移動隔離艙產品設計研究
——以轉移、監控、醫療對接為例

高家駒，陸 洲

（嘉興南洋職業技術學院，浙江 嘉興 314031）

1 設計背景及研究現狀

當前全球傳染病的暴發頻繁，21 世紀初20 年間引發的大型傳染病不下數起。全球范圍的人口增長和高人口密度城市發展，與醫療體系覆蓋率及保障普及之間存在不平衡，使得傳染疾病對人類的威脅愈發嚴峻。醫療病房數量有限，患者轉移會出現傳染，如何開發集“隔離轉移、病情監控、醫療終端對接”為一體，去解決這些問題，是團隊開發產品的根本目的。

目前國內外沒有以上述集成一體概念的醫療產品項目落實生產。國外提出類似相近概念的，有全息醫療艙的未來概念，并且此概念是針對太空艙內醫學、月球火星或者深海的設想概念，應用技術、成本非目前領域可以實現。國外民用領域醫療器械Device Lab公司在DevCon2015 展會上提出過醫療床的演示感念。結合其系統工程，工業設計制造檢測生命提成，腦部內臟監控的整合式產品。目前僅停留于概念階段未進行落地生產。國內同類相關落地產品都是以便攜或一次性，或為通常使用的簡易隔離艙（物理隔離）和小型拆卸式負壓隔離袋，或者類似“方艙”醫院的集體醫療建筑工程。

2 概念體系生成

研究根據背景調研，用戶畫像等設計程序方法，為解決目前隔離轉移存在的問題，結合企業以服務設計為主導的工業設計的設計方向，對未來醫療隔離轉移體系進行新的概念規劃與設想。該設計建立了以下基于未來體系的隔離艙終端產品概念模型，主要總結為以下4 部分內容。

2.1 將隔離轉移、病情監控、醫療終端對接集成于一體

該產品設計將醫療中的轉移、監控、醫療終端對接3 個階段所需功能集成在一臺隔離艙內，滿足病人從轉移階段到接受治療階段整個過程中需要的條件，包括在監控與治療階段，患者始終待在隔離艙內。并且隔離艙可直接對接重癥加強護理病房（intensive care unit,ICU）以及其他各種醫療儀器終端，無須二次轉移，達到全程隔離過程，將傳染隱患降到最低。

2.2 實時監控系統和實時醫療數據共享系統的配置

隔離艙設計中配置監控系統，在隔離轉移過程中，可以觀察患者的身體情況及時采取必要的醫療措施，避免在轉移過程中因為觀察不到病人情況而錯過醫療時間。在術后觀察階段、術后恢復階段也能起到監控病情、觀察身體恢復情況等作用。實時數據共享系統的配置能夠將監控數據上傳至醫療系統平臺供醫護人員在不同終端中實時接收患者身體狀態信息。

2.3 智能交互系統和觸控投影技術的引入

本設計中引入人工智能（artificial intelligence, AI）智能交互系統。醫療隔離艙配置智能設備，能夠給予患者使用智能終端如智能手機、電腦等設備相似的體驗。即使身在隔離艙中，也能獲取“外界信息”，避免隔離導致心理的“精神封閉”，影響治療效果。得益于AI 交互系統，患者可以通過語音和系統交流，輸入操作指令；投影與紅外觸控的裝備，患者正對著的隔離艙蓋上會投影交互界面，可以通過觸控投影界面來操作。

2.4 便捷收納和不同形態功能的使用

隔離艙有艙體平躺和艙體升起兩種形態，以滿足不同需要。平躺狀態下，如手術，睡眠等場合；升起狀態下，如日常、收納、移動等場合使用。

3 產品技術支持及應用

產品主要技術支持有以下6 點功能，除技術與醫療體系除目前已普及和可實現的外，還涉及未來技術展望與應用。進行兩套調研技術支持（目前和概念），充分發揮工業設計引導行業進行概念升級的作用。

3.1 隔離技術

3.1.1 物理隔離

通過艙體的隔離罩進行物理隔離。隔離罩以電控調光的“穿孔隔熱玻璃結構”技術，除物理隔離外還具有隔熱、隔噪、防紫外線、變色等戶外轉移所需要的功能[1]。艙體周圍配置紫外燈進行消毒。

3.1.2 負壓空間

隔離艙使用一套送風凈化裝置，二套排風凈化裝置。送風凈化裝置由送風柜和過濾裝置組成，過濾效率為99.99%。（粒徑≥0.3μm）。排風凈化裝置由排風柜和粗效、中效過濾裝置組成，過濾效率為99.99%（粒徑≥0.3μm）。高效排風過濾裝置以負壓15Pa 以上運行。

3.2 生命體征監控、生物識別測量

3.2.1 心電圖（ECG/EKG）、血壓

隔離艙中配置心電監控系統。設備不使用4 個肢體導聯電極和6 個胸前導聯電極，而是采用置于床下的光電容積脈搏波[2]和電磁波掃描模塊[3]進行無束縛式心率檢測。

3.2.2 SpO2、血糖監護

位于床下兩側的紅外光譜光電手段檢測血氧量，血糖等血液特征通過皮下測量，減少對指棒和抽血的需求[4]。同時傳感器還可以根據汗水化學進行診斷。

3.2.3 呼吸與麻醉

呼吸供給采用面罩式，艙體內部下側配置轉移所需供氧設備。同時對于吸入式用藥和麻醉都配置于面罩系統內，簡化設備結構和隔離時的用藥效率。

3.2.4 超聲技術監控

設計中引入超聲技術來檢測呼吸心跳等數據，例如，CX50 便攜式超聲診斷儀完成心臟與肺部的超聲檢測[5]。采用類似超聲的無連接檢測，能夠做到患者進艙便可開啟監控，醫護人員與患者零接觸。

