醫(yī)療器械產(chǎn)品的人機界面設(shè)計與控制概述

雖然不當?shù)尼t(yī)械產(chǎn)品設(shè)計并不總是和醫(yī)械產(chǎn)品相關(guān)失誤聯(lián)系在一起的。對用戶的研究表明，缺乏足夠的培訓(xùn)占此類失誤 原因的70％ 到90％。但是即便這些責(zé)任人可能已經(jīng)被“責(zé)罰”了，還是存在其它對病人造成危害的因素，其中之一就是不當?shù)娜藱C界面設(shè)計很多失曝都是隱藏在常規(guī)的醫(yī)療工 作和醫(yī)械產(chǎn)品使用之中，給不知情的醫(yī)生和病人帶來災(zāi)難。醫(yī)療器械與用戶有直接關(guān)系的就是醫(yī)療器械的人機界面。人機界面設(shè)汁的優(yōu)劣關(guān)系到醫(yī)療器械的可靠和病人的安危。

1、人機界面的含義

人與產(chǎn)品的界面，稱為“人機界面”。人機界面介于用戶和產(chǎn)品系統(tǒng)之間，是人與產(chǎn)品之間傳遞、交換信息的媒介。產(chǎn)品的界面存在于人——物的信息交流中，甚至可以說，只要存在著人物信息交流的一切領(lǐng)域都屬于設(shè)計界面，它的內(nèi)涵要素極為廣泛，反映著人物之間的關(guān)系。

人機界面設(shè)計理論的發(fā)展有機融合了各相關(guān)學(xué)科的理論，不斷完善自身的基本概念、理論體系以及研究方法，形成了一門研究和應(yīng)用范圍都極為廣泛的綜合性邊緣學(xué)科。人機界面學(xué)包括計算機技術(shù)、心理學(xué)、人機工程學(xué)、設(shè)計藝術(shù)學(xué)、社會學(xué)和人類學(xué)等各方面的知識，涉及到計算機、工業(yè)設(shè)計、新媒體、心理學(xué)、社會學(xué)和人類 學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。

人機界面包括正在使用、準備使用（比如校隊、設(shè)定和打開），或者是維護保持（如修理、清潔）時器械的所有與人發(fā)生關(guān)系的元件。它既包括控制器械工作的如開 關(guān)、按鍵和旋鈕等硬件，包括指示燈、顯示器、視聽警報等其它，也包括一系列的邏輯，它們指導(dǎo)系統(tǒng)如何對用戶的指令做出反應(yīng)，包括怎樣、何時，和以怎樣的形 式把信息反饋給用戶。人機界面的一個重要方面就是何種邏輯的信息顯示和控制行為是和用戶的能力、期望、最有可能的行為相一致的。

2、醫(yī)療器械的人機界面設(shè)計

2.1 醫(yī)療器械的控制／顯示裝置的安排和設(shè)計

很多醫(yī)療器械都有很大的控制臺、一排控制按鍵和顯示裝置。設(shè)計師應(yīng)該考慮用戶的能力，快速有效地辨別控制、電源和顯示按鍵；接觸并精確設(shè)置控制；準確讀取 顯示信息；把控制和相關(guān)的顯示聯(lián)系起來。做到令人滿意筆觸包括有效的控制和顯示功能組合，清晰而不含糊的標識，非常容易操作的按鍵。清晰的說明和有效的警 報也是很重要的。但是很遺憾，在控制和顯示裝置設(shè)計上面，錯誤的例子很多。下面提到的設(shè)計錯誤都是出現(xiàn)在某品牌的麻醉機的設(shè)計上。

如圖1，該麻醉機在氧氣管口的下面有一個旋轉(zhuǎn)開關(guān)，每分鐘可以給新鮮空氣流增加5L氧氣。它是作為遇到緊急情況或是電源失效時的快速充氧的。額外的氧氣流 卻不會在電子流量計上顯示。不小心觸動這個開關(guān)會造成輕度麻醉，所以應(yīng)該更多的給出可見的提示，比如在顯示屏上有所顯示。

