基于用户体验目标的腰椎康复装置设计

杨尚静　张昆　龚锦

关键词：体验目标;腰椎康复;产品设计;用户需求

1 用户体验目标概述

1995 年的 CHI 会议中，用户体验被 Don Norman 首次提出，用户体验包括终端用户与公司，以及其服务和产品交互的所有方面。用户体验（User Experience）有诸多定义，ISO9241-210 对用户体验的定义为：人们对于使用或参与产品、服务或系统所产生的感知和回应[1]。ISO 的定义是将体验聚焦于“使用”，在我国使用“用户体验”这个概念时，其内涵更接近关注用户的“体验”[2]。从用户体验的内容上看，普遍认为用户体验涉及用户、产品和交互环境三个方面[3]。

用体验来驱动设计一直是工业设计中的一种重要策略，体验驱动设计成功的前提是定义设计的目的是什么。由预期体验驱动的设计方法，称之为用户体验目标。体验驱动设计的关键先决条件是定义要设计的体验，用户体验（UX）目标将预期体验具体化[4]。LU Yi-chen 对体验目标做了明确的解释：体验目标描述了预期的瞬间情感或个人与所设计的产品或服务之间的情感关系[5]。

国内学者辛向阳进一步解释了用户体验及体验设计，提出从用户体验到体验设计的范式转变，用户体验将体验作为准则，体验设计将体验作为对象，经过目标定位（Expectation）、事件发展路径的选择（Event），以及对过程的回顾反思（Impact）[6]。体验目标将唤起用户的积极体验，并且设计师可以在体验目标的指导下创造新的设计可能性。

用户体验目标在不同阶段指导体验驱动的产品开发，其并没有特定构建过程，大多数研究者从不同角度进行目标构建。其构建方法相关研究有：李元超等人通过PACT 分析构建事件模型，结合技术特征和用户特征，构建节点的用户任务目标[7]。基于理论、技术、品牌、愿景、同理心的方法，Eija Kaasinen、 VirpiRoto 等人提出构建用户体验目标的五种方法，理论和技术旨在洞察用户体验目标和可测量目标的设定，而品牌和愿景更专注于寻找灵感，同理心方法专注于洞察力和灵感[4]。基于需求的方法，对用户需求的理解是用户体验目标的重要来源，一是从心理学的角度，基于用户基本的心理需求构建体验目标;二是采用移情的方法，从用户观察、访谈及领域专家访谈中获得[8]。

文章将采用基于需求的方法，探索用户需求，分析用户需求的权重指数，将关键用户需求转化为用户体验目标，再通过用户体验目标进行产品功能的转化，从而进行腰椎康复装置功能设计。

2 基于用户体验目标的腰椎康复装置设计流程

2.1 确定腰椎患者需求

腰椎康复用户需求信息首先通过文献研究收集、阅读、整理相关文献，从文献中获得对腰椎康复、腰椎疾病用户、腰椎康复相关产品的认识，为腰椎康复装置研究提供了理论依据。然后通过观察，观察法调查员在一个自然环境中观察被调查对象的行为和举止方法，探究腰椎病人的行为特征、活动场景等。

通过文献研究及观察法，得到的腰椎患者需求包括：及时腰椎提示、增强互动性、医患数据检测、腰椎数据反馈、腰椎产品穿戴灵活等多方面。但通过观察法、文献研究法获取的用户需求信息是杂乱的、模糊的、相似的。文章将进一步对信息进行规范提取，运用亲和图法（KJ）对信息进行层次分析，从而提取出关键用户需求信息。

患者的需求权重 K 值是通过对腰椎患者进行调研，并结合28 名专家意见打分确定的，其需求权重 K 值越大，表示所对应需求对患者的重要度越高。将需求运用亲和图法将用户需求分为三类：C1 监控反馈类用户需求、C2 数据反馈类型用户需求、C3产品穿戴类型用户需求。二级用户需求涵盖在一级用户需求下为C11-C14、C21-C22、C31-C33。

对矩阵进行一致性检验，当CR<0.1 时，判断矩阵符合一致性要求。表1 用户二级需求一致性检验结果为CR ：0.0843，即结果数据满足一致性检验要求。按照用户需求由高到低进行的排列如图1 所示。

