1、 1 毕业设计文献综述 工业设计 医疗器具设计 一、前言 医疗器具设计的好坏直接关系到它能否起到治病救人、能否安全有效，好的器具操作明确、外观感受良好、使用者（医疗团队）不易疲劳，尽量避免产品给人产生的笨重、粗糙、冰冷的感觉，缓解大型医疗设备给患者带来的恐惧感，使患者感到安心和放心，让操作者感到贴心且实惠，并易于安装、维护和清洁。随着现代医学技术日新月异地发展 ,医疗器具朝着大型化、精细化、自动化、智能化方向发展 ,器具的多元化和多层次配置水平成为医院现代化程度的重要标志 ,器具的先进性和拥有量是衡量医院等级的重要条件 之一 1。同时，我国医疗器具行业也得到了突飞猛进的发展。我国目前已经成为世
2、界第三大医疗器械市场 ,并且在以每年 14%以上的速度持续快速增长 2。 中国最新研发的医疗器械产品也走在了国际医疗器具行业的尖端。未来几年内，中国将超过日本，成为全球第二大医疗设备市场 3。 本文主要研究的医疗器具是 眼动仪 。眼睛是外界信息进入人脑的主要通道，对其活动情况的研究有助于理解人类的信息加工过程。一个信息加工在很大程度上依赖于视觉，约有 80 -90 的外界信息是通过人的眼睛获得的。由于人的视线具有直接性、自然性和双向性等其它 信息所无法具备的特点，因此人们对视线的研究有着浓厚的兴趣 4。 眼动记录法是指利用眼动记录仪记录和分析人们在注视过程中的各项眼动指标，并以此揭示人们的心理
3、加工过程和规律的一种研究方法 5。一百多年来，科学家们一直致力于改进眼动记录技术的工作，并取得了一定的成就。随着运动心理学的迅速发展，越来越多的体育运动实践者和科研人员更加清晰地认识到运动心理学的重要性，对运动心理学的研究提出了更高的要求，越来越多先进的研究方法和工具被应用到此领域的研究中去。眼动仪正是其中一种重要的研究工具。它 是 目前 心理学基础研究的2 重 要仪器。 并 用于记录人在处理视觉信息时的眼动轨迹特征，广泛用于注意、视知觉、阅读等领域的研究 。 再者，眼动仪对于先天性眼震、共同性斜视等眼疾的检测具有较高的临床医学应用价值，因此，设计一款宜人性、新颖性的眼动仪具有很强的现实意义
4、二、主题 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。 （一） 眼动仪的市场分析 1. 眼动仪 的发展 早在 19 世纪就有人通过考察人的眼球运动来研究人的心理活动，通过分析记录到的眼动数据来探讨眼动与人的心理活动的关系。眼动仪的问世为心理学家利用眼动技术（ eye movement technique）探索人在各种不同条件下的视觉信息加工机制，观察其与心
5、理活动直接或间接奇妙而有趣的关系，提供了新的有效工具。眼动技术先后经历了观察法、后像法、机械记录法、光学记录法、影像记录法等多种方法的演变。它就是通过对眼动轨迹的记录从中提取诸如注视点、注视时间和次数、眼 跳距离、瞳孔大小等数据，从而研究个体的内在认知过程。 20 世纪 60 年代以来，随着摄像技术、红外技术（ infrared technique）和微电子技术的飞速发展，特别是计算机技术的运用，推动了高精度眼动仪的研发，极大地促进了眼动研究在国际心理学及相关学科中的应用 6。同时， 科技的发展提高了人们的生活水平，工业设计的发展和电脑辅助设计加快了时代的步伐 7。这时眼动仪进一步的设计研发也
6、变地更为重要。 2.眼动仪的结构及眼动的三种基本方式 现代眼动仪的结构一般包括四个系统，即光学系统、瞳孔中心坐标提取系统、 视景与瞳孔坐标迭加系统和图像与数据的记录分析系统。眼动有三种基本方式：注视（ fixation）、眼跳（ saccades）和平滑尾随跟踪（ pursuit movement） 8。 3 (1)注视。表现为在被观察目标上的停留，这些停留一般至少持续 lOOms 200ms以上。在注视时，眼并不绝对静止，眼球为了看清物体总是不停地做轻微的抖动(jitter)，其幅度一般小于 1 度。绝大多数信息只有在注视时才能获得并进行加工。 (2)跳动。注视点间的飞速跳跃，是一种联合眼动