圖1

又如圖2，該麻醉機有3個主要的旋鈕用于設(shè)定呼吸機的模式。設(shè)定是從控制面板的右下方移到左邊，不符合用戶的使用習(xí)慣。因為我們大多數(shù)人的閱讀視線都是往下往右邊動作的，就像我們看書那樣。

圖2

這個例子說明一個事實，有些看起來非常小的設(shè)計失誤可以造成非常嚴重的問題。針對醫(yī)械制定相關(guān)的人因要素準則可以減少這類問題的發(fā)生。以下是醫(yī)械設(shè)計人機界面的設(shè)計準則。

盡可能確保設(shè)計的所有方面和用戶的期望一直。要考慮到用戶以前的使用習(xí)慣和建立的使用習(xí)慣。

在設(shè)計工作平臺、控制和顯示部分時，都要使它們與用戶的能力一致。這些能力包括體力、靈敏度、記憶、視力和聽力。

精心組織好控制和顯示部分的排列，并確?？刂坪惋@示的相關(guān)性是非常明顯的。這些便利可以適當?shù)販p少用戶的記憶負擔(dān)。

確定聽覺信號的強度，使它們能非常容易被使用醫(yī)械用戶聽到。并考慮環(huán)境噪音的作用。

確保視覺信號的強度足以使用戶在各種環(huán)境燈光的照射下都可以被接收到。同樣，光的強度和顏色區(qū)分也可以幫助優(yōu)化識別度。

確保標識和顯示能在一定的角度和距離都可以方便看到。標簽的大小、對比、顏色和顯示的深度都要精心考慮。

確?？s寫、標簽、文字和首字母縮寫都被注明或顯示，醫(yī)療器械的使用也要和使用手冊的說明一致。如果可能，它們都應(yīng)該和標準的專業(yè)術(shù)語一致。

設(shè)計的控制開關(guān)和旋鈕都應(yīng)該和用戶群的使用習(xí)慣一致（這取決于用戶的學(xué)習(xí)和已存在的醫(yī)療器械標準）。

2.2 療機械的軟件設(shè)計

在喝多控制和顯示部件的情況下，用戶必須辨別和整合很多各自獨立的信息?，F(xiàn)在的趨勢是給軟件增加更多的功能，這樣就可以減少控制和顯示部件的數(shù)量，但是這 同樣會以另一種方式增加用戶的負擔(dān)。如圖3所示，在很小的顯示屏內(nèi)有太多的輸入信息了。雖然面板上有很少的控制和顯示部件，但是大量的信息顯示對用戶的記 憶提出了很高的要求。大量的信息都必須被按次序地回憶起來，因此就可能阻礙了用戶在同一時間內(nèi)觀察其它相關(guān)的數(shù)據(jù)。如果缺乏足夠的提示和指示圖，用戶就開 始迷失在信息系統(tǒng)中。同樣，如果沒有準確的功能狀態(tài)反饋和提示，用戶可能會誤解了顯示的數(shù)據(jù)或做出不正確的反應(yīng)。

圖3

由軟件設(shè)計造成的很多使用錯誤都被歸咎于其它的相關(guān)因素了，因為這些錯誤在分析和糾正時很難被清晰地想起并被發(fā)現(xiàn)。同樣，軟件相關(guān)的錯誤也是微妙的。比 如，由于不便的數(shù)據(jù)輸入步驟造成用戶灰心喪氣，然后用戶就犯了些錯誤，雖然這些錯誤不是直接由這些糟糕的輸入步驟引起的。不清晰的命令結(jié)構(gòu)和菜單的首字母 縮寫或是省略形式也會引起嚴重的錯誤?？朔@類問題也有相關(guān)的設(shè)計準則，如下：

