穿戴式健康医疗产品设计与评估

　　第 5 章 穿戴式健康医疗产品设计与评估

　　5.1 产品概念设计

　　按照佩戴方式的不同，穿戴式设备主要可以分为头戴式、腕带式、携带式和身穿式四大类，它们有各自的特点和交互方式。头戴式设备的代表是谷歌眼镜，其特点是可以在用户的自然视野中显示信息，并利用耳机发送声音信号；携带式设备不与身体直接接触，主要承载钱包、防丢等辅助功能[21].而腕带式和身穿式设备与用户身体紧密贴合，可测量身体数据和感应肢体运动，与本文的研究内容契合，所以，本章设计的产品为腕带式设备，并以身穿式设备作为辅助产品。

　　根据前两章文献调研、需求分析和现有产品用户体验分析的结果，设计应该分为两部分进行：健康医疗手环设计与配套 APP 界面设计。健康医疗手环由于其智能、携带方便、感应灵敏等特征，主要实现智能监测生理数据和友情提醒等功能。而与之配套的APP 由于可以借助手机的平台，搭载的功能更加全面，主要用于采集到的数据分析、健康建议、与医生沟通和手环设置等，两者通过蓝牙同步数据，同时，数据也会被上传到云端，方便随时调取。如下图 5.1 是手环的概念设计图，与之配套的 APP 的设计将在下章讨论。基于上一章建立的主要和次要人物角色，就以糖尿病和冠心病患者为例，进行后续的产品设计和交互设计。

　　5.2 健康医疗手环外观设计
　　
　　5.2.1 产品草图方案

　　草图是将自己的想法用手绘的形式表达出来，它在设计的前期非常重要，有助于思考产品的特征、功能，并快速决定想法是否可行。草图也可以作为一种交流工具，方便为他人阐述自己的设计理念。在草图阶段，我们会探索大量可能的备选方案，然后优化可行性方案，放弃掉那些不切实际的方案，最终选取最优方案进入建模渲染阶段。

　　如图 5.2 的方案一和方案二是最终筛选出来可行性比较高的方案，它们在外观和操作方式上各有各的特征：方案一的手环外观比较方正，菱角分明，其中屏幕和腕带明显分为两个部分，屏幕为长方形，可弯曲。在操作方式上，通过点击屏幕切换不同显示内容，考虑到误操作的问题，在屏幕的两侧都设有按钮，需要同时按压 5 秒才会启动紧急求助，当然，还有另外一种情况，在监测到用户心脏骤停时自动启动紧急求助；方案二的手环外观圆润，无明显菱角，屏幕为椭圆形，与整个腕带形成统一的整体。屏幕下方有一个电容触摸点，当手指轻触时就能完成屏幕内容的切换，紧急求助方式相同，都是通过同时按压屏幕两侧，两侧有凸起的纹路方便定位。

　　5.2.2 产品技术与材料分析

　　技术与材料在工业产品的设计流程中极为重要，脱离了这两点谈设计产品，无疑是在纸上谈兵，仅仅停留在概念设计阶段，无法量产。健康医疗手环所用到的技术与材料，多数已经实现，并应用于已量产的穿戴式产品，少数仍处于研究阶段，但在未来十年内能够实现并普及开来。

　　（1）柔性电子墨水屏

　　鉴于健康医疗手环穿戴和持续监控提醒的特性，以及目标用户主要是中老年人群，对时尚、个性的追求度并不高，而主要考虑功能的有效性，所以选择柔性电子墨水屏作为产品的屏幕。

　　电子墨水技术（E-Ink）是一种屏幕技术，它的电子纸由电子墨水及两片基板所组成，基片上面涂有一种由无数微小的透明颗粒组成的电子墨水，颗粒直径只有人的头发丝的一半大小。颗粒由代正、负电的许多黑色和白色粒子密封于内部液态微胶囊内形成，不同颜色的带电粒子会因施加电场的不同，而朝不同的方向运动，在显示屏表面呈现出黑或白的效果。这样，在“电子纸”的表面就可以显示出如同印物的黑白图案和文字，看起来与纸张极为类似，在阳光下没有传统液晶显示的反光现象。同时，只有画素颜色变化时（例如从黑转到白）才耗电，关电源后显示屏上画面仍可保留，因此非常省电[22].

