基于游戲?qū)?zhàn)的兒童霧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

莊良婷，潘弟，張文亮，曾加玉，卓海，唐健豪

（1.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院；2.南部戰(zhàn)區(qū)空軍醫(yī)院，廣東 廣州 510000；3.佛山市第一人民醫(yī)院，廣東 佛山 528000）

霧化治療是一種治療呼吸道疾病的經(jīng)濟(jì)有效手段，被廣泛用于兒童肺炎支原體肺炎的治療。盡管霧化治療簡(jiǎn)單、無(wú)創(chuàng)無(wú)痛，能有效緩解癥狀，但兒童可能在治療早期產(chǎn)生恐懼，或在持續(xù)治療中出現(xiàn)抵觸情緒，影響治療效果，并給醫(yī)護(hù)人員帶來(lái)額外壓力。為解決此問(wèn)題，我們提出了一種兒童霧化游戲系統(tǒng)。此系統(tǒng)將霧化治療與游戲融合，目標(biāo)是提供一種有趣、安全的兒童游戲體驗(yàn)，以吸引兒童注意力，提升配合度和治療效果。

1 研究背景與意義

童在霧化治療中的配合度問(wèn)題引發(fā)了廣泛關(guān)注。由于兒童難以理解治療必要性，常?？摁[或配合度差，導(dǎo)致治療效果不理想。這呼吁解決如何提升兒童配合度的問(wèn)題。游戲化已成為教育和娛樂(lè)的流行手段，它能吸引兒童注意力并提升他們的參與度。因此，將游戲化應(yīng)用于兒童霧化治療，可以有效提升兒童配合度并增強(qiáng)治療效果。進(jìn)一步地，隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能醫(yī)療設(shè)備已被廣泛應(yīng)用?；谶@些技術(shù)的兒童霧化系統(tǒng)，不僅能提升治療效果，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，為醫(yī)生提供精準(zhǔn)治療方案。

2 現(xiàn)有霧化輔助方式

提高兒童霧化治療配合度的常用方式有音樂(lè)輔助和兒童動(dòng)畫。音樂(lè)輔助使用音樂(lè)吸引兒童注意力，降低焦慮，提高配合度。然而，此法需要音樂(lè)治療師指導(dǎo)，成本高且效果因人而異。兒童動(dòng)畫通過(guò)影片吸引兒童注意力，引導(dǎo)深呼吸，或用互動(dòng)動(dòng)畫增加參與度，提高配合度。盡管動(dòng)畫能穩(wěn)定情緒并增加安全感，但內(nèi)容單一，可能引發(fā)兒童疲勞。盡管這些方法能提高兒童配合度，但仍有缺陷。為此，我們提出一種基于游戲?qū)?zhàn)的兒童霧化系統(tǒng)，目標(biāo)是通過(guò)游戲吸引兒童注意力，提高配合度，進(jìn)而提升霧化治療效果。

3 兒童霧化游戲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

兒童霧化游戲系統(tǒng)是一款通過(guò)游戲提高兒童霧化治療配合度的系統(tǒng)，旨在提升治療效果。本文將探討系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、游戲設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)。通過(guò)這些設(shè)計(jì)，系統(tǒng)將吸引兒童的注意力，提升其配合度，從而提高治療效果。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

采集系統(tǒng)主控esp32：主控esp32 是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，它負(fù)責(zé)處理和轉(zhuǎn)換壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)顯示在OLED 顯示屏上。此外，它還負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙模塊傳輸?shù)绞謾C(jī)上，實(shí)現(xiàn)游戲的控制。主控esp32 具有強(qiáng)大的處理能力和豐富的接口資源，可以滿足系統(tǒng)的需求。

壓力傳感器：壓力傳感器是用于檢測(cè)兒童吸氣時(shí)的壓力值，它采用高精度的傳感器芯片，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)吸氣時(shí)的壓力值，并將數(shù)據(jù)傳輸給主控esp32 進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換。

OLED 顯示屏：OLED 顯示屏是用于顯示處理后的數(shù)據(jù)，它采用高亮度、高對(duì)比度的OLED 屏幕，能夠清晰地顯示出數(shù)據(jù)和游戲界面。OLED 顯示屏具有低功耗、高可靠性和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，非常適合兒童霧化游戲系統(tǒng)的應(yīng)用。

兒童霧化游戲系統(tǒng)的硬件運(yùn)作流程如下：（1）兒童戴上口罩，將口罩與霧化器連接。（2）兒童吸氣時(shí)，壓力傳感器檢測(cè)到吸氣時(shí)的壓力值，并將數(shù)據(jù)傳輸給主控esp32。（3）主控esp32 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，將處理后的數(shù)據(jù)顯示在OLED 顯示屏上。（4）游戲根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，如控制吹氣球的高度。（5）游戲結(jié)束后，主控esp32 將評(píng)分結(jié)果顯示在OLED 顯示屏上。

