用于身体康复中严肃游戏开发的软件工程框架:系统回顾

简介

概述

根据世界卫生组织的资料，超过10亿人患有某种形式的残疾[1]，有多达2亿人丧失或减少行动，这限制了他们进行日常生活活动的能力。为了克服它，他们必须接受一个康复计划，以逐渐恢复运动，从而提高他们的生活质量。

然而，传统的康复过程往往很慢，并会出现诸如缺乏动力、无聊等问题;结果，许多患者认为练习有压力，因此放弃了治疗。2］．

为了避免这些情况，近年来已经使用了传统治疗支持的新方法，如药物治疗、机器人、电子游戏(被称为严肃游戏)和其他[3.]，这有助于以一种有趣的方式进行锻炼，使患者忘记自己的病情，专注于游戏，从而更快地康复。

因此，新的互动模式，如严肃游戏[4]，有可能为运动能力下降的患者提供更有吸引力、更有动力、更丰富的体验。目前，基于严肃游戏的身体康复是一个不断发展的研究领域，因此，有必要从其他研究领域改编指南。

尽管严肃游戏对身体康复有潜在的好处，但许多可用的平台在其范围上是不灵活的和有限的。许多开发没有遵循一个过程，这个过程涉及一组活动、操作，或者在创建软件产品时必须执行的任务。结果，在电子游戏中，患者改善过程的基本要素被忽略了。这些元素包括动机、游戏水平、玩家承诺、根据患者水平的挑战、临床评估、评估量表等[5，6］．

这项工作旨在描述用于严肃游戏开发的软件工程框架及其在身体康复过程中的好处。

背景

关于框架的说明

这个词框架根据字段的不同有几种含义。例如，它可以指一个模型、处方、设计和分析的指导方针等等。

框架的概念在计算机科学领域得到了广泛的应用。然而，软件工程框架和应用程序框架之间存在一些混淆。前者提供了几个有一些相似之处的问题的解决方案的框架抽象。软件工程框架通常会概述在实现解决方案时必须遵循的步骤或阶段，而不会深入了解每个阶段所做的活动的细节[7］．目标是让开发人员使用框架作为一个指南，通过根据问题领域应用“构建块”来创建软件系统;相比之下，应用程序框架是一组集成的软件构件(如类、对象和组件)，它们协作为一系列相关的应用程序提供可重用的体系结构[8］．它们用于促进应用程序的开发过程，减少时间、工作和成本。

软件工程框架和应用程序框架不应该混淆。后者由预先建立的源代码(例如，数据访问例程、表单验证、模板)组成，程序员使用这些源代码来减少工作负载，而不是从头开始项目。

在严肃的游戏开发中应用软件工程框架的主要动机之一是为患者设计一个高效和令人满意的系统。

软件工程框架与严肃游戏

在严肃游戏开发中使用软件工程框架允许在抽象的高水平上应用各种概念、模型、技术和工件。作为一个跨学科的领域，需要对所开发的任务有一个方向。此外，根据电子游戏的最终方式(康复、教育等)，可以灵活地适应不断变化的条件或个性化。

像其他软件开发一样，严肃的游戏需要“系统的、有纪律的、可量化的”方法。生产的每一个方面，从系统规范的早期阶段到系统运行后的维护，都必须建立。以下是一组与开发软件产品有关的活动[9-12］．

软件开发中的结构活动

在软件工程中，软件开发过程中使用5种通用结构活动[9-12:通信、规划、建模、构建和部署。软件过程细节在每种情况下都是不同的，但是结构活动是相同的。结构活动的定义见文本框1．

游戏化

根据库马尔的说法[13游戏化将游戏设计原则和机制应用到非游戏环境中。在康复过程中，游戏化可以通过奖励、游戏关卡、易用性、反馈和挑战增加动机和粘性。因此，用于严肃游戏开发的软件工程框架必须包含游戏化。各种游戏化元素包括沉浸感、对不同角色的支持、心流增强、视觉增强、对不同学习阶段和体验水平的支持、互动性设计和进程[14］．相比之下，维梅尔等人[15]确定了以下元素:角色、挑战、竞争、难度调整、反馈循环、关卡、进度、奖励、社交互动、音效和故事/主题。

