數(shù)字療法在腦卒中后康復中的應用進展

遲玉嬌,劉淑娟,王庭敏,李凱鑫,王俊婷

腦卒中給病人、家庭和社會帶來沉重負擔[1],具有高發(fā)病率、致殘率、死亡率、復發(fā)率的特征。在我國,每年有390萬例新發(fā)腦卒中病人[2],70%～80%的病人存在功能障礙[3]。盡管循證醫(yī)學證實,卒中后康復是降低致殘率最有效的方法[4],但由于距離較遠、時間安排沖突、缺乏社會支持和科學康復指導、經濟困難等原因,病人出院后堅持康復訓練的參與率較低、依從性較差,僅為32.58%[5],對健康結局產生不良影響。隨著信息技術的發(fā)展,“數(shù)字療法”應運而生,可遠程提供實時管理和個性化循證治療。作為醫(yī)療健康數(shù)字化新興概念和技術之一,數(shù)字療法已被廣泛用于糖尿病、高血壓等慢性病和多動癥、失眠等精神心理疾病,且安全性、有效性得到驗證[6-9]。在此之后,已有研究表明數(shù)字療法在腦卒中、癲癇和阿爾茨海默病等神經系統(tǒng)疾病中的可行性[10]。本文就數(shù)字療法在腦卒中后康復中的應用進行綜述,以期為今后開展基于數(shù)字療法的腦卒中后康復訓練提供參考。

1 數(shù)字療法概述

1.1 數(shù)字療法概念

數(shù)字療法(digital therapeutics,DTx)是一種基于循證的數(shù)字化行為治療,可提高醫(yī)療服務的可及性和有效性[11],其向病人提供由高質量的軟件程序驅動的循證治療干預措施,以預防、管理、治療疾病或機體功能紊亂。該療法可獨立使用或與藥物、設備和其他療法配合使用,以優(yōu)化病人護理和預后[12]。根據(jù)數(shù)字療法產品功能可將其分為改善健康、管理疾病和治療疾病三大類。不同于以往的遠程治療,數(shù)字療法有以下3個基本特征:1)針對某一特定疾病開發(fā)。2)以循證醫(yī)學為基礎,按照醫(yī)學原理、指南和標準治療方案構建軟件內容,安全性和有效性需經過臨床驗證,監(jiān)管機構授權或批準,且需要持續(xù)收集、分析和應用真實世界的數(shù)據(jù)。3)高質量軟件驅動,可與云計算、可穿戴設備和人工智能等聯(lián)合應用來監(jiān)測病人生理和社會活動,必要時進行干預以預防、管理或治療各類疾病[13]。

1.2 數(shù)字療法發(fā)展現(xiàn)狀

近年來國外數(shù)字療法發(fā)展飛速,美國Well Doc公司的Blue Star、Omada Health公司的Prevent是經過美國食品藥品監(jiān)督管理局(food and drug administration,FDA)批準用于糖尿病管理的數(shù)字療法,可搭配家用血糖監(jiān)測儀遠程監(jiān)測病人血糖水平,為病人制訂個性化血糖控制方案[14]。Propeller Health公司推出的哮喘、慢性阻塞性肺疾病輔助治療的數(shù)字療法通過將吸入器的傳感器與智能手機應用程序匹配以監(jiān)測藥物使用時間、頻率,并提供個性化支持,改善病人用藥依從性,明顯降低其哮喘發(fā)作相關住院率和急癥就診率[15]。日本研發(fā)的HERB Mobile數(shù)字療法通過云分析動態(tài)監(jiān)測血壓數(shù)據(jù),基于計算機算法為病人提供個性化生活管理,實現(xiàn)對心血管疾病的早期預防[16]。ReSET是美國Pear therapeutics公司推出旨在利用認知行為療法原理治療藥物濫用障礙癥[17]。該公司的Somryst數(shù)字療法為睡眠障礙病人提供神經行為干預,采用由算法驅動的失眠認知行為療法來改善病人失眠癥狀。英國Big Health公司的Sleepio也采用類似方法實現(xiàn)慢性失眠無藥治療[18]。針對兒童注意力不集中或混合型注意力缺陷多動障礙,美國Akili公司的EndeavorRx是首款FDA批準基于游戲數(shù)字治療的數(shù)字療法,主要通過動作類游戲幫助兒童學會控制注意力[19]。