在標題、缺省、圖標和表格的使用和設(shè)計方面保持統(tǒng)一性，克服模棱兩可的情況。

確保用戶即時了解醫(yī)療器械當前的使用狀態(tài)。

在用戶操作時提供及時和清晰的反饋。

用戶提示、菜單和其它信息都應(yīng)該提示用戶考慮最重要的步驟，而不是使用戶“擱淺”。

在錯誤發(fā)生時給用戶提供足夠的資源，提供清楚的糾正和修復(fù)指南。

不要提供沒有格式的、密集的或是太簡略的信息，因為在那樣會混淆用戶并加重他們的負擔(dān)。

使用可以被接受的符號、圖標、顏色和缺省，來有效、經(jīng)濟和快速地傳遞信息。

簡單的硬件解決方式可以利用時，就不要過度依賴軟件，比如，使用一個按鍵就可以達到及時有效的功能。

為高度重要的各種信息特設(shè)單獨的顯示部分。在這種情況下，就不要在這些部分顯示其它的數(shù)據(jù)了。

2.3 醫(yī)療器械的部件裝配設(shè)計

圖4

現(xiàn)在市場上有很多不同的廠家都在生產(chǎn)同一醫(yī)療器械的部件。在市場上可以見到不同種類的線、管、接口和閥。不同類型的部件常常在外觀上看起來很相似但很難配 合，引起接觸不良或錯誤的安裝。圖4說明了因為相似的端口，用戶就會不知所措，很同一造成錯誤的連接。事實上，這些事故常常能夠通過設(shè)計來阻止它們發(fā)生。 當進行用戶研究、測試和模擬時，醫(yī)療器械的元件和附屬部分應(yīng)該被當成系統(tǒng)的一部分而非單獨元素，這點很關(guān)鍵。相關(guān)設(shè)計準則如下：

電線、管道、接口、閥和其它的硬件應(yīng)該非常容易安裝和連接。如果經(jīng)過適當?shù)脑O(shè)計，不適當?shù)陌惭b應(yīng)該不可能或非常困難，或者是可以輕易發(fā)現(xiàn)并糾正過來。

用戶說明應(yīng)該容易理解，警告應(yīng)該明顯。

如果一個危險不能靠設(shè)計來解決，顏色和其它的標志應(yīng)該幫助用戶正確連接元件或安裝部件。

電路接觸部分應(yīng)該被防護起來（如導(dǎo)體的絕緣包裹），因為有可能會引起外泄、短路等。

元件和部件應(yīng)該被標號，這樣壞掉的部件就可以迅速被替換。

2.4 醫(yī)療器械的報警設(shè)計

報警和相關(guān)的警告是用來提醒用戶注意病人狀態(tài)和醫(yī)療器械自身的情況，這個看似明了的功能常常是復(fù)雜的。在許多環(huán)境下，警報是同時或間歇地從一個或多個醫(yī)療 器械中發(fā)出的，辨別它們比較困難，醫(yī)護人員也容易分心，警報或許被當成了討厭的東西或是背景的一部分。它們也常能給用戶帶來壓力。環(huán)境的噪音和無數(shù)視覺顯 示信息常常會掩蓋掉特定的聲音和聽覺信號，太大聲音的警報能掩蓋掉其它的警報。由于電磁干擾、靜電效應(yīng)或是警報的過度敏感常常造成錯誤的警報。所以測試觸 發(fā)警報的各種環(huán)境是很重要的。在警報設(shè)計方面有如下設(shè)計原則：