游戏化在康复中的好处

de Castro-Cros等[16]分析了游戏化对10例脑卒中伴上肢偏瘫患者和6例健康人康复功能评估中心理意象脑机接口的影响。作者总结道，用户对于游戏的娱乐程度、规则的清晰性、叙述和视觉吸引力的评价都是正面的。患者对游戏化脑卒中康复课程的兴趣基本一致。相比之下，斯坦纳等[17]对游戏化在肩部肌肉骨骼疾病患者康复中的作用范围进行了综述。他们得出的结论是，游戏化在卫生保健中是必不可少的，可以增强积极性，支持一般的治疗，特别是在慢性疾病和康复方面。其他的好处是动力，避免无聊，从痛苦和焦虑中分心。

相关的工作

系统的文献综述是一种识别、评价和解释一个特定研究问题、主题领域或感兴趣的现象的所有可用的和相关的研究的方法。对系统综述有贡献的个别研究称为初级研究。系统复习也被认为是一种二次学习的形式[18］．

本系统综述包括使用软件工程框架开发身体康复中严肃游戏的文献工作。为了确定同一领域现有的二次研究，我们搜索了以下电子数据库:IEEE Xplore、ACM数字图书馆、Wiley数字图书馆、PubMed、ScienceDirect、Taylor & Francis、Mary Ann Liebert和施普林格。此外，我们使用谷歌Scholar作为网络资源来扩展我们的结果。

使用以下搜索字符串实现搜索:A1 AND B1 AND (C1 OR C2 OR C3 OR C4 OR C5 OR C6)。文本框2显示搜索字符串中包含的术语。

在电子数据库中进行搜索时，没有发现相关的二次研究。因此，我们寻求专注于任何领域的软件工程框架的系统回顾。表1总结了二次研究的发现。

穆宾等人[19]综述了游戏化设计框架及其在自闭症儿童中的应用。本文旨在为互动技能提供游戏化解决方案。他们在5篇论文中确定了框架阶段和目标用户/受众/重点。作者的结论是，框架是从游戏环境中分析的，但没有强调自闭症儿童。在文献中，研究表明游戏化在自闭症儿童的治疗和教育领域非常有效。这篇综述最重要的贡献是交互技能的发展。这篇综述在一些研究中确定了开发过程的各个阶段(例如，规划、设计)。但是，它没有解释用户如何从流程交互中受益。

瓦格斯等[20.开发了一项关于严肃游戏质量的系统映射研究。其目的是发现严肃游戏质量举措的当前状态。其中一个研究问题集中在发现质量是否在整个软件开发周期或某些阶段是恒定的。作者表明97%的文献回顾了最终阶段(产品)的应用质量。只有7.14%的人在设计阶段关注质量，1.79%的人在需求阶段关注质量。这项研究被纳入其中，因为它确定了应用质量的各个阶段:需求、设计、代码和最终产品。

Tomalá-Gonzáles等[21的研究报告，包括目前在不同领域(教育、认知障碍和身体康复)的严肃游戏开发中使用的方法、游戏引擎，以及游戏引擎选择的标准。在27篇论文中，8篇使用了定义的方法，如XP、Cascade和其他方法，而3篇提出了自己的模型。作者总结道，尽管一些软件开发方法可以适用于严肃的游戏开发，但最佳选择是SUM方法，因为它基于Scrum(快速、精确、优化和可适应的编程特征)。然而，这一审查并没有区分框架和方法。它也没有确定方法的阶段，也没有确定在学习或康复过程中应用一种方法的好处。

虽然我们的工作与上述研究有相似之处，但本文提出的文献综述是不同的，因为本文的综述(1)关注用于身体康复的严肃游戏，(2)根据Pressman提出的结构活动确定每个软件工程框架中的软件开发阶段[9]，他指出“软件过程细节在每种情况下是不同的，但结构活动是相同的”;(3)确定软件工程框架对康复过程的贡献;并且(4)确定所提议的软件工程框架是否提供康复过程的客观监控。