2 數(shù)字療法在腦卒中后康復中的應用形式

2.1 基于計算機網(wǎng)絡平臺

隨著信息技術的日漸成熟,基于計算機網(wǎng)絡平臺的數(shù)字療法將“互聯(lián)網(wǎng)”和“醫(yī)學”相融合,根據(jù)病人需要的康復領域以及輕重程度提供針對性、可調節(jié)的干預措施,同時監(jiān)測訓練情況,獲得數(shù)據(jù)反饋,便于對治療方案進行調整。Richter等[20]使用基于互聯(lián)網(wǎng)在線平臺數(shù)字療法“WOME”對干預組的18例腦卒中病人進行個性化記憶訓練。要求病人記住一串紙牌并且以相反的順序重新排列紙牌,隨后每節(jié)課進行字母和單詞流利性和語義結構性訓練,字母和單詞的符號匹配練習。結果顯示,干預組病人工作記憶、前瞻記憶和單詞流利性明顯改善。一項薈萃分析結果發(fā)現(xiàn),基于計算機的認知功能訓練可明顯改善腦卒中病人工作記憶、注意力和執(zhí)行功能等認知功能,還可提高語言、視覺空間技能和精細運動靈活性[21]。

2.2 基于移動健康應用程序

隨著移動通信技術的發(fā)展,以應用程序(APP)為主的移動醫(yī)療技術逐漸成為研究熱點。美國研發(fā)的基于iPad的數(shù)字療法“Constant Therapy”提供訓練語音和記憶的任務,用于改善腦卒中后失語癥病人的語言和認知功能。一項研究將該應用程序與傳統(tǒng)療法進行對比,干預組病人在家中使用iPad進行1 h“Constant Therapy”訓練,每周1次,持續(xù)10周,干預后使用該軟件的病人表現(xiàn)出更高的積極性,且閱讀和命名任務、算數(shù)和推理任務、語言和記憶任務等方面都有所改善[22]。Godlove等[23]比較病人在家中使用“Constant Therapy”進行康復訓練和在診所進行康復訓練的效果,結果顯示兩者治療效果比較差異無統(tǒng)計學意義,但家庭治療病人接受治療頻率更高,完成治療時間更短,進一步證實基于iPad軟件提供個性化卒中后康復治療的可行性。Tactus Therapy是加拿大溫哥華研發(fā)的一款基于ipad言語治療的數(shù)字療法,為腦卒中病人提供基于證據(jù)的治療活動,還可向言語治療師傳授最佳實踐和循證治療。該軟件包括高級語言治療、對話、閱讀、命名療法等多項應用程序,培訓類型為語音和語義,同時該軟件通過數(shù)據(jù)反饋,自動對難度進行調整。Stark等[24]對腦卒中病人進行試點研究,結果顯示使用Tactus Therapy數(shù)字療法的病人在復述、命名、閱讀、寫作、口語、圖片描述等方面明顯改善。

2.3 基于虛擬現(xiàn)實康復技術

虛擬現(xiàn)實(virtual reality,VR)技術通過提供對策模擬環(huán)境,使單調的重復訓練趣味化。通過虛擬康復軟件進行腦卒中后康復訓練具有可行性和有效性,其可將認知任務納入模擬的日常生活環(huán)境中,如在過馬路的虛擬環(huán)境中訓練注意力,通過導航任務訓練情景記憶和空間定向力,通過超市購物訓練執(zhí)行能力等。Chatterjee等[25]研發(fā)并測試了名為VIRTUE的應用程序,該程序制定不同虛擬場景的游戲,通過模擬日常生活改善病人認知功能,且游戲的難度隨著時間推移增加,每周5次,持續(xù)2周,干預結束后接受該軟件治療的病人蒙特利爾認知評分持續(xù)改善,且與常規(guī)治療的對照組之間評分變化的箱形圖存在明顯差異。瑞士的MindMaze于2017年獲得全球首次使用VR技術對卒中后運動功能進行康復的FDA認證,產品MindPod Dolphin旨在促進腦卒中病人上肢運動和認知功能的恢復,其配有一件反重力背心,通過軟、硬件給病人帶來身臨其境的海洋環(huán)境體驗,可減輕手臂重量,訓練上肢精細運動控制能力[26]。

