膝踝足矯形器的舒適性設計研究

孫寧娜 景逸蕓

關鍵詞：膝踝足矯形器 舒適性 產(chǎn)品設計 評價因素 評價體系

引言

矯形器（Orthoses）是作用于軀干及四肢，以改善人體神經(jīng)、肌肉、骨骼系統(tǒng)功能障礙等為目的，符合生物力學原理的體外支撐裝置[1] 。根據(jù)矯形器所涉及的部位分為上肢矯形器、下肢矯形器和軀干矯形器[2] 。

膝踝足矯形器（Knee-ankle-foot orthosis，KAFO）是下肢矯形器的一個支類，其定義是“圍繞膝踝關節(jié)及足部全部或部分的矯形器”，亦稱長支具。被廣泛應用于下肢骨折、關節(jié)炎、關節(jié)手術后的康復治療以及異常步態(tài)的矯正治療中，其主要作用分為以下幾類：

（一）穩(wěn)定和支持 ：通過對膝踝關節(jié)功能位的限制，穩(wěn)定關節(jié)，恢復其承重功能[3] ;

（二）固定和保護：通過對損傷肢體或關節(jié)的固定和保護，減輕疼痛，促進損傷痊愈，多用于治療膝關節(jié)及脛骨中上段骨折;

（三）預防和糾正：通過對下肢的非正常力線的矯正，主要用于“O”形腿“X”形腿的矯正治療。

膝踝足矯形器作為一種下肢康復輔助器具，在使用的過程中需與下肢長時間大面積接觸。因此，使用是否舒適成為影響其用戶體驗的重要因素。現(xiàn)有的膝踝足矯形器設計僅僅關注于產(chǎn)品治療的有效性，即穿戴后是否能夠達到輔助治療的效果[4] ，而忽視了對于其舒適性的研究。因此，本文著重進行膝踝足矯形器舒適性的研究。

一、產(chǎn)品的舒適性

（一）舒適與產(chǎn)品舒適性

Slater、Delooze等學者認為舒適是一種人的主觀感受，受到心理、生理等因素的影響，它是生理與心理兩種過程結(jié)合后產(chǎn)生的結(jié)果[5-6] 。產(chǎn)品舒適性是用戶對于產(chǎn)品的一種主觀感受，包括生理舒適性和心理舒適性。生理舒適性是指就是在使用產(chǎn)品時，不考慮任何主觀因素，單純從用戶的生理特征去評價、體驗產(chǎn)品的一般舒適性，如：尺寸舒適性、材料舒適性等;而心理舒適性是指用戶在使用產(chǎn)品時，在文化、滿足個人喜好等精神元素方面的舒適性需求，如：審美舒適性等。

（二）產(chǎn)品舒適性研究現(xiàn)狀

目前關于舒適性的研究主要集中在汽車、座椅、服裝等方面，尤其在座椅和服裝方面，它們的舒適性研究已經(jīng)形成一些體系和方法。例如：汽車座椅舒適性的研究側(cè)重于生理舒適性即汽車靜態(tài)舒適性和動態(tài)舒適性的研究，受到人機尺寸、坐姿方式、汽車震動等因素的影響;而座椅舒適性主要為生理舒適性與生理舒適性的研究，受到例如座椅尺寸，坐姿方式等因素的影響;服裝舒適性則大多為生理舒適性即面料舒適性方面的研究，受到面料的透氣性、面料的冷熱感等因素的影響。對于不同的產(chǎn)品，其舒適性的研究方向存在差異，舒適性的影響因素也并不相同。

二、膝踝足矯形器舒適性研究

（一）膝踝足矯形器舒適性研究現(xiàn)狀

目前關于膝踝足矯形器舒適性研究較少。在20 02年Jmaes.f.Knight[7] 從產(chǎn)品的外觀感受和用戶對產(chǎn)品的六個焦慮因素（情感、依附感、危害、知覺變化、移動和焦慮感）出發(fā)對產(chǎn)品的舒適性作出了分析研究，但并未從產(chǎn)品本身材料、操作行為等進行研究。而國內(nèi)關于膝踝足矯形器舒適性研究大多為單維度研究，大多為人機尺寸方面的研究，研究不夠全面。

（二）膝踝足矯形器的舒適性及其影響因素

Hertzberg認為舒適與不舒適是兩種知覺狀態(tài)，所謂舒適就是沒有不舒適的感覺[8] 。因此，被試有無不舒適的體驗是決定產(chǎn)品舒適性的根本性指標。因此，本文采用用戶觀察與訪談的方式對于膝踝足矯形器的舒適性進行了研究，在研究過程中，通過對膝踝足矯形器穿著過程中不舒適點的分析，了解哪些因素會影響膝踝足矯形器的舒適性，從而得到衡量膝踝足矯形器舒適性的評判標準，為后期膝踝足矯形器舒適性評價體系的建立提供了參考。

1.用戶研究：通過用戶觀察與訪談的方式，對于被試的膝踝足矯形器使用過程中不舒適點的記錄，提取出膝踝足矯形器使用中的不舒適點。最終，對于不舒適點進行分析，歸納總結(jié)膝踝足矯形器生理舒適性的影響因素。

2.研究過程：選取10名具有一定產(chǎn)品設計基礎的被試，穿上矯形器進行靜坐、起立、行走等動作;為時1h，在體驗的過程中，將不舒適的點寫在卡片上。

研究過程中，拍攝剛帶上矯形器、帶上矯形器，30min左右、脫下矯形器三個階段的視頻，分析用戶行為與表情（如圖1）。而后進行訪談，了解出現(xiàn)微動作或者微表情的原因，提取不舒適點。

