医疗器械的人机工程学研究

医疗器械的人机工程学研究目录摘要第一章绪论1.1人机工程学概述1.2医疗器械人机工程学特点1.3本文的研究内容第二章医疗器械人/机系统研究2.1系统的观点2.2医疗器械的人/机关系2.3医疗器械人/机系统可靠性2.4医护人员可靠性研究2.5本章小结第三章被动使用者-病人心理学分析3.1心理学的定义3.2不同年龄段人的心理特征3.3病人的心理活动3.4本章小结第四章医疗器械人机界面设计研究4.1人机界面定义4.2医疗器械双重人机界面的定义和分析4.3医疗器械触觉操纵控制装置4.4视觉显示器技术及其在医疗器械中的选择4.5听觉控制器4.6本章小结第五章医疗器械造型和色彩设计研究5.1医疗器械造型设计5.2医疗器械色彩设计5.3本章总结第六章医疗器械以人为中心设计过程研究6.1国际标准工S013407简介6.2医疗器械以人为中心设计的意义6.3医疗器械以人为中心的设计原则.6.4医疗器械以人为中心的设计过程6.5本章小结第七章多功能医用手术床的人机工程设计及评价7.1多功能医用手术床的人机工程设计7.2多功能医用手术床人机工程设计评价7.3本章小结第八章结论参考文献摘要随着社会经济的发展，生活水平的提高，人们开始越来越关注那些与我们生活密切相关的产品对人的健康和安全的影响。而医疗器械这一对于提高和改善我们的生活品质和身体健康有着很大关系的产品，也越来越受到人们的广泛关注。调查显示，虽然目前医疗器械产品的科技含量在不断提高，但是，在人机工程设计这一方面的重视程度依然不够完善。本论文主要叙述了医疗器械人机工程学的设计理念、方法和内容。分析了医疗器械产品中人的因素的特点、医疗器械的使用环境的特点以及应用人机工程学的目的和重要性。提出了医疗器械产品设计中“以人为中心”的设计过程的理念。对医疗器械人/机系统进行了分析研究，由医疗器械人/机系统的综合可靠性δs，人的可靠性δh，医疗器械的可靠性δm，三者之间的关系式分析可知，医疗器械人/机系统的综合可靠性主要取决于医护人员的可靠性，并通过对医护人员可靠性的分析研究，建立了医护人员在交变压力的条件下发生人为失误的模型。研究了病人的心理特征和心理活动，为在医疗器械人机工程设计中考虑病人的因素提供了依据。从医疗器械的人机界面方面进行了分析研究，提出了医疗器械人机界面与其他产品的不同点，即医疗器械具有两个人机界面，提出了双重人机界面的观点，即主动使用者一医护人员/人机界面;被动使用者一病人/人机界面，并进行了分析研究。对医疗器械的造型设计和色彩设计进行分析研究，阐述了医疗器械造型对心理的影响，克服医疗器械所造成心理影响的方法，对影响医疗器械色彩设计因素进行分析，提出了用色框图对医疗器械色彩设计的方法。最后，对医疗器械的人机工程学设计进行了评价，并建立了模糊数学的评价模型。全文通过对医疗器械的人机工程设计的具体分析和研究，体现了医疗器械“以人为中心”的设计理念，对医疗器械产品设计的发展方向具有重要的指导意义。关键词:人机工程学，以人为中心设计，主动使用者，被动使用者，双重人机界面，医疗器械第一章绪论1.1人机工程学概述2000年8月，国际人机工程学会(InternationalErgonomicsAssociation)对本学科所下的定义为:人机工程学是研究人与系统中其他因素之间的相互作用，以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的学科。人机工程学专家旨在设计和优化任务、工作、产品、环境和系统，使之满足人们的需要、能力和限度。人机工程学研究的主要目的是通过揭示人、机、环境之间相互关系的规律，以达到人一机一环境系统总体化的最优化。这三个方面密不可分。人机工程学研究的内容包括:人的因素、机的因素、环境因素。人机工程学广泛应用于电话、电传、计算机控制台、数据处理系统、高速公路信号、汽车、航空、航海、现代化医院、医疗器械、环境保护、教育等领域，甚至可用于大规模社会系统。医疗器械人机工程学在很早以前就得到了应用。医学之父Hippocrates(460-370BC)在他关于外科手术的文章中，对手术场所进行了具体的介绍和建议。他建议手术可以根据操作动作来决定站着或是坐着进行，但总要采取最舒适的姿势。Hippocrates描述了这些动作姿势，并决定手术医生、病人及灯光源(包括自然光和人造光)的相对位置，以使手术更容易，也能避免闪光刺眼。在同篇文章中，他也提到手术用具应该放在靠近医生手术操作手边，但同时又不能妨碍操作动作。在另一篇文章中还提到手术用具应该具有怎样的形状、尺寸、重量及结构，以便使用更方便。在这些文章中可以发现工作场所和工具设计应用人机工程学原理的明确资料。1.2医疗器械人机工程学特点医疗器械是为人的生活质量和健康服务的产品，其人机工程学质量和使用的安全性事关人的生命安全，人命关天，半点也不得马虎。随着科技的发展和进步，医疗器械的内部结构和操作控制装置变得越来越精确，可靠性也大大提高。但是，人的生理机能却没有多大进化，因此就需要对医疗器械进行人机工程学设计，使其适用人的操作，达到人机和谐的要求。1.2.1医疗器械应用人机工程学的目的和重要性(1)医疗器械应用人机工程学的重要性由于医疗器械的特殊性，其本身的人机工程学质量和使用的安全性就显得非常重要。虽然现代医疗器械的科技含量越来越高，但医疗器械产品有时还是会对病人、家庭成员、以及医护人员造成伤害。这些伤害有两个主要来源(图1一1):①医疗器械产品自身故障。随着科技的不断提高和进步，医疗器械产品使用功能在不断加强，同时产品本身的结构、操控装置、产品各个系统之间的关系也越来越复杂。一旦产品的某个部位出现故障或差错，就会引起整个系统的故障。由于医疗器械的特殊性这种故障可能会引起难以挽回的损失，甚至是人的生命。因此，提高医疗器械产品的可靠性是设计的关键。图1-1人为夫误和产品故障②使用者的行为(或称为人为失误)。产品的使用对象是人，由于“人为失误”不可避免，在由人和医疗器械组成的系统中，人是一个不可靠的和不确定的因素。即便是一个训练有素的操作者，也会因为种种原因，如心情不佳、疲劳、工作压力过大等因素而产生操作失误。因此如何防止人为失误的影响是医疗器械设计的另一个关键。所以，提高医疗器械系统的可靠性和人的可靠性，保障产品的使用安全，人机工程学设计就显得格外重要。(2)医疗器械应用人机工程学的目的虽然目前医疗器械产品系统的可靠性在逐渐提高，但是由于人的不可靠性，还会出现许多医疗事故。研究表明，由于误操作而造成的医疗事故远远多于产品本身故障造成的医疗事故。因此，医疗器械生产厂家在进行医疗产品的设计时必须考虑产品的人机工程学因素，减少或避免发生误操作的危险，确保产品的使用安全。对医疗器械产品进行人机工程学设计，将会对产品本身带来深刻的影响。它能够使产品的使用更加安全可靠。与医疗器械使用相关的潜在危险是一个比较严重的问题。有许多因素可能影响和导致使用医疗器械时产生失误，造成伤害。它们包括:①医疗器械产品通常比较复杂。医疗器械是为人的身体健康服务的，产品在设计要求上比一般产品要高，从而导致产品本身更加复杂，操作要求更高，最终有可能影响和导致医护人员使用医疗器械时产生失误，造成伤害。②医疗器械产品经常在紧急状况下使用。在医院的环境下，随时都会有紧急状况发生，比如，对急诊病人的紧急抢救，在这种情况下，医护人员就有可能会手忙脚乱，在操作医疗器械时就可能会发生人为失误，造成伤害。③使用者的目标与设计者的目标有差异。④医疗器械设计人员往往会自觉或不自觉地将使用者设想为理想的操作者，但实际情况是:人为失误是不可能避免的，究其原因是设计者在进行产品设计时没有考虑到产品自身的人机工程学因素。