　　电子墨水屏可以做成柔性可弯曲的，目前已有不少公司应用这一技术。柔性电子墨水屏可以较好地贴合人体，并且使手环的造型流畅不生硬。它的反射率和对比度极佳，使人阅读舒适，而且在强光下仍能轻松读取屏幕信息。耗电量小，因此即使电池的容量没有扩充，使用电子墨水屏的智能手环将比 LCD 和 LED 屏的续航时间更长，以 kindle电纸书为例，6 英寸的显示屏，倘若每天看书 30 分钟，只需充电一次即可八周不间断使用。而且，电子墨水屏无辐射，使用安全，给中老年人使用，再合适不过。

　　（2）多种传感器

　　传感器是穿戴式设备的核心，由于穿戴式设备视觉界面小、不易触控，采用基于传感的交互方式可以轻松获取身体信息，或接受环境中的传感器发来的信息，进行分析处理后反馈到人的感官系统上。目前，智能穿戴式产品的传感器主要涉及四类：运动传感器、环境传感器、体征传感器、音影传感器。健康医疗手环主要用到两类：运动传感器和体征传感器。

　　运动传感器主要是用于运动监测的方向传感器。健康医疗手环中主要有 4 种运动传感器：三轴陀螺仪、加速传感器、高度计和 GPS.三轴陀螺仪用于判别物体的运动状态、加速感应器则用来测量载体的运动加速度，组合使用这两种传感器，就等于准确地了解了载载体线性运动（直线运动）和旋转运动（有转弯变化的运动）的状态，跟踪并捕捉到用户三维空间的完整运动。高度计主要用来识别爬楼梯和登山等运动，而 GPS 是用于判断用户位置和运动路线。

　　体征传感器是用于身体数据监测的传感器。健康医疗手环主要内置光电心率传感器，并根据病人患病的不同定制不同的传感器，如光学性血糖传感器、光电血压传感器和皮肤温度感应器等。目前，光电心率传感器已广泛应用于多款穿戴式产品，它的工作原理是：通过发送 LED 光线到佩戴者的皮肤之下，监测毛细血管的微弱脉压波动，从而实现心率监测功能。

　　光学性血糖传感器还处于研究阶段，它的原理是基于分光技术，主要是利用葡萄糖的某些光学特性，由于近红外光能够较可见光或中红外光进人皮肤的更深层，从而获得更深层的人体组织样本。因此，可以期望直接通过将近红外光人射到人体来实现无损血糖测量。该项技术也尚处于研发阶段，估计未来十年内能够投产[23].

　　（3）谐振无线充电技术

　　无线充电技术通常指的是电能的无线传输技术，即不借助实物连线实现电能的无线传达。健康医疗手环的用户以中老年人为主，充电是他们面临的一大问题，找不到对应的充电线、充电口的情况时有发生，而无线充电技术带来了有效的解决途径。

　　谐振无线充电技术是第二代无线充电技术，相较于第一代的电磁感应无线充电技术只能一次给一台设备充电，谐振无线充电技术只需使用一个发射器天线，就可以给多台设备充电，甚至可以远程充电。目前，Power by Proxi 公司已经发布了多款谐振无线充电系统，其中还有专门为穿戴式设备设计的碗式发送器，设备直径只有 10 厘米，可放置在任何位置或方向，甚至叠放。由于谐振无线充电的转换效率没有达到 100%,没有转换的电能便以电磁波等形式泄漏到环境之中，为了防止电磁辐射，谐振无线充电技术采用的是低频率的电磁波，对人体影响比较小。
　　
　　5.2.3 产品造型展示与配色方案

