移动健康研究的“无代码”应用设计平台:开发和可用性研究

简介

互联网支持的数字设备(如智能手机和可穿戴设备)的进步以及对这些设备访问的改善导致了移动健康(mHealth)研究的快速增长[1]。由于移动健康技术的灵活性和可扩展性，研究人员和公共卫生机构对利用移动健康促进健康生活方式和预防慢性疾病产生了极大的兴趣[1-4]。先前的研究表明，移动健康干预可以有效地改善身体活动和健康的饮食行为，并减少久坐行为[1，2，5]。然而，关于设计这些移动健康干预措施的最佳方法，以最大限度地提高不同健康状况和人口群体的有效性的研究仍处于起步阶段。最近的一项元分析发现，旨在改善饮食和身体活动并减少久坐行为的有效移动健康应用程序使用了各种行为改变理论和行为改变技术(bct)。bct是帮助个人改变行为的策略;因此，这些策略对于创建有效和可复制的行为干预至关重要[6]。一些有效的应用包含bct，如激励信息，奖励，运动游戏形式的游戏化，通过与同伴互动的社会支持，以及友好的团队挑战。7]。与此同时，其他有效的干预措施表明，在应用程序设计中使用量身定制的健康建议、目标设定、自我监测和性能反馈可以带来更大的干预效果[7-10]。总的来说，需要更多的研究来实现移动医疗技术的全部潜力。

进行移动医疗干预研究的研究人员面临的挑战之一是开发和维护移动应用程序所需的成本和时间[11]。开发这些定制的移动应用程序(例如，行为健康咨询干预、每日日记调查研究和自我监控应用程序)的成本范围很广。即使是一个功能很少的应用程序也需要花费7万到10万美元，并且需要3到6个月的开发时间。12]。此外，应用程序开发成本通常不符合政府研究拨款的预算(例如，由国家卫生研究所或加拿大卫生研究所提供的预算)。现有的移动应用程序开发工具包，如苹果的ResearchKit和安卓的ResearchStack，都试图改善研究人员的应用程序开发过程[13，14]。然而，这些框架仍然需要大量的软件编程来开发应用程序，并且通常需要研究人员雇佣专门的软件开发人员来开发iOS和Android应用程序。由于数字技术领域的迅速发展，这些挑战可能成为及时开发相关移动医疗知识的重大障碍[15]。需要研究工具来帮助生成快速和相关的研究知识一直是卫生研究中一个长期存在的问题，迫切需要一个解决方案[16]。

最近出现了一种创新的解决方案来克服研究人员面临的这些移动健康应用程序开发挑战:“无代码”开发平台[17]。无代码移动健康研究应用程序开发平台可以使以前没有软件编程技能的研究人员通过图形用户界面(UI)创建应用程序。类似于使用Squarespace等无代码工具创建网站[18]，研究人员可以使用无代码的移动健康设计平台来创建多个版本的应用程序，以评估它们在各种条件下的有效性。研究人员可以使用拖放工具来选择行为改变框架所需的bct(例如，自我监控和目标设置工具)。我们相信无代码应用设计平台可以显著加快移动健康应用开发过程，减少所需的时间和成本。目前，还缺乏专门为研究人员开发移动健康行为干预而设计的无代码应用程序设计平台。因此，本文的目的是描述开发过程和经验教训，建立一个无代码移动健康应用程序设计平台，Pathverse。

方法

我们使用参与式研究框架开发了一个名为Pathverse的无代码移动健康应用程序设计平台。19]。参与式框架是一种方法，它涉及最终用户(即研究人员)和软件开发人员在不同开发阶段的积极合作，以确保最终产品是相关的和有用的[20.，21]。本研究分为四个阶段:(1)确定无代码移动健康设计平台所需的功能;(2)平台开发;(3)收集用户反馈;(4)落实用户反馈，进一步细化平台。整个开发过程在2019年11月至2021年12月期间进行。中显示了开发时间轴和活动的摘要表1．

