基于Android系统的卒中后认知障碍训练APP的开发

王岩，白艳杰，张铭

1. 河南中医药大学 康复医学院，河南 郑州 450046；2. 河南中医药大学第一附属医院 康复中心，河南 郑州 450000

引言

脑卒中后认知障碍（Post-Stroke Cognitive Impairment，PSCI）是神经病学和康复医学领域常见的功能障碍，常表现为记忆力、注意力、处理速度、视空间能力、语言和计算能力等的异常[1]。研究表明，认知训练不仅能够改善患者注意力、视空间、执行等功能，还对卒中后患者的日常生活能力恢复有积极影响[2]。但传统的认知训练需要患者和照护者至医院才能开展，且训练过程单调、枯燥，容易受到治疗环境的影响，训练信息不易保存[3-4]，而开发基于Android的移动数据平台是解决这一问题的有效途径[5]。

随着我国智能手机使用的持续深化，国家大力推广在线医疗卫生新模式，以智能手机为主体的移动应用程序（Application，APP）在健康信息服务方面的应用也越来越广泛[6-9]，但与脑卒中有关的APP特别是脑卒中患者训练使用的APP却较少[10]。因此，本研究提出开发一个基于Android系统的认知训练APP，以期优化PSCI患者的认知训练方式，突破地域方面的限制，将优质的医院资源延伸至患者家中，满足患者认知训练居家康复需求，改善患者训练体验。

1 研发APP前期准备过程

研究团队组建专家小组，包括2名康复医学科副主任医师、2名康复治疗师长、2名康复医学科护士长和2名软件开发人员，目的在于提升研发认知训练APP的科学性和专业性。

1.1 认知训练APP需求分析

PSCI是卒中后患者常见的功能障碍，主要表现包括注意力不集中、计算力和记忆力下降、执行力降低等，严重影响脑卒中患者的全面康复。开发APP的第一步是对PSCI患者、照护者和康复团队人员的需求进行分析，它影响着APP的使用率。通过对患者和医护人员进行问卷调查和实地访谈后发现，PSCI患者需要通过APP进行认知训练和认知情况追踪；康复团队人员需要通过APP获取患者的认知情况，并提供适合的治疗方案；照护者需要通过APP实现与康复医生的交流沟通。因此我们提取出认知评估、认知训练、认知康复指导三个主要功能性需求；此外，APP还需满足易操作、稳定可靠和易使用等非功能性需求，将移动应用和脑卒中后认知诊疗相结合。

1.2 APP设计流程

考虑到PSCI患者认知能力和行为能力方面的具体情况，在设计患者端的认知评估和认知训练模块时以卒中患者直观易用为主要原则，如主要操作手势方面以点击和滑动为主，采用较大字体、颜色鲜艳的图片和有趣味性的动画，将图标置于醒目的位置且放大触控范围，为PSCI患者进行认知训练提供最大便利。

开发前康复团队与软件开发人员进行了6次商讨，确定了希望该APP拥有的功能，并将这些功能按照实际需求分为具体的模块，软件开发人员在上述步骤完成后，将系统的功能一一列出，与康复团队成员确认具体功能，通过表格、文档、图片或视频的方式呈现并准备素材，最后由软件开发人员进行软件制作。设计流程如图1所示。

图1 认知训练APP的设计过程

2 系统总体设计

为了建成一个规范有序的系统，我们在标准上统一组织，在平台架构上统一规划，并严格遵循统一标准、安全可靠、开放性设计和可扩充设计的规则。

2.1 系统技术特点

该系统的技术特点是将Android平台与Java语言相结合。Java为编程语言，从接口到功能，灵活多变。主要运用的是Activity之间的相互跳转，然后利用Intent实现多个程序同时运行的效果。如果运行某个Activity的画面被另一个Activity所取代，则当前Activity停止。系统通过View类与xml（可扩展标记语言）将用户界面放置在视图窗口，通过注册事件来完成相应的功能。Java语言是一种作为静态的面向对象编程语言，极好地实现了面向对象理论，它具有简单性、面向对象型、可移植性、平台无关性、安全性等优点，本系统就是在Android平台上使用Java语言的系统。

2.2 系统的硬件及软件设计

认知训练APP的硬件包括安卓手机移动终端、入侵防御系统设备、手机应用服务器、交换服务器、业务系统服务器、数据库服务器和集成平台应用服务器。

同时本研究采用WeX5移动开发平台，确保成果保持通用不受限制[11]，采用模型视图控制器（Model View Controller，MVC）设计模式，使数据和视图分离，页面描述和代码逻辑分离，同时使用Web Service进行系统集成和数据交换。选择不同厂商和不同Android系统版本的智能手机作为测试环境进行多次测试。

2.3 系统的业务流程设计

对PSCI患者进行APP认知训练的流程进行梳理，见图2。患者通过填写姓名、电话号码进行注册并登录，登录后进一步完善患者基本信息，点击APP首页“认知评估”模块，在照护者的指导下进行相关认知评估，评估完成后的得分会实时更新至医护端APP，医生根据认知评估量表得分编辑合适的认知训练项目，并推送到患者的移动端供患者查看。患者训练一段时间后再次进行认知评估，重复此操作，最终患者认知功能改善，结束认知训练。

