手持治疗枪的人机交互设计研究

王泽娟 刘兴德 郭成悦

关键词：手持治疗枪;交互设计;用户需求

子宫热球治疗仪（以下简称治疗仪）如图1所示是进行热球子宫内膜去除术的医疗仪器。该治疗仪由主机箱、手持治疗枪、一次性使用治疗头三部分组成。手持治疗枪是整个产品的关键部件，治疗仪的主要操作是在治疗枪上。治疗枪如图2所示主要由壳体、加热器、一次性治疗头、连接管、安装板、电磁阀、传感器、复合柱塞泵等组成。手持治疗枪的设计主要是根据内部结构与产品操作方式结合而形成的外在形式，从产品人机使用与产品的外观交互角度讲，还需进一步研究与完善。

1交互设计概述

交互设计是一种目标导向设计，所有的工作内容都是围绕着用户行为去设计的。从用户角度来说，交互设计就是如何使产品易用，有效而让人愉悦的技术，了解目标用户和他们的期望，以及在同产品交互彼此的行为。对于产品造型设计来讲，随着技术的不断提升，更多地是与人机交互对接，设计出更加优质的用户体验的外观，这是目前产品设计的一个转变。手持治疗枪属于医疗器械，基于用户体验的外观人机交互设计，实质上是讨论在使用治疗枪中如何使机器适应人的使用，并且人在使用过程中舒适省力、心情愉悦。

2手持治疗枪用户的需求与产品交互分析

2.1用户需求分析

产品设计需遵循“以人为本”的原则，而具体到医疗产品设计中考虑的不仅仅是单一的受益者——患者，还包括了产品使用者——医生或护士。这意味着它同时需要满足使用者和受益者二者的需求。

1）使用者：医务人员是产品的主要用户，他们要求产品具有一定的易操作性和设计性。最重要的问题是能够通过简单的操作执行复杂的运行过程，并能有效避免操作失误。产品设计能与用户的身体部位成一定比例，减少用户的疲劳并最大限度地提高工作效率。考虑到操作的安全性和舒适性，同时最大限度地提高使用的合理性。手持治疗枪的人机设计是人手与产品之间的交互。除了研究人手的结构外，更重要的是研究与产品相关的产品组件和人手的结构关系，只有这样才能满足人体工程学设计的相关理论原则。

2）患者：患者是产品的受益者，对于手持治疗枪来说，在治疗过程中主要从视觉心理上与产品交互。病人在患病期间的心理相对来说比较脆弱，而且本身对医疗器械有着一定的排斥和恐瞑感，所以对于患者来说不仅要考虑产品使用的舒适性和安全性，同时也要考虑产品外部特征对患者心理的影响。通过调查发现，60%以上患者对于医用器械产品的色彩与外观表示有待提高，因为从整体医用器械来看机械感太强，色彩较为冷漠，这样往往会造成紧张感。

2.2用户与产品的交互分析

产品设计中，设计者需要站在用户的立场上，考虑到用户的需求，以满足用户的期望为目的进行设计。也就是基于用户的体验为基础进行的产品设计。从手持治疗枪的用户需求出发，研究其在操作中人机关系的合理性与外在形式的视觉交互关系。

1）使用操作上的人机分析。对于医疗产品的特殊性，在产品设计和开发阶段，需要进行人体工程学分析，以深入了解产品用户的操作习惯。手持治疗枪为掌握式工具，是由手掌各部分肌肉均参与抓握的工具，掌握式工具的操作一般会由腕部肌肉或者上臂肌肉完成，掌部肌肉主要是保持工具姿势的作用。因为有上臂部肌肉参与，所以工具可以发挥的力量比较大，动作范围也会比较大。治疗枪使用者为医务工作者，操作姿势主要为站立，每次单手手持工作时间为10-20秒。治疗枪体净重510克，单手手持较重，而且操作过程需要手稳。在设计过程中需要强调的是抓握部位与人手的匹配;操作活动应在手的最佳活动范围内完成;避免手掌局部压力，保持手腕伸直。

2）色彩造型上的视觉交互。由于产品所表达的意义与价值恰恰是良好用户体验的主要来源，以交互为中心的情境驱动设计思路最适合。手持治疗枪具有作为医疗产品的机械特性。为了能给患者或医务人员获得积极的心理感受和情感体验。在设计中，有必要通过对产品形状、颜色、材料等精心而温和的处理来改变产品的机械印象。通过柔软的曲线，柔和的色彩和舒适的材料消除患者对医疗设备的拒绝和排斥，让患者获得更加亲切的人文关怀。