医疗器械产品人机工程学设计目的主要有以下几点:①改善医护人员的操作状况，使医疗器械更容易使用，各种标识和显示面板更容易辨识和阅读，降低误操作危险性。②更好地了解设备工作状态。③更好地了解病人治疗情况。④减少医护人员的训练要求。⑤减少医护人员操作控制设备时的体力。⑥使设备之间连接更安全、可靠(如，电源线，导线和管子等)。⑦警报更灵敏。⑧容易修理和维护。⑨通过色彩，造型等设计方法的运用来改善病人面对冰冷机器时的紧张、恐惧心理，防止产生心理障碍。1.2.2医疗器械中人的因素特点一般产品中研究人的因素〔们，主要是研究如何使产品的使用者更为方便地使用产品，提高操作效率，同时降低产品使用者的危险因素，达到人机和谐的要求，被作用对象一般是物体或工件。而医疗器械产品中人的因素与一般产品的不同点是:无论是医疗器械产品使用者(称之为主动使用者)还是被作用对象(称之为被动使用者)都是人。因此在研究医疗器械人的因素时，我们除了研究主动使用者一医护人员的人的因素，还要研究被动使用者一病人的人的因素。医护人员的人的因素研究主要包括〔’‘，〕:人体测量学与生物力学;可靠性及操作适用性等。病人的人的因素研究主要包括:人体测量学与生物力学，心理学等。1.2.3医疗器械功能与使用环境特点(1)医疗器械功能特点从“以人为中心”的角度考虑，可以将医疗器械可分为两类:一类是不直接面对病人的产品，如BACT一工ST微生物鉴定/药敏分析系统等;一类是直接而向病人产品，如多功能医用手术床等。本论文研究的是直接面向病人的医疗器械。直接面向病人的医疗器械又可以分为三类:对病人病情进行检测分析的产品，如X光机等;对病人的治疗提供辅助作用的产品，如医疗手术床等;将治疗手段与监测分析集于一体的产品，如心血管造影机等。(2)医疗器械使用环境特点医疗器械一般是在医院中使用，其整体环境具有安静、祥和、洁净等特点。1.2.4医疗器械人机界面特点医疗器械具有双重人机界面，即医护人员/人机界面、病人/人机界面。1.2.5国内外医疗器械发展现状随着生活条件和水平的不断提高，人们更重视自己的生活质量。因此，那些与人们日常生活关系非常密切的设备及仪器以及直接有助于提高人们的生活品质和身体健康的产品会越来越受到人们的关注。而医疗器械就是这样的产品。无论它的外形、操作方式还是色彩人们都会对它提出更高的要求。医护人员希望医疗器械便于操作，人机界面清晰，尽量减少误操作。病人则希望医疗器械具有人性化的特点，来缓解或改善他们面对冰冷机器时的紧张、恐惧心理。但目前国内医疗器械产品还停留在仅仅把它视为普通机器，对产品的人机关系设计考虑较少，特别是产品的人性化，宜人性设计方面几乎更是空白。因此国内生产的医疗器械产品大多线条生硬，操作界面不清晰，操作繁琐，容易引起误操作(如图1-2国内医疗器械产品)。在一些发达国家和地区，已经把人机工程学的设计理念广泛融入了医疗器械产品的设计之中，并使先进的模块化设计理念更深入，人机交互界面更完善。造型上多采用圆滑曲面，消除了病人对机器的恐惧感，使其身心得到平衡。色彩比较柔和，让病人有一种安全感(如图1-3国外医疗器械产品)。图1-3国外医疗器械产品通过对某医疗器械厂的调查可知，目前国内对高科技的医疗器械很少自主开发，大部分是对国外先进医疗器械的仿制，因此对医疗器械的人机工程学的研究很少，几乎是个空白。1.3本文的研究内容本文通过“以人为中心”的设计思想对医疗器械产品的人机工程学进行系统的研究，主要研究内容如下:1.医疗器械人/机系统研究;2.医疗器械人机界面设计研究;3.医疗器械造型和色彩设计研究;4.医疗器械以人为中心设计过程研究;5.多功能医用手术床的人机工程设计及评价。第二章医疗器械人/机系统研究2.1系统的观点机械作为人类历史的一部份，它的诞生已有很长时间了，自产业革命之后，由于技术的进步，使机器变得更加有力量，并互相结合形成了更为复杂的系统。因此，由于操作人员判断差错或操作不当而造成的后果也更为严重。这就意味着要成功地设计一台机器必须将其与潜在的操作者、未来的运行环境结合在一起，进行“人/机系统”的设计。在今天要成功地设计一件产品必须采取系统的观点，而不能孤立地只从产品本身来考虑。当设计者用系统的观点来看待未来的操作者-一人时，就能从只考虑人在操作中的个别细节的过程中解脱出来。并站在较高的层次上来检验人与系统中其他组成部分之间的完整的相互关系。在一个目标确定的系统中，如安全运送人员的系统、从月球上取回试样的系统、生产棉纱的系统等，人只是其中的一个组成部分，一个具有特定输入与输出特征的“黑盒子”。在有些场合，如海底采矿或宇宙航行等，则系统既能由人来操作，又可以完全自动的运行。这时，究竟是否由人实施操作、控制，就要仔细估量。根据系统中人与机器功能分配的相对程度，可将人机系统分为以下三种类型:(1)人工系统。这是由人、手动工具和其他辅助手段结合而组成的，这里的辅助手段也必须由操作者以自己的体力来进行操作，操作者运用他的工具来传递，并从中接受大部分信息，其工作节奏和步调可以完全由自己掌握。C2)机械系统。如机床是由不同的零件适当结合在一起组成的，其动力通常由机械提供，操作者的作用基本上是执行其中某一部分的控制。每个独立的机械系统还可以连接在一起，以形成更完美的生产线。在这些系统中，操作者接受有关系统运行状态的信息，执行信息处理，做出决定的功能。并运用控制装置来完成所做出的决定。(3)全自动系统。在这样的系统中，所有的操作功能，包括检测、处理信息、做出决定和完成动作，都由机械来执行。但这种系统需要人事先对所有可能预料出现的各种输入信息的结合方式做出周密的考虑。所以尽管从理论上来讲，这样的系统根本无需人的干预，但在实际上还是离不开人。不过，这时人的主要功能是进行监视、计划和保养。比较这三种人机系统，显然第一种人的负担最重;第三种系统中人的负担最轻;第二种系统中人的负担介于两者之间。为了判别操作人员在系统中的作用，促进创新的灵活性，可以利用从实际中分离出来的抽象的功能概念把系统概念化。图2-1表达了这一概念性的系统设计过程。图2-1系统的概念化设计当把操作的人看作系统中的一个组成部分时，无论是医疗器械、起重机、铁路机车还是轮船、汽车驾驶室内的操作者，都可看成是一个闭环控制系统中的组成部分。图2-2即表明了整个人机系统中各组成部分的相互关系。还可进一步分析出人在整个人机系统中具体进行控制作业时的信息处理过程，如图2-3所示。2.2医疗器械的人/机关系一般产品的人/机关系中人是操作人员，机是机器。医疗器械的人/机关系中，人则包括两个方面，即医护人员和病人，机是医疗器械。如图2-4中(a)和(b)所示。图2-4(a)为一般产品的人/机关系，操作人员与机器之间是互相作用的关系，操作人员通过机器上的仪器、仪表或显示器等装置读取信息，然后再操作控制机器，机器接受到新的信息后，再通过仪器、仪表或显示器等装置传递信息。如此，形成循环。图2-4(b)为医疗器械的人/机关系，这里的人分为医护人员和病人，病人的病情通过医疗器械的检查，形成数据或图形，由其上的显示装置，传递给医护人员，然后再由医护人员根据具体情况，控制医疗器械，输入信息，在这里也形成了一个循环。2.3医疗器械人/机系统可靠性2.3.1医疗器械人/机系统中人和“机”的变化在医疗器械人/机系统中:机，也就是医疗器械，它是实现医疗功能和目的的主体。由于现代医疗技术和科学技术的不断进步，大大提高了医疗器械的治疗功能，同时也使得医疗器械自身的结构和操作越来越复杂，但是医疗器械本身的可靠性却比以前大大提高。