方法

研究方法

布雷顿等人提出的系统性文献综述过程[22为本次系统评审申请。图1显示每个阶段的流程和步骤。该过程包括3个主要阶段:计划审查、实施审查和文件审查。第一阶段包括以下步骤:(1)描述文献综述的主要原因，(2)指定一组研究问题，(3)综述方案。第二阶段包括4个步骤:(1)确定重要研究，(2)选择初步研究，(3)从初步研究中提取数据，(4)综合数据。最后，第三阶段包括3个步骤:(1)获取结果，(2)识别有效性威胁，(3)得出结论。图1展示了文献综述过程。在接下来的小节中，我们描述了在这个系统文献综述的每个阶段所进行的活动。

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研究问题

在本小节中，我们提出了9个研究问题，通过调查来指导本研究，以满足系统综述的目标。表2提出了这些问题。

研究问题可分为4个感兴趣的领域。RQ1和RQ2研究软件工程中评估的严肃游戏。这些问题确定了使用软件工程框架开发的严肃游戏的数量，以及所需的一系列活动、操作和任务。

RQ3和RQ4描述了对康复过程和游戏化元素实施的框架贡献。它可以将障碍转化为积极和有趣的强化，从而鼓励患者。

RQ5和RQ6是基于软件工程框架康复的适用性和严重博弈特征。这些问题确定了相关数据，如目标受众、数据获取的交互技术、主要模式等。

最后，RQ7、RQ8和RQ9研究了根据运动类型评估和提供康复进展跟踪的重要方面。

搜索策略

搜索策略的目标是确定所有相关的初步研究。通过文献检索来回答提出的研究问题。

该搜索策略改编自《在软件工程中进行系统文献评审指南》[18]及系统检讨及荟萃分析(PRISMA)的首选报告项目[23］．通过搜索以下数据库确定相关论文:PubMed、PEDro(物理治疗证据数据库)、IEEE Xplore、ScienceDirect、ACM数字图书馆、Mary Ann Liebert、Taylor & Francis在线、Wiley在线图书馆和施普林格。要构建搜索字符串，需要识别关键字及其同义词的列表。逻辑运算符(AND和OR)和与康复、严肃游戏和框架相关的词汇被使用。最后的搜索字符串由以下布尔表达式组成:" (A1 AND (B1 OR B2)) AND (C1 OR C2 OR C3) AND D1 "。搜索词显示在文本框3．

入选标准

系统评价的重点是对身体康复的严肃游戏;制定了明确的纳入标准，以确定论文是否符合纳入评审的资格。只有符合以下标准的研究才有资格被纳入:关于身体康复的严肃游戏论文，以英语发表的论文，以及所有严肃游戏，无论开发年份。

排除标准

重复的论文、关于评论文章的论文、现有的文献综述、与使用严肃游戏的康复无关的论文、以教育为目的的严肃游戏和用于认知康复的严肃游戏都被排除在研究之外。

研究选择

首先，在不同的数据库中使用搜索字符串。在阅读标题和摘要后确定可能相关的论文。重复的文件被删除了。随后，对是否符合纳入和排除标准进行了详尽的核查，以选择论文。图2显示项目选择过程。系统综述共收录701篇论文。表3显示从每个数据库检索到的文档的数量。

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从初级研究中提取数据

经甄别后，对主要论文进行严格分析，主要考虑以下几点:(1)只有本次综述的作者才能参与数据收集过程;(2)每篇主论文应由至少两名审稿人审阅;(3)每个审稿人将从每个主要研究中收集一组数据，然后与另一个审稿人会面，就获得的数据达成一致。

每项研究提取两种类型的数据:书目数据(标题、作者姓名、国家、年份、数据库)和内容数据，用于回答研究问题。表4显示了主要论文书目数据的集中程度。

多媒体附件1显示来自每个电子数据库的初级研究的百分比。IEEE Xplore比其他平台提供了更多的初级研究。下一节将对收集到的数据进行分析。

结果

RQ1:严肃游戏的开发采用什么框架?

在83篇有关使用软件工程架构进行身体康复的论文中，只有8篇(10%)(多媒体附件2）.