3 數(shù)字療法在腦卒中后康復中的應用效果

3.1 改善認知功能

腦卒中后認知障礙是指腦卒中后出現(xiàn)并持續(xù)6個月依然存在的認知功能損害。不僅影響病人身心健康,降低生活質量,更是影響病人預后的嚴重并發(fā)癥之一,因此需重視病人認知功能的恢復。瑞典的Cogmed數(shù)字療法是一個提供數(shù)字康復計劃的在線平臺,旨在幫助腦卒中病人改善認知功能。該訓練可在計算機、智能手機或平板電腦上進行,包括言語工作記憶任務和視空間工作記憶任務。病人需要記住呈現(xiàn)的刺激并且以相同順序或相反順序再現(xiàn)刺激,從而突破病人工作記憶極限。訓練過程有趣具有挑戰(zhàn)性,有利于提高病人訓練依從性。多項研究顯示,進行Cogmed訓練的干預組腦卒中病人的工作記憶、執(zhí)行功能和注意力有所改善,且在病人自我報告中認知問題較少,滿意度增加,健康自評增加[27-29]。Maier等[30]對試驗組腦卒中病人進行每天30 min、每周5 d、共6周的適應性結合認知訓練(ACCT),對照組病人進行標準認知訓練。ACCT是一種基于VR的多認知領域的認知能力訓練方法,可以從病人做任務和游戲化的訓練中獲得病人表現(xiàn)參數(shù),并根據(jù)病人表現(xiàn)使用算法自動調整任務的難度參數(shù)。結果顯示,與干預前相比,兩組干預均有效,且試驗組抑郁水平較對照組明顯降低,同時注意力和記憶力等得到改善。

3.2 改善言語功能

卒中后約有1/3的病人會出現(xiàn)失語表現(xiàn),主要包括聽力、閱讀、復述等言語障礙[31],影響病人工作生活。研究證明,腦卒中后12個月內對病人進行言語康復訓練可促進病人語言功能自然恢復[32]。傳統(tǒng)的言語康復訓練需要高水平治療師參與,因此需要一定的經濟基礎支持病人完成康復訓練,而數(shù)字療法提供一種低成本干預方式,減輕病人經濟負擔,促進病人完成康復訓練。Choi等[33]研發(fā)并測試數(shù)字療法iAphasia,其治療內容主要包括聽覺理解、重復、命名和語言流利性。根據(jù)任務難度,每項分6個級別并包含一項評分系統(tǒng),便于反饋與效果跟蹤。結果表明,接受iAphasia的病人4周后言語功能明顯改善,隨訪1個月,病人病情持續(xù)改善,對軟件滿意度高。Palmer等[34]將英國StepByStep數(shù)字療法用于腦卒中后失語癥病人,該軟件包括13 000種語言練習,通過添加圖片來練習,例如人名等與個人相關的單詞,每項訓練從聽到目標詞,產生具有視覺、語義、音韻或書面提示的單詞到用句子說出單詞的步驟,結束訓練后接受StepByStep訓練的病人在命名能力等方面取得更大的進步。

