《Applied Sciences》：Exploratory Study for Personalized Assistive Technology Development: An Open-Source Korean Sip-and-Puff Mouse for People with Quadriplegia
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本研究旨在探索开发与共享开源辅助技术（AAT）时需考虑的关键因素。为此，研究人员从韩国辅助技术开放平台（AT Open Platform）收到的开发请求中选取了Sip-and-Puff鼠标作为研究对象。在本研究中，研究人员开发、应用并共享了一款面向残疾人士的开
本研究旨在探索开发与共享开源辅助技术（AAT）时需考虑的关键因素。为此，研究人员从韩国辅助技术开放平台（AT Open Platform）收到的开发请求中选取了Sip-and-Puff鼠标作为研究对象。在本研究中，研究人员开发、应用并共享了一款面向残疾人士的开源AAT——Sip-and-Puff鼠标。研究基于五名参与者在三次可用性评估中收集的可用性反馈而开展。在可用性评估过程中，测量了任务绩效得分和完成时间，并完成了问卷调查。在第二次可用性评估之后，研究人员开展了一项关于长期使用的日记研究。采用SPSS 22.0进行描述性统计、频数分析和配对t检验，并使用ATLAS.ti进行主题分析。基于定性与定量整合研究结果，研究确定了以用户为中心的开源辅助技术（AAT）的实用设计方向，包括用户与环境匹配、个性化定制、耐用性、支持性文档、使用错误管理以及参与式开发。本研究结果有望通过参与式设计方法提升定制化开源辅助技术（AAT）的可用性。高可用性的开源AAT将有助于AAT在老年人和残疾人士的日常生活活动中得到更广泛的应用。
论文解读：面向四肢瘫痪者的开源韩式Sip-and-Puff鼠标开发与应用研究
一、研究背景与问题
大规模生产的现成辅助技术往往无法提供针对用户特定需求的定制版本，这导致用户满意度不高。开源辅助技术（AT）的开发正是为了应对这一问题。开源硬件（OSHW）指公开可获取的硬件设计，允许任何人进行研究、修改、制造、分发和销售。由于零部件由用户自行购买和组装，其成本通常低于标准量产方案，并可根据具体使用场景进行定制。数字制造技术的进步使得在个体层面开发用于日常生活活动（ADL）的辅助技术成为可能，这些数字化制造的AT具有个性化、成本效益高等特点，能够提高用户对辅助技术的使用率。然而目前存在以下突出问题：其一，虽然已有多个开源平台（如Careables.org、Makers Making Change、Thingiverse等）致力于共享辅助技术设计，但相关资源多以静态文档形式分发，缺乏基于最终用户反馈的系统性迭代改进；其二，尽管Makers Making Change开发的LipSync证明了开源Sip-and-Puff鼠标的可行性，但其公开资源主要侧重于制造和创客社区传播，关于迭代式以用户为中心的改进及可用性评估的科学证据仍然有限；其三，针对四肢瘫痪者这一特定群体的开源辅助技术，尤其是本土化改良版本的可用性研究十分匮乏。因此，本研究基于开源LipSync设计，探讨如何通过参与式设计方法对Sip-and-Puff鼠标进行本土化和系统性改进，以推导出具有高可用性和高定制性的开源辅助技术（AAT）的设计方向。
二、研究内容与结论
研究人员在韩国辅助技术开放平台上，基于Makers Making Change开发的开源LipSync，采用韩国可获得的等效组件复现了初始原型，并命名为K-Lipsync 1.0。随后通过三轮参与式迭代设计，开发了K-Lipsync 2.0和K-Lipsync 3.0。该设备通过嘴唇运动和呼吸控制计算机及移动设备的光标、点击和滚动功能，可兼容Windows、Mac OS、Android和iOS系统。研究招募了五名上肢功能障碍的四肢瘫痪男性参与者，在三个不同环境（AT开放实验室、参与者家中、再次家中）进行了三轮可用性评估，测量了任务绩效得分和时间，并采用魁北克辅助技术满意度评估2.0（QUEST 2.0）、个体优先问题评估（IPPA）、用户手册满意度问卷，在第二次评估后进行了为期两周的日记研究。数据分析采用SPSS 22.0进行描述性统计、配对t检验，以及采用ATLAS.ti 9.1.7.0进行主题分析。研究得出七项设计方向：用户与任务匹配、使用环境适配、软硬件定制化、提高耐用性与安全性、提供定制化应用指南与支持文档、使用错误管理、全流程用户参与式开发。研究结论表明，开源辅助技术的价值不仅限于降低开发成本，通过迭代参与式开发和持续可用性评估，可以有效提升AAT的可用性、定制性和可持续性。