在Baranyi等[24，27]，提出的研究是基于以用户为中心的设计框架。物理治疗师很重要，因为他/她能识别患者在康复过程中的需求和局限。有3个阶段:研究、设计和评估。在研究中，物理治疗师与工作团队进行头脑风暴，确定需求。之后，在设计阶段，团队创建模型和原型。最后，物理治疗师评估应用程序。

Pirovano等人[25提出了一个为康复治疗创造安全锻炼游戏的4步程序:运动定义、虚拟化、游戏设计和次要目标。在运动定义中，提出了一套运动来满足治疗需要。每个练习都有主要和次要的目标。在虚拟化过程中，团队确定主要目标，通过通过简单的图形元素定义输入(跟踪)和输出(反馈)需求并指定交互机制，将它们实现到虚拟练习中。通过游戏设计，将虚拟练习转化为真正的锻炼游戏。在最后一步中，有两个功能。第一个是分析运动数据并识别错误的动作。第二部分为患者提供反馈。

在Amengual Alcover et al中[26，严肃的游戏开发框架遵循迭代过程流结构，分为两个维度:活动和增量开发。第一个维度基于三种方法:Scrum, web应用程序开发模型和临床试验。活动维度包括一个项目启动活动，一个由4个基本开发活动(计划与控制、建模、构建和评估)组成的迭代流，以及一个通过严肃游戏来评估患者康复过程的最终临床研究。增量开发包括3种不同的增量:交互机制、交互元素和严肃游戏。在第一个增量中，根据患者的需求，识别市场上现有的设备来捕获患者的动作。在第二个增量中，开发团队必须设计迫使患者正确执行治疗的交互元素。最后一个增量旨在设计一个严肃的游戏，激励患者进行治疗，以获得最佳结果。

Zain等人[28]为有运动障碍的人提出了一个概念框架，让他们可以享受玩严肃游戏的体验。该框架的主要元素是玩家技能、挑战、专注度、反馈、沉浸感、学习机会、易用性和适应性。该框架将帮助游戏设计师和开发者创造一款结合了游戏技术和学习环境的严肃游戏。该框架基于游戏流程模型。

中篇小说等[29提出了一个设计或开发严肃游戏的概念模型，以康复中风患者。考虑到生物医学设备和视频游戏分数是用来设计严肃游戏的，该框架建立了专家和患者之间的关系，以获取需求。

阿夫尤尼等人[30.]提出了一个由治疗驱动的3D环境和基于运动的自然用户界面组成的框架。该框架结合了不同的适应技术来调整患者的需求。患者的偏好和限制被认为是改变游戏的关键参数，从而为每个患者创建个性化的游戏。

马乔里尼等人[31提出了一个严肃游戏开发的框架，它允许治疗师远程控制视频游戏家庭活动。目的是为老年人创造一种更有吸引力的游戏，具有易于调整的治疗适应性参数。该框架包括严肃游戏开发的3个阶段:需求定义、需求列表的经验验证、设计和原型。

RQ2:框架中使用的通用结构活动是什么?

这个研究问题的目的是确定初级研究中的一般结构活动(见“背景”一节)。表5总结了结构活动和多媒体附件3显示了各结构活动在初级研究中出现的频率。

每一次学习都建立了交流活动以获取需求。Baranyi等[24]与一名物理治疗师进行头脑风暴，以找出正在接受康复治疗的病人的相关问题和需求。Pirovano等人[25]定义的练习，以解决康复的主要和次要目标。为了达到最大的效果，这些练习是与治疗师合作确定的。在Amengual Alcover et al中[26，沟通从确定上下文、操作目标、限制和需求开始。Baranyi等[27与治疗师建立沟通，以获取需求。Zain等人[28识别用户的能力、限制和行为，这些都成为严肃游戏的要求。中篇小说等[29]考虑了该领域的专家(卫生人员、治疗师等)和患者，以获得要求。阿夫尤尼等人[30.通过耐心的需求、偏好和限制来建立游戏类型，允许定制游戏功能。最后，Maggiorini等[31]分析了老年人家中最普遍存在的问题(如房间大小、习惯)，以通过沉浸式方法探索需求和限制。

规划活动在Amengual Alcover等[26］．该活动的目标是通过确定最终产品和从事该工作的人员来确定在开发过程中要执行的任务。该活动包括3个任务:计划、调度和跟踪。

在几篇论文中进行了建模活动。例如，Baranyi等[24称之为设计，详细阐述与治疗师讨论的基本模型。Pirovano等人[25通过添加游戏的所有元素和特征以及针对患者的优秀游戏设计，将运动要求转变为真正的exergame。amgual Alcover等[26)创建模型，帮助开发团队理解所获得的需求和游戏设计。相比之下，Baranyi等[27考虑使用原型来细化用户需求。最后，Maggiorini等[31]建立了一个原型创建所需的技术特征列表。

建设活动在每个研究中都得到了实施。开发通过创建原型来改进软件，从而产生用户将使用的可执行软件单元[24-27，30.，31，或最终产品[28，29］．

最后，用户对部署阶段的严肃游戏进行评估并提供反馈。在最初的论文中，Pirovano等[25和Baranyi等[27，研究人员要求患者就改进游戏设计和改变应用程序的某些方面提出自己的意见。

RQ3:框架如何促进康复过程?

