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游戏化手部康复产品设计研究

游戏化手部康复产品设计研究

作者：李丹深圳大学

学位级别：硕士

手在人的日常生活中扮演着不可或缺的作用,但并非所有人都能拥有健康的手功能,一些突如其来的疾病或意外伤害,如脑卒中、手外伤等会损伤手功能,使人产生手功能障碍。手功能障碍患者一般会表现出手指无力、手关节活动不便、手运动不协调... 详细信息

手在人的日常生活中扮演着不可或缺的作用,但并非所有人都能拥有健康的手功能,一些突如其来的疾病或意外伤害,如脑卒中、手外伤等会损伤手功能,使人产生手功能障碍。手功能障碍患者一般会表现出手指无力、手关节活动不便、手运动不协调等症状,这些症状不仅会在一定程度上影响患者的正常生活,使患者的生活质量下降,而且还会造成一定的心理问题,给患者内心留下疾痛阴影。目前,患者面临的生理上的不便和心理上的疾痛,在康复治疗中还没能得到有效解决。课题首先通过文献研究,梳理了康复治疗的流程和内容,进而通过实地考察和对治疗师的访谈,总结了现阶段康复治疗中存在的康复医疗系统机制后期执行缺失,患者心理康复治疗缺失,康复产品设计研发相对滞后等问题。在实地考察和访谈中,笔者还发现游戏化在康复训练中已有所运用,且相比其他的康复训练,游戏化康复更受患者欢迎。虽然现阶段游戏化在手功能康复治疗中的使用范围有限,还不能形成一个有效的产品系统,但已显示出游戏化手功能康复产品的作用与潜力。将游戏化融入到康复医疗产品的设计中,可以增加康复治疗的趣味性和患者对治疗的依从性,提升康复治疗的用户体验和治疗效果,具有现实意义。课题通过对游戏化相关理论及游戏化康复医疗产品的分析,总结出三个游戏化手部康复产品设计原则,即以人为本的包容性设计、以康复治疗为目标的交互设计和基于五感体验的情感化设计。本课题研究还将整个康复治疗流程视为一个完整的体验过程,依据EPI用户体验要素模型,把康复治疗的用户体验分为三个阶段,然后以游戏化设计理论为指导,分别提出每个阶段下的设计策略,最后依据游戏化手部康复产品设计的框架和策略进行设计实践。

关键词：游戏化康复产品设计交互设计体验设计

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基于镜像疗法的脑卒中手部康复产品设计

基于镜像疗法的脑卒中手部康复产品设计

作者：赵华超山东大学

学位级别：硕士

脑卒中具有高发病率、高致残率和高死亡率等特征,其造成的运动障碍和疼痛症状严重影响患者的日常生活活动和生活质量。手功能受损是脑卒中患者遇到的最严重的运动障碍,手功能康复就成为了脑卒中康复的关键和难题。目前,针对软瘫期和痉... 详细信息

脑卒中具有高发病率、高致残率和高死亡率等特征,其造成的运动障碍和疼痛症状严重影响患者的日常生活活动和生活质量。手功能受损是脑卒中患者遇到的最严重的运动障碍,手功能康复就成为了脑卒中康复的关键和难题。目前,针对软瘫期和痉挛期患者的康复产品种类及数量匮乏,普遍存在着资源短缺、成本高昂、应用场景受限等问题;此外,被动的康复训练方法容易给处于此阶段的患者造成伤害,也难以保持患者的康复积极性和依从性。镜像疗法通过健侧肢体的运动观察诱导病灶脑区的神经恢复,完全可以用于无运动功能的患者,很多脑功能成像研究也证明了其对于脑卒中上肢和手功能康复的积极效果。本课题将镜像疗法融入脑卒中手部康复,从用户研究入手获取患者的康复需求,经设计要素分析开发手部康复产品功能原型,继而进行实验评估,调整并优化产品要素,最终设计开发手部康复产品。本文的主要研究内容包括:(1)以患者、患者家属和康复医师为调研对象,通过问卷调查、用户访谈、实地调研等定性与定量相结合的用户研究方法,挖掘用户动机与康复需求,结合患者的生理和心理特征,提炼脑卒中手部康复产品的用户需求。(2)在用户研究和需求分析的基础上,明确手部康复产品的功能点,并进行功能属性定义和优先级划分。从造型、CMF、人机等方面分析设计要素,探讨适用于软瘫期和痉挛期患者的手部康复动作、运动表现反馈形式等交互要素,为产品设计指明方向。(3)根据提取的设计要素开发产品功能原型,继而通过功能性近红外光谱(fNIRS)实验验证其皮质激活和功能连接的有效性。同时,使用主观量表和行为观察法获取用户反馈意见,洞察产品使用过程中存在的问题,为设计实践的开展提供参考。(4)优化实验测试评估发现的问题,明确手部康复产品功能和使用架构。经草图方案、方案筛选和方案细化,完成折叠镜盒和抓握训练球的康复产品设计;同时,完成康复APP设计,丰富和完善康复产品的功能,满足用户服务体验需要。本文以用户研究及需求分析为出发点,经历了从产品设计要素分析到功能原型开发及测试评估再到康复产品设计的流程,完成了手部康复产品设计。在理论上,本文探讨镜像疗法应用于脑卒中手部训练的康复思路和设计要素,丰富软瘫期和痉挛期患者的康复训练方法,也为脑卒中康复产品设计提供参考价值。在实践中,提出镜像疗法结合运动表现反馈的训练范式,以此完成设计实践,对提升产品的情感交互体验和患者的康复训练效果具有重要意义。

