5G+智慧医疗服务平台的交互设计与具体产品应用研究

邵彩萍 ，胡 北

(江汉大学 设计学院，湖北 武汉 430000)

中国的医疗服务事业取得了举世瞩目的成绩。目前，中国基本医疗保险参保覆盖率稳定在95%以上，但我国医疗领域最主要的问题是医疗资源的不足，中国每千人执业医生数仅为2.44人，医生密度与发达国家相比还有一定差距，例如法国、澳大利亚和瑞士等国每千人拥有近4名医生，医生资源尤其是优质的医生资源短缺一直以来是困扰中国医疗问题的根本原因之一。护理人力资源配置不合理，护理人员数量短缺。《中国医疗卫生服务体系规划纲要(2015-2020年)》指出应积极使用移动互联网、物联网、云计算和可穿戴设备等新技术，推动惠及全民的健康信息服务和智慧医疗服务；医疗信息化助力医改，有效促进医疗健康服务的创新供给和信息资源的开放共享，大幅提升医疗健康服务能力和普惠水平。[1]目前分级诊疗并未解决基层医院分流、大型医院看病难问题。三甲医院作为医联体的核心医院，承担的病患多，迫切需要通过5G等新技术解决三甲医院床位不足的问题。

当前，伴随移动通信、人工智能、生物技术、纳米技术等不断涌现，第四次工业革命脚步正在临近，中国面临百年未有大变局时刻，是否能抓住机遇，5G技术则是必须夺取的科技制高点。而5G网络的行业应用决定着5G技术是否可以真正服务于社会，各行各业是否能因5G而获益。因此，大力推动5G+行业应用发展刻不容缓。

一、研究目标与预期价值

(一)项目的目标期望值

针对本项目的目标期望值，主要需实现以下四个方面的内容：

第一，满足5G+移动医疗的迫切需求。2020年，受新冠肺炎疫情的影响，我国用户对在线医疗和在线教育的需求大幅增加，随着我国5G网络全面应用的推进，“十四五”时期，“5G+医疗”将成为在线医疗的主要方式，因此，需迫切推动“5G+医疗”应用场景的进一步完善，且加速5G“杀手级”应用的诞生[2]。而随着应用的落地，在使用操作过程中将产生一系列的衍生技术，从而进一步推动5G网络的升级进化。

第二，加快医疗健康事业发展的需求。习近平总书记强调:“没有全民健康就没有全面小康。”[3]让信息多跑路、让群众少跑腿，随着人民群众生活水平的日益提高，对医疗健康的需求日益迫切，但人力成本的逐渐增加，社会老龄化不断加速，导致医护资源越来越匮乏。而5G网络、机器人及人工智能技术的不断发展，世界各国都在研究机器人在医疗护理工作中的应用，医护机器人在医疗健康方面的应用也迎来了高速发展的机会。[2]国务院在《中国制造2025》(国发〔2015〕28号)及“十三五”规划纲要等文件中明确提出，要重点发展医护机器人等高性能诊疗设备，积极鼓励国内医护机器人的创新。[4]

第三，强化关怀患者心理健康的需求。患者住院治疗期间需对患者及其家属进行健康教育。随着医疗模式转变，健康教育需贯穿于整个疾病治疗全过程，建立科学化、系统化的健康教育指导体系，还需教育和引导患者提高预防疾病的意识，以及患者健康知识的知晓率，使患者养成良好卫生习惯和健康生活方式。因此，借助5G、云医护平台、机器人等新兴技术，可以实现机器人自主到患者床旁对患者进行循序渐进式的健康教育，避免医护人员因为工作繁忙或个人水平导致对患者的护理健康教育不及时和不到位[2]，由此逐步替代医护人员进行健康教育的工作，使得健康教育内容更标准规范，教育形式更丰富多样，且提升健康教育的管理水平，最终促进患者身心康复。

