游戲化腿部復健設備的設計研究

李雨盈 孔斐

關鍵詞：游戲化 智慧康復產品 康復訓練 用戶體驗 遠程互聯

引言

游戲化腿部復健設備旨在為意外事故或中風等疾病導致腿部功能受損的患者提供更加人性化的康復訓練。游戲化的應用能夠提高患者康復訓練的意愿，充分發揮患者的主觀能動性，從而加快康復進度。探索國內外游戲化產品現狀、康復產品的現狀，并對康復產品的市場、痛點以及現有的智慧康復設備進行挖掘與調研，最后對設計的可行性與必要性做出總結。另一方面，應用下肢外骨骼智慧康復設備的產品定義、價值分析、性能分析所總結出的關鍵點，進行初步的產品開發設計。

一、游戲化產品研究

游戲化設計方法被廣泛地應用于各領域，游戲化設計的合理運用可以改變人們的生活方式[1]，隨著科技的進步與時代的發展，游戲化也將成為醫療領域的一個新的發展趨勢。

（一）國外游戲化產品研究現狀

國外的游戲化產品涉及諸多領域，在其中首屈一指的就是日本的任天堂公司設計的switch健身環大冒險游戲。任天堂將游戲化很巧妙地融合進健身產品當中，一時風靡全球。用戶根據游戲提示做出相應的動作，達到燃脂的目的，使居家健身這一消耗體力的活動變得更有吸引力。除此之外，阿根廷Wuderman團隊同樣也是應用了游戲化的特點，針對兒童挑食這一現象設計了一款Yumit餐盤系統。餐盤衡量盛放食物的重量變化轉變為虛擬分數，通過藍牙傳遞到游戲軟件中幫助通關冒險游戲，分數和進食重量呈正比，并且多吃蔬菜還會有額外的加分。這無疑會調動小孩子吃蔬菜的興趣，使他們攝入的食物營養均衡，并培養按時吃飯的習慣，有助于兒童的健康成長。在醫療領域，加拿大Bloorview曾經為腦癱患兒設計了一款基于Kinect體感游戲的康復活動，并通過獎勵機制激發患者康復訓練的興趣[2]。

（二）國內游戲化產品研究現狀

國內的游戲化產品尚未成體系，但是近年來也是各行各業大力發展的對象。值得一提的是支付寶推出的螞蟻森林，將公益以游戲化的形式呈現給用戶，用戶的綠色出行、走路步數均能轉化為能量用于真正的植樹造林。螞蟻莊園與螞蟻森林的機制類似，用戶通過每日答題、使用支付寶付款等任務獲得飼料，喂養小雞吃飼料可收獲雞蛋[3]，并將雞蛋用來助力支付寶贊助的愛心項目。我國現如今在醫療方面的游戲化發展進程相對緩慢，BioFlex-H上肢運動控制評估與訓練系統是國內目前來說較為成熟的游戲化康復產品。它的“大魚吃小魚”以及“軌跡飛行”等握力訓練游戲已應用于醫院，但是游戲體驗欠佳[4]。

（三）國內游戲化產品的不足

我國的游戲化產品從整體上看有以下兩個不足之處：第一，游戲設計單調，無法充分調動用戶的能動性，例如復健訓練的游戲模式單一。第二，游戲設計的情感化因素較弱，在界面設計上不夠美觀引人注目。除此之外國內的復健游戲多數脫離生活，無法共情用戶。

（四）小結

游戲化思維可以在一定程度上增加用戶黏性，通過玩游戲的過程，使玩家對游戲越來越上癮[5]。游戲化旨在為用戶提供愉悅的使用體驗，以反饋引導和獎勵等方式使用戶實現進步與升階，從而達到有益的目的。例如游戲化復健產品能夠調動患者進行康復訓練的熱情，并通過游戲數據的反饋以及醫生的正確指導來幫助患者身體康復。

二、康復產品現狀分析

康復訓練是醫療領域中至關重要的一環，為了體現社會對康復患者的關懷，醫生、設計師等角色越來越關注康復產品的設計，優良的產品設計能夠很大程度改善患者的康復體驗。為此開展了對康復產品的前期調研與現狀分析。