C21 查看腰椎实时曲线、C11 提示腰椎姿态是否合理、C12提示用腰时间、C33 穿戴期间灵活、方便这四个二级用户需求权重指数较高;C32 能够快速穿戴、C13 锻炼提示这两个二级用户需求权重指数中等;C31 造型美观、C23 构建医生、病人数据平台、C22 健康评测工具、数据报告、C24 提供病友交流平台、C14 康复装置增强互动性，提高康复积极性这五个二级用户需求权重指数较低。由数据可见，用户对腰椎健康检测等实用性功能用户需求最高，对康复需求社交性、造型美观等要求较低，在后续的体验目标建立中将更加关注腰椎康复装置的实用性功能。

2.2 构建用户体验目标

通过需求权重构建二级体验目标和总体体验目标。腰椎康复的二级体验目標如下：

1） 及时地监控反馈：主要包括提示腰椎姿态是否合理，用户需要知道腰椎姿势是否合理，避免出现不健康的腰椎曲线。还要提示用腰时间，及时提示用户过长时间用腰，使用户保持健康用腰。

2） 增加数据的互动感：查看腰椎实时曲线，了解腰椎状态，用户可以及时通过手机端查看腰椎曲线，并伴有一些数据反馈，腰椎曲线数据报告。

3） 适宜的穿戴感：适宜的穿戴感包括材质、产品体量轻、穿戴灵活等符合目标用户的期望。对二级体验目标进行抽象归纳，得出总体体验目标。腰椎康复装置的总体用户体验目标是：实时保持健康腰椎曲线，即用户在佩戴康复装置时是可信赖的、有帮助的、准确的、实时的、舒适的。

为保证腰椎病人保持健康的腰椎曲线，提出腰椎康复装置概念设计，提出关键功能及功能的实现方式。

2.3 提取设计思路

通过用户体验目标进行腰椎康复产品功能的转化，采用直接推导。如体验目标“及时的监控反馈”可以直接推导为“监控震动、声音等提示功能”“提示异常”;体验目标“查看腰椎实时曲线”可以直接推导为“手机端向用户显示腰椎曲线信息”。

装置的功能设计如下：F1 通过声音、震动提示异常情况;F2 手机APP 实时显示腰椎曲线信息;F3 腰椎康复产品自由调节产品松紧;F4 腰椎运动健康记录;F5 腰椎曲线健康数据报告;F6 腰椎康复产品穿戴提示。

其腰椎康复装置设计需要从实体产品及交互APP 端两个方面进行设计。

3 腰椎康复装置功能设计

腰椎康复装置概念功能设计拥有实时监控、穿戴提示、震动、声音异常提示等功能，可以结合智能穿戴设备与数据监控，对装置关键功能腰椎曲度监控功能进行设计。

3.1 腰椎康复装置曲线监控功能设计

腰椎监控功能的实现需要腰椎识别，目前有三维形态分析、形态学照片分析、柔性传感器、脊柱鼠标测量、光学动作捕捉、加速度计、惯性跟踪器等，而临床上脊柱测量主要为X 射线。彩方慧提出运用运动传感器研究下背痛与不良姿势间的关系，将加速度计运用于测量人体静态和动态的运动，通过加速度计可检测人们日常生活中脊柱弯曲的错误姿势[9]。李晓刚利用SpectraSymbol 公司的Flex 系列弯曲度传感器提取腰椎弯曲度，其传感器为薄膜式[10]，但其利用单传感器敏感区域长度具有局限性，且无法反映两个腰椎曲度数据。因此，文章将采用Flex 传感器研究更合适的布局位置及条数，进行曲线监控功能设计，Flex 传感器利用其薄膜式具有实时可穿戴性，更为舒适，同时需要两个传感器能够准确地测量脊柱与脊柱之间的两个位置的曲率。

在研究中结合腰椎活动范围分析了一系列腰椎使用姿势（如图2），如站姿、躺姿、坐姿、提物等，并测量出典型腰椎的使用姿势，从而提取用户典型腰椎曲线，通过Rhinoceros 计算腰椎曲线的曲度，计算出其差值，提出腰椎曲线监控方法，实现腰椎康复装置体验目标。

