Summary
目前的协议概述了基于VR的数字职业培训系统如何增强中风后认知障碍和上肢功能障碍患者的康复。
Abstract
卒中康复通常需要频繁和强化的治疗，以改善功能恢复。虚拟现实 （VR） 技术已显示出通过提供引人入胜和激励性的治疗选择来满足这些需求的潜力。数字职业培训系统是一种VR应用，利用多点触摸屏、虚拟现实、人机交互等前沿技术，为高级认知能力和手眼协调能力提供多样化的训练技术。本研究的目的是评估该计划在增强中风患者认知功能和上肢康复方面的有效性。训练和评估包括五个认知模块，包括感知、注意力、记忆、逻辑推理和计算，以及手眼协调训练。本研究表明，经过八周的训练，数字职业训练系统可以显着改善脑卒中患者的认知功能、日常生活技能、注意力和自理能力。该软件可以用作节省时间和临床有效的康复辅助工具，以补充传统的一对一职业治疗课程。总之，数字职业培训系统显示出前景，并作为支持中风患者功能恢复的工具提供了潜在的经济利益。
Introduction
卒中或脑血管意外的发病率、死亡率、残疾率和复发率都很高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因，在中国是主要死因2。随着人口老龄化，预计未来几年中风的发病率和社会负担将显着增加。卒中幸存者可能会继续出现感觉、运动、认知和心理障碍3.中风的影响可能包括身体一侧瘫痪，包括面部、手臂和腿部，这种情况称为偏瘫。这是中风最常见的后遗症，对人们的生活质量有重大影响4.
中风对人们的健康构成重大威胁。由于脑组织损伤，中风和偏瘫可导致手部功能障碍，阻碍患者的日常生活活动 （ADL） 并降低他们的生活质量5.上肢功能下降，尤其是作为身体远端的手部功能下降，是上肢恢复中最重要的挑战6。因此，功能康复至关重要。此外，20%-80% 的中风患者会出现认知障碍，导致注意力、记忆力、语言和执行能力方面的缺陷7.
目前，上肢偏瘫的临床康复主要依靠全面的上肢训练和各种职业治疗（如镜盒治疗8、悬吊术9、功能性电刺激10等）。最近，虚拟现实和交互式视频游戏已成为替代康复方法。这些干预措施可以促进高容量的实践，并减少对治疗师时间的要求11.虚拟现实系统已迅速发展成为新的商业设备，可用于增强中风幸存者的认知和上肢运动功能12。尽管取得了这些进展，但该领域仍有未开发的途径。
因此，本研究旨在调查上肢康复训练联合常规上肢康复对偏瘫恢复期卒中患者认知和上肢运动功能的影响，通常跨越卒中后最初的 6-24 周。此外，我们还将研究它对日常生活能力的影响。本研究旨在为机器人干预的临床应用提供有价值的证据。
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Protocol
本研究方案获得浙江大学第一附属医院伦理委员会批准（批准号IIT20210035C-R2），获得所有受试者的知情同意。进行了一项采用半随机化、单盲和对照组的实验研究，以评估该计划的可行性和有效性。邀请浙江大学第一附属医院康复内科病房住院的24名患者参加本实验。纳入标准包括经计算机断层扫描 （CT） 或磁共振成像 （MRI） 确认的中风患者，年龄在 30-75 岁之间，中风后 6-24 周，蒙特利尔认知评定量表 （MoCA） 评分 <2613，上肢功能障碍14，单侧偏瘫，坐姿 3-6 期Brunnstrom 15，以及评估和治疗合作。排除标准包括认知障碍、主要器官功能障碍、视觉或听力障碍、精神行为异常或抗精神病药物使用史、严重痉挛（Ashworth 量表 3-4）16 以及肩关节半脱位或严重上肢疼痛。
1. 研究设计
- 按随机数表方法2将所有患者分为对照组和实验组（每组12人）。