（一）市場挖掘

1.我國醫療行業一直以來只注重治療，忽視康復，導致了康復醫療裝備的缺乏，所以大量的下肢單肢傷殘人群康復需求未得到滿足[6]。國內在康復設備的設計與生產方面存在缺口。

2.因疾病或意外導致的下肢功能受損患者的群體龐大。由于腦梗塞、腦溢血、帕金森病、中風、各類肢體損傷等原因造成下肢運動障礙的老年人、年輕人的數量在逐年增加。現如今老齡化問題日趨凸顯，各種老年病所引起的下肢運動障礙問題不容小覷。另外，由于車禍等意外造成下肢損傷的病例屢見不鮮，據調查數據顯示，我國每年因車禍而造成的傷亡事故不低于6萬起。

3.康復器械的市場前景調研。（1）產品遭壟斷：高端市場被美國、瑞士等國外產品壟斷，導致我國的康復器械過分依賴進口，費用高昂，普通家庭更是無法承擔。國內市場還是需要加強自主研發的能力，提高自身實力，打破壟斷，真正讓有需求的人用得上、用得起、用得好。（2）科研待成熟：我國技術研發起步較晚，研發所面臨的最大問題是如何將科研成果搬出實驗室，走向市場，形成產業化。（3）政策扶持：《健康中國2030規劃綱要》將符合條件的殘疾人康復項目納入醫保，這為康復器械在國內的發展做好了政策支撐。（4）社會需求大：截止到目前，我國的殘疾人群已超過8500萬，失能失智老人超過4000萬，這個龐大的群體將成為智慧康復設備的受益對象。

（二）痛點分析與解決

通過用戶調研找尋痛點，并提出設計方案，得到設計的最優解。

1.用戶調研：在設計前期問卷調研可以對目標用戶進行細分，了解他們的痛點以及潛在的需求，進行產品的需求功能轉化，找到設計的最優解。在對136名下肢受損患者開展問卷調查（75%網絡問卷，25%紙質問卷）后得到如下結論：有55%的下肢訓練患者對于康復訓練體驗不佳，且患者對于“有趣”“簡單”“靈活性”的功能需求最為強烈，分別占85%、80%、80%；影響大部分患者體驗滿意度的因素是“康復訓練無趣”，占比90%；有85%的人希望在康復訓練中融入游戲，持否定態度的大多數為60歲以上的老年人。

2.痛點歸納分析：由此可以歸納出下肢康復訓練的痛點所在：訓練過程中缺少人性化、趣味化因素且無法靈活選擇康復訓練地點，除此之外有些康復訓練并非老少皆宜。隨著醫療技術的進步與發展，康復設備的制造逐漸走向成熟，現如今如何改善患者的康復體驗成為問題的焦點。

3.痛點解決：針對上述痛點，可以通過體感游戲設計提升用戶體驗，讓患者在游戲中復健。將載體設定為腿部穿戴設備，能夠居家使用。在家中復健的情況下設備能夠提供專業康復指導，患者的游戲數據會同步到醫院便于醫生制訂下一步的康復計劃。為了拓寬用戶群體，尤其提高老年患者的接受程度，可以融入適合老年人和年輕人的不同類型的游戲，以迎合市場需求。

（三）現有智慧可穿戴康復設備調研

1.國外智慧康復設備研究現狀：現如今的智慧可穿戴康復設備以國外的產品居多，且應用較多的先進技術。2002年，歐洲研究小組開發出Gentle/S上肢康復訓練系統，該系統引入了計算機虛擬現實環境，使患者能夠通過多種感官知覺反饋與3D虛擬場景進行實時交互，該技術的實踐與之前相比極大地調動了患者進行康復訓練的積極性[7]。

2005年，斯坦福大學和芝加哥康復研究所聯合研制了一種便攜式家用遠程康復系統，是一種主從式的遙控操作系統，主手由醫生操控，接收患者的運動信息并向患者反饋康復的建議，從手引導患者進行康復訓練并檢測生物學信號[8]。從而實現了遠程互聯，指導患者康復。

EKSO是一款為中風患者、脊椎損傷者和有其他的神經疾病患者設計的下肢外骨骼康復治療設備，該系統功能強大且具備3種模式，康復患者可以根據康復進度和自身的情況個性化來選擇系統模式和解決方案[9]。