关键词：脑卒中手功能康复镜像疗法康复产品设计

基于AGI技术的脑卒中患者智能康复产品设计研究

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工业设计 2023年第11期 68-71页

作者：李维立万子逸天津美术学院产品设计学院天津300011

随着ChatGPT的问世,最新的人工智能技术已经突破了以往的技术屏障,显露出了强人工智能的雏形,AGI技术也为强智能化交互产品设计提供了更多的可行性。文章首先阐述了AGI技术,并分析了脑卒中患者的后遗症类型;其次分析了现有康复产品的存... 详细信息

随着ChatGPT的问世,最新的人工智能技术已经突破了以往的技术屏障,显露出了强人工智能的雏形,AGI技术也为强智能化交互产品设计提供了更多的可行性。文章首先阐述了AGI技术,并分析了脑卒中患者的后遗症类型;其次分析了现有康复产品的存在问题;最后,基于AGI技术及人机工程学等多个角度,提出脑卒中患者智能康复产品设计的思路,以期为此类产品设计提供一定的借鉴。

关键词： AGI 脑卒中智能化康复产品设计

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基于心流理论的康复产品交互设计研究

基于心流理论的康复产品交互设计研究

作者：李风彦河北工业大学

学位级别：硕士

近年来,中国的医疗康复问题亟待解决。一方面,康复患者存在一些生理功能障碍,身心比普通人更脆弱,有些患者训练主动性不够,甚至会出现抵触情绪,不利于康复训练进程,另一方面,现有康复产品在使用上存在诸多困难,康复产品的训练形式单一,... 详细信息

近年来,中国的医疗康复问题亟待解决。一方面,康复患者存在一些生理功能障碍,身心比普通人更脆弱,有些患者训练主动性不够,甚至会出现抵触情绪,不利于康复训练进程,另一方面,现有康复产品在使用上存在诸多困难,康复产品的训练形式单一,使用的方法传统和有限,缺乏科学有效的训练系统。本论文在了解上述现状的基础上,希望通过研究了解相应用户群体的行为需求,将这类群体的情感体验和真实需求作为产品设计的出发点,将心流理论融入到康复产品设计中,改善其与患者的交互关系,给使用者带来更便捷、舒适且愉悦的交互体验,营造和谐积极的康复情境,从而减轻患者家属及医疗机构的负担,缓解社会压力,并结合移动端的交互性功能,优化产品的操作体验。文章首先进行了理论的调研与分析,通过文献分析、交叉学科研究等方法对心流与交互设计的相关理论进行了较为深入和系统的研究,发现在康复产品交互设计中,合理地将心流的激发机制引入到康复产品交互设计中,能够优化目前产品的使用缺点,提升用户的康复训练效果,对用户和产品双方面都有着必要性。接着采用问卷调研、实地考察等方法,深入了解用户群体的生理、心理特征,对其使用行为和情感体验进行调查分析,指出保持内、外因素的共同作用,才能有效地推动整个康复体验过程的进行,基于用户、医护人员、家属、康复产品四个方面分析心流交互设计要素。在前文的研究基础上进一步探索心流理论在产品设计中的理论延伸,构建基于心流理论的康复产品交互设计模型,提出心流理论在康复产品交互设计中的具体策略,即建立层次化的目标任务与奖励、保证自然化的操作交互过程、提供直观化的界面表现形式、维持沉浸化的情感体验过程。基于前文的设计策略展开了康复产品的设计实践,完成产品外观及交互界面设计并进行验证,以优化心流理论指导的康复产品用户体验,达到理论指导实践,设计实践验证理论的目的。本文最后对研究成果和不足进行了总结,并对后续研究进行了展望,给后续的设计研究提供一定的参考价值。

