基于AHP层次分析法的家用脑卒中康复仪设计研究

魏博翰 王建华 赵博

关键词：脑卒中 AHP 康复仪设计 特殊群体设计 医疗产品设计。

引言

2019中国卒中报告显示，脑卒中仍然为我国人群过早死亡和疾病负担的首要原因，同时伴随着老龄化程度的增加，脑卒中患病比例及危害性具有一定的潜在上升风险[1]，因此针对脑卒中患者的治疗及康复的要求也变得更加具有迫切性和全面性，即除了加强优化专业医疗环境条件下的专业治疗方式外，在不具备专业条件的家庭环境中也应当可以进行适当的辅助康复治疗。目前国内针对家用脑卒中康复仪的研究较少，加之脑卒中患病人群具有一定的特殊性，所以文献选择采用AHP方法对专家级意见分析的方式[2]，根据项目组多为专业领域专家老师的意见，结合针对部分患者的问卷调研结果，对产品的功能需求进行优先级排序，根据排序结果进行产品设计和优化，为脑卒中患者的家用康复治疗提供硬件解决方案。

一、AHP与家用康复仪概念分析

（一）AHP。AHP层次分析法由美国运筹学家、匹兹堡大学教授萨蒂于20世纪70年代初提出，是指将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法[3]。

（二）家用脑卒中康复仪。家用脑卒中康复仪是针对脑卒中患者在离开专业医疗机构之后，仍然可以配合专业医疗机构进行相关的辅助康复治疗的家用医疗产品，目的是使患者可以缓解病症带来的痛苦，同时更加全面的在非专业医疗环境下进行康复治疗。该产品定位家用医疗辅助康复产品，目标人群为脑卒中患者这一相对特殊的病患群体，因此在用户需求及产品功能组成上将面对一个复杂的多目标决策问题[4]。

（三）AHP与家用脑卒中康复仪项目结合必要性。家用脑卒中康复仪所涉及的医疗产品定位、工作原理、非专业使用环境、行动力下降甚至受损的病状特征及中老年占比较高的目标人群构成了非常复杂的需求系统。该系统对家用脑卒中康复仪提出了包含高可及性、高安全稳定性、舒适性、人性化在内的多种要求，同时市面上同类产品相对较少难以调研[5]。因此该项目在设计前期阶段引入SET分析法进行产品机会缺口分析[6]，在识别产品潜在机会后对多专业团队人员、患者进行相关产品功能调研，通过AHP分析法对调研的结果进行定量分析，以确定产品功能组成及各功能权重值排序，进而确定产品功能形态和概念。AHP分析的关键在于将复杂决策问题按总目标、各层子目标、评价准则直至具体的解决方案的顺序分解为不同的层次结构，然后用求解判断矩阵特征向量的办法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再加权和的方法递階归并各备择方案对总目标的最终权重，此最终权重最大者即为最优方案[7]。这种分析法处理复杂决策问题的方法更加适合此项目，有效减少人为主观因素带来的设计方向偏移与功能优先级排序错误问题。

二、脑卒中病患康复需求研究

（一）SET产品机会缺口分析。首先结合SET分析模型，寻找潜在的产品机会缺口并选择合适的机会缺口，通过网络，新闻，论文等相关途径进行资料搜集，从社会、经济、技术三个方面出发，寻找家用脑卒中康复仪的机会缺口。

结合图表1分析得出产品存在的机会缺口，从社会方面，产品将康复治疗环境转移至家用，扩大脑卒中的康复辅助治疗范围，同时有效缓解公共医疗资源的压力;从经济方面，脑卒中康复仪针对银发经济的巨大市场[8]，作为老年人健康投资的一部分，减少长期住院所带来的经济负担;从技术方面，物联网技术的发展可以结合智能手环实现设备之间的互联[9]，加强子女与老人之间的联系，帮助子女对老人的健康状况进行监护。