3.3 智能設備

產品內置智能設備基于Android 和Linux 系統設計。考慮到隔離艙內部空間與隔離人員的行動問題，智能設備采用投影屏幕+語音+觸控的形式。投影設備將平面投屏于隔離罩，與患者面部相對；通過紅外識別，投影可隨著患者頭部的轉動而移動，保持屏幕一直在用戶可視范圍內。患者可通過觸摸投影界面進行操作，與觸控平板一樣，亦可通過語音來操作。軟件層面上，系統內設有醫療助手服務。包括查看身體狀況，健康簡易，呼叫醫護人員等一體式功能。

3.4 數據傳輸、遠程醫療

隔離艙內患者監控系統的數據將實時傳入醫療系統網絡中，醫療設備無線通信實現醫護人員通過移動終端實時查看并共享信息。設備支持以下各網絡協議。

（1）4G/5G 移動網絡。

（2）WiˉFi（IEEE802.11）。

（3）藍牙5，低功耗藍牙，藍牙Mesh。

（4）紫蜂協議（IEEE802.15）。

（5）近場通信（near field communication, NFC）（ISO/IEC18092/21481）。

（6）人體網絡（IEEE802.15.6）。

設備不僅能遠程傳輸數據，還能通過無線連接方式與其他醫療器械、HMI 控制界面系統等進行數據連接，配套醫療體系實用。

3.5 醫療終端對接

隔離艙內置呼吸機、清腎機等患者端連接口，外側有與其相對應的醫療器械連接口。外置的HMI 人機交互面板也能實施反應患者生命體征狀況。這種設計使患者在被轉移到醫療點時可以直接連接醫療設備進行治療，無須再次轉移到特定病房。并且在治療過程中保持個人隔離的狀態。

艙體內側配置醫療機械手臂，實現隔離狀態下的部分醫療活動。同時此機械手臂支持與遠程醫療相同的機械臂連接方式，進行遠程醫療服務。手臂包括主刀機械臂和輔助機械臂。主刀機械臂配置36 種手術刀頭、注射器，通過磁吸和滑軌結構切換使用；輔助機械臂配置噴灑頭、內窺鏡，能夠噴灑生物止血酶、膠原蛋白類蛋白釘、α-氰基丙烯酸乙酯進行止血、縫合、抗感染，內窺鏡查看患者體內情況。

3.6 供電與機械結構

3.6.1 電池組

隔離艙的電能將采用電池組的方式實現，也是隔離艙最主要的供電模式。艙體兼容外置充電樁。未來醫療體系將普遍配置充電樁，在救護車中同樣會配置充電設備，醫療機構亦是如此。

3.6.2 機械產電

隔離艙的移動過程中，萬向輪的滾動將帶動發電，結構包括殼體、轉動組件、吊墜組件和發電整流穩壓模塊，可以為電池組進行充電，做到可持續能源的最大化利用[6]。

3.6.3 艙體升降調節

隔離艙艙體與底座之間配置機械傳動結構，可以調節艙體角度。隔離艙底部結構可以收縮，方便停放和存放。

4 醫療隔離艙產品設計產出

產品整合系統工程、工業設計、人機因素、機械工程、電子和軟件工程進行醫療設備開發設計，集成了各種生命體征和生物識別測量的新傳感技術，隔離防控技術，HMI 人機界面，信息數據網絡傳輸，設備移動等功能。以隔離艙為核心進行隔離醫療生態體系布局和生態圈的打造。最終的設計由以下“產品+生態”的兩個部分組成。

4.1 產品部分

設計結合相關構思行進產品功能的最終模擬適配（圖1）。最終解決方案的產品設計實現以下6 點。

圖1 產品部分結構

（1）離裝置（核心功能）。

（2）患者轉移功能（移動）。

（3）一定程度的升降設備（用戶人機工程學）。

（4）兼容醫療終端（患者治療）。

（5）艙內舒服度+智能設備（用戶心理體驗）。

（6）實時病情數據搜集（實時監控）。

4.2 生態部分

與目前醫療體系相比，未來醫療方向將向遠程化、移動化的方向發展。整體醫療體系實現家到醫院、病房到病房、醫院到醫院之間的安全隔離，并實時在醫療監控系統下進行病情反饋。大數據網絡與醫療網絡使得患者信息能夠共享到醫護人員的遠程移動終端進行查看，并通過操控終端給艙內患者進行治療。

“醫院”的形式將更加靈活，帶有充電樁，各醫療終端設備，加上醫護人員即是醫療體統，而不再是特定建筑，特定設施。醫護人員+智能醫療倉（醫療終端）+移動醫療網點=醫療系統的“mobile workspace”移動式概念已經在大數據、5G 時代的背景下慢慢成為現實。未來通勤，定點將被移動、便攜所取代，并在教育、工作、醫療體系中普遍應用。當前的移動式辦公、網課式教學、遠程醫療正是向移動概念過渡的產物。醫療的未來發展亦是如此。

5 結語

面向未來醫療體系發展方向，本產品設計研究將開發基于新型移動隔離艙的未來醫療隔離、轉移、實時監控、數據共享、設備終端對接的移動醫療體系。未來醫療方向將向遠程化、移動化的方向發展。整體醫療體系實現家到醫院、病房到病房、醫院到醫院之間的安全隔離，并實時在醫療監控系統下進行病情反饋。大數據網絡與醫療網絡使得患者信息能夠共享到醫護人員的遠程移動終端進行查看，并通過操控終端給艙內患者進行治療。從產品整體開發流程角度，文章對未來的醫療隔離提出新的方向和展望，通過工業產品設計方式給設計、醫療、信息等相關領域提供借鑒和交流。