Baranyi等[24，27]应用了以用户为中心的设计方法，与有经验的物理治疗师建立了持续的沟通，以确定最终用户的需求和限制。严肃游戏的开发包含了娱乐元素，如关卡、奖励、挑战和适应患者的需求，并考虑到特殊情况。

Pirovano等人[25提出创建安全的锻炼游戏，确定除了治疗目标外真正的锻炼需求。这些需求被整合到电子游戏中，考虑到主要目标(用户应该做什么)和次要目标(如何执行用户行动)。前者很容易集成到游戏中，后者通过实时分析运动数据流和错误动作，帮助患者纠正或预防代偿性运动，从而为患者在运动中纠正自己提供即时反馈。

amgual Alcover等[26提出了一个迭代的、面向原型的、系统化的严肃游戏开发过程。建议的过程确保基于该框架的产品通过连贯和系统的方法开发和验证，从而产生高质量的严肃游戏。

对于有运动障碍的使用者，Zain等人[28使用流理论[32提出用户界面设计因素，使他们在玩严肃游戏时体验愉快。该框架包括用户界面设计因素，旨在建立一个概念模型，可用于游戏设计师进行高效的游戏开发或教育从业者为运动障碍用户设计有趣的严肃游戏。

中篇小说等[29为严肃的游戏设计在关键利益相关者(专家和患者)和元素(生物医学设备和游戏分数)之间建立了关系。该框架指出，游戏分数和临床测试之间的相关性可以帮助通过生物医学系统进行治疗和评估。

阿夫尤尼等人[30.]提出了一个自适应的、以用户为中心的电子游戏开发框架。该框架嵌入了不同的适应技术，以适应患者的需求。这款电子游戏会根据患者的情况和表现实时调整难度级别。其他方面，如患者偏好和约束条件被认为是关键的游戏改变参数。

最后，在Maggiorini等人[31，该框架允许严肃的游戏开发与远程康复，允许治疗师远程控制视频游戏家庭活动。它支持对治疗适应性的参数调整。表6总结框架贡献。

RQ4:该框架使用了哪些游戏化元素?

概述

游戏化可以将障碍转化为积极而有趣的强化，鼓励用户为自己的健康和幸福做出正确的决定[33］．保持病人在身体康复中的积极性是至关重要的。因此，软件工程框架需要使用游戏化元素。这些论文确定了以下元素:反馈、动机因素、适应性、挑战、关卡、沉浸感、奖励、专注度和角色。表7展示了初级研究中的游戏化元素多媒体附件4显示每个游戏化元素出现的频率。

下文描述了初级研究中的游戏化元素。

反馈

在Pirovano等[25]，反馈机制旨在向患者展示行动的结果。例如，目标是否达到或移动是否成功执行。amgual Alcover等[26)使用了“镜像反馈”，它包括将用户投影到屏幕上，并模拟镜子，这样用户就可以随时在屏幕上看到自己。在Baranyi等[27，所提供的反馈要么是视觉的，要么是听觉的，要么是触觉的。在Zain等人[28]，有运动障碍的用户会收到他们的进度反馈，当他们输掉游戏时，系统会提供反馈，让他们继续朝着正确的方向前进。中篇小说等[29确立了严肃的游戏应该奖励玩家的进展反馈。阿夫尤尼等人[30.]使用了一种记分系统，用来记录病人成功通过目标的次数。最后，在Maggiorini等人[31，一个红色的骨架线框会被绘制出来，以提供即时的视觉反馈，同时屏幕上会发出警报。

