卒中后认知功能与上肢康复训练：基于数字作业训练系统的应用

摘要

本方案阐述了基于虚拟现实的数字化职业训练系统如何促进中风后认知障碍和上肢功能障碍患者的康复。

摘要

脑卒中康复通常需要频繁且强化的治疗，以改善功能恢复。虚拟现实（VR）技术通过提供富有参与感和激励性的治疗选择，展现出满足这些需求的潜力。数字职业训练系统是一种虚拟现实应用，利用多点触控屏幕、虚拟现实和人机交互等前沿技术，为提升高级认知能力和手眼协调能力提供多样化的训练方法。本研究旨在评估该系统在增强脑卒中患者认知功能和上肢康复方面的有效性。训练与评估包含五个认知模块，涵盖知觉、注意力、记忆、逻辑推理和计算能力，同时包括手眼协调训练。研究表明，经过八周的训练后，数字职业训练系统可显著改善脑卒中患者的认知功能、日常生活技能、注意力及自我照护能力。该软件可作为节省时间且临床有效的康复辅助工具，补充传统的个体化作业治疗。总之，数字职业训练系统在支持脑卒中患者功能恢复方面具有前景，并可能带来经济上的益处。

引言

脑卒中（又称脑血管意外）具有高发病率、高死亡率、高致残率和高复发率的特点¹。在全球范围内，脑卒中已超过肿瘤和心脏病，成为第二大死亡原因，而在中国则是首要死因²。随着人口老龄化，预计未来几年脑卒中的发病率和社会负担将显著增加。脑卒中幸存者可能持续存在感觉、运动、认知和心理方面的功能障碍³。脑卒中可能导致身体一侧（包括面部、手臂和腿部）瘫痪，这种状况称为偏瘫。偏瘫是脑卒中最常见的后遗症，严重影响患者的生活质量⁴。

中风对人类健康构成重大威胁。由于脑组织受损，中风及偏瘫可导致手部功能障碍，影响患者的日常生活活动（ADLs），降低其生活质量。⁵上肢功能下降，尤其是作为身体远端部分的手部功能受损，是上肢功能恢复过程中面临的最主要挑战6。因此，功能性康复至关重要。此外，20%–80%的脑卒中患者会出现认知功能障碍，导致注意力、记忆力、语言能力和执行功能受损⁷.

目前，上肢偏瘫的临床康复主要依赖于综合性的上肢训练和多种作业疗法（例如镜箱治疗⁸、悬吊疗法⁹、功能性电刺激¹⁰等）。近年来，虚拟现实和交互式视频游戏已作为替代性康复手段出现。这些干预措施能够促进高强度的重复训练，并减少对治疗师时间的依赖¹¹。虚拟现实系统已迅速发展为新型商用设备，可用于改善脑卒中幸存者的认知功能和上肢运动功能¹²。尽管取得了这些进展，该领域仍存在尚未探索的研究方向。

因此，本研究旨在探讨上肢康复训练联合常规上肢康复对脑卒中偏瘫恢复期患者（通常为卒中发生后6-24周内）认知功能和上肢运动功能的影响。此外，我们还将评估其对日常生活能力的影响。本研究力求为机器人干预措施的临床应用提供有价值的证据。

方案

本研究方案获得了浙江大学医学院附属第一医院伦理委员会的批准（批准号 IIT20210035C-R2），所有参与者均签署了知情同意书。本研究采用准随机化、单盲、设对照组的实验设计，以评估该干预方案的可行性和有效性。共邀请24名在浙江大学医学院附属第一医院康复医学科住院的患者参与本实验。纳入标准包括：经计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）确诊的脑卒中患者，年龄30-75岁，发病后6-24周，蒙特利尔认知评估量表（MoCA）评分 <26¹³，上肢功能障碍¹⁴，单侧偏瘫，坐位能力Brunnstrom分期为3-6期¹⁵，并能配合评估与治疗。排除标准包括：有认知障碍病史，重要器官功能严重障碍，视觉或听觉障碍，精神行为异常或使用抗精神病药物，严重痉挛（Ashworth分级3-4级）¹⁶，以及肩关节半脱位或上肢严重疼痛。