2.國內智慧康復設備研究現狀：國內的外骨骼智慧康復設備還未形成產業化。較為成熟的是北京航空航天大學研制的大艾外骨骼機器人，通過在線反饋、智能引導、調整步助力脊髓損傷患者重新行走或使早期偏癱患者重塑正確行走能力，且目前已完成近百例臨床試驗[10]。

由此看來國內的康復設備在與新技術的結合等方面仍有待創新與提高，將遠程互聯、虛擬現實等新技術應用到康復設備的設計與生產，并在康復訓練中融入游戲化元素，這些舉措將會推動智慧可穿戴康復設備在國內的發展，使康復設備的設計應用在我國的醫療領域有所突破。

（四）設計可行性與必要性分析

面對患病人數不斷增加、康復訓練醫師占比少、康復醫療體系發展不全面的情況下，可穿戴式下肢康復設備的誕生在一定程度上使這種狀況得到很好的改善[11]。它能幫助由于腦卒中等各種疾病引起的下肢不能正常運動的殘障患者恢復正常步態行走，進而重新進行正常社交、改善生活質量[12]。尤其是“互聯網+醫療”大背景下的智慧復健設備，在滿足患者康復需求的基礎之上能夠優化康復訓練的過程，并提高患者滿意度。

可穿戴式下肢康復設備的設計方法研究是十分重要的，其包含的知識也很廣泛，是一門多學科交叉的項目[13]。從目前已有研究證明，康復醫師在使用可穿戴式下肢康復設備對患者進行康復訓練可以省去繁重的手工訓練[14]。在節省大量人力的基礎之上，智慧復健設備還能夠結合康復醫師已有的經驗來幫助患者更好的康復。

（五）小結

康復設備的設計在國內是一片廣闊的藍海，并且國家越來越重視康復患者的治愈。針對康復患者的痛點，并充分研究下肢功能障礙患者康復訓練的動作來設計游戲，以此確保游戲的通用性與易用性。通過調研發現，智慧可穿戴式下肢康復設備具備設計研究價值，且市場有應用此類產品的需求，因此接下來將進行更深入的分析。

三、產品定義、價值及性能分析

醫療產品在設計時要有所突破，注重應用技術和形式內容的創新，并將人群深入挖掘。在對康復產品進行前期調研分析后，著手對游戲化下肢外骨骼產品進行分析研究，運用“5w1h”分析法、商業畫布、KANO模型等明確產品的定義以及價值等。

（一）產品定義

導致的腿部功能受損患者設計的產品；WHAT：游戲化復健腿部穿戴設備；WHERE：在醫院或家中使用；WHEN：進行康復訓練時使用；WHY：讓患者體驗更加人性化的康復訓練過程；HOW：通過人機交互建立患者進行體感游戲與醫院專業評估、實時反饋的數據傳遞橋梁。基于優化患者康復訓練體驗的前提，明確產品的使用關鍵詞：通用、人性化、安全性高、靈活度高、材質輕便、易穿戴、大型醫院租賃或出售、符合人機工程學的設計。

下肢智能康復訓練系統的設計目標是為患者和理療師提供一種家用下肢康復恢復的方法，增加訓練趣味性。家用意味著產品需結構簡單、造型柔和，能夠讓患者即刻訓練且省時省力的達到康復目的。通過物聯網遠程互聯，僅向醫院請求訓練建議能夠節省理療師陪同訓練的費用，降低經濟負擔。設計要突出游戲界面的美觀，游戲和訓練雙管齊下，既娛樂又治愈。除此之外，確保產品的易用性是提高患者信任度的基礎，因此要保障患者活動全程的流暢。

（二）產品價值及商業模式分析

1.產品價值分析：通過KANO模型分析產品的核心價值、次級價值以及增值價值。

產品的核心價值也就是產品的必備型價值，包括康復指導功能、質量安全保證、穿戴舒適、易用等，如若這一部分的需求未能得到滿足，用戶滿意度會大幅度下降。材質方面可選鋁合金、鈦合金、碳纖維等金屬和復合材料，使其質量輕且耐用。