阶段1:确定功能需求(2019年11月- 2020年3月)

拥有不同研究经验的mHealth研究人员(n=13)(如学生、早期职业研究人员和高级研究人员)和软件开发人员(n=4)参与了为无代码应用程序设计平台Pathverse确定关键软件功能。团队成员的人口统计数据显示在多媒体附件1，表S1。移动健康研究团队的专业知识包括移动健康应用程序开发和评估、行为科学、心理学、健康促进和可用性测试。软件开发团队的专业知识包括Python、JavaScript、Dart和Scrum开发过程。我们使用谷歌和搜索词进行了探索性的网络搜索无代码mHealth应用程序构建器以确定是否存在这样的移动健康应用开发程序。此外，我们进行了文献搜索，以确定与干预有效性相关的移动健康应用程序功能。具体来说，MEDLINE、PubMed、EMBASE和PsycINFO搜索了2009年1月至2019年12月发表的文章，关键词如下:(移动健康或移动健康或网络干预或基于web的干预措施)及(有效性或功效)及(特性或特征或行为改变技巧或理论)及(系统综述或文献综述或荟萃分析)．在这个阶段，我们的跨学科团队定期开会，讨论构建移动健康应用程序所需的功能(例如，自我监控工具和目标设置)。为了确保这些功能满足研究人员构建移动健康应用程序的要求，我们的团队使用多过程动作控制框架(M-PAC)作为理论模板模型，并使用身体活动变化作为结果行为模板。M-PAC框架已被证明能有效促进身体活动[22-24]。M-PAC强调意图形成的社会认知方法，通过自我调节采取行动控制，以及一旦行为成为习惯和自我认同的行动控制维持阶段[23]。M-PAC模型的一个优势是它能够解决“意图到行为”的差距，这对采用新生活方式的个人提出了特别的挑战，因为几乎所有加入移动健康应用程序干预的个人都已经形成了采用健康生活方式的意图[23，25，26]。最后，我们将提议的bct与M-PAC作用机制相匹配[22]，指导Pathverse应用开发平台的功能。在此阶段结束时，开发了Pathverse平台的关键特性列表和模型设计。

第二阶段:平台开发(2020年5月- 12月)

我们使用Scrum框架开发了Pathverse平台。27]。这个敏捷的软件框架使用迭代方法，允许在整个软件开发周期中从最终用户获得有价值的输入。Scrum使用预定义的短冲刺周期，通常持续2到4周。每个冲刺周期由设计、实现、评估和计划下一个冲刺组成。Scrum框架使开发团队能够在开发过程的最早阶段创建软件的第一个版本。此外，在整个开发周期中定期召开会议使最终用户能够提供有价值的反馈，并在整个开发周期中进行快速调整。

在这个项目中，我们使用了一个4周的冲刺周期。我们的目标是在大约7个月内(即7个冲刺周期)开发出平台的工作版本。Scrum团队的主要成员是mHealth研究员(产品负责人，SL)、Scrum管理员(HL)和软件开发团队。具有不同级别移动健康研究经验的最终用户(研究人员、研究助理和学生)参与了每个sprint。Scrum团队展示了完成的平台特性，并在每个sprint结束时与团队讨论了下一个sprint的目标。

第三阶段:收集用户反馈(2021年2月- 5月)

与我们之前的研究相似[28，29]，我们通过评估Pathverse平台的可用性和可接受性来收集用户反馈。可用性和可接受性评估是以用户为中心的交互设计技术的一部分，用于评估研究人员如何与平台交互;我们使用这种方法来评估Pathverse是否达到了预期的要求。我们使用了一个方便的健康研究人员样本(n=5)，他们对在他们的研究中使用移动健康应用程序感兴趣或已经使用过。参与者必须之前没有使用过Pathverse平台。由于COVID-19大流行，评估是通过视频电话进行的。在视频通话前一周，参与者被允许访问该平台，并被要求使用它来构建一个旨在促进健康生活方式的移动应用程序。在视频通话中，我们进行了一次结构化的访谈，收集用户对平台的喜好反馈，并确定需要改进的地方。定性访谈数据采用专题分析进行总结，以确定需要改进的地方。参与者还被要求完成一份调查问卷，评估该平台的受欢迎程度和有用性。 The questionnaires were adapted from an mHealth app usability questionnaire that assesses the likability and usefulness of the platform [30.]。评分范围从0到10,10表示“非常同意”，0表示“非常不同意”。

