医疗器具设计开题报告.doc

1、 1 毕业设计 开题报告 工业设计 医疗器具设计 一、选题的背景、意义 （一） 选题的历史背景 近几年来，我国医疗器具产业的技术结构、产品质量都发生了较大变化。它 是医疗活动所不可缺少的辅助工具 ,也是医疗事业的组成部分之一 1。 我国医疗器具产业创新能力不断增强，由过去的仿制为主，逐渐向自主研发转变。经过多年的努力，产品技术水平不断提高，一些高精尖产品逐步国际化，并获得了专利，如 CT、 MRI、超声治疗仪、带药冠脉支架等。同时我国医疗器具产业发展迅速，形成了几个产业聚集区，涌现出一批高成长性企业，具有自主知识产权的产品 日益增多，其中部分产品已进入包括欧美在内的国际市场 2。 然而，随着生

2、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 3，而眼动仪就是这样的产品。 （二） 选题的原因 有研究表明，人来自外界的信息大约有 8090%是通过眼睛获取的，可以说眼睛是人心灵的窗口，通过这个窗口我们可以探究人的许多心理活动规律 4。另外，眼动是具有一定规律性，而这些规律性揭示了认知加工的心理机制。由此可见 ，研究人的眼动是具有很大意义的。就目前来说，眼动研究出来的成果已经在心理研究、可用性测试、医疗器械设计和广告效果测试等众多领域发挥重要作用。 这里举一个眼动研

3、究在 web 可用性上应用的例子。可用性领域的权威 Jakob Nielsen 等人在研究实验中发现被试者阅读网页时常常会呈现 “ F 状 ” 的模式。如下图的网页注视热点图所示，其中红色表示该区域受关注度最高，黄色次之，蓝色再次之，灰色则表示基本没有被关注。 如图 1 所示， 2 图 1 阅读网页时 的 “ F 状 ” 的模式 他们从实验中得出结论，被试者的阅读行为在不同的站点和 任务中保持很高的一致性，即看起来像英文字母 “ F” 。这个 “ F” 模式的实验结论对网页设计具有很明显的作用，比如页面头两段内容需要放置重要的信息等。另一方面，这也说明了眼动具有一定的规律性，眼动研究是一个很有

4、用的用户研究方法 5。 （三） 现实意义 随着时间的推移，许多高科技广泛地应用于眼动记录技术，而眼动仪就是一个记录人在处理视觉信息时的眼动轨迹特征的高科技仪器。它可以帮助我们记录快速变化的眼睛运动数据，能记录下包括注视点、注视时间、眼跳方向、眼跳距离和瞳孔直径等多种参数，还可以绘制眼动轨迹图，直观而全面地反 映眼动的时空特征。 由此看来，研究一款新型 眼动仪 前景还是非常广阔的。 二、相关研究的最新成果及动态 （一） 现有的眼动仪 眼动仪是继脑电仪、生理多导仪之后用于心理学实验室的大型精密仪器；它在人类的视觉认知研究领域，尤其在阅读研究中起到了重要的作用。近年来，我国研究者在中文阅读和图形识别

5、的研究中，使用眼动仪也取得令人瞩目的成果 6。 目前市场上的眼动仪主要有两种类型： 1.头盔式眼动仪 在眼动仪的配置选项中包含三维环境下的磁场头追踪仪。在记录眼动数据的同时3 记录头部位置变化，不但可以提高眼动数据的准确性，还可 以记录视觉深度。无线传输系统使头盔和眼动仪之间无线传输数据；视频分析软件简化了景象分析流程 7。 如图 2， HED 型头戴式眼动仪，受试者头戴头盔，头盔上装有红外光源、半反半透镜和两个摄像头。受试者目光透过眼前的半反半透镜注视物体图像，其一部分光线被半透镜反射到摄像头被记录下来从而确定眼珠和瞳孔的位置，计算出眼珠的水平和垂直运动的时间、距离、速度及瞳孔直径。另一个摄