在設(shè)計和測試警報時，考慮使用的環(huán)境和其它一起使用的醫(yī)療器械。

確保視聽警報和其它重要的警報包含在設(shè)計的要求中。

仔細考慮過度靈敏、電磁干擾和其它靜電效應(yīng)對警報的影響。

使警報正好達到或超過一般用戶的視覺和聽覺范圍。

確保警報的亮度對比和顏色對比足夠在不同的燈光環(huán)境下被察覺。

使用編碼（如顏色）要對應(yīng)用戶已建立起來的使用習(xí)慣。

確保設(shè)計的警報彼此間互不相同，如果有可能，和其它同時使用的醫(yī)療器械上的警報也不相同。

使警報在關(guān)鍵問題發(fā)生時及時被觸發(fā)。通過警報能辨明問題的來源，這點很重要。

考慮給重要警報以優(yōu)先級別。重要警報應(yīng)該有更多的視聽信號。

設(shè)定警報，可以讓它們暫時被靜音。

警報應(yīng)該具有視覺提示，提示狀態(tài)和機制以查明警報的原因。

3、醫(yī)療器械人機界面的其它要素

3.1 尺度、強度和角度

與醫(yī)療器械聯(lián)系的工作平臺、座椅和控制臺應(yīng)該適合用戶群使用。人體尺寸數(shù)據(jù)對于醫(yī)療器械設(shè)計非常重要，控制應(yīng)該在可及范圍內(nèi)、座椅應(yīng)該非常舒適。人體的尺 寸數(shù)據(jù)廣泛被應(yīng)用于麻醉工作站、牙醫(yī)工作臺和其它的醫(yī)療器械的設(shè)計，這些數(shù)據(jù)也被用于很多家庭醫(yī)療器械，比如輪椅。在這些設(shè)計總，便攜型、結(jié)構(gòu)的緊湊和簡 潔非常重要。對于臨床和家用的環(huán)境認識也非常重要。

重要但是很難搞懂的是工具的生物力學(xué)問題，這些工具包括錘子、牙醫(yī)工具和器械、控制手柄、鍵盤和其它需要實際的靈敏度或力度／反復(fù)運動的器械。比如圖5所示的一類常用醫(yī)療器械，對尺度、強度的要求就非常高。外科一聲和牙醫(yī)常常需要在有限的空間內(nèi)使用器械，出現(xiàn)的問題可能不僅和靈敏度、力度有關(guān)，還和可見 度、可見度與其它器械一起使用的配合度有關(guān)。

圖5

3.2 使用方式的改變

設(shè)計師常常被鼓勵設(shè)計出具有獨特型和區(qū)別性的產(chǎn)品。但這酒廠給醫(yī)療單位的用戶使用和培訓(xùn)造成影響，因為醫(yī)生和護士已經(jīng)習(xí)慣了原來器械使用的特定模式。比 如，當兩種機型看起來外觀很相似，但是卻要求兩種不同的使用方式，這樣原來建立起來的對其中一種醫(yī)療器械的使用習(xí)慣就會和另一種相沖突。這很可能會產(chǎn)品相 似操作造成的錯誤。比如，將兩種非常相似的醫(yī)療器械上的ON/OFF開關(guān)的位置調(diào)換，用戶從一個醫(yī)療器械的操作轉(zhuǎn)移到另一個醫(yī)療器械的操作，常常會不自覺 地重復(fù)原來的旋轉(zhuǎn)開關(guān)方式。同樣的問題常會發(fā)生在醫(yī)療器械的翻新設(shè)計或是再設(shè)計過程中。這樣討論并不是不鼓勵創(chuàng)新而是提倡設(shè)計師應(yīng)該認真評估改變用戶使用 方式對人機界面的影響。

4、結(jié)語

討論了不少醫(yī)療器械的設(shè)計失誤是想強調(diào)利用設(shè)計準則的重要性。良好的醫(yī)療器械人機界面設(shè)計可以減少使用相關(guān)的事故發(fā)生，增加醫(yī)療器械產(chǎn)品的可塑性。但是現(xiàn) 在市場上的醫(yī)療器械很少有人機界面設(shè)計是考慮得非常周全的，這就需要在界面設(shè)計的各個要素總?cè)プ袷丶毞值母鳁l設(shè)計準則，以減少醫(yī)療事故的發(fā)生。