人，即医护人员和病人，病人是被作用对象，在整个系统中，只是治疗对象，并不参与操作控制。但是会对医疗器械的外形、人机界面和色彩等设计产生影响。医护人员主要作用是接受医疗器械的输出信息，并对医疗器械操作控制，输入信息。但是，无论是人本身生理机能，还是智力与以一前相比并没有多大的改变。因此人的可靠性与以前相比，并不会有很大的改变。2.3.2医疗器械人/机系统中人与“机”之间可靠性的关系从上节分析可知，由于现代科技和医疗技术的进步，医疗器械的可靠性已经大大提高，但是人本身生理机能的进化与以前相比并没有多大改变，因此要提高医疗器械人/机系统的可靠性，就要求我们认真的研究人的可靠性，使人的可靠性始终保持在较高水平。如果设医疗器械人/机系统的综合可靠性为δs，人的可靠性为δh，医疗器械的可靠性为δm，那么三者之间存在如下的关系式:δs=δh×δm即医疗器械的实际综合可靠性为人，的可靠性和医疗器械的可靠性之间的乘积。如果医疗器械的可靠性hm=0.98，而人的可靠性δh=0.4，则整个系统的综合可靠性δs.=0.98X0.4=0.392。可见，尽管医疗器械本身的可靠性并不低，但是由于人的可靠性过低就会使整个系统的可靠性大大降低。在此例中，如果人的可靠性提高到δh=0.9，而医疗器械的可靠性保持不变，系统的可靠性就会大大提高(δs=0.882)。这里用数学形式强调了人的因素是一个不可忽略的因素。2.4医护人员可靠性研究由以上医疗器械人/机系统可靠性的分析可以得知，在医疗器械的可靠性一定的情况下，要想提高系统的可靠性就需要提高医护人员可靠性，而医护人员的可靠性受到诸多因素的影响，如工作压力、医护人员的心理、情绪、医护人员之间的人际关系，医生与病人的关系以及家庭因素等。下面主要是从医护人员的工作压力上对医护人员的可靠性进行探讨。2.4.1人的压力工作压力对人的心理与生理有一定的影响，这是影响人的动作及其可靠性人的高工作效率的一个重要因素。显然，一个承受着过重压力的人会有较大的可能性造成人为失误。据各方面的研究表明，人的工作效率与压力之间的关系如图2-5所示。图中的曲线表明压力并不完全是消极的情况，事实上，适度的压力是有益的，它能使人的效率提高到最佳状态。否则，压力过轻时人会觉得没有挑战和变得迟钝，因而人的表现不会处于巅峰状态。另一方面，当承受的压力过重时，将引起人的工作效率急剧下降。下降的原因是多方面的，例如，忧虑、恐惧或其他的心理上的压力。适度的压力可以定义为足够使人保持警觉的压力水平。图2-5所示的曲线分为两个区域，即区域I和区域11，在区域I中，人的效率随压力的增加而提高，而在区域11中人的效率却随压力的增加而降低。故由图可以得出结论:当人在很高的压力下执行任务时，发生人为失误的概率要比其在适度的压力下工作时高.2.4.2医护人员的压力特征在完成一项规定的医疗任务时，医护人员可以承受的压力有一定的局限性。当超过这些限度时，失误发生的概率就会增加。为了使人为失误发生的次数最少，设计工程师与可靠性工程师必须在设计阶段就考虑到医护人员的能力限度或特征。医护人员的某些压力特征有下列几点:(1)由于病人的特殊性以及病情的复杂性，使反馈给医护人员的信息不充分。不足以使他(她)能够下决心校正自己的动作。(2)医护人员被要求快速的比较两个或两个以上的显示结果，并且做出明确的判断。(3)对于一些紧急医疗状况，给予医护人员的决策时间太短。(4)由于病人病情的需要，要求医护人员延长监测时间。(5)为了完成一项医疗任务时所需要的步骤次序太长。(6)一个以上的显示结果不便于识别。(7)在紧急治疗过程中，要求以高速同时完成一个以上的控制。(8)在紧急治疗过程中，要求以高速完成操作步骤。(9)要求根据不同来源的数据收集做出决策。2.4.3人为失误(1)概述在系统的设计、制造及运行阶段，人起着重要作用。人的作用的重要程度对一个系统和另一个系统可能不同，对系统的一个阶段和另一个阶段也可能不同。这种作用可能会由于人为失误而受到损害。系统总的可靠性会由于人可能不正确完成他们的正常任务而受到影响。根据Meister的一项研究，所有设备故障的20%到50%是由于人为失误.造成的。这在全部设备故障中是一个惊人的比例。这意味着为了得到系统可靠性的正确情况，在可靠性分析中必须包括人为因素的可靠性。(2)医护人员人为失误的原因和后果在医院这一特殊环境中，医护人员每时每刻都有可能遇上紧急情况，在这种状况下，医护人员就有可能发生人为失误，造成不可弥补的后果，甚至是人的生命。医护人员人为失误有以下几个原因:①医护人员的自身原因。如，医护人员缺乏足够的基本操作训练:医护人员不适当地操纵医疗器械;医护人员身体不适或有情绪上的问题等。②人际交往。医护人员之间的关系如，医护人员之间缺少交流;医护人员之间由于人际关系不愉快，医护人员与病人之间的关系如，医护人员与病人之间缺少交流等。③医疗器械本身的原因。如，医疗器械本身设计有问题;工作动力不足;医疗器械维修和操作程序书写不规范等。④环境因素。有物理环境如，工作区域光线不足等;作业方法如，医护人员的作业方法不当等。⑤管理。如医院的管理不善。在进行医疗的过程中，如果医护人员产生人为失误就会造成严重的后果，有时会产生严重的医疗事故误主要会造成以下几种后果，造成病人生命危险。概括的讲医护人员的人为失威胁或造成严重医疗事故;:①阻碍了医疗器械的运行，对病人的生命形成了②医疗器械的运行有严重的延迟，但不妨碍系统的运行;③对病人的病情造成误断;④医疗器械运行的延迟不严重。2.4.4医护人员人为失误的预防方法一人/机系统分析方法人一机系统分析方法(MMSAM)用于在系统中降低引起有害后果的人为失误到某一可接受的水平。这种方法由十个步骤组成，如图2-6所示。步骤1和步骤4-10是根据产品本身的问题产生的，步骤2涉及到那些决定性能的因素(即环境特征)，人们不得不在这种环境下完成各种不同的任务和工作。决定性能的因素典型例子是照明、空气质量、清洁程度等等。步骤3涉及到关于系统人力特征的识别和估计，例如培训、经验、激励和技巧等等。图2-6人一机系统分析方法程序的步骤2.5本章小结本章主要对医疗器械人/机系统进行了分析，分析了医疗器械的人/机关系，医疗器械人/机系统中机的作用和人的作用，研究了医疗器械人/机系统可靠性，强调了人的因素对医疗器械系统的重要性。第三章被动使用者一病人心理学分析3.1心理学的定义J自理学是研究人和动物心理活动和行为表现的一门科学。心理学的英文Psychology一词来源于希腊文，意思是关于灵魂的科学。灵魂在希腊文中也有气体或呼吸的意思，因为古代原始人认为人的生命依赖于呼吸，呼吸停止，生命就完结了。随着科学的发展，心理学的对象由灵魂改为心灵(mind),理学是对心灵的研究，或称心灵哲学((Philosophyofmind)。直到19世纪初叶，德国哲学家、教育学家J.F.赫尔巴特才首次提出心理学是一门科学。3.2不同年龄段人的心理特征(1)儿童病人的心理特征儿童病人的突出特点是由于一年龄太小，不能够正确地把自身的病情与医护人员进行交流，心理活动多随活动情境而迅速变化。不同年龄的儿童个性差异极大，其心理特点也很不相同。因此，他们的心理状态只能从其言语和非言语行为(表情、目光、体态等)中仔细体会理解。(2)青年病人白勺心理特征青年正是人生朝气蓬勃的时期，对于自己患病这一事实会感到很大的震惊。他们往往不相信医生的诊断，否认自己得病，直到真正感到不舒服和体力减弱才逐渐默认。青年人一旦承认有病，主观感觉异常敏锐，而且富有好奇心，事事询问:为什么打这个针、吃这个药?病程需多长?