　　健康医疗手环的最终方案是将方案一与二的造型相结合（如图 5.6），用圆融的曲线代替分明的棱角，这样既具备科技感，又不失亲和力。手环的屏幕是柔性电子墨水瓶，可以最大程度地节省电量，并且显示清晰。按键仿造 iphone5c 设计，能够与手指弧度完美契合，凹陷处便于在黑暗也能准确操控。腕带使用医用硅胶材质，其特点是无毒无害，弹性好，造型能力极佳，并且抗紫外线、抗菌性、抗过敏，手感细腻，佩戴舒适。为了使手环整体性更强，将紧急求助按钮很好地融入了手环，并在两边增加提示性的凸点设计，帮助用户快速定位，增强了触感体验。手环的背面搭载了光学心率传感器，能随时随地监测心率。

　　人们对色彩的感觉是一般美感中最大众化、最普遍的视觉形式。色彩会给人传达一种心理感受，而这种感受离不开印象和经验，当人们看到某种色彩时，就会想到和这种色彩有关的物体或事件，从而产生不同的色彩情感。健康医疗手环想要传达给用户一种健康、安宁、希望的感觉，所以在选色上偏重冷色系和低饱和度的暖色系。白色，让人有种安详、舒适的感受，也是医用产品的首选颜色；绿色，处于冷色和暖色之间，让人觉得健康、自然、轻松、安定，与淡白搭配，能产生舒适的气氛，非常符合产品定位；蓝色，也是医用色彩之一，让人感觉清新和专业的。与白色混合，能给人以平静、理智的感受；橙色，是一种激奋的色彩，虽然具有温馨、欢快的效果，但需要降低饱和度使用；灰色，具有中庸、温和、谦让和高雅的感觉，用户接受度很广，而且与什么色彩都能搭配[24].

　　5.2.4 产品人机尺寸分析

　　人机工程学是一门交叉学科，研究的核心问题是不同的作业中人、机器及环境三者间的协调，研究方法和评价手段涉及心理学、生理学、医学、人体测量学、美学和工程技术的多个领域。所谓人性化产品，就是要将产品的造型与人机工程学相结合，从而建立人与产品之间和谐的关系，充分考虑人体尺寸因素，综合平衡地使用人的肌能，保护身体健康，提高产品使用效率。如果把产品分为专业用品和一般用品两类的话，专业用品会较多考虑人机工程因素，更加注重生理学的合适度；一般产品的话，就需考虑心理层面的东西，产品应更具形式感和设计感，并以用户的需求为主[25].

　　健康医疗手环的人机尺寸考虑重点主要有三个，手环的长度和可调节范围、屏幕尺寸、按键尺寸。首先是手环的长度和可调节范围，通过查询衣用的人体尺寸，多数女性的手腕周长在 15-17 厘米之间，而男性的手腕周长在 17-20 厘米之间，所以整个手环的长度调节范围应该在 15-20 厘米之间，我们用卡扣的方式来调节腕带长度（如图 5.8）。

　　腕带总共有 8 个卡扣孔，每个孔之间的间距是 7 毫米，如果扣在最里面一个孔，腕带的周长是 15 厘米，最外面一个孔是 19.9 厘米，之所以使用双重卡扣，是为了增强腕带牢度，防止在运动中掉落；其次，按键尺寸是参照苹果 iphone 的尺寸，直径为 1 厘米的圆，确保按键与手指尺寸契合，保证按压时的舒适度；最后，由于用户多数为中老年人，所以屏幕尺寸不宜过小，考虑到阅读的清晰度，将屏幕宽度略微扩展，使显示内容可以足够准确被读取，屏幕尺寸为 14×30 厘米，详细人机尺寸见图 5.9.

　　5.3 健康医疗手环界面设计

　　5.3.1 穿戴式设备界面设计理念

　　基于穿戴式设备便携与可穿戴的特性，用户界面小于传统数码设备，这为设计带来了很大的挑战。并且，穿戴式设备是一种辅助生活工具，人们在使用它的同时往往还需要关注周围环境或同时进行另一个更为主要的任务。因而，在界面设计方面需要深入分析这些特殊性，寻找其特有的设计理念与原则。

　　（1）减少选择。由于穿戴式设备的画幅限制，采用更加线性的交互逻辑将会提升整个系统的效率与可用性，对转移用户认知和降低学习门槛也有着重要作用。对于单个界面来说，降低其阅读的复杂程度，用最直观的图形或文字表现；如果功能复杂，则应更多地采用层次推进，并且合理地将功能进行整合，减少层级，每层级都应该是逻辑清晰、简单易懂。