关键词：心流理论交互体验康复产品设计

基于TRIZ理论的轻度偏瘫患者下肢外骨骼康复设备

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基于TRIZ理论的轻度偏瘫患者下肢外骨骼康复设备

作者：王依晨燕山大学

学位级别：硕士

大多数的下肢康复外骨骼产品注重于重度全瘫患者,对于轻度偏瘫患者来说并不能很好的适用,患者无法得到针对性的训练,长此以往会引发下肢肌肉的废用性失能,甚至导致残疾。将TRIZ理论应用到下肢康复外骨骼的设计研究中,使优化后的产品能... 详细信息

大多数的下肢康复外骨骼产品注重于重度全瘫患者,对于轻度偏瘫患者来说并不能很好的适用,患者无法得到针对性的训练,长此以往会引发下肢肌肉的废用性失能,甚至导致残疾。将TRIZ理论应用到下肢康复外骨骼的设计研究中,使优化后的产品能够提升患者的康复训练效果。提出了TRIZ理论和感性工学相结合的方法来优化下肢康复外骨骼产品设计。首先,明确了现有下肢康复外骨骼的研究现状以及产品设计所要研究的方向。其次从用户角度出发,分析用户需求,利用TRIZ理论技术系统进化法则将用户需求转换为功能设计。再次,通过产品意象研究,获取各感性需求的内部相关性及感性需求对造型设计要素的重要程度。通过对产品意象的因子筛选,得到设计要素与产品样本的特征映射。运用TRIZ冲突解决原理对产品功能以及外观造型做最终的方案设计,构建产品的3D尺寸模型。最后,对下肢康复外骨骼进行产品验证,利用李克特量表法对产品样机进行可用性评价,证明该产品是否能够达到用户的需求预期。利用TRIZ理论和产品意象相结合的方法对下肢康复外骨骼进行设计,提高了产品设计的精准度。通过技术系统进化、产品意象研究以及造型冲突分析等一系列方法研究和流程分析,得到产品的结构和造型设计,表明了该综合设计方法的有效性。为康复医疗产业的创新设计提供理论参考和方法借鉴。

关键词：康复产品设计 TRIZ理论下肢康复轻度偏瘫患者

基于服务设计理论的社区老人日间照料中心康复服务研究

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基于服务设计理论的社区老人日间照料中心康复服务研究

作者：陆诗沁华东理工大学

学位级别：硕士

老龄化现象的日趋严重已经成为国际社会共同面对的重大难题,老龄化的加重意味着伤残人数也随之增加,对现有康复医疗水平造成了极大的挑战。在我国,养老模式发生了新转变,城市家庭结构和规模正趋向于小型化、核心化,居家养老模式的兴起... 详细信息

老龄化现象的日趋严重已经成为国际社会共同面对的重大难题,老龄化的加重意味着伤残人数也随之增加,对现有康复医疗水平造成了极大的挑战。在我国,养老模式发生了新转变,城市家庭结构和规模正趋向于小型化、核心化,居家养老模式的兴起能逐步解决社区老人养老困境,居家养老与社区养老相结合正逐步发展成为一项有效的养老服务模式。日间照料中心作为社区居家养老的一种方式,已经成为促进社区老人和谐养老的必然。另一方面,据调查显示,入住日间照料中心的老年人在某种程度上都存在一定的健康问题,大部分老人均患有慢性病以及活动障碍。因此,对日间照护中心服务系统的研究和完善已成为十分迫切与急需的任务。本文着重调研了上海多家日间照料中心。首先对基础环境、康复服务相关的软硬服务进行调研,分析康复服务为日间照料中心的具体需求、相关康复项目的服务实施状况;其次对核心利益相关者进行了系统分析和调研,利用问卷加深入访谈的形式对日间照料中心的护理对象以及工作人员进行深入了解,并应用服务设计方法制定出设计策略、探索设计方法;最后以上肢康复训练服务为切入点进行设计实践,通过应用传感技术、RFID技术来智能化改造康复硬件设备,以高性价比下改善、治疗老年人身体功能障碍;并通过建立康复训练激励机制、康复互动流程等方法完善服务内容。本文旨在应用服务设计的理论与方法,对日间照料中心康复服务存在的问题,针对性地提出设计策略,以优化康复服务流程,满足老人多层次的康复护理需求,并通过总结和设计实践探索完善社会养老服务系统的方法。