有无后遗症等等。他们担心疾病耽误自己的学习和工作，对自己恋爱、婚姻、生活和前途有不利的影响。有的青年不愿意把自己的病情告诉自己的同事或同学。青年的情绪是强烈而不稳定的，有时欢快，有时不愉快或愤怒。从自信到自贬，从自私至利他，从热心至冷漠，从兴高采烈至消极失望，皆能在转瞬间有所改变，容易从一个极端走向另一个极端。他们对待疾病也是这样。倘若病情稍有好转，他们就盲目乐观，往往不再认真执行医疗计划，不按时吃药。但病程较长或有后遗症的青年病人，又易于自暴自弃、悲观失望，情感变得异常抑郁而捉摸不定。由于疾病的巨大挫折，他们会出现严重的精神紧张和传虑，甚至导致理智失控，产生自杀念头，发生难以想象的后果。(3)中年病人的心理特征一般认为，中年是人生历程中最值得回首寻味的年代。在这个时期，中年人的社会角色比较突出，既是家庭的支柱，又是社会的中坚力量。当他们受到疾病折磨时，心理活动尤为沉重和复杂，他们担心家庭经济生活，牵挂着老人的赡养和子女的教育，又惦念着自身事业的进展和个人成就等。(4)老年病人的心理特征老年人尽管理解衰老是生物体不可抗拒的规律，但一般都希望自己尽量健康长寿。他们自己不服老，也不希望别人说自己衰老。老年人一般都有慢性或老化性疾病，所以当某种疾病较重而就医时，他们对病情估计多为悲观，心理上也突出表现为无价值感和孤独感。有的情感变得幼稚起来，甚至和小孩一样，为不顺心的小事而哭泣，为某处照顾不周而生气。他们突出的要求是被重视、受尊敬。3.3病人的心理活动从生理学和心理学角度来分析，病人属于弱势群体，他们一旦知道自己患了病，在心理上必然有反应，概.括起来，病人易于产生如下各种心理活动。(1)抑郁抑郁是一种闷闷不乐、忧愁压抑的消极心情，它主要是由现实丧失或预期丧失引起的。因为疾病对任何人来说都是一件不愉快的事，多少都伴随着丧失，所以多数病人都会产生轻重不同的抑郁情绪。不过，病人抑郁情绪的表现方式是多种多样的。例如，有的故作姿态、极力掩饰;有的少言寡语，对外界任何事物都不感兴趣;有的饮泣不语或哭叫连天;还有的自暴自弃，放弃治疗，甚至出现轻生的念头。严重的抑郁又往往导致失助感和绝望情绪。这是一种无路可走、无可奈何、悲愤自怜的情绪状态，多发生在患有预后不良或面临生命危险的病人身上。Seligman认为，当一个人对情境失去了控制力，并深知无力改变它的时候，就会产生无助感和绝望情绪。这种情绪状态多数是不稳定的，因而只要病情略见好转，或外界环境稍加改善就能烟消云散。不过，这种情绪状态在少数人身上也可以持续存在，直接影响对疾病的治疗，有的还可诱发继发性疾病。(2)焦虑任何人在一生当中都难免因故焦虑。病人患病，当然更避免不了焦虑情绪。焦虑乃是一个人感受到威胁而产生的恐惧和忧郁。这种威胁主要分两大类:一是躯体的完整性受到威胁，一是个性受到威胁。对病人生理及心理上的威胁往往是统一的，而且会一直持续下去，直到病人在生理与心理再度达到安全稳定为止。引起病人焦虑的因素很多。例如，疾病初期对病因，尤其是预后不明确，可导致与疾病无关的焦虑，或是对病因和预后过分担忧。这时，如果医生、护士不及时向病人讲清楚，就会出现夸大病情严重性的倾向。正如Fletcher讲的:“无可奉告，并非好事，它会诱发病人的恐惧。”某些病人对带有机体威胁性的检查和治疗，对诸如癌症等预后不良的疾病均可引起强烈的焦虑反应。例如，准备接受手术治疗的病人，入院之后就盼尽快手术，一旦通知他明天作手术，他反而焦虑恐慌起来。在对住院病人的一次调查中发现，多数病人进入医院有焦虑反应，他们看到重病人的情况，听到病友的介绍，看到为抢救危重病人而来回奔忙的医生护士，不禁产生一种异乎寻常的恐怖感，好像自己也面临巨大的威胁，因而产生焦虑。他们希望对疾病做深入的调查，但又怕出现可怕的后果;他们反复询问病情，但又对诊断结果半信半疑，忧心忡忡，也可以产生焦虑。总之，病人生了病，是桩不愉快的情绪刺激，容易形成不良的心境。，自境不佳，就会事事处处不顺眼，总感到心烦意乱，基于这种心境，就容易出现焦虑或消沉的情绪反应。在男性多表现为因一点小事吵吵嚷嚷，在女性则多表现为抑郁哭泣。尤其，当遇到病情有变化，或做特殊检查，或准备手术时，情绪更易激惹，睡不好觉，吃不好饭，动辄生气，甚至任性。也有的会出现一些反常行为，如有的人突然梳洗打扮、理发刮脸，有的挥笔大量写信，有的狼吞虎咽地吃起东西来，也有的长时间向窗外眺望，还有的蒙头大睡等。(3)怀疑病人的怀疑大都是一种自我消极暗示，由于缺乏根据，常影响对客观事物的正确判断。患病后常变得异常敏感，听到别人低声细语，就以为是在说自己的病情严重或无法救治。对别少、的好一言相劝半信半疑，甚至曲解原意。疑虑重重，担心误诊，怕吃错了药、打错了针。有的凭自己一知半解的医学和药理知识，推断药物，推断预后。害怕药物的副作用。担心偶尔的医疗差错或意外不幸降落在自己身上。身体某部位稍有异常感觉，便乱作猜测。如果严重偏执，甚至出现病理性的妄想。有些病人文化程度低，缺乏科学的生理、药理知识，往往以封建迷信来理解自己生理机能的不正常现象。当病程和他自己预想的不一致时，便陷入迷茫之中，甚至惶惶不可终日。(4>孤独感病人住院后，离开了家庭和工作单位，周围接触的都是陌生人。医生只在每天一次的查房时和病人说几句话，护士定时打针送药，交谈机会也较少。这样，病人很容易产生孤独感。因此，在他们住进病室的第一天时常有度日如年之感。他们希望尽快熟悉环境，希望尽快结识病友，还希望亲友的陪伴。长期住院的病人由于感到生活无聊，乏味，希望病友之间多交谈，希望有适当的文化娱乐活动以活跃病房生活。(5)被动依赖病人进入病人角色之后，大都产生一种被动依赖的心理状态。这是因为，一个人一旦生了病，自然就会受到家人和周围同志的关心照顾，即使往常在家中或单位地位不高的成员，现在也突然升为被人关照的中心。同时，通过自我暗示，病人自己也变得软绵绵的不象以往那样生气勃勃，变得被动、顺从、娇填、依赖，变得情感脆弱甚至带点幼稚的色彩。只要亲人在场，本来可以自己干的事也让别人做;本来能吃下去的东西几经劝说也吃不下去;一向意志独立性很强的人变得没有主见;一向自负好胜的人变得没有信心:即使做惯了领导工作和处于支配地位的人，现在对医务人员的嘱咐也百依百顺。这时他们的爱和归属感到增加，希望得到更多亲友的探望，希望得到更多的关心和温暖，否则就会感到孤独、自怜。(6)否认在临床上还可以看到有的病人怀疑或否认自己患病。尤其是对癌瘤等预后不痕的疾病，否认心理更为常见。大量研究证明，一定程度的否认，对缓解心理应激是可取的。否认犹如瞳孔对光的反射，一旦遇到外界的强光刺激，瞳孔就自行收缩，以此来防视网膜免受过分的刺激。病人的否认也有类似作用，当难以承受的恶劣病情袭来时，自我否认可以避免过分的焦虑与恐惧。严重烧伤病人，急性小儿麻痹病人以及癌症病人易于出现否认反应。在一项对冠心病病人的研究中，发现有明显的否认反应者，死亡率较无此反应者要低.否认虽在一定程度上起自我保护的作用，但在许多情况下又起贻误病情的消极作用。例如，有位女青年身患肺癌，自己却矢口否认，拒绝治疗，半年时间就因脑转移而死亡。有人对乳腺癌的女患者进行调查，发现那些延误诊治的人，大都是带有否认倾向的人。(7)同情相怜人都有同情心、怜悯心和亲和的需要。国外有位心理学家以女大学生做被试，进行了一次有趣的实验，发现人越在危难之时，具有共同命运的人亲和力越强。这一实验结果也可以在病人身上得到验证。医务人员都能看到，病人一旦住在一起，很快就能相互认识和相互理解。他们很容易团结，而且这种团结大都不讲究职位高低、年龄大小等，只要是病人，就能一律平等、推心置腹，无话不谈。