1. 研究设计

1. 根据随机数字表法将所有患者分为对照组和实验组（每组各12例）².
   注意：在实验开始前，所有患者均由一名经验丰富的职业治疗师完成以下评估：蒙特利尔认知评估（MoCA）¹³，Fugl-Meyer上肢运动功能评估量表（FMA-UE）¹⁴，改良巴氏指数（MBI）¹⁷.
2. 验证并确认实验组患者已接受常规药物治疗，包括由其主治医师处方的降压药、降糖药、抗血小板药、调脂药等。
   1. 此外，确保受试者每天接受30分钟的常规作业治疗训练，包括认知功能训练和上肢功能训练。同时，确认受试者每天花费30分钟使用数字作业训练系统，持续8周。
      注意：术语 "常规药物治疗" 指中风后护理中开具的标准药物，具体药物可能因患者和诊所而异。
3. 确保对照组患者每天接受1小时的常规作业疗法（OT），并结合常规药物治疗。
4. 根据患者认知障碍的类型，按照以下步骤实施常规认知功能训练：
   注意：对照组和实验组患者均接受这些训练。
   1. 针对记忆功能障碍：指导患者进行讨论图片、背诵段落、路径记忆训练和回忆生活情节等活动。
   2. 注意功能障碍的治疗：指导患者参与眼动追踪训练、数字分类练习以及类似的图片识别训练。
   3. 针对计算障碍：要求患者完成涉及小于50的数字的简单加减法练习，以及购物和财务模拟训练等活动。
   4. 针对视空间障碍：指导患者进行诸如堆叠木块、拼图、绘画和翻转物体等活动。
   5. 针对执行功能障碍：引导患者进行折纸、手工制作、绘画、浇花等活动。
   6. 针对思维与推理功能障碍：指导患者进行物品分类、数字排序、模拟超市购物，从一般推理逐步过渡到具体推理。
5. 指导患者进行常规上肢功能锻炼，包括上肢各关节的被动运动和主动运动。具体活动包括滚筒训练、上肢提取动作、抛接球练习，以及肩、肘、腕关节运动的控制训练。
   1. 此外，还包括前臂旋前和旋后、手指精细动作以及协调灵活性训练，例如使用插板和拧螺丝。
      注意：穿衣与脱衣训练、自助器具使用及其他提升日常生活活动能力的练习，应主要针对患侧进行，同时适当结合健侧以辅助患侧的训练。所有实验步骤均在病房的康复室内进行。上述训练每周进行5天，持续8周。

