基于设计心理学的医疗急救设备设计

冯鹰扬

摘要：为优化便携式ECMO医疗急救设备，使其得以国产化普及，降低患者使用费用。文章以设计心理学相关理论为基础，探索医护人员与病人的心理需求和人体需要求，分析现有便携式ECMO医疗急救设备的现状与问题。设计出符合用户心理和人机工程学的便携式ECMO医疗急救设备。以期运用设计心理学对便携式ECMO医疗急救设备的造型、功能、操作界面以及使用方法在设计上得到创新与改良，使便携式ECMO医疗急救设备的设计更符合人们的需求，和更好地发挥其功能性。

关键词：设计心理学；体外膜肺氧合；医疗；急救设备；设计

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2024）01-0130-04

Abstract：In order to optimize the portable ECMO medical emergency equipment，make it localized and popularized，and reduce the use cost of patients. Based on the relevant theories of design psychology，this paper explores the psychological needs and human needs of medical staff and patients，and analyzes the current situation and problems of the existing portable ECMO medical emergency equipment. A portable ECMO medical first-aid equipment that conforms to user psychology and ergonomics is designed. It is expected that the shape，function，operation interface and use method of the portable ECMO medical emergency equipment can be innovated and improved in design by using design psychology，so that the design of the portable ECMO medical emergency equipment can meet the needs of people and give better play to its functionality.

Keywords：Design Psychology；ECMO；Medical Treatment；First-aid Equipment；Design

ECMO是在重癥方面的一种医疗技术，对于受新冠病毒感染的重症病人，使用ECMO 设备可以暂时代替病人的心肺功能作用，对其进行救治后等待病人的心肺功能的恢复[1]。在2020年的1月22日，武汉大学中南医院运用 ECMO完成了第一例对重症肺炎病人的救治，自此不断有医院运用 ECMO 技术成功挽救重症病人，所以，医疗急救设备在一线重症治疗的显得十分重要且迫切。国外相关领域的高精尖医疗企业一直手握ECMO的核心技术，并与国内医疗形成了技术上的断层，导致国内使用ECMO的成本十分之高。还有以往的大型ECMO设备在医院内外之间的转场和运输相当不方便，设备笨重且占用空间大，其连接的导线和管路繁多杂乱，产品的功能缺乏集成，安全设计与应急保护机制不够全面和完善。因此，文章以便携式ECMO医疗急救设备为设计对象，运用设计心理学理论对其造型、结构、功能、色彩等进行创新设计及改良，有效地提升了用户对便携式ECMO医疗急救设备的使用体验。

工业设计过程共同遵循心理学，设计心理学是由心理学与艺术设计组成的交叉学科。在设计的过程中运用心理学的观点去研究设计师在设计创造过程中心理状态的变化[2]，和设计对各种使用者群体所造成的心理作用，分析使用者的心理反应与本能再逆向导入设计中，使得设计更加符合人们的心理需求。基于心理学的视角去理解，设计心理学是以人为研究对象，进行分析研究人对事物的生理与心理活动并指导设计的学科，设计是“以人为本”，以此展开，通过发掘需求、解决问题、创新改良人机交互来给予使用者更好的用户体验，使得设计师在产品的设计中能够把握住人与产品两者之间的平衡。

著名心理学家马斯洛第一个提出了需求层次论，就是将人们的需求归类两个大类，基本需求和高层级需求。基本需求包括生理需求和安全需求，而特殊需求包括了更高层级的情感需求、尊重需求以及自我实现需求，如图1。接着有日本东京理工大学的卡诺教授创建的卡诺模型，卡诺模型包含三种类型的顾客需求：必须具备的基本型需求、顾客所期待的期望型需求和超出顾客预期的兴奋型需求，具体模型如图2所示。