整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，只有主控esp32、壓力傳感器和OLED 顯示屏三個(gè)部件，這三個(gè)部件卻能夠協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)兒童霧化游戲系統(tǒng)的功能，圖1 系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）游戲系統(tǒng)設(shè)計(jì)。游戲系統(tǒng)使用Android Studio 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要功能是實(shí)現(xiàn)氣球游戲。游戲的主要邏輯是通過(guò)控制氣球的高度來(lái)吸引兒童的注意力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)霧化治療的效果。游戲開(kāi)始時(shí)，游戲系統(tǒng)向ESP32 發(fā)送游戲開(kāi)始指令，并開(kāi)始接收ESP32 發(fā)送的壓力傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)壓力傳感器的數(shù)據(jù)，游戲系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算氣球的高度。當(dāng)游戲結(jié)束時(shí)，游戲系統(tǒng)將游戲得分和游戲時(shí)間等數(shù)據(jù)保存為CSV 文件，并通過(guò)WIFI 通訊將CSV 文件上傳至服務(wù)器上。

（2）桌面程序設(shè)計(jì)。桌面程序使用C#進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要功能是對(duì)兒童霧化游戲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。程序可以從服務(wù)器上下載CSV 數(shù)據(jù)文件，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。程序的主要功能包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化等。數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊用于從CSV 文件中讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入程序中進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和處理，去除異常數(shù)據(jù)和重復(fù)數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)分析模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，如計(jì)算平均得分、游戲時(shí)間等。數(shù)據(jù)可視化模塊用于將數(shù)據(jù)以圖表的形式展示出來(lái)，方便分析和比較。

（3）總體流程。兒童使用霧化游戲系統(tǒng)進(jìn)行霧化治療，esp32 采集壓力傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。

移動(dòng)設(shè)備接收esp32 發(fā)送的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)控制氣球的高度，實(shí)現(xiàn)游戲的效果。當(dāng)游戲結(jié)束時(shí)，移動(dòng)設(shè)備將游戲得分和游戲時(shí)間等數(shù)據(jù)保存為CSV 文件，并通過(guò)WIFI 通訊將CSV 文件上傳至服務(wù)器上。桌面程序從服務(wù)器上下載CSV 數(shù)據(jù)文件，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，生成統(tǒng)計(jì)報(bào)告和圖表。

4 系統(tǒng)應(yīng)用與前景展望

隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，兒童霧化游戲系統(tǒng)的應(yīng)用前景也變得更加廣闊。該系統(tǒng)可以為兒童提供一種有趣的、安全的、教育性的游戲體驗(yàn)，同時(shí)提高霧化治療的效果，解決兒童在治療過(guò)程中的不適和配合度低的問(wèn)題。

未來(lái)，隨著游戲技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，兒童霧化游戲系統(tǒng)也將不斷升級(jí)和完善?？梢酝ㄟ^(guò)引入更多的游戲元素，如角色扮演、任務(wù)系統(tǒng)等，增加游戲的趣味性和可玩性。同時(shí)，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將兒童帶入一個(gè)更加真實(shí)的游戲世界，提高游戲的沉浸感和互動(dòng)性。

此外，兒童霧化游戲系統(tǒng)還可以與醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)生和家長(zhǎng)等進(jìn)行深度合作，建立完善的醫(yī)療服務(wù)體系。通過(guò)數(shù)據(jù)共享和分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兒童治療過(guò)程的全面監(jiān)測(cè)和分析，為醫(yī)生和家長(zhǎng)提供更加精準(zhǔn)的治療方案和建議，見(jiàn)圖2 霧化數(shù)據(jù)分析。

圖2 霧化數(shù)據(jù)分析

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出的基于游戲?qū)?zhàn)的兒童霧化系統(tǒng)為解決兒童在霧化治療過(guò)程中的不適和配合度低的問(wèn)題提供了一種新的解決方案。該系統(tǒng)通過(guò)引入游戲元素，以吸引兒童的注意力，提高兒童的配合度，同時(shí)提高霧化治療的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的游戲性能，可以為兒童提供一種有趣的、安全的、教育性的游戲體驗(yàn)。

該系統(tǒng)還可以與醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)生和家長(zhǎng)等進(jìn)行深度合作，建立完善的醫(yī)療服務(wù)體系。通過(guò)數(shù)據(jù)共享和分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兒童治療過(guò)程的全面監(jiān)測(cè)和分析，為醫(yī)生和家長(zhǎng)提供更加精準(zhǔn)的治療方案和建議。

綜上所述，基于游戲?qū)?zhàn)的兒童霧化系統(tǒng)為兒童霧化治療提供了一種全新的解決方案，具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。未來(lái)，該系統(tǒng)將不斷升級(jí)和完善，為兒童提供更加有趣、安全、教育性的游戲體驗(yàn)，同時(shí)提高霧化治療的效果，為兒童的健康成長(zhǎng)保駕護(hù)航。