数字职业培训系统的培训流程

注意：仅实验组接受这些训练。

1. 指导患者站在设备前或坐在设备前（图1），并调节显示屏至合适的高度和倾斜角度，以便患者的手能够方便地触碰屏幕。
2. 为每位患者创建个性化档案，包括其全名、年龄、住院编号、诊断结果及其他相关医疗信息。
3. 根据患者的认知障碍类型及上肢残存肌力，选择合适的训练程序，并为每个程序设置参数，如训练时长、难度等级以及左侧或右侧（图2）。
4. 向患者讲解并示范每个程序的正确操作方法，确保患者充分理解训练目的。
5. 进行认知功能训练。
   1. 对于存在记忆功能障碍的患者，按以下训练流程进行。
      注：若患者存在记忆功能障碍，治疗师可从以下训练程序中选择："快速匹配训练"、"记忆矩阵训练"和"卡片记忆训练"。
      1. 快速匹配训练：点击屏幕上的图片，让患者记住前一张图片，然后要求患者点击图标按钮，确认当前图片是否与前一张相同。
      2. 记忆矩阵训练：点击使屏幕矩阵中不同位置的三个亮方块闪烁，然后点击将所有方块变暗，要求患者点击之前闪烁的亮方块。
      3. 卡片记忆训练：点击在屏幕上显示两张图片，然后将其翻转，指导患者找出与屏幕上显示的图片相匹配的目标卡片。
   2. 对于存在注意力功能障碍的患者，进行以下训练流程。
      注：对于存在注意力功能障碍的患者，可选择以下训练程序："反应能力训练"、"颜色匹配训练"、"打地鼠游戏"和"卡片记忆训练"。
      1. 反应能力训练：当蛋糕从卡通人物头顶掉落时，指导患者迅速点击接住按钮，防止蛋糕砸中头部。
      2. 颜色匹配训练：当轨道上方的球接近圆圈中心时，引导患者点击对应颜色使球弹起，根据难度不同，可为两拍或四拍节奏。
      3. 打地鼠游戏：介绍一种游戏，其中坏人穿越土地，或土拨鼠探出头来，指导患者点击并击中坏人或土拨鼠以获得游戏积分。
      4. 卡片记忆训练：显示卡片信息，翻转卡片并改变其位置，要求患者根据指定要求再次找出并点击目标卡片。
   3. 对于存在计算与判断能力障碍的患者，进行以下训练流程。
      注：当患者存在计算与判断能力障碍时，治疗师应选择如"石头剪刀布"、"算术推理训练"、"分类取物训练"和"钓鱼游戏"等程序。
      1. 石头剪刀布：在屏幕上显示左右手势，要求患者快速判断，并点击选择左手胜、右手胜或平局。
      2. 算术推理训练：指导患者计算屏幕上的算术题，并与给定数值比较，选择大于、小于或等于按钮。随着设定难度的提升，逐步增加算术题的复杂程度。
      3. 分类取物训练：根据左上角的要求，让患者从列表中挑选并点击相应类型和数量的物品。
      4. 钓鱼游戏：根据提示信息，指导患者点击屏幕，捕获特定种类和数量的鱼以获得游戏分数。
   4. 对于存在视空间障碍的患者，进行以下训练项目。
      注：以下训练程序适用于存在视空间障碍的患者："单侧忽略训练"、"拼图训练"、"图片组合训练"。
      1. 单侧忽略训练：根据视频提示点击，用手指控制红色游动的鱼，尽可能多地吃掉其他鱼。
      2. 拼图训练：点击并将拼图的破碎部分放入正确位置，使其重新组成完整图像。
      3. 图片组合训练：从左侧各种形状和颜色的图片中选择合适的图片，并将其放置在右侧的正确位置，组合形成特定图案。
   5. 对于存在执行功能障碍的患者，进行以下训练项目。
      注：存在执行功能障碍的患者可选择"虚拟厨房"程序。患者可在系统引导下，逐步完成"番茄炒蛋"的制作过程。具体步骤如下：
      1. 准备食材：指导患者在屏幕上虚拟操作，打开水龙头、清洗番茄、将番茄切块，并放在盘中；然后将鸡蛋打入碗中并搅拌。
      2. 烹饪：指导患者点燃炉灶、倒入食用油、倒入打好的鸡蛋，然后加入番茄。
      3. 装盘：完成后，引导患者关闭火源，并将做好的菜肴盛入盘中。
   6. 对于存在思维与推理功能障碍的患者，进行以下训练。
      注：若患者存在命名与概念理解困难，可选择"命名训练"、"卡片记忆练习"和"物体辨别训练"。
      1. 命名训练：指导患者根据文字信息和声音提示，在多个图片中找出并点击正确的图片，或根据图片信息提示选择并点击物品的正确名称。
      2. 卡片记忆练习：在屏幕上出现的卡片中，要求患者找出并点击与右上角卡通人物手中卡片相同的那张。
      3. 物体辨别训练：在屏幕上出现的多个列形状中，要求患者识别并点击其中唯一与其他不同的一个。
6. 进行上肢功能训练。
   1. 对患者进行辅助训练或单手训练。
      注：若患侧肢体无法独立完成训练，可让健侧手握住患侧肢体，完成辅助训练。当患侧肢体恢复一定肌力后，可开始单手训练。以下训练程序适用于辅助训练或单手训练："绘画训练"、"音乐之旅"、"走迷宫"。
      1. 绘画训练：根据屏幕上出现的路径提示，指导患者绘制特定线条或图案的轮廓，系统将自动生成一幅精美图画。随着难度增加，可尝试让路径消失，要求患者凭记忆勾勒图像。
      2. 音乐之旅：让患者随着音乐节奏擦除屏幕上的灰色方块，使其变为彩色方块，从而获得强烈的愉悦感。
      3. 走迷宫：指导患者握住迷宫中的小球，并引导小球通过迷宫到达钻石所在终点。
   2. 对患者进行双手协调训练。
      注：若患侧肢体肌力良好，可开始双手协调训练。可选择如"平衡球"、"喂鱼游戏"、"射箭练习"和"反应协调训练"等程序。
      1. 平衡球：让患者将左右拳头分别放在平衡梁两端，平衡梁上有一个小蓝球，指导其保持平衡，防止小球从任一侧滚落。
      2. 喂鱼游戏：指导患者一手按住饲料，另一手点击屏幕上游动的小鱼，完成喂鱼任务。
      3. 射箭练习：指导患者一手扶弓，一手持箭，点击并控制箭矢，使其准确命中靶心。
      4. 反应协调训练：让患者左右手分别按住锤子，交替点击以击打黄色球，类似于乒乓球游戏，以训练患者的协调性和反应能力。
         注：每次训练程序完成后，仪器会自动分析训练结果，并存储于患者的专属档案中。治疗师通过每次结果的对比，评估患者的训练效果（图3和图4）。
7. 随着患者功能的恢复，治疗师应定期重新组合训练程序，根据患者的表现调整训练难度和时长。
   注：在整个训练过程中，治疗师需全程监督，耐心倾听患者需求，在患者遇到困难时提供帮助，并在其成功完成训练任务后给予表扬和鼓励。