（一）便携式ECMO医疗急救设备的产品现状

ECMO系统是目前最高级的体外支持设备，使用情况是在紧急救治具有急性、严重的可逆性心或肺功能衰竭等病症的病人中。全球各个国家也开始相继对便携式 ECMO 系统以及相关医疗急救设备进行深入的研究与开发。德国研发的Cardiohelp系统是目前全世界体积最小、质量最轻的便携式ECMO系统，Cardiohelp系统可以应用于手术室、导管室、病床边以及野外等环境当中。Cardiohelp系统设备能够被装配固定在负压救护车的车厢里和救援直升飞机内，通过负压救护车和救援直升飞机对设备直接进行电力的输送，在不插电的工作环境下，设备的内置电池能供其续航运作90分钟以上。美国研发的Centrimag系统使用了能生成单向流动的新型磁悬浮离心泵。磁悬浮离心泵的特别之处是没有旋转密封件和轴承，发生的摩擦和剪切应力也是最小的，补体获得较低的激活，而且其产生的流量可以在低转速的情况下达到每分钟10升之高。德国研发的LIFEBRIDGE B2T系统亦是一台便携式的用于体外心肺支持设备。LIFEBRIDGE B2T系统设备体积大小与手提箱相近，设备重量约为18kg，LIFEBRIDGE B2T系统己经有多个成功应用的案例，大多数被用于院前以及转运阶段的CA和呼吸衰竭病人当中。英国研发的Novalung系统则是一台特定为呼吸衰竭病人而设的医疗急救设备。Novalung系统通过人体心脏输出驱动血液从而透过呼吸膜，此时，呼吸膜过滤掉血液里超出的二氧化碳，并且与氧气发生合成。由于不需要体外泵的支持驱动，整机的占用空间相当得小，Novalung系统在全世界的反恐战争亦得到了应用[3]。

据统计，国内传统大型ECMO设备目前大概仅有约500台，共有260家医院能够为病人提供ECMO服务，平均下来每280万人才能用上一台ECMO[4]。目前对ECMO 的使用需求量急剧上升，而且我国的ECMO系统全靠国外进口，采购设备及使用耗材所产生的费用极为高昂，因此ECMO系统国产化成了大势所趋。而国产便携式ECMO医疗急救设备的研发也在迫切进行之中，并己经动物实验证明了其有效性与安全性[5]。

（二）便携式ECMO医疗急救设备的现存问题

1.提手设计突兀：德国Cardiohelp 系统的外框采用了钢架设计，上部装配了较粗的提手，如图3，其总质量约为10kg；德国LIFEBRIDGE B2T系统设备体积大小与手提箱相近，如图4，总质量约为18kg[6]；国内自主研发的第一代便携式ECMO系统为最轻便设计，总质量约为9.8kg。以上3个产品都呈现出提手设计突兀、占用空间较大的问题。

2.单独屏幕显示及唯一操控区域：市面上的便携式ECMO医疗急救设备都只有一个显示屏和唯一的操控区域，当遭遇到突发显示屏和操控面板失灵的事故情景时，会因缺乏安全应急考虑而引发医疗事故，存在安全漏洞问题。

3.耗材布管和外接导线混乱：市面上的便携式ECMO医疗急救设备在使用过程中可发现，其耗材的管道长短不一，传感器和外接设备的导线外露且杂乱无章，繁多杂乱的导线和管路会使医护人员在进行手术过程中和操控器械时造成不必要的干扰与麻烦，更严重的会导致操作失误或医疗事故。这些产品缺乏对布管走线的合理设计与隐藏，使其与设备实现一体化，达到“人-物-环境”相互协调。

4.设备的外观造型机械冰冷：市面上的便携式ECMO医疗急救设备，外观造型大多表现为机械冰冷的感觉，金属质感十分强烈，给人的视觉效果是显得相当笨重，其在医疗场景中没有给予病人亲和力和治愈感，所以设备难以融入医护情景当中。还有在设计产品外观时缺乏考虑如何缓解病人的焦虑感。