　　（2）即时访问。弱化或取消功能清单式的主菜单，将关键功能与信息展现于第一层级，这样可以提升用户的使用效率。提高单页的信息量，从而使信息架构由伞状转为平行，提升浏览速度，防止信息迷航。

　　（3）简化输入。受限于穿戴式设备的体量，手动输入的方式已经不再适用，尽可能多地利用传感器、环境交互和互联网数据接口来输入信息。在信息呈现时，也尽量做到通过记录用户的使用习惯，从而智能地猜想用户在各种情境中的需求，并更多地为用户做出选择。

　　（4）去除干扰。避免使用不必要的视觉元素来让界面模拟某种形态或物品，因为穿戴式设备本身就是一种工具，它的重点是完成某种功能。谨慎使用动画和转场，仅保留帮助用户理解界面层级以及控件功能的动画和转场，尽力从各个层面规避干扰[26].
　　
　　5.3.2 界面视觉设计方案
　　
　　根据上一小节的设计原则，将手环界面的初步概念进行了调整，合并部分功能页面，使界面主要显示 7 块内容（如图 5.10）。并将当前时间和运动完成量作为界面的第一层级，取消功能清单式的主菜单，页面与页面之间是线性平铺式的关系，没有上下层级，这样可以减小认知摩擦，使用户的体验更加简单自然。下面是各项功能页面的视觉呈现。

　　5.4 健康医疗手环的交互系统设计

　　5.4.1 交互系统

　　交互设计涉及到多个组成元素及相互关系，因而它不是一个单一的个体，应该用系统的观念去对待。交互系统由四个基本元素组成，即人、人的行为、产品使用时的场景和产品中融合的技术，这四个元素互相联系、相互依存，共同影响着交互设计的优劣[27].

　　（如图 5.12）在设计的过程中，需要充分考虑这四者的关系。在前期的调研中，我们已经了解了人（目标用户）的功能需求，并粗略构想了用户与产品的交互行为和使用场景，在这一小节中，将把实际产品带入场景中做具体交互行为的分析，及明确交互技术。

　　5.4.2 产品交互技术

　　穿戴式设备界面尺寸小，在随身行动时不便于触控等特点，为它的人机交互提出了更高的要求。传统数字产品常用的交互方式已经对穿戴式设备不再完全适用，而它的兴起却为语音、手势、眼动识别等交互方式带来了更为适合的应用场景。因为穿戴式设备往往是在人们进行日常活动时提供辅助功能的，为了能够在不同的情境下支持任务的有效执行，穿戴式设备的交互应该是多模态的，即多种交互方式的组合。

　　人机交互主要包括输入和输出两个部分，这样才能构成互动，形成沟通的闭环。目前，可以产品化的穿戴式设备的输入方式主要包括：1）身体数据感应（如脑电波、心跳等）；2）肢体（如面部、手指、手腕、身体躯干、脚等）动作探测；3）眼动追踪；4）实物交互（如手拍）；5）语音指令与选择；6）肌肉生物电；7）环境数据探测（如温度、湿度、位置等）。输出方式主要包括：1）声音；2）小显示屏（如 LCD、LED、E-Ink、透明面板）；3）头戴式微型投影；4）环境投影；5）内置灯光；6）振动、温度等肢体可感受信号；7）利用其他平台的界面来显示数据信息[23].

　　健康医疗手环主要用到的输入方式是：1）身体数据感应和环境数据探测，主要监测人的体质、运动和睡眠数据，及载入用户位置；2）肢体动作探测，主要感应手腕抬起的肢体动作，来点亮屏幕和取消提醒；3）实体交互，考虑到中老年用户习惯于使用实体按键，而对触摸感应体验感较差，所以采用实体按键的方式，其中有点击和长按两种操作方式，对应不同的功能界面。

