基于健康信念模型与TRIZ的下肢移动障碍者转移辅助设备设计方法

《Instruments》：A Health Belief Model- and TRIZ-Based Design Method for Transfer Assistive Equipment for Individuals with Lower-Limb Mobility Impairment

　　

下肢移动障碍者在转移过程中常出现害怕跌倒以及与照护者协调困难等问题。因此，亟需安全、稳定且易于操作的协同转移辅助设备。本研究提出一种由健康信念模型驱动的转移辅助设备设计方法，旨在将用户的风险感知和行为需求转化为可实施的结构设计策略。首先，根据健康信念模型的六个构念分析转移相关行为特征。其次，运用KJ方法对原始用户需求进行分类并建立层次化需求模型，同时采用模糊层次分析法（FAHP）计算需求权重。第三，利用质量功能展开（QFD）和质量屋将用户需求转化为技术特性，并识别出四个关键技术矛盾：防倾翻稳定性与轻量化设计、状态反馈与流程简化、助力减负与轻量化设计、承载能力与人机适应性。最后，运用TRIZ生成结构优化策略，并在概念设计阶段通过JACK数字人仿真和多方利益相关者评估对提出的概念进行初步评估。多方利益相关者评估进一步表明，所提概念回应了跌倒风险缓解、损伤防护和感知收益等相关需求，而小体型用户适应性、远端下肢支撑和状态反馈机制仍需进一步优化。本研究为将用户心理和行为因素纳入辅助器具结构创新提供了可追溯的设计过程，从而为转移辅助设备的设计提供方法论参考。

随着人口老龄化，卒中、慢性疾病和骨关节疾病导致功能受限的老年人增多，长期照护服务和辅助器具需求相应上升。下肢移动障碍者的日常转移活动具有高频率、复杂姿势转换和空间受限等特点，常伴随跌倒、滑倒、挤压伤以及照护者腰背损伤等多重风险。已有转移辅助设备和机器人研究多集中于结构实现、控制策略和机械安全，但对转移过程中的害怕跌倒、风险感知、操作信任和配合意愿等心理与行为因素关注不足。研究人员认为，转移不仅是身体位置的空间移动，更是一种由躯体功能、环境条件、设备支持、照护者配合和风险感知共同塑造的高风险健康行为。因此，该研究引入健康信念模型（Health Belief Model, HBM）作为理论框架，并将其从行为解释框架扩展为前端需求识别和工程转化框架，从而系统地将风险感知、行为障碍和配合需求转化为设计需求与技术策略。该研究发表于《Instruments》，其意义在于为辅助器具的结构创新提供了一个可追溯的设计过程。

在技术方法方面，研究人员以武汉市3家社区老年照护中心的16名下肢移动障碍者为对象，通过现场观察和半结构化访谈收集需求；采用KJ法对原始需求进行聚类并建立层次需求模型；使用模糊层次分析法（Fuzzy Analytic Hierarchy Process, FAHP）计算需求权重；利用质量功能展开（Quality Function Deployment, QFD）和质量屋将用户需求转化为技术特征并识别矛盾；借助TRIZ（发明问题解决理论）矛盾矩阵和发明原理生成结构优化策略；最后采用JACK数字人仿真和多方利益相关者评估进行概念验证。样本来源为武汉市社区老年照护中心，参与对象包括下肢移动障碍者及照护者。

### 3.1 转移行为特征与HBM映射
现场观察和访谈显示四类典型转移行为：抓握依赖（14/16，87.5%）、防御性躯干回缩（10/16，62.5%）、不自主肌肉紧张（11/16，68.8%）和对设备状态敏感（13/16，81.3%）。研究人员根据HBM的六个核心构念建立了“健康信念构念—转移行为特征—设计需求”的映射关系，将稳定性保护、身体支撑、操作负担降低、状态反馈和行为支持等需求引入设计流程。