图2 卒中后认知训练APP系统业务流程图

2.4 Web框架设计

Web框架包括Spring、Hibernate、Mybatis和EasyUI。其中Spring包括Spring 和Spring MVC，负责Web工程的对象注入和Hibernate的管理；Hibernate主要负责数据持久层的维护、事物的管理和关系型数据库的关联；MyBatis框架作为持久层进行数据信息的封装与存储；EasyUI作为UI开发框架负责组件的集成，见图3。与Android客户端交互设计方面除了Spring MVC之外还需要HttpServletResponse和HttpServletRequest对象接收消息和反馈、使用Encoding对编码信息中的中文字符进行解码。

图3 Web框架设计

2.5 系统各功能模块设计

卒中后认知障碍训练APP平台包含医护端和患者端，治疗过程中所有内容都可以通过该APP进行，即通过应用程序实现PSCI患者认知评估、认知训练、专业指导、医患交流等康复流程的一体化。

2.5.1 患者端功能模块

通过对患者的需求进行多次的论证调查，患者端功能模块主要分为认知评估模块、认知训练模块和辅助功能模块，其功能主要包括：① 患者认知功能的评估；② 患者认知功能的训练；③ 患者、照护者与医师、治疗师等专业人员的沟通与交流等。具体模块内容及登录界面如表1、图4所示。

表1 卒中后认知训练患者端APP功能模块表

图4 认知训练APP登录界面及主界面

2.5.1.1 认知评估模块

认知评估模块包含改良巴氏指数评定量表、蒙特利尔认知评估量表、临床痴呆分级量表、简易智力状态检查量表、神经精神症状问卷和总体衰退量表的测评。在每次认知测评开始前，评估界面会有对该量表详细、通俗易懂的测评标准和评分方法，以指导语和指导视频两种形式呈现，帮助家属辅助患者进行正确评估。患者或其家属点击对应图标，平台调用数据库中相应测试量表，评估完成后自动显示评估分数并传送至医生端，医生据此对患者的认知状态进行全面细致地分析并向患者发送认知训练方案。

2.5.1.2 认知训练模块

接收认知训练方案后，患者在陪护人员的指导下进行认知训练，每个游戏都有相应的训练简介、训练帮助及训练目的，根据患者认知能力高低有六种难度可供选择。训练结束后APP将自动记录训练日期和训练得分，以便后期医生和治疗师对患者训练项目进行实时、有针对性的修改。另外，患者端还可与专业人员沟通交流、提醒患者进行认知训练、跟踪患者训练提高训练依从性。

2.5.1.3 辅助功能模块

认知训练提醒系统：当需要进行训练时，会出现提醒，显示训练项目名称、上次训练得分和训练时间。提醒时间可以设置为1 d内的任意时间段，患者可以根据自己的情况来定制闹钟时间。

待处理提醒：此选项显示当天患者未经确认的提醒，以便在1 d结束时，患者可以确定是否进行过训练，以防他们没有随身携带手机而忘记训练。

训练记录：患者可以自我跟踪前一天、一周、一个月甚至一个季度的训练依从性，为激励患者使用该认知训练APP，主菜单中显示的游戏式生命条会根据训练依从率自动填充并改变颜色：高依从率（>90%，绿色生命条）；中等依从率（≤90%且≥80%，黄色生命条）；低依从率（<80%，红色生命条）。

2.5.2 医护端功能模块

医护端功能模块主要分为信息模块、个人中心模块和辅助功能模块。可实现康复专业人员在线与患者的沟通，并实时、跨场景、在线监测患者的认知训练情况，对认知训练的管理和训练方案进行及时的调整。

信息模块包含患者问诊记录、治疗方案、随访提醒3个部分。问诊记录包括患者初诊和后期患者测评具体情况。治疗方案：医生可以编辑患者服用的药物和进行的康复治疗项目。随访提醒显示患者们的下一次预约随访情况，同时可将预约日期和手机日历应用程序绑定并在预约当天显示。每位患者随访界面右上方有“立即沟通”选项，可为康复医师和治疗师与患者在线交流提供便捷。

个人中心模块分为我的资料、认证资质两部分，用于医护人员填充个人资料及医疗资质的后台认证。

辅助功能模块包括注册、登录。

3 认知训练APP的应用效果与分析

3.1 研究对象

软件制成后，将开发设计的认知训练APP应用于2020年10月至2021年6月河南中医药大学第一附属医院康复中心确诊的60例PSCI患者，并按照随机数字表法将其随机分成两组：治疗组和对照组。纳入标准：① 符合《各类脑血管疾病诊断要点》[12]，均经CT或MRI检查确诊为脑血管意外；② 存在注意、记忆、思维和言语等功能障碍，蒙特利尔认知评估量表得分<26分；③ 生命体征平稳，无意识障碍，听理解可达两步指令以上；④ 本人或法定监护人同意并签署知情同意书。排除标准：① 不符合纳入标准者；② 心、肺、肝、肾功能严重障碍者；③ 依从性较差、不接受治疗者；④ 有严重精神障碍或痴呆、癫痫无法合作者；⑤ 存在视力、听力障碍者。两组患者一般资料情况比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表2。

