基于AHP層次分析法的家用腦卒中康復(fù)儀設(shè)計研究

魏博翰 王建華 趙博

關(guān)鍵詞：腦卒中 AHP 康復(fù)儀設(shè)計 特殊群體設(shè)計 醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計。

引言

2019中國卒中報告顯示，腦卒中仍然為我國人群過早死亡和疾病負(fù)擔(dān)的首要原因，同時伴隨著老齡化程度的增加，腦卒中患病比例及危害性具有一定的潛在上升風(fēng)險[1]，因此針對腦卒中患者的治療及康復(fù)的要求也變得更加具有迫切性和全面性，即除了加強(qiáng)優(yōu)化專業(yè)醫(yī)療環(huán)境條件下的專業(yè)治療方式外，在不具備專業(yè)條件的家庭環(huán)境中也應(yīng)當(dāng)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)妮o助康復(fù)治療。目前國內(nèi)針對家用腦卒中康復(fù)儀的研究較少，加之腦卒中患病人群具有一定的特殊性，所以文獻(xiàn)選擇采用AHP方法對專家級意見分析的方式[2]，根據(jù)項(xiàng)目組多為專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜依蠋煹囊庖姡Y(jié)合針對部分患者的問卷調(diào)研結(jié)果，對產(chǎn)品的功能需求進(jìn)行優(yōu)先級排序，根據(jù)排序結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和優(yōu)化，為腦卒中患者的家用康復(fù)治療提供硬件解決方案。

一、AHP與家用康復(fù)儀概念分析

（一）AHP。AHP層次分析法由美國運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授薩蒂于20世紀(jì)70年代初提出，是指將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法[3]。

（二）家用腦卒中康復(fù)儀。家用腦卒中康復(fù)儀是針對腦卒中患者在離開專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)之后，仍然可以配合專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的輔助康復(fù)治療的家用醫(yī)療產(chǎn)品，目的是使患者可以緩解病癥帶來的痛苦，同時更加全面的在非專業(yè)醫(yī)療環(huán)境下進(jìn)行康復(fù)治療。該產(chǎn)品定位家用醫(yī)療輔助康復(fù)產(chǎn)品，目標(biāo)人群為腦卒中患者這一相對特殊的病患群體，因此在用戶需求及產(chǎn)品功能組成上將面對一個復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題[4]。

（三）AHP與家用腦卒中康復(fù)儀項(xiàng)目結(jié)合必要性。家用腦卒中康復(fù)儀所涉及的醫(yī)療產(chǎn)品定位、工作原理、非專業(yè)使用環(huán)境、行動力下降甚至受損的病狀特征及中老年占比較高的目標(biāo)人群構(gòu)成了非常復(fù)雜的需求系統(tǒng)。該系統(tǒng)對家用腦卒中康復(fù)儀提出了包含高可及性、高安全穩(wěn)定性、舒適性、人性化在內(nèi)的多種要求，同時市面上同類產(chǎn)品相對較少難以調(diào)研[5]。因此該項(xiàng)目在設(shè)計前期階段引入SET分析法進(jìn)行產(chǎn)品機(jī)會缺口分析[6]，在識別產(chǎn)品潛在機(jī)會后對多專業(yè)團(tuán)隊(duì)人員、患者進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品功能調(diào)研，通過AHP分析法對調(diào)研的結(jié)果進(jìn)行定量分析，以確定產(chǎn)品功能組成及各功能權(quán)重值排序，進(jìn)而確定產(chǎn)品功能形態(tài)和概念。AHP分析的關(guān)鍵在于將復(fù)雜決策問題按總目標(biāo)、各層子目標(biāo)、評價準(zhǔn)則直至具體的解決方案的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，然后用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，最后再加權(quán)和的方法遞階歸并各備擇方案對總目標(biāo)的最終權(quán)重，此最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案[7]。這種分析法處理復(fù)雜決策問題的方法更加適合此項(xiàng)目，有效減少人為主觀因素帶來的設(shè)計方向偏移與功能優(yōu)先級排序錯誤問題。