注意：在实验之前，经验丰富的职业治疗师对所有患者完成了以下评估：蒙特利尔认知评估 （MoCA）13、Fugl-Meyer 评估上肢量表 （FMA-UE）14 和改良巴特尔指数 （MBI）17。 - 核实并确认实验组患者是否接受了常规药物治疗，包括各自医师开具的降压药、抗糖尿病药、抗血小板药、脂质调节剂等药物。
- 此外，确保他们每天接受 30 分钟的常规职业治疗训练，包括认知功能训练和上肢功能训练。此外，确认他们每天花 30 分钟学习数字职业培训系统，为期 8 周。
注意：术语“常规药物治疗”是指为中风后护理开出的标准药物，具体药物可能因患者和诊所而异。
- 此外，确保他们每天接受 30 分钟的常规职业治疗训练，包括认知功能训练和上肢功能训练。此外，确认他们每天花 30 分钟学习数字职业培训系统，为期 8 周。
- 确保对照组患者每天接受常规职业治疗 （OT） 1 小时，并结合常规药物治疗。
- 按照以下步骤实施针对患者认知障碍类型量身定制的常规认知功能训练：
注意：对照组和实验组患者都接受这些培训。- 对于记忆功能障碍：引导患者进行讨论图片、背诵段落、路径记忆练习和回忆生活情节等活动。
- 对于注意力功能障碍：指导患者参加眼动追踪训练、数字分类练习和类似的图片识别训练。
- 对于计算障碍：要求患者进行简单的加法和减法练习，涉及小于 50 的数字，以及购物和金融模拟训练等活动。
- 对于视觉空间障碍：引导患者完成堆放木头、解决拼图游戏、绘画和转动物体等活动。
- 对于执行功能障碍：带领患者进行折纸、手工制作、绘画、浇花等活动。
- 对于思维和推理功能障碍：指导患者对物品进行分类、排列数字、模拟超市购物，从一般推理发展到具体推理。
- 指导患者进行常规的上肢功能锻炼，包括上肢每个关节的被动和主导运动。这包括滚轮训练、上肢拔出、投掷和接球等活动，以及肩部、肘部和手腕运动的控制训练。
- 此外，还包括前臂旋前和旋后、手指精细运动和协调柔韧性训练，例如使用销板和螺丝拧紧。
注意：穿衣脱衣训练、自助设备应用等增强日常生活活动能力的练习应主要集中在患侧，并适当纳入健康侧以协助患侧的训练。所有实验步骤均在病房的康复室进行。上述培训每周进行 5 天，持续 8 周。
- 此外，还包括前臂旋前和旋后、手指精细运动和协调柔韧性训练，例如使用销板和螺丝拧紧。
2、数字化职业培训系统的培训流程
注意：只有实验组接受这些培训。
- 指导患者站立或坐在设备前（图 1），并将显示屏调整到适当的高度和倾斜角度，使患者的手能够轻松触摸屏幕。
- 为每位患者创建个性化的个人资料，包括他们的全名、年龄、住院识别号、诊断和其他相关医疗详细信息。
- 根据患者的认知障碍类型和上肢剩余肌肉力量选择合适的 训练计划 。设置每个程序的 参数 ，例如训练持续时间、难度级别以及左侧或右侧（图 2）。
- 解释并演示每个程序的正确操作方法，以确保患者完全理解培训的目的。
- 进行认知功能训练。
- 对于记忆功能障碍患者，请遵循以下培训过程。
注意：如果患者有记忆功能障碍，治疗师可以从以下训练程序中进行选择：“快速匹配训练”、“记忆矩阵训练”和“卡片记忆训练”。- 快速匹配训练：点击屏幕上的 图片 ，让患者记住上一张图片。然后让患者单击 “图标 ”按钮以确认当前图片是否与前一张图片匹配。
- 记忆矩阵训练：点击使三个 明亮的方块 在屏幕矩阵的不同位置闪烁。然后，单击以 使所有方块变暗 ，并要求患者单击 明亮的方块。
- 卡片记忆训练：单击以在屏幕上显示 两张图片 ，然后将它们 翻转 过来。指导患者找到与屏幕上显示的卡片相匹配的目标卡片。
- 对于注意力功能障碍患者，请进行以下训练过程。