第四，降低医护人员工作负担。在医院的一个住院病区，往往有30到70位病人，但护士仅配备8-12人左右，特别是夜间值班时，所有的护理工作都归2-3名当班护士负责。除ICU以外的普通病区，护士们要根据病人的病情，每半小时到1小时巡视一次病人病情，包括发药、打针、换药、雾化吸入等。如以疫情期间为例，医生、护士全部都超负荷工作，完全没有精力和体力顾及家属探视、病情问询等需求。总之，5G+护理机器人可分担此项工作，从而缓解医护人员压力。[2]

(二)项目的预期价值

5G+云医护平台及辅助设备可以实时解答患者的疑问，提供及时、渐进式的健康教育，为患者提供标准化、个性化、针对性的医疗服务，提升住院患者就医体验；同时，可部分替代医护人员的工作(护士日常工作中40%左右是简单重复的劳动，如健康宣教、咨询问答等)[5]，提升医护人员工作效率，提高医护工作质量。

5G+云医护平台及机器人项目由云医护平台、医护机器人、病区内5G网络三部分构成。其中云医护平台知识库(AI深度学习)作为机器人的智脑，统一控制、调度机器人，通过与机器人之间大量数据交互，不断自主学习、丰富知识库内容，为医护机器人提供智能应用支撑。而医护机器人则负责具体操作的执行，依托5G网络高带宽、低时延、高可靠的特性，借助机器人自主行走、智能语音识别、智能语音合成等基础功能，并通过5G网络连接云医护平台，借助云医护平台强大的运算能力及专业知识库(包括健康教育知识库、智能问答知识库等)支撑，为住院患者提供健康教育[2]、远程探视、远程查房、智能问答、送药、巡床、体征采集等服务，最终结合该概念进行可落地的具体化产品设计、用户体验设计，以此统一产品的设计语言及品牌升级。

二、研究的设计分析

(一)5G+云医护服务平台的交互设计分析

本案是为国家卫生健康委员会和工业信息化部招标的部分项目，同时也代表了公司未来产品的新形态，并非全部的产品线，但任意一条产品线升级会让公司的产品出现割裂的情况，为避免这种情况和解决目前公司软硬件的不互通，用户体验较为割裂等现有问题，在方案思考上需立足于公司产品线升级的整体框架上来思考。

首先，需要构想出一个符合公司未来发展的交互设计语言对本案进行设计的初步尝试，然后针对公司的其他产品线，诸如PDA扫码器、医疗系统软件、智慧医疗床头卡、病区护理大屏进行相对应的统一性设计。

在产品分类上，PDA扫码器、医疗软件系统、病区护理大屏属于B端产品，5G机器人和智慧医疗床头卡属于C端产品。在对产品线未来的设想中，它们是可以互联互通的软硬件，并相互融合形成智慧医院生态，而不是单一孤立的产品形态。

除此之外，在医疗软件系统部分还存在错综复杂的细分系统，它们都需要用统一的视觉语言达到策略上的整体统一，也为未来系统软件的云端化打下统一的视觉基础，即5G+云医护统一平台(如图1)。

图1

(二)现有医用智慧机器人的设计特点分析

现有的医用智慧机器人按照用途分为：医疗手术机器人、康复运动机器人、医护辅助机器人、医疗后勤机器人四大类。[6]其中，医疗后勤和辅助机器人占整体份额的36.76% (如图2)。在整体产业链上，当前的设计属于中游，负责将上游的OEM厂商研制的通用型机器人，针对医疗行业的具体需求对机器人的软硬件进行深度的定制。由于此项目属于公司为国家卫生健康委员会和工业信息化部的招标试点项目，因此，在具体设计需求上，并没有同类型的对标设计可以参考，但在抽象的市场层面上，仍然符合机器人市场的一般规律和用途。

图2

(三)项目的设计定位分析

根据公司项目的整体规划和国家卫生健康委员会与工业信息化部的联合招标意见，公司需将现有的物联网技术、软件技术、云计算技术、5G技术、机器人技术结合起来，完成一套可被招标的5G+医疗健康应用试点项目，并尝试投入到国家制定的智慧医疗标准中，即完成一套5G驱动的智慧医疗辅助与后勤机器人的产品设计。因此，需要设计两款适用于公司现有机器人设备基础上的适用于巡航查房和巡航消毒的配件设计，而在软件上需要形成统一的视觉语言，完成用户界面、体验流程设计，然后再进行产品的系统性设计。

