基于人機(jī)工程學(xué)的穿戴式盆底功能康復(fù)儀設(shè)計(jì)

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1 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院 （浙江 杭州 310006）

2 中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所 （江蘇 蘇州 215163）

3 浙江伏爾特醫(yī)療器械股份有限公司 （浙江 桐鄉(xiāng) 314500）

內(nèi)容提要： 該盆底康復(fù)儀充分利用人機(jī)工程學(xué)原理，在保留現(xiàn)有大型盆底康復(fù)儀基本功能和性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)外觀設(shè)計(jì)上和技術(shù)上的創(chuàng)新。解決了大型設(shè)備小型化問(wèn)題，穿戴式的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了患者盆底康復(fù)的居家治療，并充分滿(mǎn)足了患者在治療過(guò)程中的舒適性、便攜性、私密性和安全性。用游戲闖關(guān)模式來(lái)模擬凱格爾治療運(yùn)動(dòng)，增加了治療過(guò)程的趣味性，從而提高患者的依從性。

盆底疾病繼心血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、糖尿病、惡性腫瘤后成為影響人類(lèi)生活質(zhì)量的五大慢性病之一，包括壓力性尿失禁（Stress Urinary Incontinence，SUI）、糞失禁（Fecal Incontinence）、性功能異常（Sexual Dysfunction，SD)和盆腔器官脫垂（Pelvic Organ Prolapse，POP）等[1-4]。盆底康復(fù)儀主要用于治療慢性盆底疾病，而目前市面上的盆底康復(fù)儀多采用探頭和主機(jī)分體式設(shè)計(jì)，患者不僅在使用上多有不便而且存在一定的安全隱患?；谌藱C(jī)工程學(xué)理論設(shè)計(jì)的穿戴式盆底康復(fù)儀更符合患者生理、心里和安全要求。

1.康復(fù)儀外觀設(shè)計(jì)

圖1. 盆底康復(fù)儀立面圖

盆底康復(fù)儀的外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)原理，突破現(xiàn)有市面上盆底康復(fù)儀主機(jī)加探頭的模式，采用穿戴式一體化設(shè)計(jì)，將探頭內(nèi)置在主機(jī)中，具有舒適、安全、方便、私密性好、防水和低功耗等優(yōu)勢(shì)[5,6]。盆底康復(fù)儀外觀設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

該盆底康復(fù)儀最大的特點(diǎn)在于保留了大型盆底康復(fù)儀的基本功能和性能，創(chuàng)新現(xiàn)有盆底康復(fù)儀主機(jī)+連線+探頭的結(jié)構(gòu)，將壓力傳感器內(nèi)置于主機(jī)之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一體化穿戴式設(shè)計(jì)。盆底康復(fù)儀的大小和形狀依據(jù)東方人陰道的生理結(jié)構(gòu)，運(yùn)用解剖學(xué)原理和數(shù)據(jù)，并征求多位婦產(chǎn)科專(zhuān)家的修改意見(jiàn)后確定設(shè)計(jì)方案?？祻?fù)儀分為主體和手柄兩部分，主體為檢測(cè)和治療部分，整體圓潤(rùn)、順滑，手柄主要為電源和藍(lán)牙部分，表面材料采用醫(yī)用硅膠和橡膠原料，經(jīng)過(guò)生物相容性測(cè)試，保證了患者的舒適性和安全性[7]。治療時(shí)，主體部分置入人體腔道內(nèi)，利用手柄和主體間的夾力實(shí)現(xiàn)固定，并通過(guò)連接手機(jī)App進(jìn)行交互和控制。

2.康復(fù)儀結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

盆底康復(fù)儀結(jié)構(gòu)上各部件的形狀、大小及連接處角度和力度均符合人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

主機(jī)（14）與手柄（4）的夾角根據(jù)人機(jī)工效學(xué)原理設(shè)計(jì)為10～20°，連接段（19）的中心線與主機(jī)的中心線夾角為70～80°，優(yōu)選75°，符合人體工學(xué)設(shè)定，保證主機(jī)置入人體腔道時(shí)獲得科學(xué)良好的工作工位，夾角之間的力度大小設(shè)計(jì)在既能保證康復(fù)儀在患者行走時(shí)穩(wěn)固性，又能保證患者的舒適性。

盆底康復(fù)儀功能上采用雙模態(tài)設(shè)計(jì)，將壓力評(píng)估和訓(xùn)練兩種模式合二為一，并具有震動(dòng)輔助治療功能，整機(jī)直流3.6V低壓供電，確?；颊叩陌踩?。

在評(píng)估模式下：患者根據(jù)手機(jī)端App軟件指令，進(jìn)行盆底肌盆肌運(yùn)動(dòng)，底肌收縮的肌力通過(guò)主機(jī)（14）內(nèi)氣囊傳導(dǎo)至壓力傳感器（16），盆底康復(fù)儀通過(guò)藍(lán)牙將采集到的患者的肌力數(shù)據(jù)作為輸入項(xiàng)傳送至App數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析和運(yùn)算來(lái)評(píng)估患者盆底肌功能。

