膝踝足矫形器的舒适性设计研究

孙宁娜 景逸芸

关键词：膝踝足矫形器 舒适性 产品设计 评价因素 评价体系

引言

矫形器（Orthoses）是作用于躯干及四肢，以改善人体神经、肌肉、骨骼系统功能障碍等为目的，符合生物力学原理的体外支撑装置[1] 。根据矫形器所涉及的部位分为上肢矫形器、下肢矫形器和躯干矫形器[2] 。

膝踝足矫形器（Knee-ankle-foot orthosis，KAFO）是下肢矫形器的一个支类，其定义是“围绕膝踝关节及足部全部或部分的矫形器”，亦称长支具。被广泛应用于下肢骨折、关节炎、关节手术后的康复治疗以及异常步态的矫正治疗中，其主要作用分为以下几类：

（一）稳定和支持 ：通过对膝踝关节功能位的限制，稳定关节，恢复其承重功能[3] ;

（二）固定和保护：通过对损伤肢体或关节的固定和保护，减轻疼痛，促进损伤痊愈，多用于治疗膝关节及胫骨中上段骨折;

（三）预防和纠正：通过对下肢的非正常力线的矫正，主要用于“O”形腿“X”形腿的矫正治疗。

膝踝足矫形器作为一种下肢康复辅助器具，在使用的过程中需与下肢长时间大面积接触。因此，使用是否舒适成为影响其用户体验的重要因素。现有的膝踝足矫形器设计仅仅关注于产品治疗的有效性，即穿戴后是否能够达到辅助治疗的效果[4] ，而忽视了对于其舒适性的研究。因此，本文着重进行膝踝足矫形器舒适性的研究。

一、产品的舒适性

（一）舒适与产品舒适性

Slater、Delooze等学者认为舒适是一种人的主观感受，受到心理、生理等因素的影响，它是生理与心理两种过程结合后产生的结果[5-6] 。产品舒适性是用户对于产品的一种主观感受，包括生理舒适性和心理舒适性。生理舒适性是指就是在使用产品时，不考虑任何主观因素，单纯从用户的生理特征去评价、体验产品的一般舒适性，如：尺寸舒适性、材料舒适性等;而心理舒适性是指用户在使用产品时，在文化、满足个人喜好等精神元素方面的舒适性需求，如：审美舒适性等。

（二）产品舒适性研究现状

目前关于舒适性的研究主要集中在汽车、座椅、服装等方面，尤其在座椅和服装方面，它们的舒适性研究已经形成一些体系和方法。例如：汽车座椅舒适性的研究侧重于生理舒适性即汽车静态舒适性和动态舒适性的研究，受到人机尺寸、坐姿方式、汽车震动等因素的影响;而座椅舒适性主要为生理舒适性与生理舒适性的研究，受到例如座椅尺寸，坐姿方式等因素的影响;服装舒适性则大多为生理舒适性即面料舒适性方面的研究，受到面料的透气性、面料的冷热感等因素的影响。对于不同的产品，其舒适性的研究方向存在差异，舒适性的影响因素也并不相同。

二、膝踝足矫形器舒适性研究

（一）膝踝足矫形器舒适性研究现状

目前关于膝踝足矫形器舒适性研究较少。在20 02年Jmaes.f.Knight[7] 从产品的外观感受和用户对产品的六个焦虑因素（情感、依附感、危害、知觉变化、移动和焦虑感）出发对产品的舒适性作出了分析研究，但并未从产品本身材料、操作行为等进行研究。而国内关于膝踝足矫形器舒适性研究大多为单维度研究，大多为人机尺寸方面的研究，研究不够全面。

（二）膝踝足矫形器的舒适性及其影响因素

Hertzberg认为舒适与不舒适是两种知觉状态，所谓舒适就是没有不舒适的感觉[8] 。因此，被试有无不舒适的体验是决定产品舒适性的根本性指标。因此，本文采用用户观察与访谈的方式对于膝踝足矫形器的舒适性进行了研究，在研究过程中，通过对膝踝足矫形器穿着过程中不舒适点的分析，了解哪些因素会影响膝踝足矫形器的舒适性，从而得到衡量膝踝足矫形器舒适性的评判标准，为后期膝踝足矫形器舒适性评价体系的建立提供了参考。

1.用户研究：通过用户观察与访谈的方式，对于被试的膝踝足矫形器使用过程中不舒适点的记录，提取出膝踝足矫形器使用中的不舒适点。最终，对于不舒适点进行分析，归纳总结膝踝足矫形器生理舒适性的影响因素。

2.研究过程：选取10名具有一定产品设计基础的被试，穿上矫形器进行静坐、起立、行走等动作;为时1h，在体验的过程中，将不舒适的点写在卡片上。

研究过程中，拍摄刚带上矫形器、带上矫形器，30min左右、脱下矫形器三个阶段的视频，分析用户行为与表情（如图1）。而后进行访谈，了解出现微动作或者微表情的原因，提取不舒适点。