7、 (即双眼同时移动 )，其视角为10 400。 持续时间 为 30ms 一 120ms，最高速度为 4000 s 6000 s。在眼跳动期间，由于图像在视网膜上移动过快和眼跳动时视觉阈限升高。几乎不获得任何信息。 (3)平滑尾随跟踪。眼睛能平滑地追踪运动速度为 10 s 一 300 s 的目标，这种缓慢、联合追踪眼动通常称为平滑尾随跟踪。平滑尾随跟踪必须有一个缓慢移动的目标，在没有目标的情况下，一般不能执行 9。 3.眼动仪的种类 (1)应用电流记录法的眼动仪 利用电流记录法生产的眼动仪有法国 Metrovision 公司生产的 Model Mon EOG眼动仪 。 这种仪器不能够记录 和分析
8、眼动轨迹和瞳孔直径 ,但可以记录水平和垂直方向的眼动情况及幼儿的眼动轨迹。 应用电流记录法的眼动仪有两点好处 ： 头部的运动不会影响记录结果。 记录时不用直接接触眼睛。其不足是 :用它记录的不是眼球的实际运动情况 ,而是电位差的相对数值 ,需要进一步推算才能把眼动的确切运动情况计算出来。同时每个人的电位差不同 ,差异很大 ,甚至同一被试在不同时间接受同一实验也存在差别 ,这就使测试数据可能存在较大误差。 (2)应用电磁感应法的眼动仪 利用电磁感应法生产的眼动仪有荷兰 SKALAR 公司生产的电磁感应眼动记录系统 (Sclera Search Coils Systems) 。它使用硅胶隐性眼镜片
9、 ,其中装有探测线圈。线圈中存在感应电压 ,通过对感应电压的检测 ,可以精确地测量垂直和水平方向的眼动。使用它时 ,由于眼部佩戴了隐形镜片 ,会导致被试的视敏度下降以及在实验中存在不适感 ;实验中被试的头部也不能够移动。 4 (3)应用光学记录法的眼动仪 利用光学原理直接记录眼动 ,是眼动实验中历史最长 ,研究成果最多的方法 ,也是现代眼动仪中最主要的类型。其中包括根据瞳孔 / 角膜的反射法原理生产的眼动仪和根据虹膜 - 巩膜反射法原理生产的眼动仪。下面介 绍其中一些仪器的性能和特点 (见图 1) 。 根据角膜反射法原理生产的眼动仪有美国应用科学实验室 (ASL) 生产的 EVM 3200 型
10、眼动仪、 R6 型和 H6 型单目眼动系统、 4000 型和 6000 型系列眼动仪 ； 加拿大 SR 公司生产的 Eyelink 型头盔式眼动仪 ； 法国 Met rovision 公司生产的MonVOG1 型和 MonVOG2 型眼动仪 ； 美国 Fourward Op2tical Technology 公司生产的第六代双普金野眼动仪 ； 德国 SMI 公司生产的 iView X 眼动仪、 3D VOG 三维眼动 仪、 MeyeTrack 型眼动仪 ； 澳大利亚 SEEINGMACHINE 公司的 faceLAB4 型眼动仪等。根据虹膜 - 巩膜反射法原理生产的眼动仪有 ASL2310 型
11、眼动仪 ,荷兰的 IRIS 型眼动仪等。 图 1 五种眼动仪的性能和特点 （二） 国内外眼动设备研究现状及性能比较 根据英国 Derby 大学行为科学研究所的 Divid Wooding 教授建立的眼动仪数据库网站公布的结果，目前世界上约有 44 家生产眼动仪的厂家。 1.国外眼动仪的开发现状 韩玉昌 (2000)10认为，有代表性的眼动记录方法有： 5 (1)直 接观察法，即用肉眼直接观察被试的眼动情况。 (2)后像法，即利用闪光灯的高亮度闪光产生的视觉后像来研究人的眼动。 (3)机械记录法，包括头部支点杠杆法、气动方法、角膜吸附环状物法。 (4)电流记录法，包括电流记录法和电磁感应法。 (
12、5)光学记录法，包括反光记录法、影视法、角膜反光法、光电记录法。 隋雪 (2003) 11认为，随着眼动研究方法的不断更新，新型仪器也将不断出现。由于直接观察法、后像法和机械记录法的技术落后、准确性和精确性差，现代研究已不采用。从当前眼动研究的文献可以看出，电流记录法、电磁感应 记录法和光学记录法及其相应的仪器设备应用得最多，这也就是上面我所描述的种类。 2.国内眼动仪的开发 国内在眼动仪的研制与开发方面起步较晚。 20世纪 80年代末，中国科学院上海生理研究所的张名魁和孙复川研制了红外光电反射眼动测量系统。它通过红外发光管、光敏管发射和接收眼球左右运动时角膜与巩膜反射红外光线大小的变化来测量