综合以上概念，本案的产品将服务于医疗工作者、病房患者及家属，以此来辅助医疗工作人员完成检查、诊断、护理、宣教等工作，并替代医疗人员完成在高毒性、高感染性、高辐射风险的医疗环境中消毒和部分物资运送的任务，还可面向患者解答相关医疗科普、医院信息、导航等问题。

在人机交互设计上，将涉及两类群体，即医疗工作者、病区住院患者及家属。医疗工作者归类于Business端，病区住院患者归类于Custom-er端。

面向B端方面，需要强调流畅完整统一的人机交互体验，使用场景的无知觉切换达到多设备联动的高效工作机制，需要参考正在研发的相关人机交互设计语言，诸如微软正在研发的流畅设计体系(Fluent Design)和谷歌针对大屏幕正在研发的Material You(Material Design 3)设计语言，为后续的开发设计实现技术基础而埋下伏笔。

面向C端方面，考虑到较为特殊且用户特征明显的群体，更加需要清晰且直观并符合直觉、易用、易操作的友好，同时，需要简单实用及时反馈信息，可参考诸如智慧家用电子产品中交互界面和用户体验的设计。

三、研究的应用结果

(一)桥型模型设计

桥型模型是美国Dubberly Design Office发表的设计流程图(Analysis-Synthesis Bridge Model)。公司创始人Hugh Dubberly是全球公认的在人机交互领域做出最杰出贡献的人之一，此模型也是多数国际人机交互学科的公认理论。其所用的两种维度的分类相对明了地阐释了设计的本质。桥型模型的x轴分为现在和未来，y轴分为具象和抽象，以此来定义设计的状态(如图3)。在该理论中，设计是由多层结构组成的，从抽象到具象被划分为五个阶段：策略(Strategy)、内容(Scope)、结构(Structure)、框架(Skeleton)、视觉(Surface)[7]。

严谨的设计应由深至浅发展，即从深层的策略到浅层的视觉，并在考虑深层的策略时，应避免浅层的干扰，由于浅层只是策略表现的方式，而深层策略才是决定产品核心价值的关键。另外，决定策略时，应直接依据模型坐标左上角“问题的本质”来确立要设立的产品目标。待策略确定后，才能明晰这个产品的内容与受众群体。从策略到视觉的过程中，目标都应以具象的产品实现相对抽象的策略，而要让视觉和策略紧密联系，则应尽可能在每一个设计阶段的过渡时都考虑到前后步骤的衔接是否逻辑通顺，避免层与层之间脱节的现象发生。虽然在现实中，步骤的层与层之间的分隔往往没有这么明晰，但是这种分层的设计逻辑可以作为一个有启发意义的构思框架，以避免在发散思维的时候偏离既定的设计目标。然后，在结构方面，确定内容后仅需一个完善的逻辑，即面向用户的具体使用流程是什么，以此快速地显现这个产品可能存在的结构。最后，框架和视觉阶段则更多只是一种表现手法的选择，无论最终选择如何设计，只要保证框架和视觉元素在整个产品中保持一致并且符合产品定位即可。

图3

图4

回到本案，在预期(未来态)不清楚的情况下，“现在态”的具象问题是制作何种机器人。它是宽泛而不明确的，针对的痛点也是抽象且不清晰的，那么则需从中提取出机器人的特点和功能，进行下一步抽象并明确领域范围、作用对象，从而得到启示(如图4)，即从表象去提取机器人类型产品的自身逻辑，深入构想达到的预期效果且存在的可能情况，进行立足于自身品牌策略的差异化设计。最后，通过甄选和排除并经过商讨后，确定了大家一致认同的预期可行性方案，再完成了设计的预期后实现项目的落地(如图5)。

