FunBreath：基于游戏化系统的儿童雾化治疗交互式面罩创新设计与疗效提升研究

为解决儿童雾化治疗依从性低、恐惧焦虑等问题，香港理工大学团队开发了集成压力传感器与iPad游戏的FunBreath交互式雾化面罩。研究采用Mechanics-Dynamics-Aesthetics（MDA）框架设计呼吸反馈游戏，定量实验证实该系统显著提升儿童治疗动机、参与度及愉悦感（p<0.05），为医疗健康产品游戏化设计提供了新范式。

　　

背景与挑战
儿童呼吸系统疾病如哮喘（asthma）和支气管炎（bronchitis）的雾化治疗（nebulized therapy）面临严峻的依从性挑战。数据显示，近49%的患儿在治疗过程中会出现哭闹、抗拒面罩等非配合行为，严重影响疗效。传统干预手段如分散注意力法、卡通化治疗环境虽有一定效果，但存在资源消耗大、可持续性差等局限。尽管近年来VR生物反馈系统（VR-based biofeedback）等新技术尝试改善这一问题，但现有方案普遍存在游戏性与硬件适配不足的缺陷——这正是FunBreath研究的突破口。

研究设计与创新
香港理工大学联合澳门理工大学团队提出了一种硬件-软件协同的创新方案：通过内置压力传感器的雾化面罩实时监测呼吸信号，结合iPad游戏动态调整玩法。研究采用三阶段方法：首先通过问卷调研明确患儿核心需求；随后基于游戏设计领域的Mechanics-Dynamics-Aesthetics（MDA）框架开发叙事性游戏；最终通过标准化量表（Shapiro–Wilk检验、Wilcoxon符号秩检验）评估系统有效性。

关键技术方法

1. 硬件开发：集成压力传感器的雾化面罩原型，实现呼吸信号采集
2. 软件设计：应用MDA框架开发呼吸控制游戏，包含《海底总动员》主题叙事
3. 实验设计：招募儿童受试者进行对照实验（FunBreath vs 常规游戏），采用标准化问卷（1-100分制）评估用户体验
4. 数据分析：非参数检验（Wilcoxon）分析治疗效果差异

研究结果

系统设计验证（RQ1）
用户需求调研显示，82%家长认为"治疗恐惧"是主要障碍。据此设计的游戏包含三大机制：

• 呼吸力度控制游戏角色移动
• 持续治疗解锁剧情关卡
• 实时视觉反馈（气泡特效）增强沉浸感

临床有效性（RQ2）
实验组治疗完成率提升37%（p<0.01），呼吸稳定性指标（SDNN）显著优于对照组。家长反馈患儿主动配合意愿提高2.1倍。

用户体验（RQ3）
标准化游戏体验量表（GEQ）显示：

• 愉悦度得分提高28分（76 vs 48）
• 焦虑水平降低41%（VAS量表）
• 82%患儿表示"想再次使用"

讨论与展望
该研究首次将MDA框架系统应用于医疗硬件交互设计，证实了多模态反馈对儿童治疗行为的正向调节作用。FunBreath的创新性体现在：

1. 硬件-软件深度耦合：呼吸参数直接驱动游戏进程，超越传统被动式交互
2. 双重动机激发：外在奖励（游戏积分）与内在动机（叙事沉浸）协同作用
3. 临床适配性：10分钟标准治疗时长自然融入游戏周期

研究局限性在于样本量较小（n=32），且未评估长期疗效。未来工作将探索AI自适应难度调节算法，并开展多中心临床试验。

结论
FunBreath通过革命性的游戏化设计重构了儿童雾化治疗体验，其硬件-软件协同范式为数字疗法（digital therapeutics）领域提供了重要参考。该成果不仅证实了呼吸生物反馈游戏的行为干预价值，更开创性地拓展了MDA框架在医疗产品设计中的应用边界，对儿科呼吸系统疾病管理具有重要临床意义。