（设计艺术学专业论文）医疗设备人机界面可用性设计研究.pdf

摘要 随着科技的发展，医疗设备进入了数字化、信息化的时代，医疗设备的用户 除了要学习如何为患者提供好的治疗方案，不得不花费大量的时问和精力去学习 医疗设备本身的使用方法。医疗设备科技含量的提高，带来的不仅仅是医疗水平 的飞速前进，同时也带了用户学习使用它的沉重负担。其本文旨在借用计算机科 学、软件及网页可用性等领域的研究方法，对医疗设备的交互设计进行考察和分 析。本文尝试着运用产品造型设计理论、认知心理学、设计心理学、人机工程学 及艺术设计学等领域的研究成果，参考其他工业产品的研究，对医疗器械的交互 设计提出可用性设计原则和设计方法，其目的是更好地完成医疗设备产品的设计 工作。 本文主要包括四个方面的内容：一，在充分调研医疗设备发展状况的基础上， 对医疗设备的自身特点进行分析，提出现有医疗设备在人机交互方面的优点与缺 点；二、归纳总结出医疗设备的可用性设计原则及交互设计的方法和流程，同时 以图形界面的设计为重点进行了小范围的问卷调查：三、着重对三个在医疗设备 人机交互中使用频率高的界面：图形界面( 6 u i ) ，硬件界面( s u i ) 、声音界面 ( a u i ) ，中的各个主要元素的设计，进行了细致的探讨；以核磁共振成像仪为 例进行了可用性设计实践的尝试，傲了两个任务测试；四、关注医疗设备及交互 设计的发展趋势，对医疗设备的人机交互前景做出展望。 关键词：交互设计可用性人机界面医疗设备 t h er e s e a r c ho fm e d i c a li n s t r u m e n th u m a n - c o m p u t e r i n t e r f a c e u s a b i l i t yd e s i g n a b s t r a c t a l o n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t e c h n o l o g y , t h em e d i c a li n s t r u m e n t sh a v ee n t e r e d t h ed i g i t i z e da n dt h ei n f o r m a t i o nt i m e s ，i na d d i t i o nt ot h em e d i c a li n s t r u m e n tu s e r s n e e dt op r o v i d et h eg o o dt r e a t m e n tf o rp a t i e n t s t h e yh a v et os p e n dm a s s i v et i m ea n d e n e r g yt os t u d yt h ea p p l i c a t i o nm e t h o do ft h em e d i c a li n s t r u m e n tt h e m s e l v e s 1 1 1 e t e c h n o l o g yb r i n g st h em e d i c a li n s t r u m e n t sh u g ee n h a n c e m e n ln o to n t yb r i n g st h e m e d i c a lt r e a t m e n tr a p i dp r o g r e s s ，b u ta l s ob r o u g h tt h eu s e rm o r es e r i o u so n l l $ o f s t u d y i n g t h i sp u r p o s eo f t h ea r t i c l ei st ec a r r yo nt h er e s e a r c ha n dt h ea n a l y s i so f t h e m e d i c a li n s m a n v m ta l t e r n a t e l yd e s i g na tt h eb a s i so ft h e o r i e so fc o m p u t e rs c i e n c e ， s o f t w a r ea n dh o m e p a g eu s a b i l i t yr e s e a r c ht e c h n i q u e 1 1 1 i sa r t i c l ea t t e m p tt om a k eu s e o fp r o d u c tm o d e l i n gd e s i g nt h e o r i e s , c o g n i t i o np s y c h o l o g y , d e s i g np s y c h o l o g y , e r g o n o m i c sa n da r t i s t i cd e s i g nr e s e a r c hr e s u l t s ，a c c o r d i n gt oo t h e ri n d u s t r yp r o d u