（一）保证设计能够满足用戶的需要

基于设计心理学的便携式ECMO医疗急救设备设计，从医护人员与病人的心理需求和身体需求进行探索研究，真正把握住人的需求，做到以人为本，保证便携式ECMO医疗急救设备设计能够满足用户的需要

（二）为最终确立设计特征提供依据

便携式ECMO医疗急救设备设计中运用设计心理学的理论，有针对性地对医护人员与病人的各种情感和心理的反应进行深入研究，从而对携式ECMO医疗急救设备的规划与设计进行合理化的指导，为最终确立便携式ECMO医疗急救设备的设计特征提供依据。

（三）奠定继续设计的基础

在对每种设计方案测试的过程中，方案可能会被接受，被拒绝，被要求重新改进和设计，新的解决方案也会随之出现。因此，在更多的实际设计过程中，设计师们一般会从测试阶段返回到定义阶段或者是构思的阶段，进而再深一层次地研究原型设计，像这样反复在设计过程中持续迭代原型。而基于设计心理学的便携式ECMO医疗急救设备设计，从用户中获取了具有准确且针对性的原始需求，为产品的继续设计奠定基础。

现实设计中常见的思维方式是从设计的生命周期进行划分，如图5。按照产品的全生命周期，需要能被划分成设计的需要、制造加工的需要、使用的需要、回收利用的需要。这里的每一种类型的需要能够更详细地去描述用户的要求，具体划分情况见表1。

（一）设计的需要

工业设计是一种创造性的活动，其目标是突出产品的特征属性，既有外观造型，还包含产品的结构和功能，工业设计需要从研发设计师、生产制造者和用户的角度一起考虑。

1.功能需要

（1）实用性的需要：人们一般会将追求产品实用性放在首位，亦是一种大众心理，这种心理需要是以产品的使用价值为导向。从ECMO设备的使用过程中，经观察发现，单人提携设备时还是比较费劲的，所以缩减设备的重量和大小是首要的，还需要思考如何让用户在提携设备时感到舒适；便携式ECMO医疗急救设备会在转运途中，需要考虑到遭遇外界物体的碰撞或跌落，要加固设备；在使用过程中，如遇主屏显示故障及操作失灵等突发情况，需有应急措施取代设备操控与数据显示；在开展手术使用ECMO设备前需要花费大量的时间去装配套包耗材，如何缩短装配时间为挽救生命争取宝贵的时间成了关键问题点；繁多杂乱的导线影响到了医护人员的行动，并且缺乏整洁美观性。

（2）先进性的需要：人们对产品的先进性需要通常表现为产品是否具有新型材料和高新科技等。产品的技术领先对人们来讲不仅是代表着其具备持续稳定的运行状态、产品质量优异和有效使用期限长，而且在市场中的竞争力突出，性能强大。便携式ECMO医疗急救设备的设计研发需要有先进性。

（3）多功能性需要：现在产品中最常见的就是多功能集成，这也是设计的一种趋势。设计让一个产品上能够有多种用途，其目的是提升产品的使用价值。便携式ECMO医疗急救设备的功能设计上需要适应多场景使用且功能齐全。

2.造型需要：人们从产品上获得的首要刺激信号是在视觉上产品的外观形状。人们会用眼睛去看，对产品做出第一选择，所以产品的外观造型是设计师在设计过程中相当重要的一部分，这里面还表现了用户的多种需要心理。

（1）美观的需要：喜欢美好的事物是人的本性，美好的事物可以让人赏心悦目，给予人们视觉上的盛宴。一个产品是否具有美感正是人们的关注重点，这体现了人们追求美好事物的心理需求。便携式ECMO医疗急救设备要有柔美的外观设计，需要运用简易弧线线条和层次感设计。圆润的造型不仅让产品给人柔和亲近的感觉，而且使其在有限的空间中达到方便放置、快速转运、收纳耗材和隐藏膜肺的目的。