他们关心病友的病情变化，乐于向医务人员介绍病友的痛苦症状，并乐于帮助病友克服困难。例如，有位年过花甲的老教授，因冠心病住进了-个有七位病友的病室。其中有工_人、农民、干部，年龄最大的74岁，最小仅有21岁，他们很快结下了深厚的友谊。每当一个病友出院，他们都依依惜别，相互嘱咐、安慰并留下地址，愿保持永久联系。病友之间这种相互怜悯与亲和，可以免除大家的孤独感，增强安全感，还有助于活跃病房空气，调节病人心境，对治疗疾病无疑是有益的。但是，这种同病相怜有时也起消极作用。例如，一个病友的病情恶化了，全病室立_即变得死寂可怕，人人心头上笼罩着一片乌云。一旦有的病友因抢救无效而去世，他们就更加恐怖和伤感。另外，病友之间的消极暗示也往往产生不良影响，如有的互相介绍治病的偏方和所谓经验，干扰医生的正确治疗等。(8)侥幸病人大都程度不同地存在着侥幸心理。例如，疾病初期不少人迟迟不愿进入病人角色，总希望医生的诊断是错误的。尤其那些对病感不敏感的人，侥幸心理尤为严重。有些已经明确诊断的人。也往往存在侥幸心理。这有两种情况，一是对自己疾病的诊断仍在半信半疑，因而，有时不按医嘱行事;二是缺乏医学知识又缺乏科学态度的人，说什么“别听大夫吓唬人，上帝不一定和我过不去”。其实，这样贻误病情和导致不良后果的病人是经常有的。因此，医务人员应当针对病人的具体心理，仔细解释，耐心说服，尽量使病人树立对疾病的科学态度，克服侥幸心理。从以上几点可以看出，病人在患病期间的心理相对来说是非常脆弱的，除了医护人员的心理辅导之外，我们在那些为病人治疗的医疗设备的设计上也应该尽量进行人性化设计，在最大程度上缓解病人的心理压力，以便病人早日康复。3.4本章小结本章主要分析了不同年龄段人的心理特征和病人的，自理活动，详细阐述了引起病人心理活动的原因，为医疗器械的设计在避免因产品的外形、色彩等因素增加病人的心理恐惧、压抑和不适等提供了依据。第四章医疗器械人机界面设计研究4.1人机界面定义在人机进行信自、传递时，担负人机信息传递的中介区域称为人机界面系统或人机交互系统，它包括操纵控制系统、信息、显示系统以及安全保障系统:。4.2医疗器械双重人机界面的定义和分析由于医疗器械产品的使用的特殊性，因此医疗器械产品的使用对象和被作用对象都是人。这种由使用对象和被作用对象都是人而组成的人机界面，称为双重人机界面(如图4-1)。医疗器械的双重人机界面包括:病人/人机界面(人机界面I)和医护人员/人机界面(人机界面It).图4-1医疗器械双重人机界面4.2.1病人/人机界面(人机界面I)病人作为弱势群体，并且病人的成分比较复杂，从低教育程度到高教育程度，从儿童到老人，各种各样的人对人机界面的要求各不相同，因此，人机界面的设计要求比较高。但是，总的来说，他们都是病人，对医疗器械难免会产生恐惧和焦虑的心理，同时在体力上比平常人要弱许多，在动作上比平常人要迟缓很多，因此在人机界面的设计上主要从以下这些因素考虑:Cl)造型病人通常对产品造型更在意，因此要求人机界面的造型要符合美学的观点，给人在视觉上有赏心悦目的感觉，更加要给病人有安全感，以缓解或减少病人的心理恐惧和忧虑。(2)色彩要合理选择颜色，主体色尽量选用中性色彩，色彩的配置要合理，使医疗器械具有人性化特点。(3)安全性医疗器械与病人接触界面边角要做倒角处理，界面要简洁，要避免不必要的外露件。防止对病人造成伤害。以多功能医用手术床为例，在进行人机界面的设计时，就要求手术床的形体尺寸要符合造型美学法则要求，减少病人的恐惧和焦虑的心理;手术床的边角要做倒圆角处理，防止因病人体力不佳，行动迟缓而受到伤害。同时要收集手术时要求病人要采用的姿势(图4-2)。然后设计出能够保证病人的自然状态，满足手术所要求的各种不同姿势的多功能医用手术床。图4-2病人在多功能手术床上手术时需要的姿势再以高功率微波聚束热疗机为例(如图4-3)，如图4-3a)中的病床和聚束器是病人/人机界面，在图中可以看出，病床的形状很容易让病人联想到棺材的形状，可以想象，当病人躺在这样形状的病床上时，其心理感觉会如何。显然会对病人的心理造成很大的压力。而聚束器尖尖的形状也很容易让病人联想到生硬的加工机床，给病人的心理造成很大的恐惧感和压抑感。经过如图4-3(b)的改进，病床的形状呈浴缸形，当病人躺在这样的病床上就像躺在家中的浴缸中，这样对缓解病人的心理压力和恐惧感起到了很大的作用，聚束器的形状呈方形，也可以缓解病人的心理压抑感。图4--3高功率微波聚束热疗机病人/人机界面4.2.2医护人员/人机界面(人机界面II)医护人员是具有一定专业知识的人员，他们的工作是操纵医疗器械对病人进行检查或治疗，因此对人机界面从以下几个方面考虑:(1)操纵控制装置医疗器械的操纵控制装置设计的使用对象是医护人员，年龄在18~60岁之间，医护人员中女性较多，因此在考虑人体测量数据、生物力学、人体运动特征进行设计时，以女性医护人员为标准，对于控制装置的操纵力、操纵速度、安装位置、排列布置等，应按总体操作者中第5百分位操作者的能力来设计，使操纵控制装置适合大多数医护人员的操作。(2)控制面板的色彩配置要合理选择颜色，根据人对颜色的知觉特点，在对各种控制器及仪表显示的颜色选择方面，既要注重颜色的性质，又要注意它表示的相应内容和作用，以使每种颜色表示一个确定的意义。一般情况下，指示灯采用红、黄、绿、蓝或白;按钮采用红、黄、绿、蓝、黑、白和灰。当然，这些颜色的选择都要求与医疗器械的总体颜色相协调。(3)显示器医疗器械的显示器应该有利于医护人员的工作，同时应当尽量减少医护人员的视觉疲劳。(4)宜人性各种操控装置和显示装置要布局合理，操作简便、在正常的用力范围内。以医用遥控X光透视机的控制装置为例来说明医护人员/人机界面(如图4-4)。在图4-4(a)中，医用遥控X光透视机的控制面的设计显得生硬、冰冷，可能会对医护人员的心理造成影响，并且各种控制按钮和手柄以及仪表的布置散乱、不合理，造型过于生硬与医院的环境不和谐。通过图4-4(b)的改进设计把仪表和调试按钮组合起来更加方便了医护人员的观察和调节，造型更加柔和与医院的环境相融合，控制手柄的布置更合理。再以XG501A型医用诊断X射线机控制面板的医护人员/人机界面为例(如图4-5)。在图4-5(a)中是原先的控制面板的设计，从图中可以看出其色彩单一，没有变化性，按钮放置散乱、不合理，不利于医护人员的操作。同时，界面的分配也显得呆板，给人一种沉闷的感觉，如果医护人员长时间在这样的控制面板下工作，一定会给身心造成疲惫。而图4-5(b)为改进的新控制面板，采用小面积活泼的跳跃色彩，给人以新鲜的感觉，面板分区也比较活泼，按钮的分布非常合理，主要功能键采用图形标识，便于识别与记忆，方便医护人员的操作。4.3医疗器械触觉操纵控制装置4.3.1常用操纵控制装置类型常用操纵控制装置有三种类型:触觉操纵控制装置;视觉操纵控制装置;听觉操纵控制装置。触觉操纵控制装置可以分为:触觉/重型，主要应用于较重型的工程机械中，如操纵杆、踏脚、手轮，需要较大的体力;触觉/轻型，主要应用于电气、机电控制装置，如肘节开关、旋钮和按钮，要求体力较小。视赏操纵控制装置可分为:视觉/显示器，显示器输出信息，包括模拟计量器、数字显示器、指示灯和阴极射线管等;视觉/图形，采用与设计布局相一致的式样、格调、色彩、线型和排布形式，以产生有特色的控制面板的表现形象。听觉操纵控制装置主要是指各种警报装置。4.3.2医疗器械触觉操纵控制装置设计及应用现代医疗器械产品大都由原来的机械式操作转向电动式操作，因此医疗器械的触觉操纵控制装置属于触觉/轻型类操纵控制装置。