（二）用户需求研究。脑卒中患者多伴随有行动力下降或受损等状况，加之年龄多分布于中老年人[10]，因此用户需求较为复杂，本次项目重点针对相关脑卒中医学从业及研究人员、部分脑卒中患者及家属，从环境、用户、产品三个角度进行访谈调研，挖掘用户的真实需求，通过不同被访谈者的身份和专业角度，更加全面了解脑卒中患者真正的需求，访谈结果如下表。

调研结果得出从环境角度，被访谈者更加注重产品的收纳存放、使用是否方便、是否可以合理融入家庭使用环境;从用户角度，被访谈者更注重产品的被接受程度、价格、舒适度、耐用程度与安全性;从产品角度，被访谈者更加注重产品的功能性、造型色彩的亲合力、操作的简介快捷性。

三、基于AHP的家用脑卒中康复仪设计要素体系

（一）家用脑卒中康复仪AHP分析模型。根据AHP分析法模型，将该项目分为目标层、准则层、子准则层三个部分。目标层即最终完成目标：达成合理有效的设计方案并且争取较高的设计评价;准则层根据前期访谈调研结果，提炼与用户相关的因素，确定为以下五个因素：质量、操作便捷性、功能、造型色彩、舒适度;子准则层根据准则层五大因素进行延伸分类，得出更加详细的设计因素并排序，如图2：（二）构建判断矩阵。根据目标层、准则层、子准则层中所包含的各级因素，邀请多为相关领域专业人员对各级因素之间的重要性进行两两比较，专家组成员包括5名脑卒中研究领域医学教授、10名工业设计专业研究生、5名工业设计专业教授、3名相关医学从业人员。经过多轮商讨，使专家组意见趋近统一，为了使判断矩阵可以定量化，因此采用1-9的比例标度法进行赋值，通过数值来定义比较两要素之间的重要性程度，如表2。

经过对准则层下个因素权重值进行比较计算，得出计算结果其CR值为0.021<1，符合一致性检验结果，如表5。

经过对功能准则层下个因素权重值进行比较计算，得出计算结果其CR值为0.063<1，符合一致性检验结果，如表7。

因为操作准则层下两个因素权重值相等，因此无需计算CR值，符合一致性检验结果，如表8。

经过对造型色彩准则层下个因素权重值进行比较计算，得出计算结果其CR值为0.000<1，具有完整一致性，如表9。

经过对舒适度准则层下个因素权重值进行比较计算，得出计算结果其CR值为0.037<1，符合一致性检验结果，如表10、11。

经过对舒适度准则层下个因素权重值进行比较计算，得出计算结果其CR值为0.090<1，符合一致性检验结果。

根据其各层级、各因素之间的权重，整理数据得出综合各因素权重排序，如图3：

通过分析结果可知，各准则层的一致性检测均通过，证明其权重值合理可用。根据权重排序可知，在家用脑卒中治疗仪的设计中，功能有效性、产品的质量及舒适性等因素是设计的重心，从设计的角度，医疗产品仍然是家用脑卒中康复仪的首要定位，因此产品的功能有效性、质量及用户体验起着至关重要的作用，同时也符合AHP分析后的功能权重排列顺序，经过专家组对结果的评审，认为该结果与家用脑卒中治疗仪相符合。

四、方案输出及评价

根据设计要素权重排序制订家用脑卒中治疗仪的设计策略，依据设计策略进行具体解决方案、最终设计方案输出及设计评价。

（一）设计策略

1.功能有效性。通过与团队相关医学研究人员的交流及家用脑卒中治疗仪的工作原理，即利用直流电刺激引导治疗脑部病灶区，得出结论为保证产品的功能有效性，需要确保电极片与患者侧面头部牢靠稳定的接触，同时由于病灶区位置因人而异，产品需要具备一定范围的调节功能。

2.产品质量。作为一款家用医疗产品，通常具有特定的使用要求及时长，根据家用脑卒中治疗仪的医学团队建议，该产品在使用时建议患者在坐姿或卧姿状态下，同时使用时长为每次30分钟，根据使用要求可知该产品面临极端环境，剧烈碰撞的可能性较小，质量方面主要面临的是如尺寸调节结构等相关功能结构的使用寿命，材质的耐磨耐腐蚀性等问题。