c t s t h eh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o nd e s i g nr e s e a r c ht e c h n i q u e ，c o n c l u d eas e r i e sf e a s i b l e d e s i g np r i n c i p l eo ft h em e d i c a li n s t r u m e n th u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n s ow ec a r l a c h i e v et h eg o a lt od i r e c tt h em e d i c a li n s t r u m e n th u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o nd e s i g n s ， t h i sa r t i c l em a i n l yi n c l u d e sf o u ra s p e c t s f i r s t , a tt h eb a s i so fi n v e s t i g a t i o na n d s t u d yo ft h em e d i c a li n s t r u m e n td e v e l o p m e n tc o n d i t i o n ，c a l t yo nt h ea n a l y s i st ot h e c h a r a c t e r i s t i co ft i l em e d i c a li n s m a n e n t , r e f i n et h em e r i ta n dt h es h o r t c o m i n go ft h e m e d i c a li n s t r u m e n ta n dt h eh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i v e s e c o n d , s u m m a r i e st h e m e t h o da n dt h ef l o wo ft h em e d i c a li n s t r u m e n tp r i n c i p l eo fd e s i g na n di n t e r a c t i v e d e s i g n s , s i m u l t a n e o u s l yc a r r yo nt h es m a l ls c o p eq u e s t i o n n a i r es u r v e ya n du s f r i n t e r v i e w a n dt a k et h eg r a p h i c a li n t e r f a c ed e s i g na st h ek e yp o i n t t h i r d , e m p h a t i c t a k et h r e ei nm e d i c a li n s t r u m e n th u m a n - c o m p u t e ri n t e r f a c eu s e df r e q u e n t l yf o r i m p o r t a n tt or e s e a r c h , n a m e dg r a p h i c a lu s c ri n t e r f a c e ( o l d ) s o l i du s e ri n t e r f a c e ( s l q ) ，s o u n du s e ri n t e r f a c e ( a u i ) g i v i n gp r o p o s et oe a c hp r i l l l a r ye l e m e n t , t h e n c a r r yo nt h ep r a c t i c e t a k et h en u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g e r ym e t e ra se x a m p l e , a n dh a st a k e nt w ot a s k sf o rt e s t f o u r t h , p a yt h em e d i c a li n s t r u m e n ta n di n t e r a c t i v e d e s i g nc l o s e l ya t t e n t i o n sf o rt h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c y , m a k e st h ef o r e c a s tt ot h e m e d i c a li n s t r u m e n th u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i v e ， k e y | o r d s ：i n t e r a c t i v ed e s i g nu s a b i l i t y m e d i c a li n s t r u m e n t h t m a n - c o m p u t e ri n t e r f a c e 本学位论文知识产权声明 本学位论文是在导师( 指导小组) 的指导下，由本人独立完成。 