现代医疗器械产品的控制装置的主要操作方式是按钮，其他一些次要操作方式如锁紧机构则通过旋钮操作。随着目前电子技术、印刷电路的发展，按钮控制器已经成为轻型触觉控制器的主要类型。并且可以预测，这是一种极可能成为未来触觉控制器占主要地位的控制器类型。旋钮操作方式是通过旋转控制旋钮进行操作的。其主要是靠手及手腕施力，有关手及手腕施力的数据可以通过相关参考文献查到。(1)按钮控制器及特点按钮控制器之所以受欢迎是因为在操作时用手指触、按无需多费心力，而且明确意识到只要付出很小的代价，即可取得很大作用而得到某种心理上的满足。按钮控制器有以下几个特点:①多功能化。如今的按钮控制器上的功能不仅有应用于动力供应中的开/关控制功能，还有用于其他开与关的转换功能;同时具有步进控制功能。如果将给定范围细分，可由按钮选择其增量，这种步进功能，多年来是利用旋转开关实现的。由于技术的进步，这种功能已能直接附着在印刷电路板上，从而将按钮引入一个更大的应用范围。多功能化在医疗器械中应用可以大大提高医护人员的操作效率。②节省体力。印刷电路的发展，更允许操作者只需轻轻触摸操作面板上的特定标志区域即能达到所要求的功能转换，在操作中，人只作出精神上的努力和关注，而所消耗的体力是微不足道的。但是，由于大多数人在按按钮时已习惯于感受一种弹簧反力的作用或能听得见的声音，以确定任务己正确执行了，因而“沉默”的开关就需要时间才能为人们所接受。③微型化。印刷电路技术和微型元件的发展，必然会导致仪器设计的小型化。由于微型化，因而更多的功能被塞入了更小的区域，并需要更多的控制器，以便于控制和使用。然而，令设计者感到棘手的是，从尺寸上来说，人的手仍是原来的大小，因而按钮不得不成排安置，互相紧挨，间隔在12mm左右或更小，于是形成了多种精巧的排列方式，以便人手的操作仍能进行，如袖珍计算器和数字式手表就是如此。大多数控制按钮用塑料制成，因而可有效地应用于多种成型技术。(2)多功能医用手术床按钮控制器设计多功能医用手术床床身的主要运动是通过操纵控制器来完成的，床身的主要运动可以通过控制器面板上的图形标识(图4-6)得到准确辨认。按钮和控制器外壳用塑料成型制成，具有很好的手感，控制器外壳符合手的人机工程学设计，使用方便，力感好，当按钮按下时会伴随声音提示，符合人的习惯。(3)旋转式控制器这类控制器是通过旋转控制按钮进行操作的。它可分为两类:一类是旋转控制、手指操作的执行机构，它能作平滑、非步进式的弧线运动;另一类是旋转控制、手指操作的执行机构，它能作步进的弧线运动。控制旋钮在电气或电子设备中应用广泛，因此它能用手指进行操作。在触觉范围内，人类的手指对直接知觉具有令人难以置信的选择能力，如硬度、温度、振动、柔软性、肌理及任何方向(包括不连续、迟缓的何以任何速度移动)的运动。近些年来，人们在改变控制旋钮的形状，使之更易于由触觉来进行辨别方面作了大量研究。许多不按惯例设计的形状实际上已经被作为标准形状用于飞机驾驶舱的各种控制其上。事实表明，各种特殊形状的控制手柄有效地降低了人的操作差错。旋转式控制器的类型主要有:圆盘旋转式控制器、球状把手旋转式控制器。它们的连接方式有多爪套筒形式卡紧，螺纹连接结构等。但是在具体的设计中设计师应当灵活运用，也可以采用适当卡紧结构，以达到设计要求。如图4-7是多功能医用手术床的床身卡紧结构简图，图4-7(a)为原卡紧设计，存在的缺陷有:手柄外露于手术床外，有时会钩住医护人员手术服，妨碍手术的实施;采用螺纹紧固，锁紧较为缓慢，效率不高。图4-7(b)为改进后的卡紧设计:手柄隐藏在手术床中，解决了有时会钩住医护人员手术服问题，同时增加了手术床的美感;采用凸轮锁紧结构，大大提高了工作效率。可见在进行旋钮设计中，如果能够根据具体情况对其改进，有时会出现意想不到的效果。4.4视觉显示器技术及其在医疗器械中的选择4.4.1显示器技术显示器除了信息显示的需求之外，选择显示技术还有许多因素需要考虑。其中包括产品的设计目的、市场需要、功能要求和设计局限性。(1)阴极射线管(CRT)由于CRT的适应性、良好的性能和低成本，其依然是电子信息、显示技术的首选。此外还加上色彩和灰度的可调、高分辨率、高亮度和高可视尺寸等因素，有些个别情况还包括具备存储功能。CRT技术的主要缺点是显示器的体积大、重量大和用电量大。CRT可以产生4000多种颜色和16种以上的灰度。分辨率可以超过125行/厘米。典型CRT的最大发光量约为140cd/m-(坎德拉/平方米)，但是有些光栅扫描式CRT可以达到350cd/m2oStrokewritingCRT甚至可以产生发光量高达1000cd/m-(292ftL)的高亮度图像。在需要的时候，还可以通过低通滤波器来增加对t匕度。CRT的图像必须周期性的刷新。对于50-60Hz的电视机来说，其典型刷新率为25-30Hz，对于视频显示终端(VDTs)来说要高一些。克服闪烁的最低刷新频率与很多因素有关。由此可见CRT的刷新率较低，容易引起视觉疲劳。(2)平板式显示器平板式显示器包括发光二极管显示器(LED)、等离子显示器(气体放电显示器)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(EL)、真空荧光显示器(VFD),electrochromic显示器(ECD)和电泳显示器(EPD)。这些显示技术可以减少体积、提高显示能力、克服几何变形、规范亮度和提高对比度。对于有些形式的显示器来说，小点距、低功耗、宽视觉和无闪烁也是它们的特征。价格范围可以从低到高。①发光二极管显示器(LED)。发光二极管显示器(件)已经成功地应用在小型单体的灯具和需要字母显示的产品上，例如:手表、计算器、复印机控制屏、音响响度显示器、汽车上的转速表和仪器仪表等。这些器件之所以如此普遍，是基于其高亮度、低价格、低功耗和高可靠性之上。LED阵列可以按照媒体尺寸大小进行布局以使其具备字母和图像显示功能。这些器件的布局密度可达100个/cm-'oLED最大亮度可以超过6000cd/cm-,其功率和电压需要也很低，可以使用电池。LED只能发单色光，但是，可以通过排列组合使其显示多色光。②等离子显示器等离子显示器(又称气体放电显示器)既可以使用交流电又可使用直流电，它们包括用点阵或段字符构成单个字母或多行字母的显示器和用大点阵屏幕构成的图像显几示器。大屏幕显示的应用是等离子显示的一项主导应用技术。大型等离子显示器的尺寸(对角线尺寸)可达lm或更大。图形显示器典型的像素分辨率在2550个像素/cm(65-130个像素//cm)之间。通常的阵列为256X512，以适用于计算机显示器。等离子显示器的亮度在35-1700/m-。可是部分这种显示器不能应用于室外。这种显示器试验品的点亮度最高可达3400/m-o等离子显示器可以工作在室‘温为一15-+55{的环境，可视角度为80范围。除此之外，有些等离子显示器还能够采用存储方式工作，这样可以减少一次刷新扫描。等离子显示器的缺点是，需要相当高的驱动电压(100V范围之内)，另一个缺点是大屏幕的价格昂贵。③液晶显示器(LCD)液晶显示器是一种光调制器而不是光发生器。为了能显示，必须有一个外部光源或背景光。液晶显示器一直是最成功的一种平板显示技术。已经开发出了几种不同类型的LCD。其中最重要的类型有孪晶相列型(twistednematic)、超孪晶相列型(supertwistednematic)、近晶状晶体型(smectic)、活性阵列状晶体型(activematrix)。在要求便携性、电池供电、低价格和能用于高亮度环境时，LCD是首选的平板显示技术。