数字疗法在脑卒中后康复中的应用进展

迟玉娇,刘淑娟,王庭敏,李凯鑫,王俊婷

脑卒中给病人、家庭和社会带来沉重负担[1],具有高发病率、致残率、死亡率、复发率的特征。在我国,每年有390万例新发脑卒中病人[2],70%～80%的病人存在功能障碍[3]。尽管循证医学证实,卒中后康复是降低致残率最有效的方法[4],但由于距离较远、时间安排冲突、缺乏社会支持和科学康复指导、经济困难等原因,病人出院后坚持康复训练的参与率较低、依从性较差,仅为32.58%[5],对健康结局产生不良影响。随着信息技术的发展,“数字疗法”应运而生,可远程提供实时管理和个性化循证治疗。作为医疗健康数字化新兴概念和技术之一,数字疗法已被广泛用于糖尿病、高血压等慢性病和多动症、失眠等精神心理疾病,且安全性、有效性得到验证[6-9]。在此之后,已有研究表明数字疗法在脑卒中、癫痫和阿尔茨海默病等神经系统疾病中的可行性[10]。本文就数字疗法在脑卒中后康复中的应用进行综述,以期为今后开展基于数字疗法的脑卒中后康复训练提供参考。

1 数字疗法概述

1.1 数字疗法概念

数字疗法(digital therapeutics,DTx)是一种基于循证的数字化行为治疗,可提高医疗服务的可及性和有效性[11],其向病人提供由高质量的软件程序驱动的循证治疗干预措施,以预防、管理、治疗疾病或机体功能紊乱。该疗法可独立使用或与药物、设备和其他疗法配合使用,以优化病人护理和预后[12]。根据数字疗法产品功能可将其分为改善健康、管理疾病和治疗疾病三大类。不同于以往的远程治疗,数字疗法有以下3个基本特征:1)针对某一特定疾病开发。2)以循证医学为基础,按照医学原理、指南和标准治疗方案构建软件内容,安全性和有效性需经过临床验证,监管机构授权或批准,且需要持续收集、分析和应用真实世界的数据。3)高质量软件驱动,可与云计算、可穿戴设备和人工智能等联合应用来监测病人生理和社会活动,必要时进行干预以预防、管理或治疗各类疾病[13]。

1.2 数字疗法发展现状

近年来国外数字疗法发展飞速,美国Well Doc公司的Blue Star、Omada Health公司的Prevent是经过美国食品药品监督管理局(food and drug administration,FDA)批准用于糖尿病管理的数字疗法,可搭配家用血糖监测仪远程监测病人血糖水平,为病人制订个性化血糖控制方案[14]。Propeller Health公司推出的哮喘、慢性阻塞性肺疾病辅助治疗的数字疗法通过将吸入器的传感器与智能手机应用程序匹配以监测药物使用时间、频率,并提供个性化支持,改善病人用药依从性,明显降低其哮喘发作相关住院率和急症就诊率[15]。日本研发的HERB Mobile数字疗法通过云分析动态监测血压数据,基于计算机算法为病人提供个性化生活管理,实现对心血管疾病的早期预防[16]。ReSET是美国Pear therapeutics公司推出旨在利用认知行为疗法原理治疗药物滥用障碍症[17]。该公司的Somryst数字疗法为睡眠障碍病人提供神经行为干预,采用由算法驱动的失眠认知行为疗法来改善病人失眠症状。英国Big Health公司的Sleepio也采用类似方法实现慢性失眠无药治疗[18]。针对儿童注意力不集中或混合型注意力缺陷多动障碍,美国Akili公司的EndeavorRx是首款FDA批准基于游戏数字治疗的数字疗法,主要通过动作类游戏帮助儿童学会控制注意力[19]。

2 数字疗法在脑卒中后康复中的应用形式

2.1 基于计算机网络平台

随着信息技术的日渐成熟,基于计算机网络平台的数字疗法将“互联网”和“医学”相融合,根据病人需要的康复领域以及轻重程度提供针对性、可调节的干预措施,同时监测训练情况,获得数据反馈,便于对治疗方案进行调整。Richter等[20]使用基于互联网在线平台数字疗法“WOME”对干预组的18例脑卒中病人进行个性化记忆训练。要求病人记住一串纸牌并且以相反的顺序重新排列纸牌,随后每节课进行字母和单词流利性和语义结构性训练,字母和单词的符号匹配练习。结果显示,干预组病人工作记忆、前瞻记忆和单词流利性明显改善。一项荟萃分析结果发现,基于计算机的认知功能训练可明显改善脑卒中病人工作记忆、注意力和执行功能等认知功能,还可提高语言、视觉空间技能和精细运动灵活性[21]。