结束后，对同一名被试相近的不舒适点的描述進行剔除，共以下18个不舒适点，根据出现次数从高到低进行排列，如表1。

3.研究结果：通过研究提出现有膝踝足矫形器不舒适点，并对膝踝足矫形器舒适性及其影响因素进行归纳总结，如表2。

由表2可知膝踝足矫形器的舒适性主要分为四类组成：尺寸舒适性、材料舒适性、结构舒适性和行为舒适性。

（1）尺寸舒适性：尺寸舒适性是指膝踝足矫形器的形态尺度与用户形态、运动参数匹配的契合性。其影响因素为用户的个体差异性等，需考虑用户的腿长、腿围、大小腿比例等的人体尺寸和肌肉关节等的活动限度。

（2）结构舒适性：结构舒适性是指构成膝踝足矫形器结构的完整性，包括合理的支撑点以及各部分结构之间的位置、体量与使用者之间的关系。其影响因素包括压力面积、尺度关系、是否有伸展空间等。

（3）材料舒适性：膝踝足矫形器的材料主要分为两种：支撑性材料与接触性材料（如图2）。

以不锈钢等金属为主的支撑性材料，主要起到支撑固定作用。在保证产品功能的情况下，支撑性材料的舒适性主要考虑其材料的轻量化，影响因素包括材料的硬度、重量等。以织物类为主的接触性材料则起到防护作用。接触性材料的舒适性则偏向于考虑材料的吸湿性等，其影响因素为材料的触感、透气性和弹性等。

（四）行为舒适性

行为舒适性是指膝踝足矫形器的操作交互方式与用户行为习惯之间的契合性[9] 。其影响因素包括操作的便捷性、身体运动的协调性等。

三、基于设计视角的膝踝足矫形器的舒适性设计策略

膝踝足矫形器的设计一般给用户传递两种信息，一种是理性的信息，如矫形器的产品功能、材料、工艺等;另一种是感性信息，如矫形器的外观、色彩等[10-11] 。前者是下肢矫形器产品存在的基础，而后者则更多地与下肢矫形器产品的形态相关，两者均会影响用户使用时的舒适性。基于对膝踝足矫形器舒适性影响因素的研究，提出以下设计策略：

（一）人机的契合性策略

人机的契合性指膝踝足矫形器的形态尺度与用户形态、运动参数之间的匹配性。其形态尺度设计应以人体下肢的主要尺寸信息为基础和参考依据，能够适应不同尺寸、体态和运动状态的用户。由于用户自身尺寸的不同，将矫形器的尺寸进行划分，分为S，M，L;矫形器尺寸为可调节尺寸，以适应不同用户的需求。魔术贴结构，自由调整围度大小。

（二）材料的轻便性策略

膝踝足矫形器的构造与使用的材料有密切关系。现有大多数的膝踝足矫形器支架材料方面主要使用的是合金钢，佩戴起来过于笨重，增加了用户的不舒适感，设计中应选取更加轻便的材料，例如碳纤维，在保证膝踝足矫形器使用功能的同时减少过于笨重给用户带来的不适感。以织物类为主的接触性材料则起到防护作用，应选取透气性良好和弹性适中的面料。

（三）结构的合理性策略

由于膝踝足矫形器在用户使用的过程中需与人体长时间大面积接触，其结构设计须符合人体的基本结构与使用习惯，不合理的结构会增加用户的不舒适性。例如在膝踝足矫形器的使用过程中，难免需要搬动下肢，手放置位置的设计尤为重要，不合理的位置设置会增加用戶搬动下肢的难度（如图3），造成不舒适的体验。

（四）行为的灵便性策略

膝踝足矫形器的适用人群下肢灵活度不高，穿戴的方式尤为重要。现有的膝踝足矫形器的穿着方式大多为绑带式（如图4），繁复的绑带增加了用户穿着的难度，使其在使用的过程中因操作不便而产生不舒适。因此，在设计的过程中，需对用户的穿戴方式进行简化并缩减人体的活动范围，让穿戴更加灵便，提高用户在穿戴过程中的舒适性。

例如将膝踝足矫形器的主体分为4个部分，中间用轴点进行连接（如图5），原有膝踝足矫形器需要5条以上魔术贴进行固定，改良过的结构仅2条魔术贴进行固定。简化并缩减了人体的活动范围，让穿戴更加灵便，提高了用户在穿戴过程中的舒适性。

小结

本文通过对膝踝足矫形器舒适性进行研究，分析总结了膝踝足矫形器舒适性的影响因素，并通过对膝踝足矫形器舒适性影响因素的研究总结出膝踝足矫形器舒适性设计策略。本文对膝踝足矫形器舒适性设计研究具有一定的参考价值，通过对膝踝足矫形器舒适性研究，总结出膝踝足矫形器舒适性的影响因素，为后续膝踝足矫形器舒适性评价体系的建立创造条件。