結(jié)束后，對同一名被試相近的不舒適點的描述進行剔除，共以下18個不舒適點，根據(jù)出現(xiàn)次數(shù)從高到低進行排列，如表1。

3.研究結(jié)果：通過研究提出現(xiàn)有膝踝足矯形器不舒適點，并對膝踝足矯形器舒適性及其影響因素進行歸納總結(jié)，如表2。

由表2可知膝踝足矯形器的舒適性主要分為四類組成：尺寸舒適性、材料舒適性、結(jié)構(gòu)舒適性和行為舒適性。

（1）尺寸舒適性：尺寸舒適性是指膝踝足矯形器的形態(tài)尺度與用戶形態(tài)、運動參數(shù)匹配的契合性。其影響因素為用戶的個體差異性等，需考慮用戶的腿長、腿圍、大小腿比例等的人體尺寸和肌肉關節(jié)等的活動限度。

（2）結(jié)構(gòu)舒適性：結(jié)構(gòu)舒適性是指構(gòu)成膝踝足矯形器結(jié)構(gòu)的完整性，包括合理的支撐點以及各部分結(jié)構(gòu)之間的位置、體量與使用者之間的關系。其影響因素包括壓力面積、尺度關系、是否有伸展空間等。

（3）材料舒適性：膝踝足矯形器的材料主要分為兩種：支撐性材料與接觸性材料（如圖2）。

以不銹鋼等金屬為主的支撐性材料，主要起到支撐固定作用。在保證產(chǎn)品功能的情況下，支撐性材料的舒適性主要考慮其材料的輕量化，影響因素包括材料的硬度、重量等。以織物類為主的接觸性材料則起到防護作用。接觸性材料的舒適性則偏向于考慮材料的吸濕性等，其影響因素為材料的觸感、透氣性和彈性等。

（四）行為舒適性

行為舒適性是指膝踝足矯形器的操作交互方式與用戶行為習慣之間的契合性[9] 。其影響因素包括操作的便捷性、身體運動的協(xié)調(diào)性等。

三、基于設計視角的膝踝足矯形器的舒適性設計策略

膝踝足矯形器的設計一般給用戶傳遞兩種信息，一種是理性的信息，如矯形器的產(chǎn)品功能、材料、工藝等;另一種是感性信息，如矯形器的外觀、色彩等[10-11] 。前者是下肢矯形器產(chǎn)品存在的基礎，而后者則更多地與下肢矯形器產(chǎn)品的形態(tài)相關，兩者均會影響用戶使用時的舒適性。基于對膝踝足矯形器舒適性影響因素的研究，提出以下設計策略：

（一）人機的契合性策略

人機的契合性指膝踝足矯形器的形態(tài)尺度與用戶形態(tài)、運動參數(shù)之間的匹配性。其形態(tài)尺度設計應以人體下肢的主要尺寸信息為基礎和參考依據(jù)，能夠適應不同尺寸、體態(tài)和運動狀態(tài)的用戶。由于用戶自身尺寸的不同，將矯形器的尺寸進行劃分，分為S，M，L;矯形器尺寸為可調(diào)節(jié)尺寸，以適應不同用戶的需求。魔術貼結(jié)構(gòu)，自由調(diào)整圍度大小。

（二）材料的輕便性策略

膝踝足矯形器的構(gòu)造與使用的材料有密切關系。現(xiàn)有大多數(shù)的膝踝足矯形器支架材料方面主要使用的是合金鋼，佩戴起來過于笨重，增加了用戶的不舒適感，設計中應選取更加輕便的材料，例如碳纖維，在保證膝踝足矯形器使用功能的同時減少過于笨重給用戶帶來的不適感。以織物類為主的接觸性材料則起到防護作用，應選取透氣性良好和彈性適中的面料。

（三）結(jié)構(gòu)的合理性策略

由于膝踝足矯形器在用戶使用的過程中需與人體長時間大面積接觸，其結(jié)構(gòu)設計須符合人體的基本結(jié)構(gòu)與使用習慣，不合理的結(jié)構(gòu)會增加用戶的不舒適性。例如在膝踝足矯形器的使用過程中，難免需要搬動下肢，手放置位置的設計尤為重要，不合理的位置設置會增加用戶搬動下肢的難度（如圖3），造成不舒適的體驗。

（四）行為的靈便性策略

膝踝足矯形器的適用人群下肢靈活度不高，穿戴的方式尤為重要。現(xiàn)有的膝踝足矯形器的穿著方式大多為綁帶式（如圖4），繁復的綁帶增加了用戶穿著的難度，使其在使用的過程中因操作不便而產(chǎn)生不舒適。因此，在設計的過程中，需對用戶的穿戴方式進行簡化并縮減人體的活動范圍，讓穿戴更加靈便，提高用戶在穿戴過程中的舒適性。

例如將膝踝足矯形器的主體分為4個部分，中間用軸點進行連接（如圖5），原有膝踝足矯形器需要5條以上魔術貼進行固定，改良過的結(jié)構(gòu)僅2條魔術貼進行固定。簡化并縮減了人體的活動范圍，讓穿戴更加靈便，提高了用戶在穿戴過程中的舒適性。

小結(jié)

本文通過對膝踝足矯形器舒適性進行研究，分析總結(jié)了膝踝足矯形器舒適性的影響因素，并通過對膝踝足矯形器舒適性影響因素的研究總結(jié)出膝踝足矯形器舒適性設計策略。本文對膝踝足矯形器舒適性設計研究具有一定的參考價值，通過對膝踝足矯形器舒適性研究，總結(jié)出膝踝足矯形器舒適性的影響因素，為后續(xù)膝踝足矯形器舒適性評價體系的建立創(chuàng)造條件。