3. 随访程序

1. 经过8周的治疗后，使用MoCA、FMA-UE和MBI对所有患者进行再次评估。该评估由同一名称职业治疗师完成。
2. 对训练前后评估收集的数据进行统计分析，以确定结果的显著性。
   注意：根据数据分布的正态性，采用适当的统计方法，评估数字化职业训练系统对认知和运动功能恢复的影响。

结果

本研究纳入了24例卒中后出现上肢功能障碍并伴有不同类型认知障碍的患者。观察到的认知障碍类型包括遗忘、失认、执行功能障碍、注意力障碍等。两组在性别、年龄、病程及卒中类型方面均无统计学显著差异（P > 0.05），详见表1。与接受常规治疗的对照组相比，采用数字化作业训练系统进行上肢康复的实验组在FMA-UE¹⁴、MoCA¹³和MBI¹⁷评分上表现出更显著的改善（表2）。

训练期结束后，实验组的MoCA评分显著提高（P < 0.05），而对照组未显示显著差异（P > 0.05）。此外，实验组的改善程度明显优于对照组（P < 0.05）（表2）。在FMA上肢评分方面，实验组在经过8周训练后表现出显著改善（P < 0.05），且与对...

讨论

采用虚拟现实康复系统以支持脑卒中患者的恢复，利用最新的多点触控屏幕技术来增强训练的参与性、沉浸感、互动性和概念化能力。该系统提供整合视觉、听觉和触觉的上肢运动控制互动训练。同时包含针对记忆、注意力、空间感知、计算能力、手眼协调以及虚拟任务的康复训练模块，提供个性化的认知训练。此外，通过丰富的日常生活活动（ADL）虚拟训练和认知训练，数字康复可增强认知功能和上肢功能的恢复^18,19。

目前，中风后认知功能康复的主要方法通常包括计算机辅助训练和作业疗法，有时辅以高压氧治疗和经颅电刺激等手段²⁰。相比之下，本文所描述的基于虚拟现实（VR）的训练系统可提供高强度、重复性强且高度可重复的运动训练²¹。该系统能够根据患者的康复进展智能调整游戏难度，为高强度训练量身定制任务。此外，虚拟现实游戏可随时随地进行，使患者能够更频繁地参与康复训练，从而完成更高次数的重复练习。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
FlexTable 数字化作业训练系统	广州掌和智能科技有限公司	数字化作业治疗认知功能训练对注意力功能下降的脑卒中患者康复效果的观察	FlexTable 数字化作业训练系统采用最新的多点触控屏幕技术、虚拟现实技术及人机交互技术，整合多种训练方法，提供数字化的高级脑功能与手眼协调能力训练
SPSS 25.0	IBM		https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-25