三、主要关键技术方法
本研究采用参与式设计方法，整个过程强调最终用户的深度参与。技术方法主要包括：一是三维（3D）打印制造技术，用于制作设备外壳和结构件；二是开源硬件复制与本土化改造技术，利用等效电子元器件复现开源设计；三是迭代式原型开发，先后开发了三个版本；四是可用性测试方法，包括任务绩效评估（得分与时间）、QUEST 2.0量表、IPPA量表、日记研究法和用户手册满意度评估；五是统计与定性分析方法，使用SPSS 22.0进行描述统计和配对t检验，使用ATLAS.ti进行主题分析。样本来源为韩国国立康复中心招募公告及AT开放平台需求提交者。
四、研究结果
3.1 K-Lipsync Sip-and-Puff鼠标：通过三轮迭代改进，设备从水平结构改为垂直结构，印刷电路板数量从三块减少为一块，尺寸小型化，增加了功能、电池和蓝牙连接状态的光声反馈，改进了电池容量，并提供了多种形状的唇部操纵杆。设备采用硅胶覆盖层解决3D打印材料的安全性问题。
3.2 任务绩效得分和时间：第一轮评估中，任务2的拖拽功能需吹气3秒激活，导致误触其他功能，得分较低；加入声音反馈后，第二、三轮得分提高。第二轮和第三轮中，参与者2因家中电脑屏幕低于视野，屏幕底部被设备遮挡，任务得分较低。研究表明环境和支架安装问题会影响绩效。
3.3 QUEST 2.0评估：第三轮满意度最高项目为易用性（4.4分），最低为耐用性（3.4分）。3D打印材料的耐用性担忧是主要原因。重要产品因素包括易用性（28.9%）、有效性（24.4%）和调节性（15.6%）。
3.4 IPPA评估：使用K-Lipsync后，参与者1的电脑使用困难降低10分，参与者2降低3分，参与者3降低5分，参与者4和5未降低。平均改善3.6分，与Thorsen等人用3D打印辅助器具获得的3.8分改善相近。参与者4和5因设备光标移动速度较现有AT慢而未观察到明显改善。
3.5 日记研究：主题分析表明，有效性方面（n=11），设备帮助克服现有辅助装置局限（n=3）并改善不良姿势（n=3）；环境方面，在台式机上比移动设备更有效（n=2）；部分用户反映简单打字和操作无困难（n=4）。使用方式上，调整设备及支架位置困难（n=4），需要更方便快捷的光标移动（n=4）和易于更改设置（n=4），并需要视觉反馈（n=2）。
3.6 用户手册：修订版用户手册满意度显著高于初版（配对t检验：t=-3.087，df=4，p=0.037）。初版手册代表第一轮评估时可用的最佳版本，而非故意简化；修订版仅根据第一轮可用性问题和建议修改。用户手册以横向PDF和视频形式提供，以提高可访问性。
五、讨论与结论
讨论部分指出，用户创新网络（如AT开放平台）使残疾人士能够利用本地资源和适当技术，根据自身特定需求开发辅助设备。研究从定性和定量数据中归纳了七项设计方向：用户选择与任务匹配，需识别K-Lipsync最适用的用户特征和功能需求；环境适配，需确保电脑和移动设备位于用户视线范围内，并提供多种支架类型；软硬件定制，需提供多种口含件和个性化支持软件（如光标速度控制、功能设置、视觉反馈等）；提高耐久性和安全性，可更换接触身体部件的材料和制造方法；提供定制化应用可能性与指南，将用户手册作为辅助技术的组成部分进行迭代完善；使用错误管理，通过观察和修改减少反复的使用错误；全流程用户参与，将用户视为共同设计者，反映其真实需求和社会心理因素。这些设计方向共同构成了以用户为中心的框架，涵盖用户选择、环境适应、软硬件定制、耐用性、支持文档、使用错误管理和参与式共同设计，有助于开发更可用、可定制、可持续的开源辅助技术。
研究结论：本研究通过涉及四肢瘫痪者的迭代参与式设计过程，开发了一款韩式开源Sip-and-Puff鼠标。该设备在开发过程中通过连续的可用性评估得到改进和验证。基于这些发现，研究人员确定了开发可定制、以用户为中心的开源辅助技术的实用设计方向。这些发现通过提供以用户为中心的设计和迭代开发的实用指导，有望为未来个性化开源辅助技术的研究与开发做出贡献。论文发表在《Applied Sciences》。