13、眼动 12。 20世纪 90年代，西安电子科技大学研制了头盔式眼动仪一西电。 3B型头盔式眼动测量仪口 13。该系统主要由头箍及光学系统、瞳孔中心提取系统、视景和瞳孔坐标叠加系统、图像和数据记录 系统以及数据后处理软件组成。它是一种中精度的双眼眼动仪，利用红外摄像法原理获取双眼的图像，用高速信号处理的方法实时提取瞳孔中心的坐标，再与外景图像迭合 14。 这款仪器的优点： (1)价格低，不到进口产品的十分之一； (2)具有全部的自主知识产权，便于自行扩展和改进。 这款仪器的缺点： (1)采样频率较低，只有 50Hz； (2)头盔系手工制造，重量偏大。 （三）眼动仪的设计原则 6 1.形态设计原则
14、 眼动仪 是一种特殊的产品，在形态设计中，既要满足人们对产品显示高科技含量的心理需求，又要表现出一定的亲和性。 它 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，会给人的心理上产生安全感。 在 眼动仪 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产品形态或色彩使之能够给人产生兴趣或安全感。形态要与整体环境相融合。产品形态与环境之间的融合也可以缓解人的心理压力 15。 2.材质设计原则 在材料上应力求人性化，增加产品的亲和力，以提高产品的“ EQ”。在选择材料时还要考虑材料与人的情感关系远近作为重要选评尺度。 质感和肌理本身也是一种艺术
15、形式，通过选择合适的造型材料来增 加感性成分，增强产品与人之间的亲近感，使产品与人的互动性更强。 3.色彩设计原则 作为测验者由于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 眼动仪 色彩设计要求也较高，所以在对进行色彩设计的时候，要注意色彩的时代感和流行感，使测验者在身心愉快的状况下工作。 作为被测验者，心理因素会不稳定，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 16。 （ 1）具有艳丽、时髦、富有情趣和格调、优雅等特点的色彩，它们体 现了繁华，多彩，丰富，高贵，华丽等特征，这些色彩
16、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）具有轻柔、简朴、纯朴、自然、单纯等特点的色彩体现了宁静，安逸，沉着与祥和，能够与医院的整体环境相融合，属于中性色，可以作为眼动仪的主体色彩。 （ 3）具有亲切、开朗、可爱等特点的色彩可以用来作为眼动仪的辅助色，以增7 加器具的活泼跳跃性，使器具更具有亲切感。 （ 4）具有庄重、坚强、大胆等特点的色彩具有强烈的冲击，对比较为鲜明，能够体现温暖，炽热，热情洋溢和激动，可以用来作为器具的辅助色。减少器具的 单一感。 （ 5）具有朴实、庄重、严肃、深远等特点的色彩，体现了刚毅、坚强和冲动，可以为眼动仪的辅助色彩。增加产品的稳定感。
17、 通常以鲜明的色彩变化代替文字显示，绿色代表健康，橙色代表次健康，红色代表病态，使颜色代替数字呈现测量结果成为现实 17。 三、 总结 （一）现有的眼动仪设计的优点 根据研究发现 目前市场上所销售的 眼动仪的优点有以下几点： 1.目前很多仪器有许多已被应用到交通、广告心理学等领域中，但还未被应用到运动心理领域。而眼动仪就考虑到了这一方面所以比较好。 2.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。 3.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。 （二）眼动仪设计存在的问题 虽
18、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。 8 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
19、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心理认知特点。 5.不够安全，其安全性有待改进。 （三）眼动仪设计的发展趋势 1.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。如何开发出更加适合在自然环境下进行现场研究的仪器以及拥有记录视觉纵深变化功能的仪器 将是 眼动仪 设计的一个趋势 。 2.现有的头盔式眼动仪在数据采集和处理上还未达到记录阅读眼动状况仪器系统的水平。因此，对能够适用于体育运动领域眼动研究需要的仪器软件进行研制、开发，将会给体育运动心理领域的眼动研究带来更加实用的手段和应用推广的动力，这也