2.2 基于移动健康应用程序

随着移动通信技术的发展,以应用程序(APP)为主的移动医疗技术逐渐成为研究热点。美国研发的基于iPad的数字疗法“Constant Therapy”提供训练语音和记忆的任务,用于改善脑卒中后失语症病人的语言和认知功能。一项研究将该应用程序与传统疗法进行对比,干预组病人在家中使用iPad进行1 h“Constant Therapy”训练,每周1次,持续10周,干预后使用该软件的病人表现出更高的积极性,且阅读和命名任务、算数和推理任务、语言和记忆任务等方面都有所改善[22]。Godlove等[23]比较病人在家中使用“Constant Therapy”进行康复训练和在诊所进行康复训练的效果,结果显示两者治疗效果比较差异无统计学意义,但家庭治疗病人接受治疗频率更高,完成治疗时间更短,进一步证实基于iPad软件提供个性化卒中后康复治疗的可行性。Tactus Therapy是加拿大温哥华研发的一款基于ipad言语治疗的数字疗法,为脑卒中病人提供基于证据的治疗活动,还可向言语治疗师传授最佳实践和循证治疗。该软件包括高级语言治疗、对话、阅读、命名疗法等多项应用程序,培训类型为语音和语义,同时该软件通过数据反馈,自动对难度进行调整。Stark等[24]对脑卒中病人进行试点研究,结果显示使用Tactus Therapy数字疗法的病人在复述、命名、阅读、写作、口语、图片描述等方面明显改善。

2.3 基于虚拟现实康复技术

虚拟现实(virtual reality,VR)技术通过提供对策模拟环境,使单调的重复训练趣味化。通过虚拟康复软件进行脑卒中后康复训练具有可行性和有效性,其可将认知任务纳入模拟的日常生活环境中,如在过马路的虚拟环境中训练注意力,通过导航任务训练情景记忆和空间定向力,通过超市购物训练执行能力等。Chatterjee等[25]研发并测试了名为VIRTUE的应用程序,该程序制定不同虚拟场景的游戏,通过模拟日常生活改善病人认知功能,且游戏的难度随着时间推移增加,每周5次,持续2周,干预结束后接受该软件治疗的病人蒙特利尔认知评分持续改善,且与常规治疗的对照组之间评分变化的箱形图存在明显差异。瑞士的MindMaze于2017年获得全球首次使用VR技术对卒中后运动功能进行康复的FDA认证,产品MindPod Dolphin旨在促进脑卒中病人上肢运动和认知功能的恢复,其配有一件反重力背心,通过软、硬件给病人带来身临其境的海洋环境体验,可减轻手臂重量,训练上肢精细运动控制能力[26]。

3 数字疗法在脑卒中后康复中的应用效果

3.1 改善认知功能

脑卒中后认知障碍是指脑卒中后出现并持续6个月依然存在的认知功能损害。不仅影响病人身心健康,降低生活质量,更是影响病人预后的严重并发症之一,因此需重视病人认知功能的恢复。瑞典的Cogmed数字疗法是一个提供数字康复计划的在线平台,旨在帮助脑卒中病人改善认知功能。该训练可在计算机、智能手机或平板电脑上进行,包括言语工作记忆任务和视空间工作记忆任务。病人需要记住呈现的刺激并且以相同顺序或相反顺序再现刺激,从而突破病人工作记忆极限。训练过程有趣具有挑战性,有利于提高病人训练依从性。多项研究显示,进行Cogmed训练的干预组脑卒中病人的工作记忆、执行功能和注意力有所改善,且在病人自我报告中认知问题较少,满意度增加,健康自评增加[27-29]。Maier等[30]对试验组脑卒中病人进行每天30 min、每周5 d、共6周的适应性结合认知训练(ACCT),对照组病人进行标准认知训练。ACCT是一种基于VR的多认知领域的认知能力训练方法,可以从病人做任务和游戏化的训练中获得病人表现参数,并根据病人表现使用算法自动调整任务的难度参数。结果显示,与干预前相比,两组干预均有效,且试验组抑郁水平较对照组明显降低,同时注意力和记忆力等得到改善。