文中所引用他人的研究成果均已注明出处。对本论文研究有所帮助的 人士在致谢中均已说明。 基于本学位论文研究所获得的研究成果的知识产权属于南京林 业大学。对本学位论文，南京林业大学有权进行交流、公开和使用。 研究生签名王) 刁磊 导师签名 日期： 珈7 、p 7 o 致谢 在文章的最后我要向研究生学习期间给我以教导的师长和在论文写作的整个过程中 给我以鼓励和支持的亲友，表达我最为诚挚的谢意 首先应该感谢我的导师南京林业大学大学工业设计系副教授张荣强老师。在本人 三年的学习期间蒙承老师的教诲，无论是在理论学习还是设计实践过程中，都得到了老师 的悉心指导同时，老师更以他对设计的执著、崇高的人格和敬业精神时时影响和鼓舞着 我在本人论文选题和写作过程中，老师在理论上和资料上都给与了大力的支持，提出了 宝贵的意见，为本人论文的顺利完成倾注了心血，学生在此表示衷心的感谢! 其次要感谢 郁舒兰副主任，我的大学班主任刘玮老师以及刘华老师对我论文写作的帮助同时还要感 谢我的调研对象南京医科大学第二附属医院放射科的所有医生和工作人员 同时，也要感谢我的家人、同学和友人，你们的支持一直是我前进的动力! 王月磊 2 0 0 7 年6 月 第一章绪论 信息时代的医疗设备设计与过去相比，显著的不同是加入了科学技术手段。数字化、 电子化、信息化、网络化的产生满足了“人”的多方面需求，提供了物质可能性。技术的 进步给人们带来的不仅仅是方便和舒适，同时人们也为自己套上了新的枷锁一一界面。界 面是人与机器对话的方式和途径，同时也分散了人们完成任务的精力，人们对机器产生了 “失控感”本文的主要目的就是要研究，在高技术时代背景下如何改善医疗设备的人机 交互关系，实现自然的认识交互。l l 】 一、现实背景 第一节研究背景和动机 从国际市场来看，美国是世界上最大的医疗设备生产国和消费国。美国的医疗设备企 业是美国企业中最为强劲的企业之一美国大约有8 千家医疗设备厂家，其中大多数属中 小型企业，约有员工2 7 万人这些厂家分布在全美各地，但主要集中在高科技工业地区：， 加利福尼亚州橙县是世界医疗设备厂家最为集中的地地区。美国医疗设备厂家的特点是采。 用先进的技术，生产高性能的设备，对新产品的研发投资较高。随着人口的不断增长。医 疗开支不断增加，医疗界对操作方便、价格合理且性能良好的医疗保健设备的需求不断增 加。虽然近年全球整体经济不景气，但医疗设备行业仍然保持较高的增长速度。据美国医 疗卫生企业制造商协会( m m a ) 预测，到2 0 0 6 年，全球医疗设备销售额将达2 6 0 0 亿美元 左右美国宏观经济几乎停滞，但医疗设备的增长率一直保持在9 左右 我国医疗设备产业以年均1 5 - 2 0 速度增长，截止到2 0 0 5 年市场规模将达到8 6 0 亿 元左右但是与国际发达国家相比，我国以生产常规器械和耗材为主，一些大型的科技含 量高的设备主要依赖进口大量进口制约了民族医疗设备产业发展，我国医疗设备在世界 市场中的份额依然很低，仍有很大增长空间。闭 面对如此巨大的市场，中国作为最大的普及型医疗设备市场和最大的高端医疗设备市 场之一，在全球医疗设备销售额中，却仅占2 在拥有相当技术含量的前提下，国外品 牌的设备通常会由于产品所显示出的优良品质，而以更高的价位被售出；国内的设备即使 是价格低廉，也鲜有人问津关键问题是国内的设备在造型上所体现出来的冰冷的机器味 道太重，缺乏设计，没有人情味，操作不方便，无论从可用性方面还是用户体验方面都难 以让人接受 今后医疗设备发展的总趋势是向：器械智能化、简易化；保健转向家庭；生物、物理、 工程设计领域交叉融合；提高临床诊断精确性方向发展美国f d a 专家预测未来十年以 下几个方面将有较大发展：包括计算机辅助诊断、智能器械、生物传感器、机器人、网络 等在内的计算机相关技术；家庭与自我保健；微刨方法等 随着人们生活水平的提高，医疗设备所涉及的范围越来越广，需求也越来越大，与我 们的生活越来越密切而且现代的医疗观念更加推祟改变病后治疗为病前预防，医疗设备 甚至走进家庭成为像家电一样与生活息息相关的物品。随着产品技术含量的提高，功能问 题已经不是人们迫切需要解决的问题，解决日益复杂的功能造成界面更加难学的问题变得 迫在眉睫 二、理论背景 可用性是一个与任何需要用户使用的产品都密切相关的术语。从最基本的层次上来 说，可用性是指产品和用户之间的关系，直接与产品是否有用有关一个产品要有用处， 它必须能够使用户以一种有效的方式来实现自己的目标。可用性本身并不是最终目标，相 反它是实现目标的方式。 