评估3D打印开关作为中风患者计算机认知评估替代输入设备的可行性

《Disability and Rehabilitation: Assistive Technology》：Evaluating a 3D-printed switch as an alternative input device for computer-based cognitive assessments in stroke survivors

卒中患者使用3D打印开关进行计算机认知任务的可行性研究。通过对比3D打印开关、商用开关和键盘在Go/No-go和Stop-Signal任务中的反应时间、准确性和用户体验，发现前两者均显著优于键盘，且两者间无显著差异。结论表明，3D打印开关作为低成本、易获取的替代方案，可有效提升卒中患者的认知评估和康复训练效果。

　　在面对脑卒中患者时，许多人在进行基于计算机的认知任务时会遇到困难，这主要是由于其运动功能受损，使得传统的输入设备如鼠标和键盘难以使用。这种限制不仅影响了他们的任务表现，还可能掩盖其真实认知能力，从而影响评估的准确性和有效性。因此，研究者开始探索更适应这类患者需求的辅助技术，其中3D打印开关作为一种新兴的解决方案，逐渐受到关注。这项研究旨在评估3D打印开关在脑卒中患者进行基于计算机的认知任务时的可行性，尤其是其在反应抑制方面的表现，以及在使用便捷性和用户满意度上的优势。

研究采用了重复测量设计，共有14名脑卒中患者参与。这些患者在两个不同的实验室访问中分别完成了Go/No-go任务和Stop-Signal任务（SST），每次访问间隔一周。在每个任务中，参与者在三种不同的输入条件下进行测试：3D打印开关、商业开关和键盘。在完成任务后，参与者还通过系统可用性量表（SUS）和魁北克用户对辅助技术满意度量表（QUEST 2.0）来评估设备的可用性和满意度。研究结果表明，无论是3D打印开关还是商业开关，其在Go/No-go任务中的反应时间都显著短于键盘，且在Stop-Signal任务中表现出更强的反应抑制能力。同时，使用这两种开关的可用性和满意度也显著高于使用键盘的情况。然而，3D打印开关和商业开关之间在认知表现、可用性和满意度方面没有显著差异。

这些发现具有重要的临床意义。首先，它们表明3D打印开关能够为运动功能受损的脑卒中患者提供一种更为精确和有效的认知评估方式。传统的键盘输入方式可能会因为患者的手部运动障碍而影响任务的完成效率，进而导致认知表现的偏差。而3D打印开关的设计考虑了人体工程学和机械稳定性，使得患者在操作时能够更加轻松和准确地响应任务刺激，从而减少运动功能对认知评估的干扰。其次，研究还强调了3D打印开关在成本效益方面的优势。相比于商业开关，3D打印开关的生产成本更低，且可以根据患者的具体需求进行定制，这使其成为一种更具经济性和普及性的替代方案。此外，3D打印技术的灵活性和可重复性也为未来研究和临床应用提供了更大的可能性。

从Go/No-go任务的分析来看，使用3D打印开关和商业开关的参与者在反应时间和Go任务的成功率上均优于使用键盘的参与者。这一结果说明，这两种开关能够更有效地支持患者的反应执行能力，使他们能够更快地做出响应。而Stop-Signal任务的结果则进一步表明，使用这两种开关的患者在反应抑制方面表现更佳，这可能是由于开关的触觉反馈和操作方式更加直观，从而减少了患者在任务执行过程中可能遇到的认知负担。值得注意的是，尽管3D打印开关和商业开关在任务表现上相似，但3D打印开关的制造成本显著更低，这使得它在实际应用中更具优势。

在可用性和满意度方面，3D打印开关和商业开关均表现出优于键盘的性能。SUS和QUEST 2.0的评估结果显示，参与者对这两种开关的使用体验更为积极。这可能与开关的结构设计和操作方式有关，例如3D打印开关的均匀敏感性设计，使其在所有区域都能提供一致的响应，从而避免边缘误触的问题。此外，开关的模块化设计也使得其更容易进行调整和维护，进一步提升了用户的操作体验。相比之下，键盘作为传统的输入设备，其操作方式可能对某些运动功能受限的患者来说更为复杂和困难，尤其是在需要快速反应的任务中，键盘的使用可能会因手指灵活性的不足而影响任务的完成效率。

