家场景相对闭塞，信息获取渠道有限，信息获取效率不高，对信息感知存在偏差，因此要让居家场景下的信息能及时地反馈更新给患者，提高他们对于疾病的认知度，如表1。

（三）设计介入居家场景的方式

1.把整个家庭环境都作为早期干预场所

相较于居家场景、专业场所的干预时间和空间是有限的，干预效果必定会大打折扣。而帕金森患者的生活模式无异于常人，家庭是比较理想的干预场所，各种要素都可以按照自身需求自由支配，不仅进行了时间和空间维度的横纵向延伸，保证了干预时间和干预场所最大化，也提高了干预的频率，并及时保证了干预效果。

2.以居家场景下的使用产品作为干预载体

以患者日常生活息息相关的产品作为干预媒介，能在用户与产品的交互中不自觉地给予用户干预刺激，这种形式符合用户的心智模型和基本生活习惯，减轻了其对新事物的学习成本，能在最大程度上提高产品的易用性及可用性，保证最后理想干预效果的实现。因此在产品设计中要着重考虑以下两方面要素：一是产品本身具备干预能力，能与用户交互过程中对用户施加干预信息刺激，弥补用户行为能力的缺失。二是产品要符合人群对居家化医疗产品的需求，如实用、美观、经济、易用、好用等，

3.通过产品系统设计来实现干预的连续性

为了保证良好的干预效果，不仅仅依靠单一产品，可以构建一个完整的系统来满足其效果的连续性及高频性。

4.为系统中的产品增加干预功能

根据不同的疾病状态，对患者提供相应的干预方案，如对于姿势不稳患者通过日常干预系统改善其平衡力及稳定性特征，对于步态冻结和步态慌张患者辅助其顺利行走的同时增加信息注意力提醒功能，能减轻患者危险意外的发生，改善身体状态。

三、基于场景的用户需求调研

（一）研究对象分析

用研对象主要包含包括医生和患者两个群体，患者一般缺乏对疾病基本状况的了解，心理负担比较重，因此要从居家和专业两个维度对患者的痛点进行挖掘。医生群体拥有丰富的实践经历、扎实的理论研究知识、普遍的疾病问题，在调研医生用户的过程中要对其诊断方法、干预方法及整个过程中遇到的痛点问题展开研究。

（二）用户需求的总结

两种场景下用户需求要素是一致的，专业场所下拥有更多满足用户需求的基础设施：如方便的医患沟通条件、疾病状态的及时把控等条件。而在居家场景下这些条件都是相对匮乏的，如联系医生不便、缺乏疾病相关的管理知识、干预信息的获取比较困难，因此病人有了疾病进程掌控和医生快速联系等需求，如表2。

（三）帕金森步态障碍干预系统的构建

帕金森居家需求滿足的限制条件较多，对专业医师的依赖性也高。但随着人工智能技术的激素发展，人类对疾病的研究不断深入，能够通过各种智能设备对人体状态进行评估，使得神经系统疾病的检测成为可能，与传统诊断方式相比，其准确性更高，诊断效果更好，能降低主观性对患者造成的影响，具有广泛的应用空间及发展潜力。

云计算技术与云存储技术[14]的发展，能使得不计其数的样本在短时间内得到分析和存储。首先，将分散在不各个区域、各个医疗机构的数据存储在云端，同时借助该技术的超强计算能力，对海量样本进行处理并得出结果，最终实现数据共享。系统可以使用户在任何时间、任何地点，使用任何设备将终端采集的多通道的人机交互生理数据传入云端，同时实时反馈疾病的判定结果，具有可扩展、易维护、安全性高、实时性、精度高等特点，有效解决传统医疗诊断过程的独立、分散、效率低下以及诊断结果不精确的问题 [15]。

此外，视频诊断技术、体感交互等相关技术已经显示出了在神经系统疾病检测中的应用潜力，是帕金森医疗产品设计的关键技术，减少专业人工人士的介入、能大大提高交互的易用性，其还可以突破时空限制，让帕金森的居家干预训练成为可能，也可以很方便地融入老年人的居家生活，打造更加完善的帕金森物联网医疗系统。