第四阶段:实施用户反馈(2021年9月至12月)

基于用户反馈，我们的团队计划了一个额外的开发阶段。在这个阶段，我们使用v模型软件开发过程。这种方法将传统的顺序开发方法(如瀑布法)与敏捷开发过程中的反馈机制(如Scrum)结合起来，以确保添加的新功能能够适当地工作。31]。由于明确的项目需求和较小的项目规模，选择了v模型软件开发过程而不是Scrum方法[31]。我们的团队使用了以下开发阶段:(1)需求分析(即，从研究人员那里收集项目需求)，(2)系统和架构设计(即，确定最终产品所需的关键软件组件)，(3)模块设计(即，确定软件组件的关键模块)，以及(4)编码(即，开始为模块编程)。我们还为每个开发阶段进行了验证测试，以确保平台能够适当地工作。验证测试包括以下内容:(1)单元测试(由软件团队执行，以消除编码阶段的系统错误)，(2)集成测试(由软件团队执行，以确保开发的新功能与现有平台适当地工作)，(3)系统测试(由研究人员执行，以确保开发满足构建需求)，(4)用户验收测试(由研究团队执行，以确保平台可以在现实世界中使用)。

道德的考虑

完成可用性和可接受性测试的参与者获得知情同意。这项研究在17361年获得了维多利亚大学人类研究伦理委员会的批准。

结果

阶段1:确定特性需求

我们由研究人员和软件开发人员组成的多学科团队定期开会，确定Pathverse平台的需求和功能。每次会议的活动摘要载于表2．我们的探索性谷歌网页搜索显示，目前缺乏专为研究人员设计的无代码移动健康应用程序开发工具。一项文献综述表明，移动健康应用平台需要多种软件功能，以提供广泛的bct [3.，7，32-34]。例如，对40个运动和饮食应用程序中的bct进行的回顾显示，这些应用程序平均包括8.1种(范围2-18种)技术[35]。通常包含的bct是“提供指导”(33/40的应用程序，83%)，“设置分级任务”(28/40,70%)，“提示自我监控”(24/40,60%)和“示范/演示行为”(24/40,53%)。55%(22/40)的应用程序至少包含以下3个bct中的一个:“提供社会比较的机会”，“计划社会支持/社会变革”，以及“迅速识别为榜样”[35]。最近的一项系统综述表明，提示和提示、个性化、目标设定和行动计划是有效的移动健康试验中用于改善生活方式行为和慢性疾病管理的最常见的bct [36]。然而，有效移动卫生干预所需的bct的最佳数量和组合很可能取决于基本的理论方法和拟议的作用机制。因此，这加强了对Pathverse平台的需求，为研究人员提供了为选定的理论框架(如M-PAC、自决理论或计划行为理论)构建具有各种bct的移动健康应用程序的灵活性。

我们的团队使用M-PAC框架作为理论框架模板，以身体活动作为行为改变的结果，构建了一个模拟应用程序，从而生成了Pathverse的潜在功能列表。与我们之前的研究类似，我们的团队随后使用M-PAC框架匹配了实现体育活动应用程序所需的bct [28]。