动机因素

Baranyi等[24用的是“目标”。游戏玩法是基于实现作为激励因素的目标。Pirovano等人[25]建立了外部激励效应可以通过仔细使用口头表扬、评分机制和虚拟奖励系统来实现。在Amengual Alcover et al中[26，新严肃游戏的开发允许加入动机元素来增加用户粘性。Baranyi等[27在严肃游戏中为用户提供奖励。最后，诺维托等人[29]使用“动机分数”来提高康复治疗期间的注意力。

适应性

Baranyi等[24]提出了一种有机会调整游戏难度的自适应系统。Pirovano等人[25建立了虚拟练习应该使用动态难度适应，从而进一步增加了严肃游戏的灵活性。对于Zain等人[28]，适应性因素对于为有运动障碍的用户设计和开发严肃游戏非常重要，因为应用程序知道用户当前的认知负荷和身体限制，可以改变其响应、表现和交互流，以改善用户的体验和他们的任务表现。在Afyouni et al中[30.]，该框架嵌入了不同的适应技术，以适应患者的需求。关键的改变游戏规则的参数，如患者的偏好和限制因素被考虑在内。这允许为每个患者创建个性化的游戏功能。马乔里尼等人[31)提出，远程控制的严肃游戏也可以提供容易调整的参数，以更好地适应游戏治疗的实际病人的恢复。

挑战

Baranyi等[24提出这一挑战为“关键事实”。他们认为游戏既不应该太容易也不应该太难管理。游戏必须具有足够的挑战性，并符合玩家的技能水平。Zain等人[28)提出严肃游戏也应该改变难度水平，并保持适当的节奏。阿夫尤尼等人[30.产生了具有多重难度的治疗意识的导航动作。

水平

Baranyi等[24]表示，开发这款严肃游戏的目的是建立一个包含不同级别的康复系统，这些康复系统是根据患者的个人需求改编和创建的，并适应他们的缺陷。amgual Alcover等[26)认为严肃游戏必须对游戏中的不同关卡有一个定义。在Baranyi等[28]，当游戏第一次启动时，执行诊断例程;利用这些数据，治疗师可以确定练习的基线，从而初步了解一个水平对患者来说可能有多容易或多复杂。阿夫尤尼等人[30.)根据治疗姿势和患者表现呈现不同的难度水平。

浸

Zain等人[28)认为沉浸式游戏吸引玩家进入游戏，并通过音频和叙事等元素影响他们的感官。

奖励

Pirovano等人[25]使用了一个评分系统，在每个exergame游戏结束时，一个虚拟奖励会呈现给患者。

浓度

Zain等人[28)认为一项任务在注意力和工作量方面需要越集中，它就会越能吸收。游戏应该快速抓住玩家的注意力，并在整个游戏过程中保持这种注意力。

《阿凡达》

Pirovano等人[25使用一个虚拟角色来反馈错误的动作，改变相关的虚拟角色片段的颜色。如果错误的动作持续很长时间，游戏就会暂停，一个虚拟的治疗师化身就会跳出来为患者提供建议。

RQ5:框架中设想的目标残疾是什么?

这指定了一项研究是否专注于运动丧失或减少的特定病理。论文确定了以下目标病理:4个确定的中风[24，25，27，29]， 2例定义为神经运动障碍[26，30.]， 1例定义有运动障碍的使用者[28]， 1个定义了老年人康复[31］．中风是研究的主要目标，因为它是全球第二大死亡原因和第三大残疾原因[34］．多媒体附件5显示目标残疾百分比。

RQ6:如果框架包括一个案例研究，身体的哪一部分是康复的?严肃游戏的模式是什么?使用哪种交互技术?

作为表8报告，Baranyi等人[24]展示了一个使用Wii Fit平衡板进行平衡和力量锻炼的下肢残疾患者的康复原型。Pirovano等人[25使用微软Kinect开发了上肢运动康复治疗的严肃游戏，使用Wii Fit平衡板开发了下肢运动康复治疗的严肃游戏。amgual Alcover等[26通过允许患者在一个由微软Kinect控制的视频游戏中重复动作，根据参与者的忍耐力和理疗师的建议，每次重复动作都有所不同，从而恢复了患者的下肢。Baranyi等[27通过手势练习、触摸和使用手机传感器的患者运动水平来进行手部康复。Zain等人[28和诺贝莱托等[29没有报告任何案例研究。阿夫尤尼等人[30.开发了一款使用跳跃动作进行手部康复的严肃游戏。游戏指导可以是视觉(显示在屏幕上)或声音，这取决于患者的感知能力。最后，Maggiorini等[31开发了一个使用微软Kinect的康复原型。它只展示了通过传感器跟踪骨骼，而没有提及电子游戏是否实现了与患者的另一种形式的交流。