3D打印开关的设计过程充分考虑了患者的实际需求和操作习惯。研究者使用SolidWorks软件进行3D建模，确保开关的各个部件在功能和结构上都具备良好的人体工程学特性。开关的基座和连接部件采用FDM型3D打印机和PLA材料进行打印，而盖板则使用SLA型3D打印机进行制造。这种分阶段的打印方式不仅保证了设备的结构完整性，还提高了生产效率。此外，开关的内部弹簧结构设计使得其无需额外的机械部件即可实现稳定的响应，这一特性对于需要频繁使用或长期使用的患者来说尤为重要。

研究还发现，3D打印开关在任务表现和用户满意度方面与商业开关相比并无明显差异，这表明其在功能上已经能够满足大多数用户的实际需求。这一结果对于推动3D打印技术在辅助技术领域的应用具有重要意义。3D打印技术的出现使得辅助设备的定制化成为可能，从而更好地适应不同患者的个体差异。相比之下，商业开关往往具有固定的尺寸和设计，无法完全满足所有用户的需求。因此，3D打印开关的灵活性和可调性使其成为一种更具个性化和适应性的选择。

此外，研究中提到的SST任务结果进一步支持了3D打印开关在反应抑制方面的有效性。SST是一种广泛用于评估抑制控制能力的任务，其核心在于参与者是否能够在目标刺激出现后迅速停止正在进行的反应。在本研究中，使用3D打印开关和商业开关的参与者在SSRT（停止信号反应时间）和NSRT（非信号反应时间）方面均优于使用键盘的参与者。这表明，这两种开关能够更有效地支持患者在需要快速反应和抑制反应的任务中保持较高的表现水平。而键盘的使用则可能因为手部运动障碍而影响任务的完成速度和准确性，进而影响评估结果。

研究的局限性也值得关注。首先，样本量较小，且参与者的年龄跨度较大（57至87岁），这可能影响研究结果的普遍适用性。未来的研究需要扩大样本规模，并对年龄因素进行更细致的分析，以确定不同年龄段患者对3D打印开关的接受度和使用效果是否存在差异。其次，本研究仅关注了短期使用效果，而未对3D打印开关的长期耐用性和机械稳定性进行评估。这一方面需要进一步的研究来验证，以确保其在长期使用中的可靠性。此外，研究并未探讨定制化设计对开关性能和用户满意度的影响，这可能是一个值得深入研究的方向。

总体而言，这项研究为3D打印开关在脑卒中患者认知评估中的应用提供了有力的支持。研究结果表明，3D打印开关不仅能够有效提升患者的任务表现，还能显著提高可用性和满意度。这些优势使其成为一种具有广泛应用前景的辅助技术。未来，随着3D打印技术的不断发展和完善，这种开关有望在更多的康复中心和临床环境中得到推广和应用。同时，研究也强调了在设计和评估辅助技术时，需要充分考虑患者的个体差异和实际需求，以确保其在不同应用场景下的适用性和有效性。

此外，研究的临床意义远不止于技术层面。它为康复治疗提供了新的思路和工具，使得认知评估和训练能够更加精准和个性化。对于脑卒中患者而言，准确的认知评估是制定有效康复计划的重要基础。通过使用3D打印开关，研究人员可以更全面地了解患者的认知功能，从而为他们提供更加针对性的康复干预措施。这不仅有助于提升康复效果，还能增强患者对康复过程的参与感和满意度，进而促进他们的康复进展。

在实际应用中，3D打印开关的普及和推广可能面临一些挑战。例如，如何确保不同地区和机构能够获得足够的技术支持和设备资源，以及如何进一步优化设计以满足更多患者的需求。然而，随着3D打印技术的普及和成本的降低，这些问题有望逐步得到解决。未来的研究可以进一步探索3D打印开关在不同任务类型和环境中的表现，以验证其在更广泛的应用场景中的可行性。

综上所述，这项研究不仅为3D打印开关在脑卒中患者认知评估中的应用提供了实证支持，还揭示了其在提升任务表现、可用性和满意度方面的潜力。这些发现为康复治疗领域带来了新的可能性，也为辅助技术的发展提供了新的方向。未来，随着技术的不断进步和应用的逐步推广，3D打印开关有望成为脑卒中患者进行基于计算机的认知任务的重要工具，从而改善他们的生活质量并促进康复进程。