最终的平台功能包括:(1)在应用程序中设计定制的交互式多媒体内容;(2)设置灵活的内容交付逻辑(如延迟时间发布或完成上一课只显示新课);(3)对参与者进行定制调查;(4)提供个性化的自我监测跟踪器(即每日步数);(5)让参与者设定目标;(6)实施定制应用程序通知，提醒参与者任何新的移动健康干预内容;(7)提供游戏化积分和徽章;(8)使参与者能够在他们的社交媒体账户(如Instagram和Facebook)上分享所取得的进展。表3展示了这些Pathverse特征如何潜在地用于交付考文垂、阿伯丁和伦敦精制(CALO-RE)分类法中列出的bct [37]。

阶段2:平台开发

Scrum团队在sprint周期中与研究人员会面，以收集用户反馈，并计划在下一阶段结束时要完成的任务。下面描述了在每个Scrum阶段中完成的活动的摘要。软件开发过程的提交历史可以在多媒体附件2．

Sprint 1

第一个冲刺开始于确定实现阶段1中确定的关键特性所需的Pathverse平台架构。该平台由3个主要组件组成:Pathverse研究人员门户网站，Pathverse参与者应用程序(在iOS和Android应用程序商店中都有)，以及后端应用程序接口(API)服务器和数据库(图1)．研究人员门户允许研究人员创建移动健康应用程序。然后，研究参与者可以下载Pathverse应用程序来进行干预。API服务器充当数据库和前端接口之间的中介，在存储和用户之间来回传递信息。在sprint的这个阶段，我们的团队规划并设计了3个组件的基础。首先要确定将在这些组件中使用的所有类型的数据。确定了数据结构后，我们的团队开始处理每个组件的用户流程和UI。最后，我们的团队敲定了平台安全性。在这个阶段的最后，研究人员和我们的编程团队会面确定了平台架构，开始开发。

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Sprint 2

编程团队同时对Pathverse平台的组件进行编码。在这次冲刺结束时，编程团队使用React.js开发了Pathverse研究人员门户网站仪表板的原型版本，这是麻省理工学院授权的JavaScript库。38]。参与者app登录和主界面使用Flutter [39]， Pathverse API服务器使用的是Django，一个开源的Python web框架(Django Software Foundation)。除了视觉效果，团队还完成了平台数据库的设计，优化了数据库内的关系，并添加了数据序列化器和身份验证功能。研究人员和编程团队在阶段结束时会面，以审查web门户和参与者应用程序的初步UI设计。

Sprint 3

这一冲刺的主要优先事项是完成功能的开发，使研究人员能够为移动医疗干预上传定制的多媒体内容，并为干预设置交付逻辑。这是该集成平台首次进行集体测试。在这一阶段结束时分享了一个工作原型之后，研究人员测试了原型，并就系统错误和设计问题提供了反馈，他们还建议了其他可以改善他们体验的功能。最优先考虑的建议包括需要针对各种屏幕尺寸优化多媒体内容(例如字体大小和颜色)，使用拖放方式组织干预内容交付的顺序，并在研究门户中提供添加到Pathverse参与者应用程序的多媒体内容的实时可视化。

Sprint 4

编程团队试图实现终端用户在前一个sprint中提出的建议。此外，编程团队完成了定制的调查功能。这一特性使研究人员能够收集各种类型的调查回答(例如，多项选择、评级或李克特量表、下拉问题和开放式问题)。我们测试了这些功能，并讨论了各种系统错误、UI设计问题和其他功能。具体的主要功能修改要求包括提供选项，使参与者能够多次完成调查，并随机安排问题的顺序。由于收到的大量反馈(UI和功能请求)以及比预期的反馈执行速度慢，我们的团队决定不开发两个功能:游戏化积分和社交分享。这是为了确保Pathverse平台的工作原型能够按时交付。

Sprint 5

编程团队在参与者应用程序中开发并实现了步数跟踪的自我监控工具。这使得Pathverse应用程序可以连接到Apple或谷歌Health可穿戴设备，并显示用户的每日步数数据。最终用户与开发团队合作，就如何在应用程序中显示可穿戴数据提供反馈。最终用户提供的反馈是，参与者还应该能够显示其他健康指标，包括血压、体重和每日活动分钟数。