### 3.2 用户需求层次与权重结果
通过KJ方法构建了包含目标层、准则层和指标层的用户需求层次模型，准则层包括风险防护需求、操作障碍需求、行为效能需求和行动提示需求，指标层包括B₁–B₁₆共16项。所有判断矩阵的一致性比率均小于或等于0.10。权重结果显示，风险防护的准则层权重最高；在指标层中，防跌倒稳定性、操作简化和身体支撑位列前三。

### 3.3 技术特征与矛盾识别（QFD）
基于QFD确定了4项一级技术特征和12项二级技术特征。质量屋分析识别出四个关键技术矛盾：防倾翻稳定性与轻量化设计、状态反馈与流程简化、助力减负与轻量化设计、承载能力与人机适应性。

### 3.4 基于TRIZ的设计策略生成
将上述矛盾映射为TRIZ工程参数，并选择动态化、颜色变化、机械系统替代和分割等发明原理，进而生成可扩展底盘、局部电动助力、分区支撑和状态反馈等结构设计策略。

### 3.5 转移辅助设备结构设计
概念方案由底盘移动、升降助力、支撑承载和状态反馈四部分组成。收拢状态尺寸为850 mm × 580 mm × 980 mm，支撑状态底盘可扩展至1150 mm × 580 mm × 980 mm，防倾翻支撑展开范围为0–300 mm，座面高度可调范围430–650 mm，设计适用身高1500–1850 mm，最大载荷120 kg。研究还针对轮椅到床的转移任务构建了包含设备对齐、状态确认、用户支撑、座椅抬升、姿势转换、目标位置放置和设备复位的使用流程。

### 3.6 仿真与多方评估结果
JACK数字人仿真表明，在常规支撑阶段，中、大尺寸用户姿势适应性较好；第50百分位男性模型和第95百分位男性模型在节点1和节点2的快速上肢评估（Rapid Upper Limb Assessment, RULA）总分为3，在节点3增至5；第5百分位女性模型在所有节点均为5，提示小体型用户的后背支撑、扶手支撑和脚踏板可及性不足。静态强度预测（Static Strength Prediction, SSP）结果显示，腕、肘、肩、躯干和髋部的肌肉能力百分比较高，而膝、踝关节较低，踝关节是薄弱部位，提示需要加强脚踏板支撑、防滑限制和下肢放置约束。多方利益相关者评估中，跌倒风险缓解、损伤防护和感知收益的评分较高，分别为8.6、8.7和8.5；操作障碍降低、自主配合和状态线索清晰度评分分别为7.7、7.6和7.6。康复治疗师、照护者和技术人员关注重点有所不同。

讨论部分指出，HBM的价值不仅在于对需求分类，还在于将转移中的恐惧、犹豫、依赖抓握和重复状态确认解释为由跌倒风险、损伤后果、操作障碍和自身能力判断所塑造的行为响应。该研究将以往功能导向或结构导向的设计方法扩展为从心理认知、转移行为到技术特征和结构策略的更可追溯路径。局限性包括样本量较小且来自单一城市，JACK仿真仅基于规定工况下的静态姿势，多维利益相关者评估具有主观性，且QFD与TRIZ转化过程包含专家判断。研究结论认为，该研究针对下肢移动障碍者日常转移中的跌倒恐惧、身体支撑不足和操作协调困难，构建了以HBM为前端分析框架，集成需求聚类、权重分析、QFD和TRIZ矛盾求解的可追溯设计过程。需求权重分析显示，风险防护、操作障碍和行为效能是主要需求维度；防跌倒稳定性、操作简化和身体支撑具有较高优先级。通过QFD和TRIZ分析识别了四项关键矛盾，并生成可扩展底盘、局部电动助力、分区支撑和状态反馈等结构策略。JACK仿真和多利益相关者评估表明，该概念方案在中、大尺寸用户的常规支撑阶段具有初步适应性，而小体型用户适配和远端下肢支撑是主要优化方向。该研究为转移辅助设备的需求转化和结构设计提供了方法论参考，尤其是将心理和行为因素转化为技术特性与结构策略的途径。