基于Android系統(tǒng)的卒中后認知障礙訓練APP的開發(fā)

王巖，白艷杰，張銘

1. 河南中醫(yī)藥大學 康復醫(yī)學院，河南 鄭州 450046；2. 河南中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院 康復中心，河南 鄭州 450000

引言

腦卒中后認知障礙（Post-Stroke Cognitive Impairment，PSCI）是神經病學和康復醫(yī)學領域常見的功能障礙，常表現為記憶力、注意力、處理速度、視空間能力、語言和計算能力等的異常[1]。研究表明，認知訓練不僅能夠改善患者注意力、視空間、執(zhí)行等功能，還對卒中后患者的日常生活能力恢復有積極影響[2]。但傳統(tǒng)的認知訓練需要患者和照護者至醫(yī)院才能開展，且訓練過程單調、枯燥，容易受到治療環(huán)境的影響，訓練信息不易保存[3-4]，而開發(fā)基于Android的移動數據平臺是解決這一問題的有效途徑[5]。

隨著我國智能手機使用的持續(xù)深化，國家大力推廣在線醫(yī)療衛(wèi)生新模式，以智能手機為主體的移動應用程序（Application，APP）在健康信息服務方面的應用也越來越廣泛[6-9]，但與腦卒中有關的APP特別是腦卒中患者訓練使用的APP卻較少[10]。因此，本研究提出開發(fā)一個基于Android系統(tǒng)的認知訓練APP，以期優(yōu)化PSCI患者的認知訓練方式，突破地域方面的限制，將優(yōu)質的醫(yī)院資源延伸至患者家中，滿足患者認知訓練居家康復需求，改善患者訓練體驗。

1 研發(fā)APP前期準備過程

研究團隊組建專家小組，包括2名康復醫(yī)學科副主任醫(yī)師、2名康復治療師長、2名康復醫(yī)學科護士長和2名軟件開發(fā)人員，目的在于提升研發(fā)認知訓練APP的科學性和專業(yè)性。

1.1 認知訓練APP需求分析

PSCI是卒中后患者常見的功能障礙，主要表現包括注意力不集中、計算力和記憶力下降、執(zhí)行力降低等，嚴重影響腦卒中患者的全面康復。開發(fā)APP的第一步是對PSCI患者、照護者和康復團隊人員的需求進行分析，它影響著APP的使用率。通過對患者和醫(yī)護人員進行問卷調查和實地訪談后發(fā)現，PSCI患者需要通過APP進行認知訓練和認知情況追蹤；康復團隊人員需要通過APP獲取患者的認知情況，并提供適合的治療方案；照護者需要通過APP實現與康復醫(yī)生的交流溝通。因此我們提取出認知評估、認知訓練、認知康復指導三個主要功能性需求；此外，APP還需滿足易操作、穩(wěn)定可靠和易使用等非功能性需求，將移動應用和腦卒中后認知診療相結合。

1.2 APP設計流程

考慮到PSCI患者認知能力和行為能力方面的具體情況，在設計患者端的認知評估和認知訓練模塊時以卒中患者直觀易用為主要原則，如主要操作手勢方面以點擊和滑動為主，采用較大字體、顏色鮮艷的圖片和有趣味性的動畫，將圖標置于醒目的位置且放大觸控范圍，為PSCI患者進行認知訓練提供最大便利。

開發(fā)前康復團隊與軟件開發(fā)人員進行了6次商討，確定了希望該APP擁有的功能，并將這些功能按照實際需求分為具體的模塊，軟件開發(fā)人員在上述步驟完成后，將系統(tǒng)的功能一一列出，與康復團隊成員確認具體功能，通過表格、文檔、圖片或視頻的方式呈現并準備素材，最后由軟件開發(fā)人員進行軟件制作。設計流程如圖1所示。

圖1 認知訓練APP的設計過程

2 系統(tǒng)總體設計

為了建成一個規(guī)范有序的系統(tǒng)，我們在標準上統(tǒng)一組織，在平臺架構上統(tǒng)一規(guī)劃，并嚴格遵循統(tǒng)一標準、安全可靠、開放性設計和可擴充設計的規(guī)則。

2.1 系統(tǒng)技術特點

該系統(tǒng)的技術特點是將Android平臺與Java語言相結合。Java為編程語言，從接口到功能，靈活多變。主要運用的是Activity之間的相互跳轉，然后利用Intent實現多個程序同時運行的效果。如果運行某個Activity的畫面被另一個Activity所取代，則當前Activity停止。系統(tǒng)通過View類與xml（可擴展標記語言）將用戶界面放置在視圖窗口，通過注冊事件來完成相應的功能。Java語言是一種作為靜態(tài)的面向對象編程語言，極好地實現了面向對象理論，它具有簡單性、面向對象型、可移植性、平臺無關性、安全性等優(yōu)點，本系統(tǒng)就是在Android平臺上使用Java語言的系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)的硬件及軟件設計

認知訓練APP的硬件包括安卓手機移動終端、入侵防御系統(tǒng)設備、手機應用服務器、交換服務器、業(yè)務系統(tǒng)服務器、數據庫服務器和集成平臺應用服務器。