冲刺6

编程团队在此阶段完成了目标设置和定制应用通知功能的开发。目标设定功能使参与者能够设置定制的个人目标和定制的目标到期日提醒。定制的应用程序通知使研究人员能够在参与者获得新应用程序内容时设置个性化的应用程序提醒。在此阶段结束时，编程团队向最终用户展示了平台的第一个beta版本。由于时间限制，编程团队无法实现允许参与者应用程序显示所需的所有健康指标(如血压和体重)的功能。添加了每日活动分钟功能的原型。我们的团队决定下一个sprint将集中于进行质量保证(QA)测试。

冲刺7

这一阶段的主要目标是在发布Pathverse平台并将应用提交给苹果app Store和谷歌Play Store之前进行QA测试。最终用户和编程团队在测试开发的各种功能(例如，多媒体工具、调查工具和自我监控工具)时生成了一个系统错误列表。在这个sprint期间，编程团队和最终用户每周会面，讨论解决已知系统错误的解决方案。这款应用(1.0版本)在sprint结束时正式提交给iOS和Android应用商店。图2显示了Pathverse研究门户网站的截图，用于创建移动健康应用程序干预和图3显示Pathverse参与者应用程序。

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阶段3:收集用户反馈

我们邀请了5位参与者在Pathverse平台上提供反馈。研究人员的人口统计学特征显示在多媒体附件1，表S2。总体而言，所有参与者都有移动医疗研究的经验;其中3 / 5来自于平台开发团队不同的研究机构。总体而言，该平台在亲和力(平均分8.2,SD 2.2，范围4-10)和有用性(平均分8.3,SD 1.5，范围6-10)方面得分很高。看到多媒体附件1，表S3对用于评估平台喜爱度和有用性的问卷项目进行了描述性总结(含平均值、标准差、范围)。

用户认为最有帮助的功能包括研究门户网站和参与应用程序的简单导航，以及下载应用程序使用情况和调查数据的能力。潜在的改进包括在一天中提供多个调查的能力，添加提供自适应干预的能力，以及添加社区组聊天等功能。所收到的反馈的摘要显示在表4．

阶段4:实现用户反馈

我们应用了软件开发的v型方法。需求分析阶段发生在2021年9月。根据前一阶段的用户反馈，我们的团队确定了三个主要的需求，在资源可用的情况下，我们将实现这些需求:(1)扩展调查功能，以便在一天内提供多个调查;(2)改进数据下载格式(例如，允许更长的数据结构格式)，以便更容易分析和后处理;(3)提供自定义是否使用自我监测功能的能力，因为并非所有移动健康研究都需要该功能。系统和架构设计以及模块设计阶段在2021年9月的最后一周进行。编程小组确定了要开发的主要模块，以满足程序的要求。这些模块包括在研究人员门户网站中定制调查发布时间，在参与者Pathverse应用程序中显示各种调查，能够下载.csv格式的调查数据，研究人员能够选择是否在研究人员门户网站中收集可穿戴设备和调查数据，以及修改参与者应用程序的UI设计以不显示自我监控工具。基于这些模块设计，软件团队于2021年10月至11月启动了编码阶段。为解决系统错误而进行的验证测试于2021年12月进行。Pathverse(1.5版)在此阶段结束时发布到应用商店。 Video demonstrations of the functionality of the platform were made available online [40]。