根据国际标准化组织的定义，可用性被定义为“产品被特定的用户在特定的使用环境 中使用，有效并满意地实现特定的目的”( i s 0 9 2 4 1 - 1 1 ) 换句话讲，可用性是指机器工具的操作是否符合人的行动过程的动机和目的( 即行动 计划) 机器工具好不好使用是人们判断一个工具、机器、用品的主要根据之一凡含有 用户界面的系统( 数字交互产品，应用软件程序、w e b 站点) 必须包含可用性设计可用 性不仅涉及产品的功能特性，还涉及到使用界面。它的核心是研究人的使用动作特性和使 用过程。主要与人的知觉、思维、肌肉动作有关闭 第二节研究目的和意义 本文目的是试图用可用性的理论来探讨如何改善人机界面，并落实可用性设计通用准 则在医疗设备工业设计领域的应用本文的研究主要有以下特点：首先是着眼点不同，目 前国外的医疗设备设计重点多在图形界面，国内的设计多集中在追赶国外技术和造型设计 上：其次是综合性，医疗设备的交互界面设计涉及很多方面，是个复杂的过程，需要各学 科人员合作具有总结性，本文将对目前多种医疗设备产品的交互方式及问题进行深入调 查，归纳总结。最后是具有建设性，本文将对医疗设备的交互设计提出一些新的设想 引入可用性设计可以为这个行业整体素质的提升创造条件，除了可以增强我国医疗设 备产品行业竞争力，为企业增加附加值外，对于中国的医疗设备行业的发展也必然会产生 推动作用的。医疗产品人机界面的可用性设计必须提上日程，要让用户摆脱技术枷锁，从 人机交互的被动地位解脱出来，使人成为人机关系中的主角医疗设备的界面设计不仅要 关注用户对操作方便、安全、易用等可用性需要，还要关注人们对交互体验的满意度、情 趣化等情感因素方面的需要。 第三节研究方法 分析归纳法：主要对目前用户满意度较高的世界知名的品牌医疗设备的人机界面设计 2 进行考察，归纳提炼出医疗设备界面的主要设计点，及设计语言、设计风格，设计对用户 的主要考虑因素 用户访谈：就针对某个具体的设计，譬如表示某个操作的图标的设计，询问不同的用 户对设计( 包括功能识别性和视觉的心理感受等) 的理解和认同的程度 任务测试与观察：设计一些低保真原型为测试载体，给出预设的操作任务进行用户测 试，该任务针对考察点而设计分析过程录像，观察、了解用户的困难出现在哪些地方， 从而来找到设计的可用性问题出自何处。 用户参与式设计法：参与式设计( p a r t i c i p a t o r yd e s i g n ) ，让用户与设计人员或研究人 员合作设计产品，这个过程中可以发现用户的思维习惯，改良设计 原型法与迭代设计：原型是设计的一种受限表示，用户可尝试与它交互并探索它的适 用性迭代设计需要重复“设计评估一再设计。过程，同时，也要让用户参与其中1 4 】 第四节研究思路 论文的研究思路： 首先理解交互设计的相关概念及设计内容 了解医疗设备的用户，描述用户特征，建立用户模型 对交互界面的表现形式( 图形界面、实体界面、声音界面) ，从设计元素入手进 行详细分析，并作用户调查。 关注目前医疗设备相关技术的发展动态，及其对交互方式的影响，并对未来交互 方式做出展望 图卜1 研究思路 凰 第二章可用性设计概述 第一节历史沿革 自1 9 4 6 年世界上第一台数字计算机e n i a c 诞生以来，计算机技术取得了惊人的发展。 但计算机仍然是一种高级的工具，它是人脑，人手，人眼等的扩展，因此它仍然受到人的 支配，控制，操纵和管理。在计算机所完成的任务中，有大量是人与计算机配合共同完成 的。在这种情况下，人与计算机需要进行相互问的通信，即所谓的人机交互其实现人与 计算机之间通信的硬，软件系统即为交互系统。 计算机诞生初期，仅仅是为了辅助科学计算，服务的对象仅局限在科学家和研究员。 但半个多世纪后的今天，随着信息技术的蓬勃发展和计算机的广泛使用，人计算机之 间的交互所发生的频率在不断增加，形式也在不断变化。计算机的应用领域也遍及各行各 业，融入到我们的工作、生活，学习的各个方面。四 就用户界面的具体形式而言，过去经历了批处理、联机终端( 命令接口) 、菜单( 文本) 等阶段，目前正处于以图形用户界面和多媒体用户界面为主流的阶段：未来的发展趋势是 多通道多媒体用户界面和虚拟现实系统，实体界面、无处不在的计算机，从而最终将 进入“人机和谐”的最高形式。 总之，虽然有信息空间、任务复杂度与人有限的交互通道的带宽、认知和信息处理能 力之间的矛盾，但是，分析问题、解决问题会推动交互设计研究的深入和进步 一、交互 第二节可用性设计相关概念 “交互”通常是指用户和产品的之间的使用关系，是指人与产品、设备、系统等的直 接或间接的使用或信息沟通交换与反馈的过程，是相互、交换互动的。英文i n t e r a c t i o n 词根与界面( i n t e r f a c e ) 一致。“i n t e r ”就有在“中间，在内，互相”的含义。应该 说，交互这一表述更偏向于动词，是广义界面使用的一种过程表述它涉及了人( 用户) 、 物( 产品、系统、环境、工具等) 以及之间的信息交换和信息处理的过程。其中，物可能 是可见的也可是不可见的( 比如声音) 由此可见，尽管之前说，该词在字面上更易理解 为动词，但从它的概念内涵角度来说，其实也可以是一个名词这种双重属性是由它的本 身内涵组成决定的。那么交互式产品这一术语就是取其中物的组成来泛指所有类别的交互 式系统、技术、环境、工具、和设备。