游戏化设计在癌症病人智能运动管理项目中的应用研究进展

叶文佳，周 周，程康耀，吕伟波，耿朝辉

上海中医药大学护理学院，上海 201203

游戏化设计是指将游戏元素应用于非游戏场景中，在普通场景中注入乐趣[1]。尽管相关指南[2⁃3]指出运动对促进癌症病人康复的重要性和必要性，但由于治疗副作用[4]、身体疲劳[5]等因素，癌症病人确诊后运动相较于确诊前大幅减少，且癌症人群开具运动处方后其运动完成度及依从性也较低[6]。在手机、平板电脑等智能电子产品全民普及的大环境下，基于移动医疗（mobile health，mHealth）条件下的游戏化设计因其趣味的玩法规则和独特的概念意义，可有效改善癌症病人运动情况[7⁃9]。近年来，游戏化设计在教育[10]、商业[11]、环境保护[12]等领域被广泛应用，但在癌症病人运动管理项目中的应用尚不多见。现从游戏化设计的概述、游戏化设计在智能运动管理项目方面的研发及游戏化设计在癌症病人智能运动管理项目中的应用等方面进行综述，以期为国内相关研究提供参考。

1 游戏化的概述

1.1 游戏化概念的提出 游戏化概念是在2002 年首次被Nick Pelling 提出的，并被运用于数字媒体领域，直 到2010 年 之 后 才 普 遍 被 人 们 知 晓[13⁃14]。Deterding等[1]认为，游戏化是多种交互设计策略，基于游戏互动的设计模式和传统理念共同形成的结果，故游戏化的广义概念为“将游戏元素运用到非游戏的内容中”。2012 年，Huotari 等[14]将游戏化定义为“通过动机提供增强服务的过程，以调用游戏体验和进一步的行为结果”。2013 年，Marczewski[13]将其定义为“将游戏隐喻应用于现实生活任务中，以影响行为、提高动机和增强黏性”。游戏化是借助游戏元素、机制或思维来激励用户参与和互动，以解决复杂的问题[1,15]。目前，越来越多的人建议将游戏化作为一种推进人们身心健康参与度的技术策略[16]。

1.2 游戏化的表现形式与作用机制 游戏化是基于某种目的，借以游戏的形式去实现。游戏本身具有新颖和趣味的特点，故将游戏动态整合到网站、研究或活动中以调动目标人群的兴趣，提高参与度。事实上，“游戏化”的表现形式包括基于游戏体验的设计策略、游戏设计元素的应用和有趣、新颖的游戏特性[1]。在不同情境下使用游戏设计元素（如徽章、排行榜、竞赛或奖品等）已成为游戏化目前主要的运用形式[1,17]。由于游戏元素是以一种新奇的奖励形式来具化、明确目标，当人们完成游戏设置的关卡或竞赛而得到游戏奖励时，会增加自我效能感和探索欲，完成目标会促进积极情绪（如成就感和满足感）的产生[18⁃19]。另外，社交互动也是吸引用户的原因之一。基于社会比较理论[20]，人们通过相互比较、竞争公开的游戏元素（如积分和徽章）直观地衡量自己的社交影响力和认可度，从而促进人们参与并激励互动[21]。因此，通过展示自我、与他人分享来完成的电子社交互动是游戏化的重要设计模块之一[22]。基于游戏化设计应用或许可以解决mHealth 的低黏性、病人的低参与度、运动的低依从性等问题[9]。

1.3 游戏化设计在移动医疗领域的发展 近年来，由于手机、平板电脑、可穿戴设备等智能移动设备的普及和人们健康意识的上升，移动医疗飞速发展[23]。与此同时，移动医疗的可用性[24]和用户黏性[25]等问题亟待解决，而游戏化设计本身契合于问题所在。从2010 年开始，游戏化设计就被引入移动医疗领域[26]。目前，已被芬兰[27]、美国[28]、加拿大[29]、中国[30]等国家陆续用于糖尿病[28]、阿尔茨海默病[29]、脑卒中[31]及癌症[32]等慢性疾病的管理和健康人群[27]中。游戏化设计在运动锻炼[27,33]、健康教育[30]、心理 健康[34]、疼痛管理[32]等项目中得以推广，其中运动管理是受到研究者和用户瞩目的项目[9,26]。游戏化设计的运动智能项目常搭配可穿戴设备或人工智能技术设备，被应用于注重运动策略的慢性病管理，如肥胖[35]、2 型糖尿病[36]、癌症[37]等人群。目前，游戏化运动管理已被广泛用于居家锻炼、临床和康复院等环境[38]。因此，游戏化设计在移动医疗领域具有巨大的发展优势和潜力。