以上述人工智能技术为基础，结合用户需求，构建了帕金森步态障碍早期干预的系统。主要有用户、设备、输入端、处理端及输出端等几个部分组成。在用户与设备进行人机交互的过程中，以交互设备作为信息媒介，对居家场景下的用户日常数据信息进行采集，然后将采集的数据输送到处理端，处理端对获取的数据进行预处理后，转化为交互行为数据，处理端主要包含采集数据的融合、诊断模型的训练、综合诊断评估（深度学习诊断模型、评估量表及医生经验来综合评估）等3个模块，首先，将转化的交互行为数据进行融合，然后，依据深度学习算法训练得到诊断模型，最后，可以利用诊断模型对帕金森患者的整体病情作一个综合性的评估，并将诊断结果输出到输出端，输出端提供了诊断反馈，包括诊断及检查报告、个性化康复训练方案推荐及用药方案推荐等。处理端同时也部署了数据存储单元，样本病历以、诊断模型以及医学知识和病人信息的存储情况。此外，医生也可以按照具体实际情况随时介入整个过程。总的来说，经过以上步骤，就可以构建居家场景下帕金森步态障碍患者早期诊断与干预的系统模型，如图2。

（四）干预产品的设计要求及设计方案

虽然场景不同，但居家场景和专业场景的目的相同，都是为了延缓或改善患者身体状况，因此基本的诊断与干预方法是一样的。但在人员知识专业性及医疗条件完善度等方面居家场景略微次于专业场景，因此为了满足居家场景下用户的干预需求，对居家场景下的产品设计提出了新要求，并产生了相应的设计要求及设计方案，如表3。

四、设计实践

基于用户需求及产品设计要求的规划，进行了帕金森步态障碍早期干预产品设计的实践。构建了一个干预系统，主要包含软硬件两部分，软件端主要为基于互联网云平台的帕金森在线诊疗系统，主要包含首页、诊断、干预及我的四个部分：硬件端为下肢外骨骼康复机器人，作为App的外力辅助，帮助患者进行干预训练，两者共同作用实现帕金森步态障碍的早期诊断及干预。

软件端诊断主要是通过手机App拍摄居场景下的日常行为视频，然后上传至云平台，云端根据视频诊断技术对患者进行综合性评估，确定疾病分级并给予患者诊断结果反馈，患者可收到远程化诊疗记录及个性化干预方案。此外，还包括首页、干预、我的等几个模块。首页主要是一些帕金森相关知识的科普，帮助患者更好地了解疾病，提高病人及家属的认知水平。干预模块主要在外骨骼产品的辅助下帮助患者做干预训练，包括一些普遍化干预方案及个性化推荐方案，我的模块主要是一些基本信息设置，如查看诊断及干预的报告、在线咨询医生等。其软件平台框架和界面如图3和图4：

硬件端外骨骼与手机云平台连接，可以同时结合软件端的训练方法辅助干预，其包含主动和被动两种模式，主动模式下可以为患者提供动力，主动模式下为患者提供阻力，根据不同步态能力进行自适应。此外，还可以根据患者运动状况随时采集人体相关数据信息如运动的快慢、启动、转向停止等用于信息并上传到手机端，进行疾病的整体评估及干预措施的采取。产品整体色调以白色为主，蓝色为辅助色，给人一种安心、安全、健康的意象感知，符合家用医疗产品的色彩需求，同时也能营造视觉上的舒适度，如图4。

总结

伴随着科学技术的迅猛发展、人类对疾病研究的持续深入及人理念的不断转变，关于神经系统疾病相关的早期干预产品必定会越来越多，居家场景在用户日常生活场景占着举足轻重的定位，关于其相关研究必将会迎来快速且高效的发展。本文通过用户研究，分析总结了居家场景下用户的干预需求，结合用户干预需求及进行产品功能的规化及康复辅具设计方案的输出，延展居家康复模式的基础上使得整个过程更加智能化、数据化，结合互联网设施实现了整个过程的云端化。以硬件实体设备为载体，通过人与产品的交互采集人体信息，同时根据采集的信息去控制产品的基本工作，通过人机交互的双向性，搭建了患者与实体产品间的沟通桥梁，有利于提高干预质量及效果，以“人机”的基本思维出发，优化人机交互过程，给予用户更加良好的用户体验。