二、腦卒中病患康復(fù)需求研究

（一）SET產(chǎn)品機(jī)會缺口分析。首先結(jié)合SET分析模型，尋找潛在的產(chǎn)品機(jī)會缺口并選擇合適的機(jī)會缺口，通過網(wǎng)絡(luò)，新聞，論文等相關(guān)途徑進(jìn)行資料搜集，從社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)三個方面出發(fā)，尋找家用腦卒中康復(fù)儀的機(jī)會缺口。

結(jié)合圖表1分析得出產(chǎn)品存在的機(jī)會缺口，從社會方面，產(chǎn)品將康復(fù)治療環(huán)境轉(zhuǎn)移至家用，擴(kuò)大腦卒中的康復(fù)輔助治療范圍，同時有效緩解公共醫(yī)療資源的壓力;從經(jīng)濟(jì)方面，腦卒中康復(fù)儀針對銀發(fā)經(jīng)濟(jì)的巨大市場[8]，作為老年人健康投資的一部分，減少長期住院所帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān);從技術(shù)方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展可以結(jié)合智能手環(huán)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)[9]，加強(qiáng)子女與老人之間的聯(lián)系，幫助子女對老人的健康狀況進(jìn)行監(jiān)護(hù)。

（二）用戶需求研究。腦卒中患者多伴隨有行動力下降或受損等狀況，加之年齡多分布于中老年人[10]，因此用戶需求較為復(fù)雜，本次項(xiàng)目重點(diǎn)針對相關(guān)腦卒中醫(yī)學(xué)從業(yè)及研究人員、部分腦卒中患者及家屬，從環(huán)境、用戶、產(chǎn)品三個角度進(jìn)行訪談?wù){(diào)研，挖掘用戶的真實(shí)需求，通過不同被訪談?wù)叩纳矸莺蛯I(yè)角度，更加全面了解腦卒中患者真正的需求，訪談結(jié)果如下表。

調(diào)研結(jié)果得出從環(huán)境角度，被訪談?wù)吒幼⒅禺a(chǎn)品的收納存放、使用是否方便、是否可以合理融入家庭使用環(huán)境;從用戶角度，被訪談?wù)吒⒅禺a(chǎn)品的被接受程度、價格、舒適度、耐用程度與安全性;從產(chǎn)品角度，被訪談?wù)吒幼⒅禺a(chǎn)品的功能性、造型色彩的親合力、操作的簡介快捷性。

三、基于AHP的家用腦卒中康復(fù)儀設(shè)計要素體系

（一）家用腦卒中康復(fù)儀AHP分析模型。根據(jù)AHP分析法模型，將該項(xiàng)目分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、子準(zhǔn)則層三個部分。目標(biāo)層即最終完成目標(biāo)：達(dá)成合理有效的設(shè)計方案并且爭取較高的設(shè)計評價;準(zhǔn)則層根據(jù)前期訪談?wù){(diào)研結(jié)果，提煉與用戶相關(guān)的因素，確定為以下五個因素：質(zhì)量、操作便捷性、功能、造型色彩、舒適度;子準(zhǔn)則層根據(jù)準(zhǔn)則層五大因素進(jìn)行延伸分類，得出更加詳細(xì)的設(shè)計因素并排序，如圖2：（二）構(gòu)建判斷矩陣。根據(jù)目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、子準(zhǔn)則層中所包含的各級因素，邀請多為相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)人員對各級因素之間的重要性進(jìn)行兩兩比較，專家組成員包括5名腦卒中研究領(lǐng)域醫(yī)學(xué)教授、10名工業(yè)設(shè)計專業(yè)研究生、5名工業(yè)設(shè)計專業(yè)教授、3名相關(guān)醫(yī)學(xué)從業(yè)人員。經(jīng)過多輪商討，使專家組意見趨近統(tǒng)一，為了使判斷矩陣可以定量化，因此采用1-9的比例標(biāo)度法進(jìn)行賦值，通過數(shù)值來定義比較兩要素之間的重要性程度，如表2。

經(jīng)過對準(zhǔn)則層下個因素權(quán)重值進(jìn)行比較計算，得出計算結(jié)果其CR值為0.021<1，符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果，如表5。

經(jīng)過對功能準(zhǔn)則層下個因素權(quán)重值進(jìn)行比較計算，得出計算結(jié)果其CR值為0.063<1，符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果，如表7。