利用人体脊柱仿真3D 模型绘制人体不同弯曲度腰椎曲线，并基于Nachemson 针对不同姿势对腰椎盘的压力研究，划分出腰椎曲线健康程度。通过3D 模型绘制人体不同弯曲度腰椎曲线，A、B 腰椎曲线为后仰姿势，C、E 为过度集中姿势，F、G 为前倾姿势，利用典型姿势绘制腰椎曲线，绘制后将其进行划分。图3 为不同程度健康与非健康腰椎曲线绘制，包含 5 个椎骨、椎间盘，以及骶骨，通过Nachemson 压力表将其划分为不健康曲线与严重不健康曲线。典型曲线划分数据如下，黑色腰椎曲线D为健康腰椎曲线，健康腰椎曲度为1.8—2.2cm，小于0.9cm 为曲度变直，大于2.3cm 为加深[11]。橙色腰椎曲线B、C、E 为不健康曲线，可通过实时监控提示、反馈给用户。红色腰椎曲线A、F、G 为严重不健康腰椎曲线，需通过實时通知，及时纠正该姿势，恢复健康腰椎曲线。

通过其曲线弯曲程度，结合单向传感器特点，将其划分为两段曲线布置传感器位置，4.5Flex 传感器总长80mm，宽5mm，功能布局将设计在L1 和L2 两端（如图4）。连接曲线起始点，并做垂线得到∠ 1 大于∠ 2，通过Rhinoceros 测量其两角弯曲度（如图5）。

通过测量得到下表数据分析。D 为健康腰椎曲线，设置曲线D 左边为弯曲度为“+”，右边弯曲度为“-”，根据测量数据非健康曲线A、B、C、E、F、G 与健康曲线D 弯曲角度对比反映出，随非健康腰椎曲度越来越严重，如A、F、G，离健康腰椎曲度的弯曲度会越来越大，如表2 所示。

由数据测量得知，健康曲线与非健康曲线差值呈递增趋势，Flex 传感器可通过腰椎曲线弯曲度进行腰椎监控，监控功能通过两段Flex 传感器进行实现。且Flex 传感器为薄膜式，可达到穿戴舒适性。

3.2 腰椎康复装置APP 功能设计

交互APP 端功能设计主要为监控、我的数据、医患交流、产品设置四个模块。

其中监控模块包括：腰椎曲线实时数据监控、腰椎健康状态反馈、震动提示频率调节、声音大小调节、震动停止调节、声音停止调节。使用产品前通过用户身体数据的不同进行数据输入及数据适配，自动设置用户腰椎监控范围数据，此处将考虑不同用户的身体状况，腰椎弯曲、旋转、坐姿时长、躺姿时长设置也将不同，用户进行日常实体产品使用，实体产品端通过当前用户数据分析实时监控用户严重腰椎曲线不健康、中等腰椎曲线不健康等行为，通过实体产品震动模块、声音模块给出不同强度反馈，提示用户及时调整姿势或及时进行腰椎康复锻炼等。

我的数据模块：我的病情康复数据、我的站姿与坐姿等时长、我的运动健康记录、穿戴提示设置。通过实体产品数据采集，患者的数据模块中病情康复数据可使患者及时了解自身腰椎康复状态，激励患者长时间进行腰椎康复，我的站姿坐姿时长用于每日提示，使腰椎患者养成良好的习惯，减少长时间的不良姿势。我的运动健康记录为激励模式，可拓展运动打卡等功能，腰椎患者组队运动、运动教学、运动反馈至医生管理平台端等。

医患交流模块：腰椎数据、运动康复数据、医嘱、健康报告。医生端通过用户就医信息建立用户病情数据库，方便线上了解患者病情，以及患者就医后的行为监督，通过大数据互联、患者腰椎信息采集了解患者就医后的腰椎情况、运动康复情况、腰椎报告等，为用户实现腰椎的长期康复治疗。后期也方便医生对患者数据分析、采集，提出更全面的腰椎康复治疗方案。

产品功能模块：声音震动调节、产品电量显示、产品穿戴显示。产品主要为可穿戴腰椎康复产品，具有便携的穿戴功能，造型小巧、美观，通过Flex 传感器同时实现轻便功能，使用户穿戴无异物感。

4 结论

文章对用户体验目标和腰椎康复装置设计进行了深入研究，总结了腰椎患者腰椎康复需求，构建了腰椎康复装置用户体验目标，将体验目标转化为功能，提出了腰椎康复装置的概念设计。随着工业发展，人们将在产品的基础上更加关注用户的使用感受，将用户体验与产品功能相结合。文章提出的腰椎康复装置设计，是由预期体验目标驱动的设计，以期提升腰椎病人的使用体验，为可穿戴腰椎康复医疗设备设计提供一定借鉴。