3.舒适性。在佩戴使用时长达到30分钟的情况下，患者在使用时的舒适度问题显得尤为重要，针对这一问题，除了人机尺寸方面的高要求之外，还可以考虑通过产品自身减重、具有亲肤性的材质、增加适当的娱乐化功能转移注意力等方法。

4.目标用户需求。考虑家用医疗产品本身应当具备的功能与设计要素之外，脑卒中患者本身所具有的行动不便，年龄结构偏大等特征也是设计策略中重要的一部分[12]，因此在确保家用脑卒中治疗仪的功能、质量及舒适性的前提下，需要根据脑卒中患者這一特殊群体进行适当合理的关怀，譬如减少甚至移除头部佩戴部分的按钮，以减轻患者抬手操作的不便性;一次调节长时间固定尺寸，以减少对家用脑卒中治疗仪的重复操作等。

（二）设计方案。

如图4为家用脑卒中治疗仪主要工作区域，结合功能有效性分析，需要确保红色区域与脑部的稳固贴合，因此除了侧面工作模块需要一定的弧度贴合脑部曲线之外，还需要增加一定的软性材质，以确保电极片可以通过软性材质的自适应形变来适应不同患者之间的头部曲线差异，进一步确保贴合稳固性，如图5。

根据不同患者的病灶区位置存在差异，选用滑动抽拉式进行调节尺寸会与内部走线结构产生冲突，随存在结构可行性，但抽拉结构会增加产品功能损坏的风险，因此采用固定多点位的方式进行调节，该方式的调整精度不足缺陷可以通过增大电极片面积的方式进行弥补，同时降低了功能受损的风险，如图6。

为了减轻家用脑卒中治疗仪的佩戴重量，不给患者头部带来过多的压力增加舒适度，选择将部分芯片及电子元件外置于一块操控屏幕之中，这种方式不仅可以减轻佩戴重量，同时可以方便本就行动力受损的患者更加容易地在屏幕上进行操控和查看相关信息，屏幕中内置影音功能，助于患者打发无聊的治疗时间，达到放松的效果，如图7。

在造型色彩的设计上，采用了倾向于医疗产品设计特征的中性设计风格，同时为了避免因为设计而对患者产生的误导操作及审美疲劳，整体风格采用简洁大方的设计，使用圆润的大轮廓赋予产品一定的亲和力，同时与上下两端硬朗的切角形成对比，增加产品层次感及视觉上降低高度，赋予整个产品一种简洁轻巧的感觉，如图8〜11。

外接屏幕造型色彩上采用与头戴部分相互呼应的设计风格，即整体简洁搭配细节切角营造整体灵动轻巧的设计风格，色彩上采用倾向医疗产品的中性色配色。此外接屏幕在将患者对于头戴部分的抬手操作交互转移至更加舒适的正常操作交互方式，同时产品本身搭载的远程随身医生功能，可以将医生对于患者的建议即健康状况分析反馈至屏幕端，使患者对于自己的身体状况可以有更加详细和专业的了解，如图12、13。

最后阶段依据计算机模型进行制作产品样机模型，通过实地佩戴体验，检查外观、结构和人机尺寸的合理性。家用脑卒中治疗仪在功能结构稳定有效性及舒适性方面达到预期效果，符合功能、质量及舒适度等方面对设计提出的要求，外观色彩方面易于脑卒中患者接受，且屏幕操作交互方式有效减轻了脑卒中患者行动不便操作交互困难的问题。

结语

基于AHP层次分析法的新产品开发设计模型，运用AHP对调研结果，专家访谈意见等信息进行整理和定量分析，使得调研访谈数据可以更加科学合理的对需求权重进行排序，并通过家用脑卒中治疗仪产品设计为案例，进行实际应用检测该设计模型的可行性与有效性，规范了设计流程，优化了产品设计的效率，使设计过程更加科学合理，为家用脑卒中治疗仪提供了有效的设计解决方案。