3手持治疗枪的人机交互设计体现

3.1主体设计

治疗枪体的设计主要是针对整体形状和重量，其目的是解决手工工具设计理论原理中的静态肌肉负荷。在使用治疗枪期间，手掌的所有肌肉都参与抓握，并且腕部肌肉或上臂肌肉也参与工作。腕部肌肉的用力主要是为了保持工具的姿势。同时，治疗枪是一种进行精密操作的工具，质量应当少于0.45kg，需要采用小巧设计，机身的主要功能与结构，直接决定了治疗枪的功能和性能。手持式枪体的形状设计尽可能简单，仅保留最基本的功能元件形式，并减少可能导致误操作的其他元件。在此，手持治疗枪形式我们将所有元件包裹在主壳体内，电缆集中在手柄中。壳体外观采用流线型颜色分割，利用完美的比例分布来表达细节。尽量使整个机体在保持原有功能的基础上看起来具有一定的柔和度。

3.2手柄设计

手柄的设计是手持治疗枪的人机设计的重点。对于手枪手柄的人机设计，主要研究手柄的尺寸，形状和倾斜角度。手持治疗枪的尺寸旨在解决避免手掌局部压力的问题，尺寸适合手握。

1）手柄直径。由于不同的臂力要求，不同的工具在操作期间具有不同的臂跨度。“手工工具设计中的人体工程学”中的建议：手枪式手柄，一般以5cm-6cm为佳。对于处理枪设计中的手柄直径，设计者在设计手柄直径时需要使用较小的手柄直径。手持治疗枪的手柄内主要为管线，没有特殊或体积较大的原件，所以可以根据男女手握时的最低值设计，但也要结合枪体体积与手柄体积之间的比例，根据表1中数据，我们确定手柄直径为5.2cm。

2）手柄长度与角度。由于手持枪使用者为男女不定，根据表1中的数据分析，设计手柄长度我们取男女食指握圈时手长平均值应当在10cm-12cm之间;手柄与瞄准轴之间的角度应为100°，这是最容易操作和省力的。

3）手柄形状。手持治疗枪手柄设计能够转换手部受力部位，由虎口来受力，减小对手腕的压力，同时治疗者更换治疗头时直接靠手部虎口便可夹住治疗枪，从而使用起来较为省力。因操作者手部大小不确定，在形状设计上应避免手柄形状丝毫不差地贴合于手的握持部位，只在手掌肌肉与手指形态进行凹凸处理，手柄断面呈接近于矩形而不是圆形，这样可以增加手掌摩擦力。同时更加有利于主体抓握时的方向感。

4）按键的设计。对治疗枪按键的设计主要是考虑按键的尺寸、启动力量大小和位置、形状，决定手和手指的疲劳程度。按键的位置适合于手的最佳操作，使操作者容易控制产品，避免错误操作。另外，按钮的形状大小适合于手指形态，符合人触摸时的辨识度。根据治疗枪枪体的重量以及在设计过程中对于模型的研究，按钮最好选择放在手柄前，这样能够使治疗枪易于操作，同时能够很好保证枪体使用的平衡。如图3所示。

3.3色彩与表面处理

在设计中，形态主要结合手持枪的功能和内在组件体现在外部的形态上，界面的处理除了壳体的分模缝外，局部使用流线型色彩分割，体现了产品外观的柔和感。外部颜色的存在是基于特定的形状，两者的有机融合可以形成更好的视觉效果。手持治疗枪的色彩设计主要以乳白为主配以蓝色，因为蓝色与白色的4：3比例匹配可以使患者的紧张感降低，同时对使用操作者的眼睛有更好的缓冲作用，如图4所示。

4结语

在工业产品的设计中，设计师需要站在用户的立场，兼顾用户的需求，满足用户的期望，从而进行产品的人机交互设计。这要求设计师除了掌握人们使用产品的相关数据，使产品的可操作效率和舒适度达到最大化，还要掌握用户的心理，以使设计更加合理，从而改善用户体验。手持治疗枪，它不仅仅是一种现代化的医疗技术，更是一种服务于人们的医疗产品。在进行人机关系研究时如何遵循人机工程学的理论，实现造型的人机设计，并始终站在用户的角度对它的可操作性、造型、色彩、材料等方面進行合理优化，为了使用户获得更好的体验，设计师还需要继续探索和研究。