讨论

主要研究结果

本研究描述了一个面向研究人员的无代码移动健康应用设计平台的开发过程。据我们所知，这个平台(Pathverse)是第一个用于开发移动健康行为干预的无代码移动健康应用程序设计平台。这个平台有潜力让以前没有软件编程技能的研究人员设计移动健康干预应用程序。因此，这将有助于减少开发移动医疗干预措施所需的时间和成本。我们的团队使用了一个行为理论框架(M-PAC)和BCT分类法来指导Pathverse平台第一版中各种软件特性的设计。这些特征可以为研究人员提供灵活性，根据行为理论或作用机制，设计具有各种bct的移动健康干预措施。在这个项目中使用的参与式开发方法允许我们的团队确保最终用户(研究人员)的反馈贯穿整个开发阶段。尽管从研究人员那里得到了有用的反馈(游戏邦注:如社交墙、游戏化、应用颜色和字体定制)，但我们的团队只能在资源可用的情况下解决最重要的问题。但是，我们计划在未来的开发中处理所有收到的反馈。

与之前工作的比较

类似于之前的移动健康软件开发研究[28，29，我们的团队在整个开发过程中吸取了一些经验教训。首先，使用M-PAC并将提议的bct与M-PAC作用机制相匹配，可以有效地收集Pathverse平台的功能需求。这个过程使我们的团队能够确定各种BCT用例以及使用开发的特性(例如，多媒体内容交付、程序逻辑和自我监控工具)实现它们的方法。我们相信未来的平台开发可以使用类似的过程，并可以从使用其他行为理论作为模板中受益。这可以帮助我们的团队为所开发的功能发现新的用例。

在本研究中使用的软件开发方法(例如，Scrum和v模型)在按时交付产品方面是有效的。然而，我们的团队发现Scrum方法很容易导致范围蔓延，导致积压任务的积累和功能取消。例如，在完成定制的调查特性之后，研究团队在sprint 4中要求额外的调查功能(例如，随机化调查选择)。同样地，他们要求在冲刺6中增加自我监测追踪器(如体重和血糖)。在整个Scrum周期中，我们还花了大量时间优化和修改应用UI。在未来的开发中，应该对初始设计获得批准后可以进行的UI更改数量进行限制。范围渐变是敏捷开发环境中一个已知的挑战[16]。造成范围蔓延的因素有很多，包括沟通不清楚、项目复杂、质量问题、时间限制、过于乐观以及不愿意对客户说“不”。41]。为了防止软件开发中的范围蠕变，已经提出了几种策略[42]。例如，将变更的影响映射为时间、成本和产品质量的百分比，可以帮助敏捷项目经理决定是否接受或拒绝变更。未来的发展可以考虑使用类似的技术来控制范围蠕变。

最后，我们了解到在整个软件开发阶段实现QA协议的必要性。在快速冲刺周期中，我们没有指定一个特定的QA分析师角色。因此，一些QA问题直到产品发布时才被发现。在开发周期的早期采用QA测试可以帮助用户避免在部署后遇到软件错误。使用v模型的一个优势是在整个开发阶段采用系统的QA测试方法。因此，未来的Scrum软件开发可能会考虑在团队中加入一个专门的QA分析师。

优势与局限

最终用户确定了几个有用的功能(例如，在线社区、自适应干预功能和游戏化功能)，这些功能可以在未来实现，以进一步为研究人员扩展无代码mHealth应用程序构建工具的功能。该研究的一个优势是在Pathverse平台的整个开发过程中使用了参与式框架。这个过程使我们的团队能够收集有价值的见解来改进平台。这项研究的一个局限性是，参与设计和测试平台的最终用户是移动健康的研究人员;这可能会限制我们的发现在这个人群之外的普遍性。此外，最终用户在整个开发阶段提供了关于平台功能开发的反馈。由于我们在可用性测试期间的样本量有限，目前还不清楚这些功能将如何在更大的用户群体中使用。今后的研究是有必要的。

结论

综上所述，本研究描述了无代码移动健康应用设计平台Pathverse的开发过程。该过程强调了终端用户(如研究人员)参与的重要性，并演示了敏捷和混合敏捷软件开发方法的使用，以开发移动医疗研究工具。我们的参与式研究方法使我们的团队能够阐明Pathverse平台的功能需求。总的来说，我们相信我们的无代码移动健康应用设计平台将帮助研究人员减少利用移动健康技术所需的资源。