同時本研究采用WeX5移動開發(fā)平臺，確保成果保持通用不受限制[11]，采用模型視圖控制器（Model View Controller，MVC）設計模式，使數據和視圖分離，頁面描述和代碼邏輯分離，同時使用Web Service進行系統(tǒng)集成和數據交換。選擇不同廠商和不同Android系統(tǒng)版本的智能手機作為測試環(huán)境進行多次測試。

2.3 系統(tǒng)的業(yè)務流程設計

對PSCI患者進行APP認知訓練的流程進行梳理，見圖2。患者通過填寫姓名、電話號碼進行注冊并登錄，登錄后進一步完善患者基本信息，點擊APP首頁“認知評估”模塊，在照護者的指導下進行相關認知評估，評估完成后的得分會實時更新至醫(yī)護端APP，醫(yī)生根據認知評估量表得分編輯合適的認知訓練項目，并推送到患者的移動端供患者查看。患者訓練一段時間后再次進行認知評估，重復此操作，最終患者認知功能改善，結束認知訓練。

圖2 卒中后認知訓練APP系統(tǒng)業(yè)務流程圖

2.4 Web框架設計

Web框架包括Spring、Hibernate、Mybatis和EasyUI。其中Spring包括Spring 和Spring MVC，負責Web工程的對象注入和Hibernate的管理；Hibernate主要負責數據持久層的維護、事物的管理和關系型數據庫的關聯；MyBatis框架作為持久層進行數據信息的封裝與存儲；EasyUI作為UI開發(fā)框架負責組件的集成，見圖3。與Android客戶端交互設計方面除了Spring MVC之外還需要HttpServletResponse和HttpServletRequest對象接收消息和反饋、使用Encoding對編碼信息中的中文字符進行解碼。

圖3 Web框架設計

2.5 系統(tǒng)各功能模塊設計

卒中后認知障礙訓練APP平臺包含醫(yī)護端和患者端，治療過程中所有內容都可以通過該APP進行，即通過應用程序實現PSCI患者認知評估、認知訓練、專業(yè)指導、醫(yī)患交流等康復流程的一體化。

2.5.1 患者端功能模塊

通過對患者的需求進行多次的論證調查，患者端功能模塊主要分為認知評估模塊、認知訓練模塊和輔助功能模塊，其功能主要包括：① 患者認知功能的評估；② 患者認知功能的訓練；③ 患者、照護者與醫(yī)師、治療師等專業(yè)人員的溝通與交流等。具體模塊內容及登錄界面如表1、圖4所示。

表1 卒中后認知訓練患者端APP功能模塊表

圖4 認知訓練APP登錄界面及主界面

2.5.1.1 認知評估模塊

認知評估模塊包含改良巴氏指數評定量表、蒙特利爾認知評估量表、臨床癡呆分級量表、簡易智力狀態(tài)檢查量表、神經精神癥狀問卷和總體衰退量表的測評。在每次認知測評開始前，評估界面會有對該量表詳細、通俗易懂的測評標準和評分方法，以指導語和指導視頻兩種形式呈現，幫助家屬輔助患者進行正確評估。患者或其家屬點擊對應圖標，平臺調用數據庫中相應測試量表，評估完成后自動顯示評估分數并傳送至醫(yī)生端，醫(yī)生據此對患者的認知狀態(tài)進行全面細致地分析并向患者發(fā)送認知訓練方案。

2.5.1.2 認知訓練模塊

接收認知訓練方案后，患者在陪護人員的指導下進行認知訓練，每個游戲都有相應的訓練簡介、訓練幫助及訓練目的，根據患者認知能力高低有六種難度可供選擇。訓練結束后APP將自動記錄訓練日期和訓練得分，以便后期醫(yī)生和治療師對患者訓練項目進行實時、有針對性的修改。另外，患者端還可與專業(yè)人員溝通交流、提醒患者進行認知訓練、跟蹤患者訓練提高訓練依從性。

2.5.1.3 輔助功能模塊

認知訓練提醒系統(tǒng)：當需要進行訓練時，會出現提醒，顯示訓練項目名稱、上次訓練得分和訓練時間。提醒時間可以設置為1 d內的任意時間段，患者可以根據自己的情況來定制鬧鐘時間。

待處理提醒：此選項顯示當天患者未經確認的提醒，以便在1 d結束時，患者可以確定是否進行過訓練，以防他們沒有隨身攜帶手機而忘記訓練。

訓練記錄：患者可以自我跟蹤前一天、一周、一個月甚至一個季度的訓練依從性，為激勵患者使用該認知訓練APP，主菜單中顯示的游戲式生命條會根據訓練依從率自動填充并改變顏色：高依從率（>90%，綠色生命條）；中等依從率（≤90%且≥80%，黃色生命條）；低依從率（<80%，紅色生命條）。

2.5.2 醫(yī)護端功能模塊

醫(yī)護端功能模塊主要分為信息模塊、個人中心模塊和輔助功能模塊。可實現康復專業(yè)人員在線與患者的溝通，并實時、跨場景、在線監(jiān)測患者的認知訓練情況，對認知訓練的管理和訓練方案進行及時的調整。