旧 “人机交互”( h u 尬n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，h c i ) ，就是人与机器的交互，本质上 是指人与计算机的交互，或者可以理解为人与含有计算机的机器的交互具体来说是用 户与。含有计算机机器”之间的双向通信，以一定的符号和动作来实现，如击键，移动鼠 标。显示屏幕上的符号图形等。这个过程包括几个子过程：识别交互对象一理解交互对象 一把握对象情态信息适应与反馈等 。交互设计”指的就是设计支持人们日常工作与生活的交互式产品具体地说，交互 设计就是关于创建新的用户体验的问题，其目的是增加和扩充人们工作、通信及交互的方 式从用户角度来说，交互设计是一种如何让产品易用，有效而让人愉悦的技术，它致力 于了解目标用户和他们的期望，了解用户在同产品交互时彼此的行为，了解。人”本身的 心理和行为特点，同时，还包括了解各种有效的交互方式并对它们进行增强和扩充。1 7 】 二、界面 在人和机器的互动过程( h u m a nm a c h i n ei n t e r a c t i o n ) 中，有一个层面。即我们所 说的界面( i n t e r f a c e ) 从心理学意义来分，界面可分为感觉( 视觉、触觉、听觉等) 和情感两个层。界面设计是一个复杂的有不同学科参与的工程，认知心理学、设计学、语 言学等在此都扮演着重要的角色。用户界面设计的三大原则是：置界面于用户的控制之下： 减少用户的记忆负担；保持界面的一致性。用户界面设计在工作流程上分为概念设计、结 构设计、视觉设计三个部分在国外，用户界面设计人员有了一个新的称谓：i n f o r m a t i o n a r c h it e c t u r e ，信息建筑师它不仅仅是指美工，而是具有心理学、软件工程学、设计学 等综合知识的人。刚 1 狭义界面 狭义的人机界面( h u m a nc o m p u t e ri n t e r f a c e ) 是计算机学科中最年青的分支学科之 一它是计算机科学和认知心理学两大科学相结合的产物，它涉及当前许多热门的计算机 技术，如人工智能、自然语言处理、多媒体系统等，同时也吸收了语言学、工业设计、人 机工程学和社会学的研究成果，是一门交叉性、边缘性、综合性的学科主要研究如何把 计算机技术和人联系起来，使计算机技术最大程度的人性化。要傲到这一点，就必须研究 人的认知心理学、审美心理学与人的动作行为等理论与规律，在界面设计中，充分运用人 们容易理解与记忆的图形( 具象图形与抽象图形) 与少量文字，以及运用色彩，静止的画面 与运动的画面等，使人在操作计算机及计算机向人显示其工作状态的交互关系中，达到最 大方便与高效的可能也就是，界面设计必须使用比过去更为复杂得多人的感觉因素，在 视觉、听觉等通道，以比喻、表达、认识、声音，运动、图像和文字等传递信息并感知信 息。因而就必须动员设计师、心理学家、软件工程师等专家，进行表面上貌似简单、肤浅， 实则复杂、深刻、系统与综合的设计工作。界面设计的原则，不是训练每一个人都成为操 作计算机的专家，而是赋予计算机软件以尽可能多的人性正如奠尔恩考第尔所说的： “交流的责任被决定性的赋予计算机而不是人类，不是用户必须去学习计算机提供的界 面，而是计算机界面必须满足用户的偏爱。 2 广义界面 在人机系统模型中，人与机之问存在一个相互作用的。面”，称为人i 机界面，人 与机之间的信息交流和控制活动都发生在人机界面上唧机器的各种显示都。作用”于人， 人通过视觉和听觉等感官接受来自机器的信息，经过脑的加工、决策，然后做出反应，实 现人机的信息传递人机界面的设计直接关系到人机关系的合理性人机界面学的发 展，主要包括硬件人机界面的发展和软件人机界面的发展。随着电子技术和计算机技术的 发展。二者逐步走向一体化，成为人机界面系统的一部分。人机系统中有三个要素：即人， 机以及人与机之间的界面。从人机界面的各个要素来看无论是软件界面还是硬件界面都是 和人联系在一起的。一件工业产品已经不是简单实现其功能，其存在的意义是为了满足人 的需求t j o ) 。圆盲 岁岁 图2 - 1 人机界面模型 界面的目的，是实现自然的人机交互功能，消除各种干扰信息，其中包括消除界面本 身对人的干扰；从而将人们的注意中心集中在任务本身这是一种理想化的设计构思和和 谐状态，也是走向自然的人机交互体验环境所必须要解决的目标这种设计理念，与x e r o x p a r c 首席科学家m a r kw e i s e r 提出自铲无所不在的计算( u b i q u i t o u sc o m p a t i n gu b i c o m p ) ” 思想一脉相承。他认为，从长远看，计算机会消失，这种消失并不是技术发展的直接后果， 而是人类心理的作用，因为计算变得无所不在，不可见的人机交互也无处不在。就像我们 时刻呼吸着的氧气一样，我们看不见却可以体验到 当然，无论界面的消除，还是无所不在的计算，其核心价值都在于走向日益自然化的 人机交互设计只有这样，才能从根本上减轻人们的认知负荷，增强人类的感觉通道与动 作通道的能力i l j 三、可用性设计的过程及涉及的内容 本质上，可用性设计的过程涉及四项基本活动：1 1 2 1 1 标识需要并建立需求 2 开发满足需求的一些候选设计方案。 