　　健康医疗手环主要用到的输出方式是：1）小屏显示，考虑到中老年人没有随时查看手机的习惯，所以将数据直接显示在手环屏幕上，并应用大号字体，使内容的读取清晰明了；2）振动提醒，每项功能在实现时都会以不同的震动方式提醒用户查看，以触觉方式唤起用户注意可以避免听觉刺激对环境的严苛要求，与用户的交流更加直接快速。除服药提醒需要按下按键以示确认，其他界面会在 10 秒后自动切换至主界面；3）利用其它平台的界面显示数据信息，手环与配套的 APP 会通过蓝牙传输信息，手环受屏幕限制不能显示的内容将在手机界面上显示。

　　5.4.3 产品交互场景

　　交互场景包括两个部分的内容：第一，人的行为，即人与产品、产品与环境的交互行为；第二，场景，即交互系统中行为发生时的周围环境，包括组织场景、社会场景和物质场景。下面用图片的形式来表现产品实现交互时的几个重要场景，以便对产品有更加深入的认识。

　　5.5 产品可用性测试

　　在产品的可用性测试中，纸面原型测试是一种广泛使用的方法。它虽然是一种低保真模型，表现形式较为简单，只是用手工勾勒产品界面，但对测试产品的整个概念和流程方面很有价值。每张纸包含一个设计时刻，在设计师的辅助下，用户以特定顺序翻阅页面，从而获得可用性测试的反馈，有利于设计师调整前期方案，降低开发成本[28].在本章节中，笔者探讨了健康医疗手环的外观、界面和交互方式，并完成相应设计，但设计的优劣不是靠笔者主观意念可以评断的，需要借助用户测试的方法评估方案，改进不足点，优化设计。

　　测试材料：根据现有方案制作的等比例的纸面原型被测对象：7 名中年人，平均年龄 46 岁测试目标：本次测试主要是想了解产品界面元素的识别度和交互的流畅性测试方法：出声思维法，需要测试对象在完成指定任务时，说出正在进行的操作和内心的想法、感受、意见。

　　测试过程：

　　（1）为被测对象简单介绍测试流程，并向他们讲解手环的基本概念和功能，告知纸面原型的使用方法；（2）测试分为两个部分：首先，给予被测对象相应的任务：1）查看已走步数；2）测量一下自己的血糖；3）启动紧急求助；4）取消紧急求助，让他们在完成任务时说出自己是如何操作的，并由测试者做相应记录，这一部分测试的目的是检验产品的交互是否流畅；随后，让被测对象逐一查看产品界面，由测试者询问感受填写打分问卷，每个对象的测试时间大约是 15 分钟。（3）汇总问卷，分析结果。

　　测试结果：

　　（1）交互部分：给予的交互任务基本都能独立完成，少数被测者需要在提示下完成，任务独立完成人数超过半数，交互测试成功。

　　（2）界面元素部分：通过对问卷结果的汇总和分析，界面美观度的打分很高，平均值是 4.4 分，证明被测对象对界面带来的视觉体验感到满意。在其他方面，除了界面10-13 让被测者较满意外，界面 1-9 的字体大小满意度打分较低，平均值都低于中等值3,说明被测者对字体大小不太满意，普遍认为字体太小，但他们对图标的识别度较满意，高于平均值，所以在后续的改进设计中可以将文字放大，或者用图标来代替文字，这样会对提升满意度有所帮助。

　　5.6 最终方案和用户测试对比

　　经过上一小节的纸面原型测试，我们得出的结论是：尽量用图标来代替文字为使用者提供信息，这样设计的难点是保证图标的可识别度，在光凭图标难以识别的情况下，还是需要依靠文字辅助表现功能。为了使图标的识别度高，在这次设计中，特意选择了目前智能手机常用的图标，如时间、个人信息和返回键，这些图标因为经常被使用，认知摩擦度低。体征数据的高低用折线图来表示，这样更为直观。最后，取消了文字版的病患信息，改为用病患条形码显示，与医院的采集技术接轨，便于救护人员获取病患详细信息，具体方案如图 5.17.

　　笔者对新的方案也进行了纸面模型测试，测试安排与上一小节相同，测试的结果是：

　　界面 1-9 的字体大小满意度高于平均值 3,图标识别性满意度也比原先高出许多，证明方案的迭代成功。

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