3.2 改善言语功能

卒中后约有1/3的病人会出现失语表现,主要包括听力、阅读、复述等言语障碍[31],影响病人工作生活。研究证明,脑卒中后12个月内对病人进行言语康复训练可促进病人语言功能自然恢复[32]。传统的言语康复训练需要高水平治疗师参与,因此需要一定的经济基础支持病人完成康复训练,而数字疗法提供一种低成本干预方式,减轻病人经济负担,促进病人完成康复训练。Choi等[33]研发并测试数字疗法iAphasia,其治疗内容主要包括听觉理解、重复、命名和语言流利性。根据任务难度,每项分6个级别并包含一项评分系统,便于反馈与效果跟踪。结果表明,接受iAphasia的病人4周后言语功能明显改善,随访1个月,病人病情持续改善,对软件满意度高。Palmer等[34]将英国StepByStep数字疗法用于脑卒中后失语症病人,该软件包括13 000种语言练习,通过添加图片来练习,例如人名等与个人相关的单词,每项训练从听到目标词,产生具有视觉、语义、音韵或书面提示的单词到用句子说出单词的步骤,结束训练后接受StepByStep训练的病人在命名能力等方面取得更大的进步。

3.3 改善运动功能

脑卒中病人发病后80%的病人存在不同程度的运动功能障碍,主要表现为上肢屈伸不利、手精细动作控制能力减退、肢体活动无力和偏瘫等[35]。及时有效的康复训练可降低病人致残率,恢复肢体功能,增强肌肉运动协调性和肢体平衡性。研究证明,卒中后的神经可塑性与治疗的强度、频率、持续时间有关,侧重于重复性练习[36]。传统康复训练因见效慢、效率低、训练枯燥等问题,往往很难达到治疗师制定的标准,数字疗法可提供具有趣味性、重复的训练环境,对病人进行科学化运动指导,促进其运动功能恢复。VR技术训练使用视频游戏和病人自身的第三人称视角,使该技术非常适合上肢和下肢运动训练。最新荟萃分析将VR技术应用于脑卒中病人上下肢运动功能、平衡功能、步态和认知功能等多方面的随机对照试验纳入,结果显示VR技术干预可有效改善病人运动功能[37]。Chae等[38]开发并检测一种基于家庭的康复系统,该系统可识别和记录病人使用配备可穿戴传感器,机器学习算法的智能手表和智能手机应用程序进行康复锻炼的类型和频率,同时可与治疗师共享家庭锻炼数据。发现该系统可促进病人参与家庭训练,并提高脑卒中病人运动功能评分。提示数字疗法可成为脑卒中家庭康复训练具有成本效益的工具。

4 数字疗法在脑卒中后康复中应用的机遇与挑战

4.1 数字疗法在脑卒中后康复中应用的机遇

由于当前医疗资源分布不均,医护人员精力有限,病人生活习惯、思维惯性比较固化,且出院后康复训练需要病人具备一定的医学知识,而实际情况病人出院后无法进行科学的康复训练,导致难以达到较好的效果。数字疗法通过数字化手段将现有的医学原理、指南或者标准治疗方案转化成以应用软件为驱动的干预措施,提高病人康复训练的可及性和科学性,同时数字疗法通过实时反馈及时对治疗方案进行调整,更具个性化和精准化[39]。其次,近年来人工智能、机器学习、云计算等新技术发展为数字疗法打下坚实技术基础。手机、平板电脑、可穿戴技术的普及为数字疗法的落地实施提供应用环境。随着老龄化和慢性病流行趋势加剧,病人对于数字疗法的需求也在逐渐增加[40]。

4.2 数字疗法在脑卒中后康复中应用的挑战

尽管数字疗法发展具有很大潜力,但仍面临着以下挑战:1)目前经过审批的数字疗法都经过临床试验验证,但大部分试验样本量较小,随访时间较短,缺乏临床益处高质量证据,存在信任问题。2)数字疗法目前只涉及通用固定算法的软件,提供有限个性化,无法完全根据个性化病人症状数据提供适应性干预[41]。3)数字疗法作为一个新兴治疗方法,医护人员目前接受度与认知度较低,还需加强相关教育[42]。4)数字疗法具有实时监测数据的功能,包含病人医疗数据、电子病历等敏感数据,可能面临隐私和数据安全问题[43]。

5 小结

数字疗法通过娱乐化设计、互动方式提高病人依从性;突破时间、空间局限,节省病人就医费用,提高服务可及性;同时将技术与循证医学结合,帮助病人通过自我管理延缓疾病进展,降低并发症发生率,是传统治疗方法的有益补充甚至替代方式。对于医护人员而言,可借助数字疗法采集健康数据,跟踪病人病情变化,提高护理质量与效率,为临床科研提供真实世界数据。而我国数字疗法正处于初步发展阶段,理论基础不完善,医生接受度较低,临床效果不够明显,未来仍然面临一些挑战。先前研究已证明数字疗法在脑卒中病人康复训练中的可行性,但大多临床试验仍停留在概念方面,未来应加快基于循证医学的规范化验证,继续开展大样本、多中心的临床试验,以证明其在预防和治疗脑卒中康复训练中的功效。