3 评估整个过程的设计结果。 4 迭代设计 这些活动是相互联系的，也需要重复进行例如，评估设计方案的可用性( 如判断它 是否可用) 将能提供一些反馈信息，如必须进行哪些修改，或者为满足哪些需求对设计 方案进行评估实际上是设计的核心步骤，其目的是保证产品是可用的 6 我国古代哲学视“天人合一”，“物我相忘”为最高境界，人类的设计和设计物总是体 现了一定时期人们的审美意识、伦理道德、历史文化和情感等精神因素，这是物的。人化”； 而人类的一定意识、情感、文化等精神因素，又需借助于一定物质形式来表达，作为人类 生活方式载体的设计物必然承担了一部分对人类精神的承载和表达功能。这便是人类精神 的“物化”。人化”和“物化”构成了人与设计物的互动关系，设计便是物的。人化”和 人的。物化”的统一，两者相辅相成这种。人”与“物”和谐共生的思想，即是。人性 化设计”【研 机器设计大致经历了四个阶段，这四个阶段也反映了所有产品包括医疗设备的发展历 程具体如下：【1 4 】 ( 1 ) 人适应机器的阶段，这个时期关注的焦点仅仅是如何提高劳动工效上其核心是 最大限度地提高人的操作效率，从对待人机关系这个基本方面考察，总体来看是要求人适 应机器，即设计的中心是机器；研究的主要目的是选拔与培训操作人员因此其学术理论 和指导思想与现代人机学是南辕北辙的 ( 2 ) 机器适应人的阶段这一阶段器物设计必须与人的解剖学、生理学、心理学条件 相适应强调机器的设计应适合人的因素 ( 3 ) 人机环境系统阶段20 世纪五六十年代，在这一阶段认为人一机一环境是一 个系统，人与机器应相互适应、人机之间应合理分工。 ( 4 ) 现阶段随着数字技术，信息技术、基因技术急剧改变着人类文明的进程，在给 人们带来舒适和便捷的同时也可能潜伏着更多危及人们身一1 1 , 健康的负面因素。 进步的过程往往是螺旋上升式的。这一阶段人们仿佛又在演绎着人适应机器的行为。 在追求机器的科技含量的同时，信息量也不断加大，忽略了人的认知规律和大脑信息加工 的负荷极限，人类又重新沦为机器的“奴隶”的趋势，所不同的是发生作用的层面不同而 已，由体力层面变为脑力和心理层面，但是本质是相同的。例如。在医疗设备越来越趋向 于数字化、智能化的形势下，这些成果还是远远不够的。随着计算机和电子技术的发展， 医疗设备的功能越来越综合，自动化程度越来越高，操作者的体力负荷已经不是人机矛盾 的主要方面。新生事物总是具有两面性。医疗设备的数字化智能化给我们带来了诸多好处： 功能变得强大，我们可以完成更多复杂的任务；作业效率提高，如机器人相对于人的 双手而言可以更快更准确地完成手术：安全性提高，计算机的应用可以弥补人类的思维 不稳定的不足；经济效益，如远程医疗等可以弥补医疗资源的地区间的分布不平衡等。 现在的医疗设备具有一些典型特点：体量感降低，机构复杂，界面复杂等，给操作人员的 学习和使用的能力都提出了挑战，操作人员在使用过程中会产生沮丧情绪。而莫霍里纳 吉( m o h o l y - n a g y ) 曾经说过：。设计的目的是人，而不是产品”这些功能强大的高科技产 品，成了人类为自己精心设计的“枷锁”，人类发明工具是希望人的身体能借工具而得到 延伸，更好的完成任务而不是为了学习如何使用它，这似乎有些偏离了人类的初衷。“功 能主义”的时代已经过去，设计要体现“以人为本”的思想 每一次阶段的更替都要在社会需求和外部强制推动力的双重作用下，才有可能实现， 而外力一般是因为战争而产生军事上的需求导致政府会组织力量进行攻关现在，医疗设 备的发展也到了这样一个临界点社会需求上文已经交待在此不做赘述。而外力不再是战 场而是“商场”，在商品社会中设计将以市场导向为准绳，人性化设计必须纳入到产品战 略制定中，成为产品赢得市场的决定因素。 以用户为中心的设计( ucd ) 已经为大部分企业接受，可用性设计的核心就是关注 用户的体验。它虽起源于计算机领域的人机信息交流研究，但对推动工业设计的进步起到 重要作用现代设计更加注重借鉴和吸收不同学科的精髓，可用性设计不但运用了艺术设 计的体系，还融会了哲学、经济学、社会学、心理学的思想。l l 习 第四节可用性设计的相关学科 一、认知心理学指导可用性设计 认知心理学是2 0 世纪5 0 年代中期在西方兴起的一种心理学思潮，2 0 世纪7 0 年代成 为西方心理学的一个主要研究方向认知心理学研究我们如何获得世界的信息，这种信息 又怎样表征并转化为知识，它怎样储存，知识又是怎样用来指导我们的注意和行为它涉 及心理过程的全部范围从感觉到知觉、模式识别、注意、学习、记忆、概念的形成、 思维、表象、回忆、语言、情绪和发展过程，而且还贯穿于行为的各个领域 以信息加工观点研究认知过程是现代认知心理学的主流，可以说认知心理学相当于信 息加工心理学它将人看作是一个信息加工的系统，认为认知就是信息加工，包括感觉输 入的变换、简约，加工、储存和使用的全过程按照这一观点，认知可以分解为一系列阶 段，每个阶段是一个对输入的信息进行某些特定操作的单元，而反应则是这一系列阶段和 操作的产物信息加工系统的各个组成部分之间，都以某种方式相互联系 了解并遵循认知心理学的原理是进行可用性设计的基础。