（2）情感的需要：人们在如今越来越快的生活节奏和各式各样的社会竞争压力下负重前行，大家在物质生活得到了满足后更加希望在精神上得到释放和舒缓。便携式ECMO医疗急救设备的设计上，需要让医护人员和病人在简易的操作和治疗过程中获取情感和精神上的放松和舒缓。

（3）新颖的需要：人们的注意力能否被产品吸引到，其核心点在于产品是否具有新颖的外观造型。新颖的需要体现在了人们在心理上对新鲜、潮流、出众和美好享受的追求。便携式ECMO医疗急救设备的造型设计需要具有科技感和舒适感。

3.色彩需要：世界著名的美学家阿恩海姆曾经讲过，就表情而论，最显著的形状效果也比不上落日或地中海蓝的效果[7]。色彩无疑是对人的视觉感受最直观的冲击，所以颜色往往被人们赋予了一些心理色彩。不一样的色彩能够对人们的心理造成不一样的作用，因此，进一步能引导人们内心不一样的情感趋向。病人和家属在医院里内心会产生莫名的焦虑和恐惧的情绪，设计的过程中需要结合环境运用颜色从视觉上缓解病人和家属的焦虑和恐惧感，让人感受到放松和平静。在便携式ECMO医疗急救设备的颜色设计搭配上，需要选择偏冷色调，体现柔和感。

（二）加工的需要

1.结构科学性的需要：构成产品形态的关键是产品结构，产品结构也是支撑起整个产品的基础。在设计便携式ECMO医疗急救设备的过程中，一定会受限于便携式ECMO医疗急救设备自身结构形式，而且结构形式的改变也一定会影响到设备的外观造型。因此，我们在考虑便携式ECMO医疗急救设备形态创新的时候可以从产品的结构创新来入手。

2.材料经济耐用性的需要：在设计研发产品指向高新技术和高质量的同時一定要考虑产品的受众度，在目前社会的发展状况可见，具有高性价比的产品更容易得到人们的青睐。因此，设计便携式ECMO医疗急救设备时，不仅要思考如何让产品具备前沿技术且齐全的功能、外观造型的美感和优秀的结构，还需要采用合适的材料来降低制造成本。使便携式ECMO医疗急救设备国产化，惠及人民百姓，降低病人的医疗负担，是民心所向。

（三）使用的需要

人是设计的尺度和标准。在便携式ECMO医疗急救设备的设计中，必须着重注意医护人员在使用设备和病人在治疗的过程中对于设备操作上的各类心理需求。这里的心理需求主要表现医护人员和患者对便携式ECMO医疗急救设备简易操作和安全可靠的需要。其安全可靠需要是指保证设备本身及操作不会给医护人员和患者造成身体及精神上的伤害。

（四）回收的需要

可持续化设计。在便携式ECMO医疗急救设备中需要尽量考虑到可回收的问题。我们发现，在耗材套包上的连接件会随一次性耗材一并弃置，如何让套包耗材可以迅速装配起来，并且可循环使用成为了便携式ECMO医疗急救设备的设计重点。

（一）设计定位

1.使用群体定位：重症加强护理病房，人体器官获取医院，战场医疗救护等；2.便携式设计：适用于院间转运和军事战场转运等多场景，可以实施体外心肺支持系统心肺复苏术；3.多功能且设备集成度高：全面在线监测血氧浓度、红细胞比容、血液温度、血压、血液流量和气泡含量等数据；4.导线和管路规整：走向有条理，集中统一，预充简易便捷；5.科学电池管理：可以不断电更换内置电池，拥有超长续航；6.安全设计：主副屏设计为故障的发生加上了一份保险；7.人机界面亲和：关键信息明显，操作简单内容易懂，可以添加新应用。