注意：对于注意力功能障碍的患者，请从以下训练程序中进行选择：“反应能力训练”、“配色训练”、“打地鼠游戏”和“卡片记忆训练”。- 反应能力训练：当蛋糕落在卡通头像上方时，指导患者快速点击 捕捉 按钮，防止蛋糕砸到头部。
- 配色训练：当轨道上方的球接近圆心时，引导患者点击 相应的颜色 使球弹跳，根据难度进行两拍或四拍。
- 打地鼠游戏：介绍一个坏人穿越土地或地鼠伸出头的游戏。指导患者点击并 击中坏人 或 地鼠 以获得游戏积分。
- 卡片记忆训练：显示 卡片信息，翻转 卡片，并改变其位置。要求患者根据指定的要求再次找到并点击 目标卡 。
- 对于有计算能力和判断障碍的患者，请进行以下训练过程。
注意：当患者有计算和判断障碍时，治疗师应选择“石头剪刀布”、“算术推理训练”、“分类和挑选训练”和“钓鱼游戏”等项目。- 石头剪刀布：在屏幕上显示左右手势，让患者快速判断，点击确定 是左手获胜， 右手获胜，还是 平局。
- 算术推理训练：指导患者计算屏幕上的 算术问题 并将其与数字进行比较，选择 大于、小于或 等 于按钮。使用设置的难度级别增加算术问题的难度。
- 分拣和拣选培训：要求患者根据左上角的要求从列表中挑选并点击适当的 类型 和 数量 的物品。
- 钓鱼游戏：按照提示信息，指示患者点击屏幕 捕捉特定类型 和 数量的鱼 以获得游戏分数。
- 对于视觉空间障碍患者，进行以下培训课程。
注意：以下训练程序适用于视觉空间障碍患者：“单侧忽视训练”、“拼图训练”、“图片组合训练”。- 单侧忽视训练：根据 视频提示 点击，用手指控制游动的红鱼，尽可能多地吃鱼。
- 拼图训练：单击并将 拼图的破碎部分放入正确的位置 ，以便它们再次形成完整的画面。
- 图片组合训练： 从左边的各种形状和颜色中选择合适的图片 ，放在 右边的正确位置 ，组合形成特定的图案。
- 对于执行功能障碍患者，请进行以下培训课程。
注意：执行功能障碍患者可以选择“虚拟厨房”计划。患者可以在系统的指导下，以虚拟方式逐步完成“炒番茄鸡蛋”的制作过程。具体步骤如下：- 准备食物材料：指导患者虚拟（在屏幕上） 打开水龙头，清洁西红柿，将西红柿切成小块，然后 将它们放在盘子上。然后， 将鸡蛋放入碗中搅拌。
- 烹饪：指导患者 点燃炉子，倒入食用油，倒入打好的鸡蛋，然后 加入西红柿。
- 上菜：完成后，引导患者 关火 ，将 煮熟的菜肴转移到盘子上。
- 对于有思维和推理功能障碍的患者，请进行以下操作。
注意：如果患者有命名和概念困难，请从“命名训练”、“卡片记忆练习”和“对象区分训练”中进行选择。- 命名训练：引导患者根据文字信息和声音的要求，在多张图片中查找并点击 正确的图片 ，或根据图片信息提示选择并点击 正确的项目名称 。
- 卡片记忆练习：在屏幕上出现的卡片中，让患者找到并点击右上角与卡通人 手中的卡片相同的 卡片。
- 对象区分训练：在屏幕上出现的几列形状中，要求患者识别并单击 唯一且与其他形状不同的形状。
- 对于记忆功能障碍患者，请遵循以下培训过程。
- 进行上肢功能训练。
- 通过辅助练习或单手练习训练患者。
注意： 如果患肢无法单独完成训练，请让健康的手握住患肢并完成辅助训练。一旦患肢恢复一定程度的肌肉力量，就可以开始单手训练。以下训练程序适用于辅助练习或单手练习：“绘画练习”、“音乐之旅”、“走迷宫”。- 绘画练习：根据屏幕上出现的路径提示，指导患者绘制图案的 特定线 条或 轮廓 。系统将自动生成精美的图片。随着难度的增加，考虑让路径消失，并要求患者 根据记忆勾勒出图片。
- 音乐之旅：让患者根据音乐的节奏 擦除屏幕上的灰色方块 ， 将它们转换为彩色方块。这提供了一种非常愉快的体验。
- 行走迷宫：指导患者 抓住迷宫中的小球 ， 引导球穿过迷宫到达 钻石所在的终点。
- 通过双手协调练习训练患者。