为了提高交互界面设计的水 平，增强用户和产品之间的友好程度，必须对用户，有一个较为清晰的认识，也就是说对 人的心理基础要有所了解既要了解人的感觉器官( 视觉、听觉、触觉) 是如何接受信息 的，也要了解人是怎样理解，处理信息的，以及学习记忆有哪些过程，人又是如何进行推 理等等。尽量使自己的设计适应于人的自然特性，以使设计的系统满足用户的要求因此， 可用性设计始终以用户为中心，自然是在认知心理学的指导下进行的【l 坷 二、人机工程学派生可用性设计 人机工程学是运用生理学、心理学和医学等有关科学知识，研究人、机器、环境相互 间的合理关系，以保证人们安全、健康、舒适地工作，使系统达到友好高效的目标的新兴 边缘科学。 人机工程学分为：( 1 ) 硬件人机工程学，主要集中在对人体能力、人体限制等人体特性 信息的应用，主要研究控制与显示的设计、以及人一机一环境的相互作用关系。如环境中 的光照、温度、噪声及震动等因素，还有作业空间布局，减少人体的工作负荷，增强舒适 程度，提高生产率等；( 2 ) 软件人机工程学( s o f t w a r ee r g o n o m i c s ) 研究软件和软件界面， 侧重于运用和扩充软件工程的理论和原理，对软件人机界面进行分析、描述、设计和评估 等主要解决有关人类思维与信息处理的有关问题，包括设计理论、标准化、增强软件的 可用性的方法等，使软件与人的对话能够满足人的思维模式与数据处理的要求，实现软件 的高可用性。( 3 ) 认知人机工程学主要研究人的认知行为可用性设计则是将三者融会贯通 的领域 1 7 1 三、语义学支持可用性设计 克里本多夫( 美) 把产品语义学定义为一个新领域，它关心的是设计对象的含义，对 象的符号象征，它在什么心理、社会、和文化环境中使用在设计方法中，它把产品的象 征功能与传统的几何、劳动学、和技术美学结合在一起，采用比喻和语义方法1 1 8 产品语义学提出了新的设计思想要使产品和机器适应人的视觉理解和操作过程。人 们在操作使用机器产品时，是通过产品部件的形状、颜色、质感来理解机器，例如视觉经 验认为圆的东西可以转动，红色在工厂里往往表示危险。把产品语义学的思想用于电子产 品设计，就是要从人的视觉交流的象征含义出发，使每一种产品、每一个手柄、旋钮、把 手都会。说话”，它通过结构、形状、颜色、材料、位置来象征自己的含义，“讲述”自 己的操作目的和准确操作方法换句话，通过设计，使产品的目的和操作方法应当不言自 明，不需要附加说明书解释它的功能和操作方法如图2 3 ，西门子的c - a r ms y s t e m s s i p 难m o b i lc o m p a c t 透视仪，。c ”型臂和其上的抓手使得运动和使用方式一目了然拉杆 图2 - 3 医疗设备中的语义学应用 的作用也不言自明。怎么才能在人机界面设计中实现这一目标呢? 产品语义学认为：这些 几何形状的象征含义是人们从小在大量的生活经验中学习积累起来的。这是每个人的几何 形状知识财富，设计师应当采用人们已经熟悉的形状、颜色、材料、位置的组合来表示操 作，并使它的操作过程符合人的行动特点i l ”如图2 - 7 ，在麻醉呼吸机的屏幕上，按钮可 给人往下按得暗示，右下角的大旋钮上的白色凹坑一方面可以暗示人可以用手指进行操 作，而且操作的方式为转动。橙色按钮代表按钮比较重要 图2 - 4 医疗设备显示器的按缸设计 l o 四、设计艺术学美化可用性设计 可用性设计的设计原型要借助设计艺术学表现出来艺术设计主要从美的需求出发， 研究交互界面以何种形式呈现，包括硬件界面设计和软件界面设计硬件界面设计主要由 工业设计师完成，软件界面设计主要由艺术设计人员、界面设计师与软件工程师合作完成 另外，可用性设计的实现要借助计算机语言学；处于不同的政治、历史、经济、文化、 科技和民族的社会群体对事物的理解和认知也会不同，因此可用性设计还要在社会学科学 和人类学等人文学科的指导下完成随着人类知识水平的提高，更多的技术和观点将融入 可用性设计的理论和实践中，在可用性设计的团队的协作下，新的研究方向将得以开发， 更新颖、更具创意的设计得以产生【z 。】 图2 - 5 可用性设计团队构成 本章小结：计算机科学和电子技术的发展，给人类带来了一个新事物界面，在以往 的机器设计过程中人们的注意力主要集中在如何提高机器工作效率和降低人的体力负荷 上，而现代的人们关于人机交互的研究已经转向人的一端引入可用性的目的，不仅仅是 提高机器的输入、输出效率，更重要的是它更关注的是人机交互过程中的用户体验问题 人机界面作为产品系统设计的一部分。引入可用性设计也是符合工业设计的以人为本的思 想趋势的 1 1 第三章医疗设备用户研究 之所以要更好的理解用户，其主要原因是：不同的用户有不同的需要，因而需要相应 的设计交互式产品例如，儿童对学习和游戏的方式有不同的期望，交互式测验和卡通 人物有助于激发他们的兴趣，而大多数成人则觉得这些方式很讨厌。相反的，成人通常喜 欢演说者们就某个主题展开讨论，而儿童则会觉得这种方式枯燥。正如日常生活中的物品， 如儿童、少年和成人的衣服，食品和游戏都各不相同，在医疗设备方面也是如此，尤其在 设计儿童医院的设备时应充分了解儿童的兴趣和心理特点。如图，西门子设计的儿童喜欢 的影像设备，但是会给成人一种不安全、不严谨、科技含量不高的感觉。 图3 - 1 西门子儿童医疗设备 儿童更誊欢颜色夸张的造型可爱的卡通形象。