（二）设计方案

1.产品创新：（1）首创氧合器隐藏位，提高了设备空间利用率，使外观更具整体性；（2）首创理线器，整理导线，采用磁吸上盖，使设备整体美观；（3）首创一体式套包支架，3秒内可实现套包耗材的快速装卸；（4）首创引管槽，理顺与固定管道；（5）首创副屏设计，简便显示及操作，安全应急。（6）国内首创的离心血泵技术，自主研发的先进叶片式结构，兼具超高的转速和极低的血液损伤。

2.功能设计：（1）便携式设计，整体小型化、轻量化；（2）一体化隐藏式提手；（3）集成血氧浓度、红细胞比容、血液温度、血压、血液流量和气泡含量等在线监测功能；（4）传感器保护罩；（5）一体式套包模块支架；（6）理线器规整线路，引管槽引导与固定管道；（7）主副屏双操控界面安全设计；（8）双电池盒设计，不断电更换电池，超长续航。

3.尺寸设计：参照所需内置硬件的大小，然后通过对设备所有部件的整体设计布局，设备整体尺寸为长395mm，宽272mm，高358mm，如图6所示，设备总质量约为10kg。主显示屏慕大小为7寸，其和操控面板薄膜与水平面的夹角大约为60° ，遵循人机工程学，设计目的是让医护人员在使用设备更加舒适，操作便利，并且避免了医护人员长久观察记录病人信息数据时其肩颈产生疲惫感与不适。

4.造型设计：在便携式ECMO医疗急救设备造型的设计上，对结构布局进行了重新的设计与定义，将氧合器、套包耗材、传感器、泵头等规整到一起。外观主要运用简易线条和层次感设计，使整机一体化，如图7。这不仅让产品简洁美观，而且使其在有限的空间中达到方便放置、快速转运、收纳耗材和隐藏膜肺氧合器的目的，并且设备左侧的平面设计可以方便提携的时候靠在人身边更加省力。

5.材料选择：便携式ECMO医疗急救设备整体上质量一定要轻，容易携带，而且牢固坚硬，考虑到设备的外观造型的制作难度，设备的外殼采用塑料材质；提手部分和设备内部结构采用铝合金材料作为强有力的支撑，其坚实稳固足以抵御相当的外力作用，避免受到破坏性打击；耗材套包支架采用铝合金制成，可回收循环使用；采用磷酸胆碱涂层PVC管路和磷酸胆碱涂层PMP长效氧合器；固定膜肺氧合器的支架环扣内壁层和与工作台接触的垫脚都使用了具有一定硬度和韧性的耐磨硅胶，其可以有效保护膜肺氧合器和设备机身；设备的操控面板采用薄膜开关，为医护人员提供整洁的视觉感受和极佳的按键反馈触感。

6.色彩设计：在产品的颜色搭配上，选取了白色为主色，浅蓝色作为辅助色。浅蓝色用于设备的突出表现其外观造型轮廓，以及对用户提示可使用的零部件。在医院里的环境和光源大都偏冷色调，白色和蓝色最为常见，这些颜色从视觉上能缓解病人和家属内心的焦虑和恐惧的情绪。浅蓝色能使大家在当节奏快、压力大的社会中得到舒缓和归属感。

7.界面UI设计：UI界面设计与设备外观匹配统一，遵循用户体验原则，重点信息鲜明突出，操作简单方便，能扩增新应用，人机界面友好，如图8。

本文所研究的便携式 ECMO医疗急救设备设计具备轻便易携带、整机一体化、结构稳定性强、监测系统集成度高、人性化设计等特征。文章通过对便携式 ECMO进行系统地分析，基于设计心理学理论，设计出一款贴合临床使用情景、满足医护人员和患者心理的国产化便携式ECMO医疗急救设备。未来，将这便携式 ECMO医疗急救设备在市场化后，有望提高国内ECMO的使用率，并且很大程度上可以减轻患者经济负担。在未来，便携式ECMO医疗急救设备的使用人群和应用场景将会是研究的重点。

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