注意：如果患肢肌肉力量良好，可以开始双手协调训练。选择“平衡球”、“喂鱼游戏”、“射箭练习”和“反应协调训练”等程序。- 平衡球：让患者将左右拳头放在平衡木的两端，平衡木上有一个蓝色的小球。指导他们保持平衡并防止球从两侧滚落。
- 喂鱼游戏：指导患者一只手按住喂食，另一只手点击屏幕上 游动的小鱼 ，完成喂鱼任务。
- 射箭练习：引导患者将一只手放在弓上，另一只手放在箭上，点击并 控制箭 头，使其完美地击中靶心。
- 反应协调训练：让患者左右手按住锤子，咔嚓咔嚓交 替击打黄球 ，类似于乒乓球比赛，训练患者的协调和反应能力。
注意：完成每个程序的培训后，仪器会自动提供对培训结果的分析，并将其存储在患者的专有文件中。治疗师通过每次比较结果来评估患者的训练效果（图 3 和 图 4）。
- 通过辅助练习或单手练习训练患者。
- 随着患者功能的恢复，请治疗师定期重新组合训练计划，根据患者的表现调整手术的难度和持续时间。
注意：在整个训练期间，治疗师监督患者的整个训练过程，耐心倾听患者的需求，在遇到困难时帮助患者，并在成功完成训练任务时给予表扬和鼓励。
3. 后续程序
- 治疗 8 周后，使用 MoCA、FMA-UE 和 MBI 对所有患者进行重新评估。这种重新评估由同一位职业治疗师进行。
- 对从训练前和训练后评估中收集的数据进行统计分析，以确定结果的重要性。
注：根据数据分布的正态性，采用适当的统计方法来评估数字职业培训系统对认知和运动功能恢复的影响。
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Representative Results
在这项研究中，招募了 24 名中风后出现上肢功能障碍并伴有各种认知障碍的患者。观察到的认知障碍类型包括健忘症、失认症、执行功能障碍、注意力障碍等。两组在性别、年龄、病程和脑卒中类型方面无统计学意义差异（P > 0.05），详见 表1。实验组使用数字职业训练系统进行上肢康复，与常规治疗相比，FMA-UE14、MoCA13 和 MBI17 表现出更大的改善（表 2）。
训练期过后，实验组的MoCA评分有显著改善（P < 0.05），而对照组没有显著差异（P > 0.05）。此外，实验组的改善比对照组更明显（P < 0.05）（表2）。在FMA上肢评分方面，实验组在训练8周后表现出显著改善（P < 0.05），与对照组相比改善显著（P < 0.05）（表2）。在BI评分方面，两组均较干预前有显著改善（P < 0.05），实验组的改善与对照组有显著差异（P < 0.05）（表2）。这些发现强调了数字职业培训系统在增强患者认知和上肢能力方面的有效性，在认知改善方面超越了传统的康复治疗。
使用统计软件进行统计分析（见 材料表），显著性水平设置为双尾 P <0.05。参数分析假设数据正态性和方差的同质性，采用独立样本 t 检验来比较各组之间量表分数的差异。
图1：数字职业培训系统。 该系统的屏幕位于符合人体工程学的高度和角度，适合中风患者的坐姿或站姿，促进康复锻炼的互动参与。 请点击这里查看此图的较大版本.
图2：基于认知的上肢VR方案的游戏内容及应用。 这张图以图形方式说明了游戏中的各种任务，每项任务都经过精心设计，以针对特定的认知和运动技能。 请点击这里查看此图的较大版本.
图 3：射箭游戏训练结果分析 - 每个目标命中的环数。 该图提供了参与者在射箭比赛中表现的统计细分，可视化了多个会话中每个目标击中的环数。 请点击这里查看此图的较大版本.
图4：活动区域射箭比赛训练结果图解析。 颜色渐变代表高活动和低活动区域，可以深入了解参与者尝试的准确性和焦点，从而作为评估整个训练过程中运动控制和协调的视觉工具。 请点击这里查看此图的较大版本.