桥型模型是从多个角度描述一个问题从研究到解决的过程。由此可以看出，设计从来都不是一个随性而为的过程。从模型坐标左侧的系统分析问题到右侧的遵循结构进行设计，都应在一个严谨的框架下进行思考和设计，这样才能做到有针对性地解决问题(如图6)。[7]

图5

图6

(二)交互流程和框架设计

通过前期调研，为了达到申报要求而进行预期规划，5G+云医护平台及辅助设备中的机器人部分要做到“健康教育”，“(危险环境病房)远程查床”，“辅助护理”这三大需求(如图7)。“健康教育”涉及机器人与病人及家属的直接交互，需要建立云端AI数据库支撑机器人，做到与病人进行人机对话。“(危险环境病房)远程查床”要求机器人具有可操控的移动、自主完成消毒和协助查床的能力。“辅助护理”则需要机器人能承担运输药品和体征采集设备的能力，减轻重复劳动。最后，针对机器人的远程操控则需依靠公司协助电信单位完成院内部署的5G网络，经公司的医疗软件系统由电脑或公司研发的PDA发出指令完成(如图8)。

(三)视觉原型图设计

在视觉的低保真原型图设计上，主要探讨以何种UI视觉元素作为基础，选用近几年在苹果发布会上屡次出现的卡片设计，以此来提高信息传递的效率(如图9)。卡片是一种UI组件，包含了某一内容的信息和交互。卡片可以包含各种元素，但它们都需有统一的主题，以此避免冗长的文字，但能呈现出更多的内容。从设计专业的角度而言，用户可能不熟悉卡片的概念，但他们能凭借直觉知道如何使用它们，因为它们实际上只是实体卡片的一种数字化的暗喻。卡片是模块化的，所以不同的内容能堆叠在一起，并且弱化了它们存在的差异。卡片之所以流行，主要因它们能更好地把控内容。

图7

图8

在本案中，不论是B端还是C端的UI设计上，都会涉及到以下四个内容：

第一是“信息浏览”。用户浏览信息时，卡片的兼容性更好。

第二是“任务管理”。主要将流程中的单个任务作为卡片进行说明时，能轻松组织卡片以获取任务列表。任务管理应用在使用卡片式界面时，可为用户在创建仪表板上的效果实现最佳状态，其中每张卡片代表了一个单独的任务。

第三是“可视化分析”。仪表盘上通常在同一页上同时显示各种内容样本。在这种情况下，卡片类比可以帮助在不同物品之间创造出更明显的差异，其中每张卡片可以适应不同的角色。

第四是“类似项目”。卡片最适用于异构项目的集合(当并非所有内容都是相同的基本类型时)。[8]

而本案采用卡片 UI 设计将会具备如下优点：

首先“显示直观”。卡片在界面中看起来与现实世界中的卡片相同，它们对用户来说似乎很常见。卡片代表了一种有益的视觉类比，它让我们的大脑能直观地将卡片与其所代表的内容联系起来，是现实生活中的一种数字化写照。

其次“易于阅读”。卡片不会占用太多空间，并敦促设计师优先考虑要展示的内容本身。与其他设计手段不同的是，每张卡片都变成了易于阅读的内容。卡片也让用户更容易找到他们感兴趣的内容。

第三，“吸引力强且对用户更友好”。卡片的设计通常非常依赖视觉效果，尤其是图片；就信息主次关系而言，卡片会让视觉层次更加清晰。同样使用图片也有助于使基于卡片的设计比不在卡片中排列的相同内容对用户的吸引力更强。最后“利于响应式设计“。卡片是矩形的，能平滑地调整大小，以适应不同屏幕的水平和垂直正面，这意味着用户可以在所有设备上获得统一的体验。[8]