模态是指将信息从计算机传送给参与者的一种方式[35］．Baranyi等[24，27， Pirovano等[25， Amengual Alcover等[26， Afyouni等[30.和Maggiorini等人[31]使用了一种可视化的方式，为用户交互提供了一个图形界面。Pirovano等人[25， Amengual Alcover等[26， Baranyi等[27，以及阿夫尤尼等人[30.使用音乐或语音指令等音频效果。Baranyi等[27)使用触觉方式通过触摸屏来控制视频游戏。Zain等人[28和诺贝莱托等[29没有报告模式。

RQ7:哪些类型的评估和参与临床试验的患者数量?

这个研究问题的目的是确定临床验证的研究和涉及的患者数量。在临床试验中，参与者根据研究人员制定的研究计划或方案接受特定的干预措施，通过对结果的测量来确定干预措施的安全性和有效性[36］．表9显示这些数据。amgual Alcover等[26]进行了临床试验，观察到得分前后的显著差异。他们使用了伯格平衡量表，结果显示，与干预前(平均29.5 [SD 3.9])和干预后(平均34.1 [SD 2.2])的评估相比，患者的功能得到了显著改善(P=.002)。功能延伸测试显示干预前后的功能平衡有显著差异:右上肢、干预前(平均8.6 [SD 1.4])和干预后(平均10.1 [SD 2.0];P = .007);左上肢，干预前(平均8.3 [SD 2.0])和干预后(平均10.1 [SD 3.7]);P = .052)。最后，在24周干预期结束时，观察到Tinetti平衡测试评估前后得分的显著差异。平均分数从16分上升到21分，满分为28分。阿夫尤尼等人[30.的研究报告显示，患者的手部运动在一定范围内得到了改善。他们能够记录电子游戏中66%的元素。没有其他研究报告有临床试验。

RQ8:该框架是否考虑用一个标准化的量表来评估患者的康复进展?

评估工具可客观量化病人的残疾程度及衡量康复进展[37，38］．该框架中的评价量表用于根据所应用的运动类型量化康复的改善。在对主要论文的分析中，我们确定了3项使用评估工具的研究:Pirovano等[25， Amengual Alcover等[26，以及阿夫尤尼等人[30.］．

RQ9:框架考虑到适应性了吗?

适应性是指根据患者的表现动态调整电子游戏难度的能力[39］．五项初步研究利用了这一特点。在Baranyi等[24，物理治疗师设计了电子游戏的难度级别。Pirovano等人[25]建立了对于每一个运动，质量参数是定义运动特性所必需的。这将使我们能够确定练习的挑战性程度，并根据病人的需要调整难度。Zain等人[28]提到，适应性必须考虑以下因素:(1)用户动机，(2)经验和能力，(3)检测，识别必要的变化。阿夫尤尼等人[30.]根据患者的情况和表现实时调整难度级别。在Maggiorini等人[31治疗师可以远程调整游戏疗法以适应病人的实际康复。amgual Alcover等[26， Baranyi等[27，以及Noveletto等[29并没有具体说明如何将适应性融入到他们的游戏中。多媒体附件六显示考虑适应性的框架的百分比。

所选初级研究有效性的威胁

虽然我们采用了搜索策略和技术，利用所选数据库中的关键词系统地查找论文，但这些关键词在论文中可能会有所不同，因此可能会遗漏一些相关的研究。

讨论

初步研究结果

我们发现只有少数研究将系统过程用于严肃的游戏开发。初级论文中分析的每个框架都突出了不同的特征。

规划是实施最少的结构性活动。这个活动是必要的，因为它允许在软件开发中所遵循的目标定义、目标和路径[9，10，40，41］．

在适用性方面，大多数研究集中于使用视觉和听觉等多种方式治疗脑卒中后遗症。后者也应该实施，以提供对患者表现的反馈。最后，测试用例直接使用可玩的商业平台，如微软Kinect和Leap motion作为交互技术。