6、像头摄取受试者注视的物体图像，两个摄像头的图像叠加就确定了受试者的注视位置。摄像头追踪虹膜和瞳孔上的角膜反射对头部相对运动进行补偿。摄像机每秒采集 50 祯图像，特殊应用时可以有更高的采样率（ 200Hz）。 HED 眼动仪校准需要一分钟左右，受试者按实验人员的要求顺序注视前方 5 个提前设定好的点进行校准。研究人员用眼动仪的 iView X 笔记本计算机调整受试者的眼睛图像可以获得最佳测量效果， BeGaze 分析软件可以记录分析注视点移动轨迹，注视时间和兴趣区停留时间等数据。 同时，该眼动仪 佩戴着活动不受任何限制，安装简单，操作效率高。该产品坚固耐用，可与轻型耳机和笔记本电脑一起使用，无

7、论在户内还是户外均可昼夜全天候使用。 图 2 HED 型头戴式眼动仪 图 3 摄像头式眼动仪 2.摄像头式眼动仪 被测试者无需佩带任何测试仪器。摄像头校准后自动捕捉被试的眼动。能够处理大量图片的眼动测试并进行在线分析 8,9。如图 2 这款眼动仪带有小型独立摄像头，可以远程遥控，有效修正头动；拆装简单，移动方便；支持数据综合分析，例如注视4 轨迹、热点图、兴趣区分析等。它可以在可用性测试和界面评估等领域发挥重要作用。 3.其他类型的新型眼动仪 （ 1） Vuzix Wrap 920 如图 4 该产品外形与太阳镜相同，浏览效果相当于从 10 英尺（ 3.05 米）外观赏67 英寸（ 170.18

8、 厘米）虚拟屏幕，使用者可以配戴该眼镜在泳池边或三万五千英尺高空的飞机上观看到清晰的 2D 和 3D 视频图像。超强的 2D 及 3D 视频格式支持性能确保您能够顺利观赏最新发行的电影作品。 该眼动仪 可与所有的 NTSC 或 PAL 制式音频 /视频输出设备以及复合视频设备连接 使用。设备包括可 iPod/iPhone 的专用音频 /视频适配器，可以实现与不同的常用便携式媒体播放设备即插即用。备用的 Wrap 适配器可以与 HDMI 设备或台式 PC 及笔记本电脑连接使用。一副视频眼镜能够多种应用环境，其可连接性能前所未有。 图 4 Vuzix Wrap 920 （ 2） Smart Eye

9、 AntiSleep 2.0 眼动仪 如图 5，该产品 是一款小巧的单摄像头系统，专门用于测量车内驾驶员的头部姿势、目光方向和眼睑闭合情况。 它 非常重视配戴不同眼镜时的测量精度问题，特别是眼睛被镜框遮住的情况。 同时它还 适用于不同年龄段、不同种族的男性和女性。 5 图 5 Smart Eye AntiSleep 2.0 眼动仪 （二） 现有的眼动仪的分析 一个好的眼动仪应该具有以下性能：具有良好的视野、高速记录双眼位置；具有较高数据采集率、优越的空间解析度、低噪音 10；具有一定的精度，平均注视位置误差小；上面所见的头盔式眼动仪是按照其工效学原理设计，具有轻便耐用，系统易于设置、校正和确认

10、；具有实时操作反馈功能；在线数据分析，可分辨眼跳、注视、回扫等多种眼动模式；强劲的应用程序界面和其它应用程序兼容 11。 （三） 眼动记录特点 从 眼动 方法的演变历史中可以看到一些明显的特点 : （ 1） 一些粗糙的眼动记录方法逐 渐被淘汰。在最初的眼动研究中 ,人们使用了诸如观察法和机械记录法等比较原始的方法 ,发现了一些十分重要的眼动现象。在眼动研究的历史上起到了不容忽视的作用。但是 ,由于这些方法自身难以克服的弱点 ,随着眼动研究的不断深入 ,已逐渐被淘汰。 （ 2） 眼动记录技术的原理不断更新 ,技术向多样化发展。随着科学技术的发展 ,人们一方面将原有的眼动记录技术不断改进 ,使之更