| 群 | n | 性别 （n） | 年龄 （x±s， y ） | 病程（x±s，d） | 行程类型 （n） | 偏瘫侧 （n） | |||||
| 雄 | 女性 | 缺 血性 | 失血 性 | 左 | 右 | ||||||
| 对照组 （n = 12） | 12 | 6 | 6 | 50.50 ± 5.50 | 37.08 ± 11.48 | 7 | 5 | 7 | 5 | ||
| 实验组（n=12） | 12 | 7 | 5 | 50.42 ± 5.52 | 36.0 ± 10.86 | 8 | 4 | 6 | 6 | ||
| P | >0.05 | >0.05 | >0.05 | >0.05 | >0.05 | ||||||
表 1.两组之间的基线特征。 它对对照组和实验组之间的基线特征进行了全面比较。这包括人口统计学和临床数据，确保组之间的可比性并验证随机化过程，从而确认后续分析的稳健性。
| 群 | 当代艺术馆 | FMA-UE系列 | MBI公司 | |
| 对照组 （n = 12） | 每次治疗 | 18.25 ± 2.42 | 31.83 ± 6.26 | 57.42 ± 7.37 |
| 后处理 | 19.0 ± 3.16 | 35.58 ± 5.04 | 64.33 ± 6.51 * | |
| 实验组（n=12） | 每次治疗 | 18.33 ± 2.34 | 32.42 ± 5.84 | 57.33 ± 9.50 |
| 后处理 | 22.00 ± 2.92 **# | 40.67 ± 6.72**# | 71.42 ± 9.63 **# | |
| *与 预处理相比，P < 0.05; #P < 0.05，与对照组相比 | ||||
表 2.训练前后两组 MoCA、FMA-UE 和 MBI 分数的比较 （x ± s）。 *与 预处理相比，P < 0.05。与对照组相比，#P < 0.05。突出显示了具有统计学意义的值，阐明了基于 VR 的训练方案对认知和运动功能的影响，并展示了参与者在训练后能力的相关改进。
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Discussion
实施了虚拟现实康复系统，以支持中风患者的康复，利用最新的多点触摸屏技术来增强培训参与度、沉浸感、互动性和概念化。该系统提供集成视觉、听觉和触觉的交互式上肢运动控制训练。它还包括针对记忆力、注意力、空间感知、计算、手眼协调和虚拟任务的康复训练模块，提供个性化的认知训练。此外，数字康复通过丰富的虚拟日常生活活动 （ADL） 和认知训练来增强认知和上肢恢复18,19。
目前卒中后认知功能康复的方法通常涉及计算机辅助训练和职业治疗，有时辅以高压氧治疗和经颅电刺激等方法20。相比之下，这里描述的基于VR的训练系统提供了高强度、重复性和高度可重复的运动训练21。系统根据患者的康复进度智能调整游戏难度级别，为高强度训练量身定制任务。此外，虚拟现实游戏可以随时随地访问，使患者能够更频繁地进行康复训练并实现更多的重复次数。
与现有的VR设备相比，数字职业培训系统是一种更加个性化和灵活的康复选择，可以集中患者的努力和注意力来改善结果。在神经可塑性、运动学习和康复过程中，患者的积极参与至关重要。已发现将康复治疗与患者的自主运动相结合可以促进失去的运动能力的恢复22,23。这种虚拟康复在动机、安全性和定制方面具有优势，同时还允许在训练期间监控和分析用户的表现。使用 7 点李克特型量表的评估显示出积极的结果，表明 VR 系统的可接受性、期望有效性、满意度和稳定性有所提高24。根据职业治疗师和认知障碍患者的反馈，结果表明该培训系统既可行又可用。
虚拟现实设备可以通过增强乐趣来增加任务重复（强度），以鼓励参与特定任务。与现有的VR设备相比，数字职业培训系统提供了更多样化的认知和日常生活活动（ADL）培训游戏。低成本的虚拟康复系统可以作为传统康复的补充，需要减少直接监督。将运动传感器与 VR 系统一起使用，使康复专业人员能够以数字方式评估和跟踪患者的功能25。基于数字训练系统的康复是一种很有前途的工具，使患者能够积极参与康复计划并实现更好的运动功能恢复。
然而，还有一些挥之不去的问题，例如确定虚拟现实康复的主要受益者，评估沉浸式与非沉浸式体验的影响，以及确定最有效的反馈机制26。虚拟现实还可以集成到新的治疗方式中，例如脑机接口和无创脑刺激，以增强神经可塑性并改善康复结果27。该研究面临局限性，包括与手势识别相关的挑战、需要根据患者的运动能力进行精确的运动角度和时间调整，以及需要仔细实施阈值限制 6。此外，相对较小的样本量限制了研究结果的普遍性。
总之，通过数字康复系统进行认知功能训练可显着改善中风患者的认知、上肢运动功能和 ADL 能力。这种方法在临床康复方面具有巨大的潜力，未来可以扩大到惠及更多的中风康复中心。此外，该方法的多功能性使其可以应用于各种康复领域，包括创伤恢复和神经退行性疾病的治疗。
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Disclosures
作者表示，本研究不存在任何利益冲突或财务披露。
Acknowledgments
我们感谢浙江大学医学院附属第一医院的患者和医护人员在整个研究过程中的支持与合作。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| FlexTable digital occupational training system | Guangzhou Zhanghe Intelligent Technology Co., Ltd. | Observation on the rehabilitation effect of digital OT cognitive function training on stroke patients with decreased attention function | FlexTable digital operation training system uses the latest multi-touch screen technology, virtual reality and human-computer interaction technology, integrates a variety of training methods, and provides digital advanced brain function and hand-eye coordination training |
| SPSS 25.0 | IBM | https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-25 |
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