3.3 改善運動功能

腦卒中病人發(fā)病后80%的病人存在不同程度的運動功能障礙,主要表現(xiàn)為上肢屈伸不利、手精細動作控制能力減退、肢體活動無力和偏癱等[35]。及時有效的康復訓練可降低病人致殘率,恢復肢體功能,增強肌肉運動協(xié)調性和肢體平衡性。研究證明,卒中后的神經可塑性與治療的強度、頻率、持續(xù)時間有關,側重于重復性練習[36]。傳統(tǒng)康復訓練因見效慢、效率低、訓練枯燥等問題,往往很難達到治療師制定的標準,數(shù)字療法可提供具有趣味性、重復的訓練環(huán)境,對病人進行科學化運動指導,促進其運動功能恢復。VR技術訓練使用視頻游戲和病人自身的第三人稱視角,使該技術非常適合上肢和下肢運動訓練。最新薈萃分析將VR技術應用于腦卒中病人上下肢運動功能、平衡功能、步態(tài)和認知功能等多方面的隨機對照試驗納入,結果顯示VR技術干預可有效改善病人運動功能[37]。Chae等[38]開發(fā)并檢測一種基于家庭的康復系統(tǒng),該系統(tǒng)可識別和記錄病人使用配備可穿戴傳感器,機器學習算法的智能手表和智能手機應用程序進行康復鍛煉的類型和頻率,同時可與治療師共享家庭鍛煉數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可促進病人參與家庭訓練,并提高腦卒中病人運動功能評分。提示數(shù)字療法可成為腦卒中家庭康復訓練具有成本效益的工具。

4 數(shù)字療法在腦卒中后康復中應用的機遇與挑戰(zhàn)

4.1 數(shù)字療法在腦卒中后康復中應用的機遇

由于當前醫(yī)療資源分布不均,醫(yī)護人員精力有限,病人生活習慣、思維慣性比較固化,且出院后康復訓練需要病人具備一定的醫(yī)學知識,而實際情況病人出院后無法進行科學的康復訓練,導致難以達到較好的效果。數(shù)字療法通過數(shù)字化手段將現(xiàn)有的醫(yī)學原理、指南或者標準治療方案轉化成以應用軟件為驅動的干預措施,提高病人康復訓練的可及性和科學性,同時數(shù)字療法通過實時反饋及時對治療方案進行調整,更具個性化和精準化[39]。其次,近年來人工智能、機器學習、云計算等新技術發(fā)展為數(shù)字療法打下堅實技術基礎。手機、平板電腦、可穿戴技術的普及為數(shù)字療法的落地實施提供應用環(huán)境。隨著老齡化和慢性病流行趨勢加劇,病人對于數(shù)字療法的需求也在逐漸增加[40]。

4.2 數(shù)字療法在腦卒中后康復中應用的挑戰(zhàn)

盡管數(shù)字療法發(fā)展具有很大潛力,但仍面臨著以下挑戰(zhàn):1)目前經過審批的數(shù)字療法都經過臨床試驗驗證,但大部分試驗樣本量較小,隨訪時間較短,缺乏臨床益處高質量證據(jù),存在信任問題。2)數(shù)字療法目前只涉及通用固定算法的軟件,提供有限個性化,無法完全根據(jù)個性化病人癥狀數(shù)據(jù)提供適應性干預[41]。3)數(shù)字療法作為一個新興治療方法,醫(yī)護人員目前接受度與認知度較低,還需加強相關教育[42]。4)數(shù)字療法具有實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的功能,包含病人醫(yī)療數(shù)據(jù)、電子病歷等敏感數(shù)據(jù),可能面臨隱私和數(shù)據(jù)安全問題[43]。

5 小結

數(shù)字療法通過娛樂化設計、互動方式提高病人依從性;突破時間、空間局限,節(jié)省病人就醫(yī)費用,提高服務可及性;同時將技術與循證醫(yī)學結合,幫助病人通過自我管理延緩疾病進展,降低并發(fā)癥發(fā)生率,是傳統(tǒng)治療方法的有益補充甚至替代方式。對于醫(yī)護人員而言,可借助數(shù)字療法采集健康數(shù)據(jù),跟蹤病人病情變化,提高護理質量與效率,為臨床科研提供真實世界數(shù)據(jù)。而我國數(shù)字療法正處于初步發(fā)展階段,理論基礎不完善,醫(yī)生接受度較低,臨床效果不夠明顯,未來仍然面臨一些挑戰(zhàn)。先前研究已證明數(shù)字療法在腦卒中病人康復訓練中的可行性,但大多臨床試驗仍停留在概念方面,未來應加快基于循證醫(yī)學的規(guī)范化驗證,繼續(xù)開展大樣本、多中心的臨床試驗,以證明其在預防和治療腦卒中康復訓練中的功效。