表2 两组患者一般资料情况比较（n=30）

3.2 研究方法

对照组采用传统训练模式进行认知训练活动，包括听词指图、听指令卡片分类、听指令看公交车牌、修改病句等；治疗组在对照组的基础上运用认知训练APP展开趣味化认知训练，在照护者帮助下患者完成各项认知功能评估，并根据医生反馈的训练项目进行认知训练。两组每次训练时间为30 min，1次/d， 6 d/周，共训练4周。

3.3 评价指标

采用简易精神状态评价量表（Mini-mental State Examination，MMSE）评价患者的认知功能，总分30分，得分越高认知功能越好。脑卒中专用生活质量量表（Stroke Specific Quality of Life scale， SS-QOL）评价患者的生活质量，评分越高生活质量越好。

3.4 统计学分析

采用SPSS 25.0对数据进行统计学处理。计量资料采用（±s）描述，满足正态分布的计量资料组间比较采用成组t检验，组内比较采用配对t检验；不满足正态分布的计量资料比较采用秩和检验。计数资料采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

3.5 结果

3.5.1 两组患者训练前后MMSE得分比较

两组治疗前MMSE评分无差异（P>0.05），两组治疗后MMSE评分显著增高（P<0.05），且治疗组增高较明显（P<0.05），见表3。

表3 两组患者训练前后MMSE评分比较（n=30）

3.5.2 两组患者训练前后SS-QOL得分比较

两组治疗前SS-QOL评分无差异（P>0.05），两组治疗后SS-QOL评分显著增高（P<0.05），且治疗组增高较明显（P<0.05），见表4。

表4 两组患者训练前后SS-QOL评分比较（n=30）

本研究中所开发的认知训练APP有效改善了PSCI患者的认知功能。同时APP中嵌入的远程医患互动模式不仅有利于改善日益紧张的医患关系，缓解医疗资源分配不均的问题，而且还能有效记录并追溯脑卒中认知障碍患者的认知情况[13]。

4 讨论与总结

目前我国移动医疗APP的应用主要局限于信息的发布和采集，对于患者诊疗、治疗等具体的操作仍然局限于指定的医疗机构，移动医疗服务的多样化作用并没有真正发挥出来，尤其是对于慢性疾病和需要长时间进行治疗的疾病。在脑卒中后认知障碍APP的研发设计方面，目前国内外都处于初级探索阶段。虽然出现了个别的脑卒中后患者训练指导应用软件，但大部分都集中在改善脑卒中患者的肢体障碍、日常生活能力和康复评定等方面[14-16]。“Care for stroke” APP通过视频和文字两种形式为患者提供康复锻炼指导[17]。加拿大Capela等[18]开发了一款可借助传感器监测卒中后偏瘫患者运动情况的APP，但随着活动复杂程度的增加，该APP的敏感性会降低。国内方面，常红等[19]开发了一款可提高出院脑卒中患者自护能力、改善生活质量的“医护家”APP；另一款“症状管理”APP[20]主要用于患者住院后评估脑卒中三大症状风险及严重程度，降低患者吞咽障碍及深静脉血栓发生率；邵泽国等[21]设计的基于云和Rhapsody的脑卒中风险管理信息平台则主要是为脑卒中风险管理提供一个有力工具。目前国内外对脑卒中患者出院后认知功能的关注较少，导致PSCI患者出院后的改善效果方面差强人意。所以，本文针对目前有关脑卒中软件APP功能方面和服务方面出现的问题，结合现有的软件开发技术，以PSCI患者的治疗为研究基础，提出设计一款使用简单、成本低廉的能够进行认知评估、认知训练和医患互动的认知障碍诊疗移动APP，为居家PSCI患者提供一个良好的治疗平台，增加患者的居家认知训练选择。

经测试证明，认知训练APP可有效改善出院后PSCI患者的认知功能，提升患者的生活质量，且具有统计学意义（P<0.05），具有较好的实际应用效果，可进一步推广至更多卒中患者的居家认知康复中。本文开发的APP通过整合三甲医院的优质资源，建立远程训练指导等跨区域的医疗支持系统，有利于提升优质资源的可及性，降低医疗成本。但本研究也存在一定的局限性：① 卒中患者多为高龄老年人，而认知训练APP的使用在认知评估和认知训练方面依赖于照护者的帮助，照护者对患者认知功能的关注度及反馈的及时性，可能会影响医护端相关数据的获取；② 在设计方面，由于研发设计人员并非是美术专业，在软件的配色、亮度和整体构图方面美感欠缺；③ 该APP基于Android版本开发，无法支持更多的手机和移动端操作系统，未来还有待进一步提高改善，以期设计出能够支持不同手机系统的软件。