关键词：老龄化日间照料中心服务设计康复服务康复产品设计

面向脑卒中偏瘫患者的下肢康复外骨骼虚拟样机设计与仿真

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面向脑卒中偏瘫患者的下肢康复外骨骼虚拟样机设计与仿真

作者：张语萱浙江大学

学位级别：硕士

近年来,外骨骼机器人成为机器人领域的研究热点,外骨骼机器人技术的进步给康复训练带来了新的可能。该文章主要研究的是面向脑卒中偏瘫病人的下肢康复外骨骼机器人,并为其设计了配套的康复训练运动方案。首先,文章根据人体下肢的生理结... 详细信息

近年来,外骨骼机器人成为机器人领域的研究热点,外骨骼机器人技术的进步给康复训练带来了新的可能。该文章主要研究的是面向脑卒中偏瘫病人的下肢康复外骨骼机器人,并为其设计了配套的康复训练运动方案。首先,文章根据人体下肢的生理结构对下肢康复外骨骼进行了结构设计,选定了驱动方案,建立了三维虚拟样机模型。利用ANSYS软件对外骨骼进行了力学性能的验证,并进行了结构优化,以确保外骨骼使用上的安全性。其次,文章对外骨骼的运动学和动力学模型进行了探讨。文章建立了下肢外骨骼的正、逆运动学理论模型,并在MATLAB软件中进行了仿真验证;研究了下肢外骨骼的逆动力学理论模型,并通过拉格朗日法进行了数学建模;利用ADAMS多体动力学仿真软件中对前文建立的外骨骼运动学、动力学模型进行了仿真验证,为下文的控制系统的设计、康复训练运动轨迹的规划打下了基础。最后,文章确立了外骨骼的控制方案,并为脑卒中偏瘫患者设计了基于外骨骼的康复训练运动,重点对屈曲抬腿训练进行了轨迹规划,并在ADAMS中验证了设计的合理性。另外,本文对前文设计的下肢康复外骨骼的康复性能进行了仿真,通过对比分析患病步态、正常步态、患者穿戴外骨骼步态三种运动情况下关节消耗的能量和动量矩,验证了本文设计的下肢康复外骨骼的康复功能的有效性。

关键词：康复产品设计外骨骼机器人虚拟样机设计下肢康复训练

基于运动想象疗法的手部失能康复系统设计研究

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基于运动想象疗法的手部失能康复系统设计研究

作者：宋章仪山东大学

学位级别：硕士

神经损伤导致的手部失能主要由中风等神经退行性疾病引起,这类疾病的主要原因是血液供应紊乱引起的大脑缺氧,从而导致脑细胞坏死。手部精细操作功能受损是手部失能的一个方面。一般脑卒中患者在康复期间,医生会要求患者进行手部康复训... 详细信息