11、精确、更方便、更快捷 ;另一方面 ,不断地探索运用新原理的眼动记录方法 ,如后来出现的电磁感应法、巩膜 虹膜反射法等新型眼动仪。同时一些研究者还尽可能拓宽眼动仪的功能 ,使之 既可以用于视觉的科学研究 ,也可用于临床医疗诊断。 6 （ 3） 现代高科技手段广泛用于眼动记录技术 ,眼动仪发生了革命性的变化。如EVM3200 型眼动仪 ,使用了摄像技术、红外线定位技术、电子计算机技术 ,数据系统记录的容量大、速度快、精度高。它每秒钟可记录 50 次眼动数据 ,一分钟记录 3 000个数据。高科技技术在眼动仪中的应用 ,是眼动记录方法的一次革命。 （ 4） 眼动仪的系统化、系列化设计。眼动仪在心理学

12、及其它领域的应用 ,刺激了许多厂商设计制造系统化的产品。这些产品组合了具有各种技术性能的丰富的硬件和软件 ,使眼动仪能够 适应各种领域的需要。同时 ,由于眼动研究的不同层次、不同水平的要求 ,生产厂商不断推出技术水平不一、价格呈阶梯升降的产品。如美国 ASL 公司提供了由简至繁的十几种产品。 （ 5） 眼动记录技术的发展使眼动实验更趋生态化 ,被试几乎可以在完全不受仪器干扰的自然情况下接受刺激。过去实验中对眼睛进行麻醉 ,并在眼睛上装置附加物的方法已被完全淘汰。过去认为不可能进行的许多生态化要求很高的眼动实验现在也可以进行了 12。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期

13、达到的目标 （一） 课题的研究内容 眼睛是心灵 的窗口 ,透过这个窗口我们可以探究人的许多心理活动的规律。因此对于“人是如何看事物”的科学研究一直没有间断过 13。而眼动仪的产生，也解决了很多问题。 根据研究发现 目前市场上 所销售 的眼动仪 的 优点有：一， 眼动仪被应用到运动心理领域 ； 二， 新颖时尚，款式多样 。目前眼动仪就可以有很多不同的设计方案可以根据不同的人群进行设计。 三， 头盔式视觉追踪眼动仪及分析系统的发展，使得被试在实验时可以移动头部和身体，进而使眼动记录的仪器更加适用于运动实践情境。 虽然目前已有的眼动仪有很多优点但是也存在 有很多的缺点和不足 ： 1.目前 市场上很多

14、眼动仪是固定式眼动仪，如张运亮等人的研究应用固定的 U 型7 托将被试的头固定，然后用眼动仪测试其眼动。而在现实情境中运动员的头部不可能保持静止，这或多或少会影响研究的生态学效度。 2.又比如市场上的头盔式视觉追踪眼动仪，但由于头盔上的场景和眼部摄像头以及各种连线而导致被试不能快速运动、在自然环境条件下仪器精密度的下降等因素的限制，研究的应用场所受到局限；运动员头戴“测试帽”进行运动会干扰他们的技能操作，分散他们的注意。 3.此外，目前的眼动仪只能记录眼睛在某个纵深距离平面维度上的移动，记录视觉纵深变化的 功能还不能较好地实现。 4.绝大多数的眼动仪是记录眼动的外部特征，难以反映运动员决策时等

15、心理认知特点。 5.不够安全，其安全性有待改进。 因此针对这些优缺点来 进行我的设计。 眼睛是人体的重要感觉器官，它是人体最主要的输入通道，眼睛的运动是人操作、控制及判断的重要代表。通过测量人的眼注视点来实现人的视觉注意力分配测试，是探索人体如何从视觉获取信息提供一种重要的手段 14。眼动仪便是实现上述功能的实验设备 15。 （二）技术路线 眼动仪设计的一般过程如下： (1)选定课题，制定设计计划； (2)进行市场调 研，搞清现有产品的特点和优缺点和特定用户的需求， 如分类及技术特点、操作特点、产品优缺点等，分析人、产品、环境等关系，确定产品的设计定位，完成可行性论证报告； (3)进行概念设计