这与他们的生活经验有关，因为他们 认为这是对他们没有危险的。 图3 2 西门子超声诊断设备 成年的人们更喜欢工艺精湛、机构严谨的高科技风格。他们与儿童相比有蘑更丰富的 社会阅历。他们已经通过学习知道机器本身并不可怕可怕的是落后和桓制滥造的机器。 同样。为了满足不同类型用户的需要，交互式产品的设计也群须有所不同。可用性设 计还有三个关键特征：州 1 用户参与整个项目开发过程。 2 题目开始之前就必须确定具体的可用性和用户体验目标。 3 必须迭代进行四种设计活动( 见第= 章。第三节，三) ， 第一节用户的定义与分析 医疗设备人机界面设计要坚持以用户为中心( u c d ) 的设计思想在产品生命周期的 最初阶段，产品的策略应当以满足用户的需求为基本动机和最终目的在其后的产品设计 和开发过程中，对用户的研究和理解应当作为各种决策的依据，同时产品在各个阶段的评 估信息也应当来源于用户的反馈。 一、定义 医疗设备的用户即使用的人从字面意思来看它具有两层含义：】 1 、用户是人类的部分。用户具有人类的共同特征，用户在使用任何产品时都会在 各个方面反映出这些特征人的行为不仅受到视觉和听觉等感知能力，分析和解决问题的 能力，记忆力，对刺激的反应能力等人类本身具有的基本能力的影响；同时还时刻受到心 理和性格取向，物理和文化环境，教育程度及以往经历等因素的制约 2 、用户是医疗设备的使用者其可用性设计研究的是与产品使用相关的特殊人群 他们可能是产品的当前使用者，也可能是未来的甚至使潜在的使用者。这些人在使用产品 过程中的行为也会与一些与产品有关的特征紧密相关。例如，对于目标产品的知识，期 待利用目标产品所完成的功能，使用目标产品所需要的基本技能，未来使用目标产品的时 间和频率等医疗设备作为一种特殊的产品，与普通消费品有着明显不同，多数医疗设备 具有双重用户，即医生和患者，医生为主动用户而患者为被动用户，两者都属于人机关系 中。人”的范畴 医疗设备作为一种特殊的产品，与普通消费品有着明显不同，多数医疗设备具有双重 用户，即医生和患者，医生为主动用户而患者为被动用户，两者都属于人机关系中。人” 的范畴。 医生首先是一个人，他有人的一些特征也受人的生理和心理极限的限制，又属于一个 特殊人群，他们具有专业知识和比普通人更多的专业训练，而且在上岗之前可能是经过筛 选出来的素质比较好的人群。实际上在医生的群体里面同样存在差别，比如操作熟练程度 的不同，使用医疗设备的频率等而患者的共同特征是对疾病可能带来的后果的担忧 二、用户的认知分析 随着医疗设备的数字化、信息化，在医疗设备和用户组成的人机系统中，其内部的运 1 3 行方式对于用户来说是一个。黑箱”，人与设备的信息交流是通过用户界面来实现的，如 图3 3 一般的输出设备。包括显示器、喇叭等将系统的信息以人能够感知的方式提供给 用户，输入设备一般包括键盘( 或者按钮) 、鼠标和话筒等可以接受用户的各种操作指令 并传达给医疗设备内部。用户获得信息并处理以做出反应的过程模型由三个子系统协作完 成，分别是感知系统、认知系统和反应系统。感知系统和反应系统，受人的生理极限和环 境的影响和约束，在人机工程学中已经研究的比较清楚。人的认知过程是我们可用性设计 研究的重点实际上在信息处理的过程中三个子系统并不是严格按时序工作的如感知系 统使用感官从环境中获取信息，并把它转变成对物品、事件、声音和味觉的体验( r o t h ， 1 9 8 6 ) 这是一个复杂的过程，也涉及其它认知过程，如记忆、关注等。 图3 - 3 医疗设备用户界面的信息处理模型 1 感知 感知指的是人们如何使用器官( 如眼、耳、手指等) 从环境中获取信息，并把它转变 成对物品、事件、声音和味觉的体验这是一个复杂的过程，也涉及其他认知过程，如记 忆，关注和语言对于有视力的个体来说，视觉是最重要的感觉，其次是听觉和触觉在 交互界面设计中，应以易于理解的方式来表示信息，这非常重要。l 硐 2 认知 对于用户如何接受和医疗设备的输出，然后转化为反应动作，并指导下一步操作。心 理学的研究在不同层次上提供了不同的理论和模型。其中人类信息加工处理模型被人们普 遍接受这种模型认为，人在进行简单的信息处理时，有感觉处理器、记忆以及动作处理 器参与，感觉信息通过感觉处理器流入工作记忆，工作记忆由被激活的长时记忆块组成， 最后发出动作指令给动作处理器，由动作处理器完成动作人在处理信息时的基本操作过 程正是由这种从辨认到动作的循环构成的。 1 ) 关注 关注就是在某个时刻。从众多可能的事物中选择一个并把精力集中这个事物上关 注涉及听觉和视觉例如，在牙医候诊室等待护士叫你的名字这就是个。听觉关注” 的例子。而医生在手术过程中关注病人的血压、心电图、呼吸等情况就是。视觉关注” 的例子人们接受的来自外界的信息量是很大的，但人的神经系统高级中枢的加工能力是 “ 有限的所以需要对信息进行过滤，选择一些信息进入高级分析阶段，而其余信息可能暂 存于某种记忆之中，然后迅速衰退通过过滤器的信息受到进一步的加工而被识别和存贮 当然关注与我们主观因素也有关系，如自身的警觉水平也有关系，对信息源重要性的理解， 个体的动机、兴趣、知识经验等。田1 ( 1 ) 关注具有相对性 在医疗设备的人机交互系统中当用户面对各种信息源时，不可能对所有信息同时进行