因?yàn)椴僮鳒?zhǔn)則層下兩個因素權(quán)重值相等，因此無需計算CR值，符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果，如表8。

經(jīng)過對造型色彩準(zhǔn)則層下個因素權(quán)重值進(jìn)行比較計算，得出計算結(jié)果其CR值為0.000<1，具有完整一致性，如表9。

經(jīng)過對舒適度準(zhǔn)則層下個因素權(quán)重值進(jìn)行比較計算，得出計算結(jié)果其CR值為0.037<1，符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果，如表10、11。

經(jīng)過對舒適度準(zhǔn)則層下個因素權(quán)重值進(jìn)行比較計算，得出計算結(jié)果其CR值為0.090<1，符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)其各層級、各因素之間的權(quán)重，整理數(shù)據(jù)得出綜合各因素權(quán)重排序，如圖3：

通過分析結(jié)果可知，各準(zhǔn)則層的一致性檢測均通過，證明其權(quán)重值合理可用。根據(jù)權(quán)重排序可知，在家用腦卒中治療儀的設(shè)計中，功能有效性、產(chǎn)品的質(zhì)量及舒適性等因素是設(shè)計的重心，從設(shè)計的角度，醫(yī)療產(chǎn)品仍然是家用腦卒中康復(fù)儀的首要定位，因此產(chǎn)品的功能有效性、質(zhì)量及用戶體驗(yàn)起著至關(guān)重要的作用，同時也符合AHP分析后的功能權(quán)重排列順序，經(jīng)過專家組對結(jié)果的評審，認(rèn)為該結(jié)果與家用腦卒中治療儀相符合。

四、方案輸出及評價

根據(jù)設(shè)計要素權(quán)重排序制訂家用腦卒中治療儀的設(shè)計策略，依據(jù)設(shè)計策略進(jìn)行具體解決方案、最終設(shè)計方案輸出及設(shè)計評價。

（一）設(shè)計策略

1.功能有效性。通過與團(tuán)隊(duì)相關(guān)醫(yī)學(xué)研究人員的交流及家用腦卒中治療儀的工作原理，即利用直流電刺激引導(dǎo)治療腦部病灶區(qū)，得出結(jié)論為保證產(chǎn)品的功能有效性，需要確保電極片與患者側(cè)面頭部牢靠穩(wěn)定的接觸，同時由于病灶區(qū)位置因人而異，產(chǎn)品需要具備一定范圍的調(diào)節(jié)功能。

2.產(chǎn)品質(zhì)量。作為一款家用醫(yī)療產(chǎn)品，通常具有特定的使用要求及時長，根據(jù)家用腦卒中治療儀的醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)建議，該產(chǎn)品在使用時建議患者在坐姿或臥姿狀態(tài)下，同時使用時長為每次30分鐘，根據(jù)使用要求可知該產(chǎn)品面臨極端環(huán)境，劇烈碰撞的可能性較小，質(zhì)量方面主要面臨的是如尺寸調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)等相關(guān)功能結(jié)構(gòu)的使用壽命，材質(zhì)的耐磨耐腐蝕性等問題。

3.舒適性。在佩戴使用時長達(dá)到30分鐘的情況下，患者在使用時的舒適度問題顯得尤為重要，針對這一問題，除了人機(jī)尺寸方面的高要求之外，還可以考慮通過產(chǎn)品自身減重、具有親膚性的材質(zhì)、增加適當(dāng)?shù)膴蕵坊δ苻D(zhuǎn)移注意力等方法。

4.目標(biāo)用戶需求。考慮家用醫(yī)療產(chǎn)品本身應(yīng)當(dāng)具備的功能與設(shè)計要素之外，腦卒中患者本身所具有的行動不便，年齡結(jié)構(gòu)偏大等特征也是設(shè)計策略中重要的一部分[12]，因此在確保家用腦卒中治療儀的功能、質(zhì)量及舒適性的前提下，需要根據(jù)腦卒中患者這一特殊群體進(jìn)行適當(dāng)合理的關(guān)懷，譬如減少甚至移除頭部佩戴部分的按鈕，以減輕患者抬手操作的不便性;一次調(diào)節(jié)長時間固定尺寸，以減少對家用腦卒中治療儀的重復(fù)操作等。

