虛擬現實技術在老年人高血壓醫護產品設計中的應用

張思睿，李 婕，王 睿，鄭 昊，崔志強,趙 瑋

(1.承德石油高等專科學校 a.電氣與電子工程系；b.機械工程系，河北 承德 067000；2.湖北工業大學 工業設計學院，湖北 武漢 430068)

高血壓是全球范圍內的重大公共衛生問題。隨著人口老齡化，我國老年人群高血壓患病率不斷增加。目前有研究者運用對比實驗的方法發現，高血壓與心理因素有密切關系，老年高血壓患者的情緒狀態和心理變化直接影響著疾病的治療效果和康復程度[1]。隨著現代醫學模式的轉變，心理護理的作用日益受到重視，但市場上還沒有專門針對老年高血壓患者心理護理的醫療產品。針對這一點，采用魚刺圖對老年高血壓患者的心理進行分析，運用人機耦合思想、感性工學、語義差異法，通過計算制出參數優先權陣圖，對老年人高血壓心理醫護產品進行設計，運用矩陣閉合加法運算對產品進行模糊評價，希望可以推進老年高血壓治療的進步。

1 魚刺圖分析

1.1 魚刺圖法

魚刺圖又稱因果分析圖，1953年首次應用于日本，后移植到安全分析方面，成為一種重要的事故分析方法，針對結果，分析原因，先主后次，層層深入，繪制的分析圖形像一條完整的魚骨刺[2]。用這種方法分析事故，可清楚主要原因，從而明確預防對策。

1.2 老年高血壓患者心理的魚刺圖分析

運用安全系統工程學中的魚刺圖對老年高血壓患者負面心理產生原因進行分析，把導致老年高血壓患者產生負面心理的復雜原因系統化、條理化。如圖1所示。

2 方案設計

基于虛擬現實技術的老年人高血壓護理醫療產品可以打破傳統醫療方式的局限性，調動老年高血壓患者積極性。通過數字影像將心理引導和生理治療結合起來，構建一個心理護理康復平臺。對于老年高血壓患者來說，住院治療不再只是冰冷的器械、壓抑的白墻、刺鼻的藥水味和陌生的環境，更多的是人情味、趣味。對于醫生來說，采取恰當的診療手段，加上虛擬現實本身帶來的心理護理輔助治療，可以使治療更為有效。

2.1 軟件流程設計

以老年高血壓患者為中心，運用人機耦合思想，通過老年高血壓患者隱性知識與設計知識的匹配實現產品的可用性是核心問題之一。追其根本，實際上就是信息對于老年高血壓患者心理影響的實現研究。軟件設計充分考慮老年高血壓患者的身份特征、理解能力、接受能力。在心理護理醫療產品的人機耦合中，心理護理醫療產品傳達的信息主要是顯性知識，老年高血壓患者的理解則是靠其所具有的隱性知識，設計時要充分考慮兩者之間的匹配關系，實現人機耦合最大化。

在探索最佳的過程中，我們采用以下映射公式來進行判定[3]:

式中：Kp為顯性知識；Ku為隱性知識；C取值范圍為0～1，數值越大越好，1為理想狀態。基本實現流程如圖2所示。

將老年高血壓患者知識管理庫中的信息進行知識分類，明確需要運用的顯性知識，結合老年高血壓患者隱性知識，得出最優方案。運用感性工學的方法把設計所需要的知識細分，結合老年高血壓患者個性特征和認知特征，運用語義差異法構建語義詞對，最終構建出參數優先權矩陣圖，為老年高血壓患者隱性知識的獲取以及人機耦合設計提供理論支持。

2.2 數據分析

對老年高血壓患者知識匹配關系進行具體分析。年齡、性格、文化影響著老年高血壓患者內隱性知識，這些知識包括知覺、經驗、視覺感受、判斷力等，而音樂、文字、圖形符號等形成的外顯性知識又通過視覺、觸覺、聽覺、多媒體等內容展現出來，和用戶的內隱性知識互相作用，心理護理醫療產品的設計主要就是共享知識庫的建立。