20、将是它的一个重要趋势。 3.目前本领域的众多研究中，研究者主要通过记录和分析瞳孔直径、注视位置及次数等指标来探讨注视与视觉搜索特征。这些都是眼动的外部特征，难以反 映运动员决策时等心理认知特点。若能将眼动仪与反应时测试仪等反映心理认知特点的仪器有机结合，探讨运动员眼动注视观察过程中的内部心理活动内容与过程，研究的指标将更加全面，研究也将更加深入，这也将是眼动仪发展的 另 一个重要趋势。 4.同时， 目前运动心理领域对眼动仪的应用都是用它来研究专家与新手的眼动特征，这只是从探索与揭示规律的角度应用仪器。但随着仪器用途的拓宽，从更加实用的角度应用眼动仪也将成为可能，即应用仪器对新手运动员进行一些视
21、觉信息处理及认知决策等方面的眼动训练。 四、参考文献 1于少民 ,朱翠华 . 医院医疗设备存在的问题与对策探讨 J.科技资讯 , 2008, (14)： 190 2樊会霞 .网络环境下阅览阅览室“一站式”信息服务模式探讨 J.河北科技图苑，9 2005， （ 5） 3中国医疗器械企业书写创新发展的精彩华章 J.中国医疗器械信息 , 2010（ 1）： 111-115 4 Robert J K Jacob， Keith S Karn.Eye tracking in human computer interaction and usability research, Ready to delive
22、r the pormisesJ.Computer Vision and Image Understanding， 2003，（ 24）： 682-701 5 张森，李京诚 . 眼动仪的开发现状及其在运动心理领域的应用 N .首都体育学院学报， 2007-3-19（ 2） 6百度百科 . 眼动仪 OL.（ 2010-07-13） http:/ 7 Smock. Doug . Make You Own ShoesJ. Design News, 2009-05-01, 64（ 5）： 42-46 8Stato S . Does fatigue exist in a quantitative meas
23、urement of eye movementJ . Ergonomics， 1992， 35(5)： 607-615 9Beggs W， Howaveh C. Movement control in man in a repetitive motor taskJ . Nature， 1970，（ 27） ： 391-756 10韩玉昌 .眼动仪和眼动实验法的发展历程 J .心理科学， 2000， (4)： 454-457 11隋雪，李立洁 .眼球运动研究概况 J .辽宁师范大学学报 (社科版 )， 2003， (1) ：43-45 12张名魁，孙复川 .高抗干扰性的红外光电反射眼动测量仪 J
24、 .生物医学工程学杂志， 1989， (4)： 282-286 13柳忠起，王睿 .在模拟飞机降落过程中的眼 动分析 J.北京航空航天大学学报，2002， (6)： 703 706 14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 15 Alexander, K， Clarkson, P. J.Good design practice for medical devices and equipment, Part II design for validation J.Journal of Integrated Design & Process Science.2000,(2) ： 53-62 16Mingbin Chen. Analysis of Medical Devices Design RequirementsJ.Journal of 10 Integrated Design & Process Science.2005,(4) ： 61-70 17洛可可设计有限公司 .换个角度找突破 J.中国医疗器械信息， 2010,16(8)：20-22