神经损伤导致的手部失能主要由中风等神经退行性疾病引起,这类疾病的主要原因是血液供应紊乱引起的大脑缺氧,从而导致脑细胞坏死。手部精细操作功能受损是手部失能的一个方面。一般脑卒中患者在康复期间,医生会要求患者进行手部康复训练来恢复手部功能。在中风发生后的初期阶段,及时的康复训练可以使运动功能迅速恢复。中风后6个月,恢复会减慢并达到稳定状态。研究证明运动想象训练具有类似于运动训练的效果,两者都导致更具体的运动皮层区域的激活和训练后运动表现的改善。本课题根据FBS扩展模型展开设计,将运动想象理论与虚拟现实相结合,将主动训练意愿融入康复系统设计,结合手部失能康复患者行为特性,设计一款以运动想象为理论基础的手部运动障碍康复系统,建立引导患者主动的康复模式,从而促进神经重塑,提高患者康复效果。本文的主要研究内容包括:(1)根据医疗康复类产品的特性将FBS产品设计模型扩展为原理-需求-功能-行为-结构模型,首先设计实验验证原理模块,通过功能性近红外光谱设备记录被试者在运动执行和运动想象过程中相关皮层的血红蛋白信号。使用数据分析软件处理数据,分析结果并制定特定运动想象方案。采用KVIQ-10、心理计时法对被试的动觉和视觉运动想象能力进行定量评价,并与个人相应的脑激活特征进行相关性分析,制定运动想象评估系统。(2)定位目标群体,并进行调研、深度访谈,使用卡诺模型定义用户需求,并排序优先级,再将用户需求转化为功能需求,分析康复功能的任务点,然后对产品和用户的行为进行分析,得到虚拟训练场景、系统软件和手部康复辅具的设计要素。(3)使用虚拟现实技术,结合听觉,触觉等感官刺激,提高运动想象的生动性,建立可以引发运动想象的运动环境,通过已经保存在记忆中的熟练动作,在特定的环境内诱发,使用户可以较为容易的产生运动想象,进行运动环节中的第一步,即产生运动前准备,并通过评估实验验证虚拟运动环境的有效性。(4)设计配合手部失能患者进行运动想象训练使用的康复辅具,通过行为分析,从定量和定性双层面挖掘用户真实需求并指导产品的设计,综合用户需求和实验结论共同指导运动想象-虚拟现实康复系统的设计实践,得到产品原型。

关键词：运动想象虚拟现实康复评定运动障碍康复产品设计

穿戴式冷热敷理疗带在TKA术后康复中的应用研究

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穿戴式冷热敷理疗带在TKA术后康复中的应用研究

作者：徐萌东华大学

学位级别：硕士

膝骨关节炎(Knee Osteoarthritis,KOA)是一种对患者健康与生活造成严重困扰的慢性疾病,全膝关节置换术(Total knee arthroplasty,TKA)是目前中晚期患者最佳的治疗手段。相关临床研究表明术后给予冷热交替治疗有明显缓解术后疼痛的效果,... 详细信息

膝骨关节炎(Knee Osteoarthritis,KOA)是一种对患者健康与生活造成严重困扰的慢性疾病,全膝关节置换术(Total knee arthroplasty,TKA)是目前中晚期患者最佳的治疗手段。相关临床研究表明术后给予冷热交替治疗有明显缓解术后疼痛的效果,市场上理疗产品主要以单一热疗保健为主,在冷热疗结合方面尚处于市场空白的阶段,且热疗性能品质不一,存在较大的发展及改善空间。因此本研究将利用半导体制冷装置设计一款冷热敷理疗带,解决目前冷热疗法存在的问题与不足。冷热敷理疗带的设计分为两部分。第一部分是温度调节器设计,本课题运用有限元法(ANSYS)模拟半导体制冷片工作性能,选取适合弱散热情况下的制冷片型号,并根据数值计算选取相应的散热风扇、散热翅片。根据以上选型计算,在ANSYS中建立温度调节器-织物-膝关节皮肤组织模型,分析在不同温度、不同内外层织物下热传递情况,为穿戴式冷热敷理疗仪设计提供理论基础及设计依据。根据以上模拟与分析,设计理疗带温控系统,使用STM32作为温控系统的微控制器,通过数字温度传感器对半导体制冷片进行温度监测,基于比例积分微分(Proportion-Integration-Differentiation,PID)算法实现对半导体制冷片的温度控制。第二部分是固定织物绷带设计,首先调研市场上30余款护膝产品,分析康复产品的设计原则,综上推出织物绷带设计要素。从结构、尺寸、面料和外观四部分对织物绷带造型进行设计并制作样机模型。最终运用主客观结合的方法对冷热敷理疗带进行设计评估,包括理疗带制冷/制热功能验证实验利用测温仪每隔2分钟对五个点位进行测温,通过对比验证理疗带工作效果,结果显示各点位温度与仿真值相差较小,在合理误差范围内;辅助缓解疼痛功能验证实验通过WOMAC评分与NRS评分对受试者进行持续追踪验证理疗带缓解疼痛的功能,结果表明使用5天后改善较不明显,十天后改善非常明显;产品设计主观评价实验利用问卷综合评估理疗带,总体评分较高,为4.9分,说明理疗带设计基本符合预期目标。

关键词：冷热交替疗法全膝关节置换术有限元分析康复产品设计