16、，草图设计、初步确定造型方案、完成草模制作； (4)完成产品设计，了解现有的生产工艺，完成产品的数字模型和工程图、产品效果图、 模型制作、版面制作和设计说明书。 （三）设计难点 在这个过程中，对眼动仪的工作原理研究是具有一定难度的，因为眼动仪的内部8 构造和发热装置很复杂，而且我要设计的眼动仪结构与现有的结构不一样，要参考已有的设计， 更需要自己去研究探索。需要了解原理，做出合理的方案。 （四）预期达到的目的 1、文献综述 一篇 2、翻译每篇 2000 单词以上的相关外文资料两篇 3、开题报告 一篇 4、设计草图方案 10 个以上 5、计算机辅助设计效果图 6、工程图 7、模型 8、高 120

17、 厘米，宽 90 厘米竖构图毕业设计展版一幅 JPG 格式，精度 150 bpi 以上。图面上应以简体中文和英文标出院校名称、作品名称、作者名称、指导教师名称。 9、设计报告书 10、毕业设计展版 11、毕业设计答辩幻灯 四、论文详细工作进度和安排 1、在 2010 年 12 月 13 日前完成市场调研，并完成文献综述初稿。 2、在 2010 年 12 月 27 日前完成相关外文资料的翻译、开题报告初稿。 3、在 2011 年 1 月 9 日前完成外文资料翻译、文献综述、开题报告。 4、在 2011 年 2 月 28 日前完成设计草图。 5、在 2011 年 3 月 14 日前优化并确定设计方

18、案。 6、在 2011 年 3 月 28 日前完成计算机辅助设计效果图初稿。 7、在 2011 年 4 月 11 日前完成计算机辅助设计效果图定稿。 8、在 2011 年 4 月 18 日前完成产品工程图。 9、在 2011 年 5 月 9 日前完成设计报告书 初稿、模型制作。 9 10、在 2011 年 5 月 16 日前完成设计报告书定稿、毕业设计展版制作。 11、在 2011 年 5 月 19 日前完成毕业设计答辩幻灯资料。 五、主要参考文献 1王炳利 .中医医疗器具史 J. 中医药学报 , 1982, (04) ： 40-43 2改革开放 30 年医疗器械监管成就 J.中国医疗器械信息

19、 , 2009,(04)： 37-47 3毕相军 . 医疗器械的人机工程学研究 D . 东华大学 , 2005 4 Robert J K Jacob， Keith S Karn.Eye tracking in human computer interaction and usability research, Ready to deliver the pormisesJ.Computer Vision and Image Understanding， 2003，（ 24）： 682-701 5何俊锋 .量化信息加工时的注意性扫描与眼动扫描的皮层定位初探 M.华南师范大学 ,2007 6韩玉昌

20、.眼动仪和眼动实验法的发展历程 J .心理科学， 2000， (4)： 454-457 7 Amon Amir， Lior Zimet， Alberto Sangiovanni Vincentelli.An embedded system for eye dectection sensorJ.Computer Vision and Image Understanding， 2005,（ 98）： 104-123 8Ditchburn R W. Eye movements and visual perceptionM . Clarendon press Oxford， 1973， 48-49 9

21、闫国利 .自学军广告心理学中 的眼动研究和发展趋势 J .心理科学， 2004， 27(2)：459-461 10 Alexander, K， Clarkson, PJ.Good design practice for medical devices and equipment, Part II design for validation J.Journal of Integrated Design & Process Science,2000,(2) :53-62 11阎国利，田宏杰 .眼动记录技术与方法综述 J .应用心理学 ， 2004,(2)： 55-58 12张霖 , 王行愚 , 姚

22、晓东 , 等 .眼球运动相关 EOG 信号的波形分析与特征提取 J .上海生物医学工程 , 2003, 24 (3) : 19 - 22 13荆其诚 .国外眼动的应用研究 J .心理科学通讯 ,1964,（ 1）： 30 10 14Mingbin Chen. Analysis of Medical Devices DesignRequirementsJ.Journal of Integrated Design & Process Science.2005,(4) ： 61-70 15 郭北苑，方卫宁 .人机交互中基于眼动仪的输入技术研究 J .仪器仪表学报，2004， 25(4)： 55 -57