數據分析的具體方法為：獲取老年高血壓患者的隱性知識，通過對老年高血壓患者的自身因素和心理研究，探討其感覺和需求，并對老年高血壓患者的感性意向進行辨認、抽取和歸納。結合語義差異“semantic differential”法，抽取對立語義關鍵詞：尖角、圓滑；大、小等。對100名老年高血壓患者的喜好進行調查。將老年高血壓患者的內隱知識反映在Likert3級量表上，運用統計的方法分析其規律，求出受眾態度均值：

并體現到技術特性優先權B中[4]。B分為7級(7為最重要)：1(A≤0.4)；2(0.4

2.3 硬件設計

系統硬件構成包括：虛擬環境產生器、輸入輸出設備、數據接口等[5]。虛擬現實技術類型采用沉浸的虛擬現實系統，依據老年高血壓患者的具體情況設計智能眼鏡。體系結構及控制功能如圖3和圖4所示。

2.4 產品效果

1)外觀。老年人高血壓心理醫護產品的目標用戶為體弱多病心理脆弱的老年人，他們追求穩定性、親和性，又害怕被社會淘汰，故多喜好圓滑的外形，在保守中追求現代感。他們身體機能退化，學習成本提高，容易對復雜的事物產生恐懼心理。基于此，在設計時避免“尖角”給老年人帶來的不安全感，圓潤的造型處理更具有親和力，造型極簡但富有變化。

2)色彩。綜合考慮老年高血壓患者喜愛的顏色及可增強科技感的配色，采用黑色、銀灰色、藍色，增強老年患者對產品的喜愛度，并增加產品的現代感。上藍下黑，上輕下重，層次分明，富有視覺安全感。

3)功能。考慮到老年高血壓患者的生理心理，采用智能眼鏡設備,便于攜帶。數據處理裝置位于鏡片上方，控制功能均位于此，與鏡片造型一致，不會影響整體美觀；鼻梁鼻托采用醫學硅膠提供更加舒適的臉部貼合感，紅外攝像頭位于前方，方便操作識別，兩者相結合，產品結構得到簡化；鏡腿上的腦電波傳感裝置可以感應老年高血壓患者的心理狀態；耳機采用入耳式，可以加強老年患者的沉浸感，通過磁鐵與鏡架端部相配合，耳機線藏于鏡腿中，節省空間，使用時將耳機拔下，可隨意調整耳機線的長度。

4)界面。采用老年人偏愛的鄰近色方塊式，保持整體簡潔并具備一定的差別度，易于觀察，圖文加聲音反饋，彌補老年人視覺退化的缺陷。設計效果圖如圖5、圖6所示。

2.5 測試與評價

對老年高血壓患者使用情況進行詢問，使老年患者參與到高血壓心理護理醫療產品的設計改進中，主要測試以下三個方面：圖像是否清晰、提示語音是否清晰；操作是否簡便；看法、感受。權數分配數值A=(0.3,0.27,0.1,0.15,0.18)由10名專家對要素進行評價，結果見表1。

表1 專家評價表

將表2轉化為5×5單因素模糊評價矩陣R：

運用矩陣閉合加法運算[6]

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

運算結果顯示：32.9%的人認為該產品設計“最佳”，44.2%的人認為該產品設計“較好”，14.3%的人認為該產品設計“一般”，7.6%的人認為該產品設計“較差”，1%的人認為該產品設計“極差”。根據最大隸屬度原則，該產品設計“較好”。

令考核評分列向量

C=[5(最佳) 4(較好) 3(一般) 2(較差) 1(極差)]T

設計方案最終得分值為：Q=B×C=4.004(分)。

3 結論

虛擬現實技術的自身優勢彌補了傳統老年人高血壓心理護理的不足與局限。通過三維可視化與虛擬動畫模擬仿真，視覺、聲音等傳感器，將數字虛擬場景還原講話場景。虛擬現實技術在老年人高血壓心理護理領域中結合臨床應用研究能夠起到推動作用。