综上所述，本案采用卡片设计作为UI设计的主要元素和设计语言。

图9

在视觉的高保真原型设计上，主要的工作重点是将卡片设计进一步明确并加入细节，在色彩上，加入了大量的彩虹色和弥散光设计。弥散光感(如图10)由多种色彩叠加混合而出来，通过色彩柔和过度或者扩散开的方式处理形成，这种色彩处理效果可以为视觉效果增色。弥散光感由自然界中真实存在的颜色渐变演变而来，现今在数字设计中广泛的使用。因其特殊的效果和迷人的色彩弥散处理，使得这种效果虽然混合多种颜色，但不容易让人产生厌倦感。这种风格最大特征点有丰富、多彩、年轻、活力、细腻的质感，充满想象空间，是为年轻一代而产生的风格。这种色彩技法的出现，更是一种前所未有的改变与突破，大胆而张扬，极具吸引力。另外弥散光感的配色，可以让产品在竞争中脱颖而出，而彩虹色更具年轻活泼的寓意。

图10

本案中的UI设计部分，为了使整体显得更为年轻且与时俱进，所运用到的UI设计手段都是近几年，如苹果、微软、谷歌等系统研发公司所实践过的视觉效果，无论是出现在发布会还是产品宣传广告，无论使用在B端还是C端，还是直接出现在系统设计语言标准中或是正在酝酿的研发，只有以现在的时间点尽可能去构想未来，才能争取产品的落地机会和为后续研发打下设计的基础(如图11)。

图11

(四)辅助设备方案设计

本案产品设计主要以公司的机器人为基础，配备两套服务辅助设备的方案，只有搭配相关的配件才能分别完成项目中“(危险环境病房)远程查床”和“辅助护理”这两个重要的需求。其中两款设备均采用磁吸设计，通过磁吸固定在机器人上，简便组装且可拆卸。

(1)智能体征采集搭载配件。在智能体征采集搭载配件设计上，智能体征采集搭载设备需要运输和保护体征采集设备，尽量减小在巡航过程中发生意外。考虑到机器人的负重，材料采用轻便且具有强度的聚碳酸酯，配合机器人自身的颜色强调一体性(有黑白两款)，机器人支持无线充电，盒内内置无线充电线圈和电池，可在紧急时刻为PDA和体征采集设备提供电源，收集到的数据可直接通过PDA传送到医院信息管理系统(如图12)。

(2)智能消毒配件。在智能消毒配件设计上，主要分为前后两个部分，雾化部分通过磁吸固定在机器人的前端，储液部分固定在机器人后侧。两者通过管线连接，一共有8个喷雾嘴分布在前端雾化部分的顶端和两侧，能实现大于180度的喷雾射程。另外，考虑到机器人的负重，材料采用轻便且具有强度的聚碳酸酯，颜色为白灰色，雾化部件的侧面配有淡绿色的LED液晶指示条，其主要显示喷雾机的电量和消毒液的数据。储液部分中，可打开舱门更换储液瓶，只需对准舱门内连接雾化部分的管线口旋转拧出或拧紧(如图13)。

图12

图13

图14

四、研究总结

通过以5G+云医护平台及辅助设备项目为基础展开深入调研与研究，并在此依据下进行系统化的整合设计，涵盖用户体验与交互设计、UI设计及产品外观设计等，以此来探讨如何进行系统性设计，桥型设计理论与实践的融合。

在产品落地实现上，经过实地调研和资料收集，并考虑国家招标要求及公司内部形成的相关意见、技术标准、项目预期且参考当下甚至是未来即将流行的B、C端设计语言，利用桥型模型进行产出和验证，将新形成的设计语言运用到其他产品进行系统性设计，以此形成相对完整的设计后才开始针对项目进行品牌设计，由此延伸到整个公司的产品设计语言的统一和公司品牌的升级。

最后，针对国家5G+医疗物联网事业发展导向，第一次以设计从业者的身份去思考技术、品牌升级和时代这三个要素，并了解这三个要素的相互影响和相互碰撞的可能性。另外，新技术诞生后的推广离不开品牌背后的市场和对外宣传的力度，而品牌的发展也应随着时代和市场不断提出的新要求进行自我革新。自始至终，设计在其中都起着关键性的作用。国家未来的发展将会涌现出一代又一代的辛勤奉献的设计师，应深入研究分析人与社会、人与产品、人与环境之间的关系，了解并掌握设计的发展与规律。