在訓(xùn)練模式下：App根據(jù)評(píng)估結(jié)果，智能決策治療方案，指導(dǎo)患者居家鍛煉和治療。

盆底康復(fù)儀可與醫(yī)療機(jī)構(gòu)平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)，接受醫(yī)務(wù)人員的遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

3.康復(fù)儀人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)[8]

盆底功能康復(fù)儀由主機(jī)和患者手機(jī)端App兩部分組成?；颊咴谑褂门璧卓祻?fù)儀前先在手機(jī)端安裝App，然后通過(guò)藍(lán)牙與康復(fù)儀連接。康復(fù)儀通過(guò)設(shè)計(jì)好的治療方案指導(dǎo)患者訓(xùn)練。

圖2. 盆底康復(fù)儀結(jié)構(gòu)圖

圖3. 用跑步闖關(guān)游戲來(lái)模擬Kegel運(yùn)動(dòng)

盆底肌鍛煉主要采用凱格爾（Kegel）運(yùn)動(dòng)方式，這是目前最常用、效果最好的非手術(shù)預(yù)防、治療方法，但治療效果很大程度上取決于患者依從性和動(dòng)作的有效性?；颊咴诰蛹抑委煏r(shí)不能隨時(shí)接受醫(yī)務(wù)人員的指導(dǎo)，以及治療過(guò)程枯燥導(dǎo)致依從性差，甚至放棄治療，這是盆底康復(fù)居家治療效果不理想的主要原因。本項(xiàng)目的康復(fù)儀運(yùn)用多種游戲闖關(guān)模式來(lái)模擬治療過(guò)程，不僅大大增加了治療過(guò)程的趣味性，也保證了康復(fù)動(dòng)作的效果。

游戲方案設(shè)計(jì)：由于盆底功能衰退者所帶來(lái)的困擾一般是在跑步、打噴嚏或提重物等情況下所發(fā)生的尿失禁現(xiàn)象，所以基于關(guān)聯(lián)性及針對(duì)性的設(shè)計(jì)方向，將游戲設(shè)置為情景模擬類(lèi)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期鍛煉使患者產(chǎn)生相應(yīng)的條件反射，從而達(dá)到治愈的目的。

方案一：用跑步闖關(guān)游戲來(lái)模擬Kegel運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。障礙物的高低表示患者需要盆底肌收縮的力量，障礙物越高，患者需要更強(qiáng)的盆底肌收縮力才能越過(guò)，從而鍛煉盆底肌的力量；行進(jìn)中也會(huì)遇到坑洼和溝槽，坑洼和溝槽越寬，表示患者需保持盆底肌收縮的時(shí)間越長(zhǎng)，從而鍛煉盆底肌的耐力；障礙物之間的平地表示患者可以放松盆底肌。當(dāng)患者闖過(guò)一關(guān)表示達(dá)到了鍛煉效果，游戲根據(jù)難度分為多關(guān)，越到后面表示患者盆底肌功能恢復(fù)得越好。

圖4. 抓金幣游戲模擬提重物時(shí)的情景

方案二：抓金幣游戲模擬提重物時(shí)的情景，如圖4所示。在游戲界面上有很多大小不同，質(zhì)量不等的金幣，體積小質(zhì)量輕的在抓取時(shí)需要的力較小，反之亦然。具體操作過(guò)程中，患者可以用手在游戲界面上控制抓手的方位，用盆底肌來(lái)控制抓取物件時(shí)的力量，患者抓取的金幣數(shù)量越多，質(zhì)量越大，得分就越多，可以根據(jù)相應(yīng)的得分和所耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)評(píng)估其鍛煉的效果。游戲可以設(shè)置成雙人模式，它可以變成是與閨蜜之間的比賽，或是與愛(ài)人一起制定訓(xùn)練計(jì)劃，接入數(shù)據(jù)平臺(tái)后可以升級(jí)為網(wǎng)絡(luò)游戲。

4.小結(jié)

盆底康復(fù)儀采用穿戴式一體化設(shè)計(jì)，突破了醫(yī)療機(jī)構(gòu)傳統(tǒng)盆底康復(fù)設(shè)備主機(jī)+探頭設(shè)計(jì)模式，可與醫(yī)療機(jī)構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)了患者康復(fù)過(guò)程的居家治療，并為患者治療過(guò)程提供了充足的移動(dòng)性和私密性。整機(jī)以及與用戶(hù)的交互方式均運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)方法，大小、形狀、重量、手柄和主機(jī)間的角度、張力以及表面材料的選擇均最大化滿(mǎn)足患者治療過(guò)程中的舒適性?？祻?fù)儀采用3.6V工作電壓以及整機(jī)的防水性設(shè)計(jì)，充分保證了患者的安全性。用游戲闖關(guān)模式模擬凱格爾治療過(guò)程，既指導(dǎo)患者康復(fù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，又增強(qiáng)了康復(fù)過(guò)程的趣味性，提高患者治療的依從性。