LCD可以是从只能读取非常小的单个字符或多个字符的小型尺寸到能读取2000个字符并具有图形功能的中型尺寸显示器(80行X25列)。同时，许多大型尺寸的实验机型也己开发，并应用于电视机和其他图像应用场合。LCD的一个特点是其对比度会随着亮度的增加而增加。其典型的对比度范围在3:1到10:1，但是，也可以达到更高的对比度(如:25:1)o小型LC。的功耗非常低(典型值为lpW/cm')，同时价格也很便宜，但是大型LCD的价格就比较昂贵了。用于室外的LCD显示器，其工作环境温度可以从一30-+80"C。除此之外，LCC还有更具竞争力的光调制技术，有更长的使用寿命。LCD的缺点是可视角有限，一般从通常位置到不超过45`。对比度也会随着视角变化而变化。同时还存在一个反射问题，光线从前部表面的反射可能使看屏幕非常困难。④电致发光显示器(EL)交流和直流电致发光显示器也是新开发的显示器。电致发光显示器特别适用于需要携带方便、图像质量好和室外观察的情况。电致发光显示器从小型(几厘米长)到巨大型(几米长)的许多尺寸。大部分电致发光显示器发的光是黄一橙色，并逐步开发了蓝色、蓝一绿色、绿色、黄色、黄一绿色和红色电致发光显示器。大部分EL显示器的亮度在85-1000cd/m2。现在这种显示器的试验品已经可以达到3400cd/m2或更高的亮度。根据介绍，EL显示器的分辨率为中等到很高(大于100像素/cm)。对比度很高，图像质量也很理想。EL显示器的可视范围很大(从通常位置到70")，显示器的工作环境为0-551C。虽然需要的电压相当高，但其电流很小，因此有时使用电池也可以工作。⑤真空荧光显示器(VFD)真空荧光显示技术组合了阴极射线管(CRT)和三极管元件。这种显示器件可以用在小型到中型显示屏上以显示字母符号和图像。VFD的分辨率为中等(高到70像素//cm)，其典型的阵列为128X128,320X240,256X256。与CRT相同。VFD的颜色取决于发光磷的选择。至少有9种颜色可用。但是。其他许多颜色可以用滤色器产生。有些模式还具有灰度层次功能，因而适用于图像应用场合。VFD的某些模式，其亮度可以高达2800cd/m2，其供电的需求为从低等到高等。因此，有时使用电池也可以工作。VFD的工作环境温度可以从一10-+50"C.(3)各种技术的比较表4-1汇总了上述讨论过的各种显示技术的功能。“显示技术”项(CRT,LED、等离子显示等)的X号表示采用该技术的显示器满足该项要求。例如:CRT除了电池供电外，满足其他所有的要求。然而，所示的特定技术的某种组合则可能是不可行的。例如，特大EL显示器和高分辨率显示器都是可行的，但是高分辨率的特大EL却是不存在的。第四章医疗器械人机界面设计研究表4-1显示技术的比较注:X为该性能有效，能满足要求。M为界于两者之间。P为可能，但由于技术困难、性能差或成本价格等因素而无商业可行性。*为如配备内部光源，则可适用于低亮度环境。表4-1可用于按行查阅，辨别那些不适合某种应用要求的技术。例如:LED和VFD都不能满足特大显示器的要求，因而就会排除其进一步考虑的可能性。①信息类型:灰度层次-一单个像素的亮度可能变化或产生灰度阴影。②分辨率/点距:中--一至少25个像素/cm;高--一至少50个像素/CM.③显示器尺寸小--一适合于手表、微型计算机、收音机、收银机、家具、录音机和照相机;中--一适合于微型计算机用2000字符显示器(80列X25行)、汽车仪表屏和小型信息显示布告板;大--一适合于微型计算机和录音机的全页显示器、电视机和小型信息显示布告板;特大--一适合于CAD/CAM显示器，到达和出发时间信息板、电视机、大型绿色电视机和广告信号。④颜色:优先颜色--一不同滤色器时，可有两种或两种以上的颜色。⑤环境:高亮度--一适合于室外使用;低亮度--一适合于昏暗和黑暗的环境;宽视角--一离通常位置至少45004.4.2医疗器械显示器技术选择从以上各种显示技术的比较可以看出大型的医疗器械可以采用阴极射线管(CRT)显示器，但是由于刷新率低，长时间在其面前工作会引起视觉疲劳。因此，对于需要长时间在其面前工作的医疗器械可以采用离子显示器或电致发光显示器。发光二极管显示器和真一空荧光显示器(VFD)用于医疗器械的中小型显示器主要是一些数字显示。由于液晶显示器(LCD)的可视角有限，以及会反射，不利于医护人员读数，因此一般情况下医疗器械不使用液晶显示器。4.5听觉控制器在医疗器械产品中，听觉控制器也是一个比较重要的控制器，如心电监护仪如果电极脱落就需要自动显示和自动报警。声音报警的频率一般在250-2500Hz之间。报警信号要比医院预期的环境噪音大10-15dB，并巨在0.5s内引起医护人员的注意。医疗器械常用的听觉控制器有:蜂鸣器、铃和警报器。4.6本章小结本章主要提出了医疗器械双重人机界面的定义，并对医疗器械双重人机界面进行了分析。分析了医疗器械触觉操纵控制装置的设计问题，常用显示器技术及其在医疗器械中的选择。第五章医疗器械造型和色彩设计研究5.1医疗器械造型设计医疗器械的造型设计除了要符合一般产品造型的美学法则、结构设计法则等外L因素，，还有一个最重要的因素，那就是医疗器械的造型设计必须考虑人的要注重造型对人的心理影响。医疗器械造型对心理的影响医疗器械造型设计的好坏对医护人员和病人的心理影响很大，不正确的造型形态会增加医护人员和病人的不安和恐惧。如图5-1为立式透片架造型图。图5-1(a)中，立式透片架的底部没有设计底座，仅靠底部的安装孔与地面连接，在设计上其强度和刚度是足够的，但是却总是给人有一种摇摇欲坠的感觉，会对医护人员和病人造成心理上的压抑和恐惧，图5-1(b)中，在底部设计了底座，虽然是中空的，在功能上没有什么作用，却大大的加强了稳定感，给医护人员和病人心理上有种安全感。可见，造型设计对人的心理影响作用是很大的。(a)(b)图5-1立式透片架形态的心理影响对医疗器械产品设计来说，要想从造型上完全消除医护人员和病人对产品的恐惧和厌恶时不可能的。但是对大部分医护人员和病人而言，只要在设计中注意有关的心理作用，必然能够获得缓解不良反应的结果。5.1.2克服医疗器械所造成心理影响的方法[a。卜〔伺(1)医疗器械的整体造型尽量采用大曲面，大倒角来实现。大的曲面和倒角一般会使产品显得柔和，具有亲切感，会给医护人员和病人的心理上产生安全感。(2)在医疗器械的设计中，要尽可能地把机械部件予以隐藏，没办法隐藏的部件可通过造型或色彩使之能够给医护人员和病人产生兴趣或安全感。例如，外科手术室，由于设备、光纤、工作服及周围的一切所引起的恐惧足以令实习医生望而却步。然而，引起这种恐惧的大部分原因都可以通过把没有必要处于手术区域的机械部件予以隐藏来加以解决，而对于手术中必须使用的部件或零件则可以通过造型或色彩的设计进行解决。(3)造型要与整体环境相融合。造型与环境之间的融合也可以缓解医护人员和病人的心理压力。例如在牙科诊所内包含了可以令病人产生恐惧的各种治疗设备。这种对猛烈钻牙和疼痛的恐惧是由整个诊所环境内的所有器械、工具产生的，甚至包括金属器械的碰撞声、磨牙产生的噪音等。尤其拔牙或补牙的过程使病人几乎成为受害者，无论怎样抱怨都无济于事。在这种情况下，尽管机械设计本身并不直接影响感情反应的结果，但如果通过设计使设备显得高效率和不过于夸耀，就可在一定程度上缓解这种恐惧。此外，房间的色彩方案、声响效果和光线，包括医生本人的衣着、行为举止都会影响病人的感情反应。