2 游戏化设计在癌症病人智能运动管理项目中的应用模式

Schmidt 等[39]根 据Nickerson 等[40]开 发 的 分 类 法 和二次聚类分析推导最佳实践模型，几乎涵盖所有游戏化设计的移动医疗应用程序类型。现参考Schmidt等[39]汇总的移动医疗游戏模型，对比现有的癌症病人运动管理应用，从以游戏化元素和社交协作相融合的自我设定的内部奖励模式、每日渐进的情景式追踪模式、基于人工智能技术的游戏化模式这3 个分类阐述目前游戏化设计在癌症病人智能运动管理项目中的应用现状。

2.1 自我设定的内部奖励模式 Schmidt 等[39]认为，自我设定的内部奖励模式是仅以游戏化的内部奖励如积分、徽章形式试图唤起用户行为或态度的变化，忽略竞争，为用户提供了团队协作的机会。该模式通常需要在互联网的环境下运行。如健康之路平台，卵巢癌病人被要求和朋友或家人成为队友，实时携带可穿戴设备Fitbit 追踪步数，彼此激励对方完成每日的步行目标，如一方未完成，则队伍会被扣除相应的积分，最后根据积分兑换以不同颜色代表的徽章级别[37]。研究对象在质性访谈中提到，与队友一起达成目标是令人愉悦的，团队协作能让他们摆脱忧郁并开始朝着积极的目标而努力；同时，癌症本身是运动的重要阻碍因素，包括癌因性疲劳和癌症复发恐惧，队友激励和游戏责任感能帮助他们舒缓复发恐惧和克服疲劳感[37]。该原型模式在同伴支持下的mHealth 的基础上引入游戏化元素，既强化了同伴式鼓励的促进因素，削弱了负面健康事件的发生率[20]，更明确地为病人及其同伴提供每日需完成的运动目标，从而潜移默化地推进两者运动行为的改变。故自我设定的内部奖励模式几乎能应用于所有癌症病人，且接受化疗或放疗的癌症病人可能更偏好于该模式[41]。

2.2 每日渐近的情景式追踪模式 情景式追踪又被称为情景游戏，其重要特征为以叙事情景游戏化设计为主，不利用竞争或协作的社交元素，叙事情景具有阶段性变化，用户的进步表现也是渐进性的[40]。该模式多与可穿戴设备和计步器结合使用，且监测的运动形式多为以步行为主的低强度体力活动。如Robertson等[42]基于自我决定理论构建的Steps 2 Health 多媒体消息服务，配合可穿戴设备的运动监测，通过给成年癌症病人发送虚拟旅程和虚构癌症幸存者伙伴的鼓励信息，以提高参与度、自我效能感，从而增加每日步数。这种情景式追踪在培养病人好奇心的同时，通过新奇的冒险和癌症幸存者同伴的嬉戏来建立自主动机[42]。Mila Blooms 手机应用程序是以登山探险主题为游戏情景，研究招募了12～17 岁患有急性淋巴细胞白血病或淋巴瘤且病情稳定的患儿，通过完成一定次数的探险挑战获得虚拟货币、积分、奖牌等，研究人员每周设置积分下限保证参与者晋级[7]。情景式追踪模式中，叙事情景设置对于研究对象的接受度和满意度是项目成功与否的关键，大多数预试验应用用户满意度测试问卷[43]或质性访谈了解叙事情景的合理性和潜在问题。因该模式更契合于年轻群体的心理动机和运动兴趣[44]，情景式追踪的游戏化设计常用于年轻癌症人群。叙事情景的选择需考虑目标人群的个性化设计，现有研究的情景设置多为探索性主题[42⁃43]，可满足病人内在的心理需求，从而提高运动动机和增加行为依从性[1]。

2.3 基于人工智能技术的游戏化模式 Schmidt 等[39]认为基于人工智能技术的游戏化模式是将游戏化元素嵌入移动医疗中，利用奖励机制来促进用户行为改变。基于人工智能技术的游戏化模式的载体通常为虚拟现实（virtual reality，VR）、增强现实（augmented reality，AR），此类人工智能即时运动反馈设备，是类似于真正游戏的一种游戏化模式。Sabel 等[45]以任天堂（Wii）已开发的AR 运动视频游戏配合多感官活动监测器，作为脑肿瘤患儿家庭训练干预方法，经过10～12 周的观察，发现患儿在研究期间的运动活跃天数和平均每日能量消耗都较对照组有所增加。快节奏的视频游戏有利于提升肢体协调力和视听觉感知力，使患儿在日常生活中变得更加独立[45]。Jahn 等以AR 游戏化模式为运动干预手段，经过5 d 的试验发现住院癌症病人对即时视频游戏运动表现出高度的接受度，游戏过程中病人的负性情绪有所改善[46]。游戏化设计的激励作用可能对癌因性疲劳病人克服障碍开展运动有所帮助。对基于人工智能技术的游戏化设计模式在癌症病人智能运动的研究尚不足，多被用于运动损伤类疾病康复护理中[47]。该模式通过人工智能技术实现游戏的可视化、可交互性，更好地了解病人的治疗效果，从而成功干预病人的运动行为，但良好运动行为的持久性仍在探索中[26,47]。虽然目前研究对象仅限于青少年，但因该模式的高易用性和强吸引力，笔者认为适用人群可推广至全年龄段[48]。通过可视化的虚拟交互反馈、多重游戏化元素设计满足病人内心需求，使得运动不再枯燥无聊，且有相应的指导[18]。