產品的次級價值是用戶所期望產品具備的價值，康復訓練趣味化、用戶受眾廣等，這一部分的品質表現與用戶滿意度呈線性相關。例如針對年輕人可以設置打怪通關游戲，檢測康復動作的完成情況并使怪獸掉相應血量，闖關成功后給予一定的獎勵；連連看游戲也可通過圖案位置的設置引導患者完成指定動作，根據康復情況設定關卡難易程度。針對老年人可以引入廣場舞游戲，激發老年人的康復積極性。

產品的增值價值即產品的魅力型價值，色彩造型符合審美、游戲能夠有創意吸引人、界面美觀、有定期保養維修售后等，如若能滿足用戶對產品增值價值的需求，滿意度則會大幅度上升。在色彩方面采用醫療產品常用的藍色或綠色作為主導色，加以中性色灰色調和，能夠緩解患者的焦慮，給人平靜之感。

該產品的KANO模型如圖圖1所示。

2.產品商業模式：患者、醫院、制造商是產品所涉及到的利益相關者，三方相互影響，使生態圈能夠良性循環。患者在家中做康復訓練，訓練結果會私密發送到醫院，醫生給出訓練建議反饋給用戶，并收集用戶對產品的使用體驗與建議，然后反饋給制造商。制造商為醫院提供系統及設備，并為患者提供質量與安全性等的保障，做到以用戶中心進行設計，患者忠誠度的提高會為制造商帶來利潤從而繼續改良與生產。

如表1所示為產品的商業畫布，能夠直觀體現產品運營的商業模式。

（三）產品性能分析

1.技術實現：利用體感技術完成用戶與康復設備的人機交互，穿戴設備的傳感器能夠將數據傳遞到用戶的終端設備，而后通過互聯網與醫院遠程互聯，醫生給出建議反饋，幫助患者康復。

如下圖，圖2所示為技術實現的流程圖。

2.腿部穿戴產品人機工程學研究：下肢康復設備要具有良好的通用性、互換性、普遍性，即大、小腿桿及腰部的尺寸要在一定的可調范圍之內[15]。在考慮下肢康復設備整體尺寸設計時需要考慮滿足一個最大可調范圍需求，即女性身高的最小值和男性身高的最大值。根據國家標準GB10000-1988人體的主要尺寸計算可調范圍得到，大腿部的可調尺寸范圍為387～523mm，小腿部的可調尺寸范圍為300～419mm，腰部的可調尺寸范圍為273～360mm。

（四）小結

通過對產品定義、價值以及性能的明確，總結出此類產品設計的創新點——游戲化復健與遠程互聯復健方式的結合。患者通過互聯網能夠足不出戶的獲得康復指導，無需常駐醫院。除此之外，通過豐富的康復訓練游戲的加持，使患者能夠居家體驗到康復訓練的樂趣。

四、設計實踐

綜合上述設計要點，應用犀牛3D建模軟件對智慧腿部可穿戴康復設備進行設計。如圖3所示，為腰部固定部分，可調節周長，后部有護腰。如圖4圖5所示，為腿部固定支撐部分，通過旋鈕創造靈活度，大腿小腿固定環可靈活根據腿圍調整周長，并可以調節支撐桿長短，以適應不同身高。

經過對細節的縝密設計考量，完成整體造型及功能設計，如圖6、7。

結論

“互聯網+醫療”已成為康復產品設計的大勢所趨。通過對游戲化相關理論及產品的研究，總結出我國游戲化產品的不足以及應用游戲化的產品的優勢。除此之外，現有康復產品的研究調研能夠找尋現如今市面中康復設備的痛點，針對痛點做功能與需求轉化，總結出設計的可行性與必要性。最終應用收集的數據與理論對產品進行定性定量分析，研究出此類產品的設計要素，并進行設計實踐探索。可穿戴外骨骼康復設備與游戲的結合，能夠推動智慧醫療在康復領域的發展，以更新穎的形式提高患者對康復訓練的接受程度。應用遠程康復指導能夠讓患者靈活選擇康復訓練的地點，以此緩解現如今康復醫療資源緊張的情況，進而幫助醫院為患者提供更好的服務。