5.1.3医疗器械产品的造型设计原则(1)整体效果协调统一的原则这要求，医疗器械产品的造型要具有整体感，主辅之间要配合默切、严谨，空间的利用和布局要合理，局部与整体的风格要一致，在形式与功能上要统一，适用机械设计的要求，造型的空间体量要均衡、协调、形体适度合理，要有稳定感，产品的质感与功能要和环境相适宜。(2)宜人性的原则医疗器械产品的重要操作控制装置要造型合理，并处于最佳的工作区域，其中一些重要的显示装置要造型合理，并处于最佳区域，医疗器械产品的操作与显示装置的相互匹配要合理，操作使用方便，符合正常施力范围，照明的光线要柔和，亮度要适宜。(3)形态风格独特协调统一的原则医疗器械产品的外形设计要具有独特的风格，产品的外形比例要协调，线型要均齐统一，外形要规整，面棱清晰，衔接适度。(4)色泽协调的原则产品的色调与功能和使用条件要相吻合，对比程度要适度协调，色泽的质地要均匀优良，色感的视觉要稳定，色的分区与形态划分要相一致。(5)外露配套件与主机的协调统一原则外露配套件的设计与主机的风格要协调统一，配置要合理，同时，外露配套件的设计款式要新颖选材要合理。(6)涂装合理协调原则医疗器械产品造型的涂装要精致，装饰细部与总体要协调，标志的款式要新颖、雅致，布置要合理适宜。(7)经济性原则在当今商品社会下，产品的经济性是一个必须考虑的因素。因此，医疗器械产品的造型一定要易于生产加工，材料的选择要合理，保证产品的经济性。5.2医疗器械色彩设计5.2.1影响医疗器械色彩设计因素的分析(1)心理因素的影响①主动使用者-一医护人员的心理因素医护人员是受过专业训练的群体，文化知识水平普遍较高，具有较高的审美观点，因此对医疗器械的色彩设计要求也较高，所以在对医疗器械进行色彩设计的时候，特别是对操控装置和显示面板，要注意色彩的时代感和流行感，使医护人员在身心愉快的状况下工作。②被动使用者-一病人病人属于弱势群体，心理因素极不稳定，随时都有可能产生这样或那样的心理恐惧和不安，因此，在色彩设计的时候要注重色彩的宜人性，来缓解和降低病人的心理压力、不安和恐惧。(2)造型因素的影响医疗器械造型的色彩配置要符合造型的美学法则，即比例和尺度、对称与均衡、稳定与轻巧等。如图5-2所示，为立式透片架的效果图，虽然在设计和实际使用中，该设备的稳定性足够好，但是由于其上下尺寸比较大，因此给着-上去有一种纤弱不稳定的感觉，容易给病人造成心理上的压力和恐惧，通过加深该设备背部的颜色，就可以从视觉上消除这些感觉。图5一2立式透片架(3)环境因素的影响产品的色彩与环境的之间有两种表现形式，一种是产品的主体色彩与环境相异，即产品的色彩使其突出醒目于环境，以达到一定的视觉效果;一种是产品的主体色彩与环境相融合。很显然医疗器械产品的色彩表现形式是后者。由于医院的主体色彩为白色，显得非常洁净、健康，所以在一般情况下医疗器械的主体色彩都以白色、灰色等中性色彩为主，间或由一些活泼跳跃的色彩为辅。医疗器械是为人的健康服务的，因此采用白色、灰色等中性色为主色调还有利于显现设备上的污点和灰尘等不清洁因素，便于保持设备的清洁。<4)区域因素的影响不同国家和地区的人民由于历史传统、民族习惯和风俗上的差异，有着不同的、甚至相反的色彩爱好和禁忌。如中国人们崇尚红色，常用红色来象征幸福和好运。但在某些国家，如贝宁，却把红色视为消极的色彩。而在巴西，黄色却是表示绝望的色彩。在以色列，由于传说中世纪的犹太人曾被强迫挂黄布，使黄色成为人们嫌恶的色彩。在阿根廷，人们避免使用紫色。而在秘鲁，紫色则是受欢迎的颜色之一.即使在同一国家，不同地区、不同民族由于文化素质和生活环境、传统习惯上的差异，也都有各自不同的色彩好恶。如同样在伊拉克，就有一个民族喜欢蓝色，而另一民族却视蓝色为不吉利的现象。因此，为增加医疗器械的竞争力，在进行色彩设计时，一定要考虑这些因素。5.2.2医疗器械色彩设计与色框图(1)色框图图5-3色框图色彩的特性主要有:色彩的冷暖、色彩的轻重感觉、色彩的膨胀与收缩、色彩的前进性与后退性、色彩艳丽与素雅、色彩的联想等。这些特性之间的关系可以用色彩从暖到冷作为横坐标，从硬到软作为纵坐标来组成如图5-3的色框图来表示，由图中色彩的联想可以看出要想达到医疗器械色彩与医院安静、祥和的环境和谐统一，那么医疗器械色彩设计的主体色在色彩的冷一软之间选择最佳。(2)应用色框图对医疗器械进行色彩设计分析如图5-3所示，色框图共分为A,B,C,D,E五个区域，各个区域的色彩颜色都具有各自不同的意义。①区域A:色彩具有艳丽、时髦、富有情趣和格调、优雅等特点。它们体现了繁华，多彩，丰富，高贵，华丽等特征，这一区域的色彩可以作为辅助色用来设计厂家铭牌、饰物等，可以体现产品的时代感。②区域B:色彩具有轻柔、简朴、纯朴、自然、单纯等特点。这一区域的色彩体现了宁静，安逸，沉着，祥和，能够与医院的整体环境相融合，属于中性色，可以作为医疗器械的主体色彩。③区域C:色彩具有亲切、开朗、可爱等特点。可以用来作为医疗器械的辅助色，可以用于显示装置、操控装置设计，以增加医疗器械的活泼跳跃性，使医疗器械更具有亲切感。④区域D:色彩具有庄重、坚强、大胆等特点。色彩强烈冲击对比较为鲜明体现温暖，炽热，热情洋溢，激动，可以用来作为医疗器械的辅助色。减少医疗器械色彩的单一感。⑤区域E:色彩具有朴实、庄重、严肃、深远等特点。体现了色彩的刚毅、坚强和冲动。可以作为医疗器械的辅助色彩。比如，用来作为医疗器械的底座色，增加产品的稳定感。5.3本章总结本章主要对医疗器械的造型设计和色彩设计进行分析，阐述了医疗器械造型对心理的影响，克服医疗器械所造成心理影响的方法，对影响医疗器械色彩设计因素进行分析，提出了用色框图对医疗器械色彩设计的方法。第六章医疗器械以人为中心设计过程研究6.2医疗器械以人为中心设计的意义医疗器械产品对于提高和改善人们的生活质量和品质具有其他产品不可替代的作用，同时它的使用者和被作用对象都是人，因此对医疗器械产品的开发和研究更应当充分考虑人的因素，同时保证产品的质量，确保产品不会危害医护人员和病人的健康和安全，保护医护人员和病人免受危险的影响。对医疗器械产品强调以人为中心设计有利于产品实现上述目标，同时具有明显的经济和社会效应。具体表现的意义由以下几点:(1)使医疗器械更容易理解，减少医护人员的训练和支持成本。(2)改善医疗器械的宜人性和亲和力，使医疗器械更具人性化设计特点，在最大程度上减少病人的恐惧感、焦虑感和压力感，使病人感觉医疗器械具有安全感。(3)追求操作的简便性，改善医护人员的操作方便性和提高医护人员的操作效率及可靠性。(4)改善产品质量，增强医疗器械产品对医护人员和病人的吸引力，提高医疗器械产品的竞争优势。6.3医疗器械以人为中心的设计原则医疗器械产品以人为中心的设计是对现存设计方法的补充，它提供了一种“以人为中心”的设计观点。在医疗器械产品的设计中，以人为中心设计的原则主要有以下几点:(1)创造医护人员和病人积极参与设计过程的条件，明确理解医护人员操作任务的具体要求。在医疗器械产品的开发的过程中，医护人员和病人的意见可以提供有价值的信息来源。根据医护人员和病人提供的信息，设计人员可以更明确产品操作任务的具体要求，以及开发出更具有人性化的产品。(2)合理分配医护人员、病人和技术两者的功能。医疗器械以人为中的设计中最重要的原则是合理分配功能的原则。在这些原则中详述了哪些功能由医护人员、病人完成，哪些功能依靠技术来完成。(3)随时接受医护人员及病人的反馈意见。在交互设计方法中，医护人员及病人的反馈意见成为信息的评价来源。结合有效的意见，反复调试，是个有效的方法，它能将系统中不符合要求的风险降到最低。并根据反馈意见得到日益完善的设计方法。(4)实现多学科领域的合作，