3 游戏化设计在癌症病人智能运动管理项目中的应用效果

3.1 激发运动动机 游戏化运动模式的新颖性和趣味性对于激发癌症病人的运动动机起着至关重要的作用，通过情境交互、个性化用户界面和虚拟场景构建等游戏化设计来实现。自我设定的内部奖励模式以积极社交协作和游戏化的新颖设计相结合，对于内在动机较弱的病人起到有效激励的作用，心情愉悦的条件下增加了每日的体力活动[37]。探险、旅行等情景式追踪模式的设定使癌症病人对更新内容产生憧憬期待的正向情绪，从而激发内在运动动机[42]。有研究显示，基于人工智能技术的游戏化设计模式干预的癌症患儿在运动自我效能问卷得分和中高强度身体活动时间都优于传统对照组，且用户认可该游戏的乐趣性和易用性，并表达了高度的使用满意度和享受度[45]。故游戏化设计是解决用户低频率使用健康应用程序的有效方法[43]。

3.2 提供精确的运动反馈 游戏化设计良好的实现运动过程的可视化，保证反馈的精确性，弥补了传统远程运动干预抽象化指导的短板。由于游戏化模式都是基于可穿戴设备[42]或人工智能技术[45]等物理方式来评估运动情况，较自填式问卷更精确地监测了运动量、运动强度、运动习惯及频率[4]。而可穿戴设备的使用本身就能作为促进癌症病人运动的一种可行措施[49]。Wang 等[38]认为，游戏化智能运动在癌症病人锻炼期间可以提供精确的运动调整意见，并以直观易懂的界面进行视觉反馈，长期坚持能更高效地达到运动目的。同时，根据自我决定理论[18]，可视化地量化运动反馈能使病人产生满足感和成就感，进一步增强运动动机。快走作为能有效改善癌因性疲劳的全民运动[50]，在游戏化设计结合可穿戴设备的条件下，实行个性化运动方案的同时去除枯燥感。

3.3 利于培养良好的运动习惯 运动习惯是指有规律地重复身体活动的一种积极的体育锻炼行为，先前愉快的锻炼体验影响之后的运动行为[51]。对于运动管理项目来说，病人能够培养良好的运动习惯是最终的研究目标之一。情景式追踪模式和基于人工智能技术的游戏化设计模式使研究对象快速融入规律运动的虚拟环境中，对培养健康的运动习惯具有重要意义。如以登山探险为主题的一款情景式追踪运动游戏，APP界面多以易懂生动的文字来引导参与者构建合理想象和进一步解锁新情节，对于参与者每天坚持完成运动具有重要意义[7]。另外，不同于传统模式，游戏化本身的互动性推动了研究对象的参与和投入，与游戏趣味性带来的愉悦运动体验共同使病人延续良好的运动习惯。此外，Schrier 等[37]发现，自我设定的内部奖励模式可通过同伴支持、个人责任感与社会关系的协同作用激励行为改变，91.7%的研究对象表示在研究结束后有意向继续进行运动管理。目前，由于多数相关试验仍在起步阶段、研究时间短，游戏化设计是否利于运动习惯的保持尚不可知。

4 游戏化设计在癌症病人智能运动管理项目应用中存在的问题

由于设计理念新、项目资金投入大、开发周期久，游戏化设计应用于癌症病人的智能运动管理项目的开发难度大，可供参考的案例及经验少，尽管游戏本身的新颖性效应能吸引病人使用，但当效应消失后一部分病人会选择退出，如何进一步提高用户持续性问题有待探讨[1]。游戏化智能运动项目基于智能设备设计运行，需根据不同年龄人群智能设备的使用习惯，及时远程监测用户情况并优化调整设计内容。

5 对策与建议

近年来，游戏化设计作为一个新兴概念，受到移动医疗领域的重视，越来越多地被引入癌症病人智能运动管理项目中。游戏化设计利用其自身的新奇性和互动性，激发运动动机，提供精确运动反馈，利于培养病人良好的运动习惯，以此促进癌症病人运动，达到改善生活质量和延长生存时间的目的[52]。国内学者对于游戏化设计理念的认识有待提高，游戏开发难度大、应用技术不成熟、研究案例少等成为目前存在的主要问题。目前，国内对于游戏化设计的应用尚未推广至慢病病人的运动管理层面，针对癌症病人开发的移动医疗应用数量不多。因此，需要加强对游戏化设计的阐述和宣传，提倡多学科交叉融合，推进以游戏化设计研发的智能运动管理项目。