有一些临床试验，不同研究报告的改善类型不同。amgual Alcover等[26]使用了伯格平衡量表和蒂内蒂平衡测试的测量结果，报告了较之前结果显著的功能改善。阿夫尤尼等人[30.也报告了手部运动中使用运动范围评估的改善。没有其他研究使用临床试验来评估该框架。临床评估对客观验证患者康复进展至关重要[36］．

Pirovano等人[25， Amengual Alcover等[26，以及阿夫尤尼等人[30.使用评估量表来评估患者的进展。它还应该被用作适应能力的替代品，而适应能力对于进步和动力至关重要。42］．这也是一种可以用于提升游戏关卡的技术。5］．游戏水平有助于参与游戏，可以提高治疗依从性。

结论

本研究的目的是通过对8项主要研究的文献综述，确定在严肃游戏开发中使用的软件工程框架。本研究的结论如下:

约75%(6/8)的主要论文提出了一个框架[25，26，28-31]，而其余的则是对以用户为中心的设计框架(RQ1)的改编。在结构活动方面，100%(8/8)的论文应用了通信和建筑活动[24-31]， 63%(5/8)使用建模(在某些开发中称为设计)[24-27，31， 25%(2/8)的人考虑用户反馈来改进严肃游戏[25，27]，只有13%(1/8)包括规划阶段[26) (RQ2)。

每项初级研究都在一个或多个方面有助于康复过程。Baranyi等[24，27应用了一个以用户为中心的设计，使用它，理疗师可以在严肃的游戏中个性化个人需求。Pirovano等人[25]建议在康复训练中方便玩耍和辅助帮助。amgual Alcover等[26开发了一个运动康复治疗的框架，使用系统化的过程。Zain等人[28在游戏中融入沉浸感和乐趣，以保持心流兴趣。中篇小说等[29使用比赛分数进行病人评估。阿夫尤尼等人[30.)开发了以病人为中心的动态适应性游戏。最后，Maggiorini等[31]结合远程康复和老年人在家进行康复训练的适应性(RQ3)。每一项研究都应用了游戏化元素，让患者将康复障碍转化为积极和有趣的强化。反馈是应用最多的游戏化元素(7/ 8,88%)[25-31］．其他经常实施的因素是适应性[24，25，28，30.，31]和动机因素[24-27，29] (5/8, 63%);RQ4。

中风是严肃游戏关注的主要病理。这种病理是全球残疾的第三个原因，其典型症状是手臂、腿或面部肌肉力量的突然，通常是单侧的丧失(RQ5)。关于肢体康复的案例研究，2项研究[24，26包括下肢，1 [25包括下肢和上肢，2 [27，30.包括手，1 [31完整的身体，和2 [28，29没有报告案例研究。使用最多的电子游戏模式是视觉(6/ 8,75%)[24-27，30.，31]，其次是听觉(4/ 8,50%)[25-27，30.］．虽然每个案例研究使用不同的运动获取技术，但每个框架都允许各种各样的交互风格来获取患者的运动和控制严肃游戏(RQ6)。

在主要论文中，25%(2/8)应用了临床评估来评估使用严肃游戏时患者的改善情况[26，30.) (RQ7)。为了客观评估进展和识别能力和缺陷，仅有38%(3/8)的初级研究使用了评估工具[25，26，30.) (RQ8)。评估使用了标准化的程序，以显示任何给定年龄和智力水平的患者的表现。根据患者的康复需求调整电子游戏难度是避免沮丧或无聊的必要条件，63%(5/8)的初级研究使用了适应性[24，25，28，30.，31) (RQ9)。

最后，我们建议所有严肃游戏的开发都必须有一个框架或方法。如果因为某种原因这是不可能的，他们至少应该让治疗师定义需求。包括评估量表来衡量患者的进展和游戏化元素也很重要。此外，电子游戏开发必须是一个基于通用结构活动的迭代和增量过程，在验证和反馈阶段应考虑患者。

我们对未来的研究提出以下建议:

• 对那些提出严肃游戏开发方法论的论文进行研究。
• 研究其他领域(如教育)的严肃游戏中的软件工程框架建议。
• 开发一个软件工程框架，应用所有的结构活动和游戏化元素，为身体康复创造严肃的游戏。