（二）設(shè)計方案。

如圖4為家用腦卒中治療儀主要工作區(qū)域，結(jié)合功能有效性分析，需要確保紅色區(qū)域與腦部的穩(wěn)固貼合，因此除了側(cè)面工作模塊需要一定的弧度貼合腦部曲線之外，還需要增加一定的軟性材質(zhì)，以確保電極片可以通過軟性材質(zhì)的自適應(yīng)形變來適應(yīng)不同患者之間的頭部曲線差異，進(jìn)一步確保貼合穩(wěn)固性，如圖5。

根據(jù)不同患者的病灶區(qū)位置存在差異，選用滑動抽拉式進(jìn)行調(diào)節(jié)尺寸會與內(nèi)部走線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖突，隨存在結(jié)構(gòu)可行性，但抽拉結(jié)構(gòu)會增加產(chǎn)品功能損壞的風(fēng)險，因此采用固定多點(diǎn)位的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，該方式的調(diào)整精度不足缺陷可以通過增大電極片面積的方式進(jìn)行彌補(bǔ)，同時降低了功能受損的風(fēng)險，如圖6。

為了減輕家用腦卒中治療儀的佩戴重量，不給患者頭部帶來過多的壓力增加舒適度，選擇將部分芯片及電子元件外置于一塊操控屏幕之中，這種方式不僅可以減輕佩戴重量，同時可以方便本就行動力受損的患者更加容易地在屏幕上進(jìn)行操控和查看相關(guān)信息，屏幕中內(nèi)置影音功能，助于患者打發(fā)無聊的治療時間，達(dá)到放松的效果，如圖7。

在造型色彩的設(shè)計上，采用了傾向于醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計特征的中性設(shè)計風(fēng)格，同時為了避免因?yàn)樵O(shè)計而對患者產(chǎn)生的誤導(dǎo)操作及審美疲勞，整體風(fēng)格采用簡潔大方的設(shè)計，使用圓潤的大輪廓賦予產(chǎn)品一定的親和力，同時與上下兩端硬朗的切角形成對比，增加產(chǎn)品層次感及視覺上降低高度，賦予整個產(chǎn)品一種簡潔輕巧的感覺，如圖8?11。

外接屏幕造型色彩上采用與頭戴部分相互呼應(yīng)的設(shè)計風(fēng)格，即整體簡潔搭配細(xì)節(jié)切角營造整體靈動輕巧的設(shè)計風(fēng)格，色彩上采用傾向醫(yī)療產(chǎn)品的中性色配色。此外接屏幕在將患者對于頭戴部分的抬手操作交互轉(zhuǎn)移至更加舒適的正常操作交互方式，同時產(chǎn)品本身搭載的遠(yuǎn)程隨身醫(yī)生功能，可以將醫(yī)生對于患者的建議即健康狀況分析反饋至屏幕端，使患者對于自己的身體狀況可以有更加詳細(xì)和專業(yè)的了解，如圖12、13。

最后階段依據(jù)計算機(jī)模型進(jìn)行制作產(chǎn)品樣機(jī)模型，通過實(shí)地佩戴體驗(yàn)，檢查外觀、結(jié)構(gòu)和人機(jī)尺寸的合理性。家用腦卒中治療儀在功能結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有效性及舒適性方面達(dá)到預(yù)期效果，符合功能、質(zhì)量及舒適度等方面對設(shè)計提出的要求，外觀色彩方面易于腦卒中患者接受，且屏幕操作交互方式有效減輕了腦卒中患者行動不便操作交互困難的問題。

結(jié)語

基于AHP層次分析法的新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計模型，運(yùn)用AHP對調(diào)研結(jié)果，專家訪談意見等信息進(jìn)行整理和定量分析，使得調(diào)研訪談數(shù)據(jù)可以更加科學(xué)合理的對需求權(quán)重進(jìn)行排序，并通過家用腦卒中治療儀產(chǎn)品設(shè)計為案例，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用檢測該設(shè)計模型的可行性與有效性，規(guī)范了設(shè)計流程，優(yōu)化了產(chǎn)品設(shè)計的效率，使設(shè)計過程更加科學(xué)合理，為家用腦卒中治療儀提供了有效的設(shè)計解決方案。