信息模塊包含患者問診記錄、治療方案、隨訪提醒3個部分。問診記錄包括患者初診和后期患者測評具體情況。治療方案：醫(yī)生可以編輯患者服用的藥物和進行的康復治療項目。隨訪提醒顯示患者們的下一次預約隨訪情況，同時可將預約日期和手機日歷應用程序綁定并在預約當天顯示。每位患者隨訪界面右上方有“立即溝通”選項，可為康復醫(yī)師和治療師與患者在線交流提供便捷。

個人中心模塊分為我的資料、認證資質兩部分，用于醫(yī)護人員填充個人資料及醫(yī)療資質的后臺認證。

輔助功能模塊包括注冊、登錄。

3 認知訓練APP的應用效果與分析

3.1 研究對象

軟件制成后，將開發(fā)設計的認知訓練APP應用于2020年10月至2021年6月河南中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院康復中心確診的60例PSCI患者，并按照隨機數字表法將其隨機分成兩組：治療組和對照組。納入標準：① 符合《各類腦血管疾病診斷要點》[12]，均經CT或MRI檢查確診為腦血管意外；② 存在注意、記憶、思維和言語等功能障礙，蒙特利爾認知評估量表得分<26分；③ 生命體征平穩(wěn)，無意識障礙，聽理解可達兩步指令以上；④ 本人或法定監(jiān)護人同意并簽署知情同意書。排除標準：① 不符合納入標準者；② 心、肺、肝、腎功能嚴重障礙者；③ 依從性較差、不接受治療者；④ 有嚴重精神障礙或癡呆、癲癇無法合作者；⑤ 存在視力、聽力障礙者。兩組患者一般資料情況比較，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），見表2。

表2 兩組患者一般資料情況比較（n=30）

3.2 研究方法

對照組采用傳統(tǒng)訓練模式進行認知訓練活動，包括聽詞指圖、聽指令卡片分類、聽指令看公交車牌、修改病句等；治療組在對照組的基礎上運用認知訓練APP展開趣味化認知訓練，在照護者幫助下患者完成各項認知功能評估，并根據醫(yī)生反饋的訓練項目進行認知訓練。兩組每次訓練時間為30 min，1次/d， 6 d/周，共訓練4周。

3.3 評價指標

采用簡易精神狀態(tài)評價量表（Mini-mental State Examination，MMSE）評價患者的認知功能，總分30分，得分越高認知功能越好。腦卒中專用生活質量量表（Stroke Specific Quality of Life scale， SS-QOL）評價患者的生活質量，評分越高生活質量越好。

3.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 25.0對數據進行統(tǒng)計學處理。計量資料采用（±s）描述，滿足正態(tài)分布的計量資料組間比較采用成組t檢驗，組內比較采用配對t檢驗；不滿足正態(tài)分布的計量資料比較采用秩和檢驗。計數資料采用χ2檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

3.5 結果

3.5.1 兩組患者訓練前后MMSE得分比較

兩組治療前MMSE評分無差異（P>0.05），兩組治療后MMSE評分顯著增高（P<0.05），且治療組增高較明顯（P<0.05），見表3。

表3 兩組患者訓練前后MMSE評分比較（n=30）

3.5.2 兩組患者訓練前后SS-QOL得分比較

兩組治療前SS-QOL評分無差異（P>0.05），兩組治療后SS-QOL評分顯著增高（P<0.05），且治療組增高較明顯（P<0.05），見表4。

表4 兩組患者訓練前后SS-QOL評分比較（n=30）

本研究中所開發(fā)的認知訓練APP有效改善了PSCI患者的認知功能。同時APP中嵌入的遠程醫(yī)患互動模式不僅有利于改善日益緊張的醫(yī)患關系，緩解醫(yī)療資源分配不均的問題，而且還能有效記錄并追溯腦卒中認知障礙患者的認知情況[13]。

4 討論與總結

目前我國移動醫(yī)療APP的應用主要局限于信息的發(fā)布和采集，對于患者診療、治療等具體的操作仍然局限于指定的醫(yī)療機構，移動醫(yī)療服務的多樣化作用并沒有真正發(fā)揮出來，尤其是對于慢性疾病和需要長時間進行治療的疾病。在腦卒中后認知障礙APP的研發(fā)設計方面，目前國內外都處于初級探索階段。雖然出現了個別的腦卒中后患者訓練指導應用軟件，但大部分都集中在改善腦卒中患者的肢體障礙、日常生活能力和康復評定等方面[14-16]。“Care for stroke” APP通過視頻和文字兩種形式為患者提供康復鍛煉指導[17]。加拿大Capela等[18]開發(fā)了一款可借助傳感器監(jiān)測卒中后偏癱患者運動情況的APP，但隨著活動復雜程度的增加，該APP的敏感性會降低。國內方面，常紅等[19]開發(fā)了一款可提高出院腦卒中患者自護能力、改善生活質量的“醫(yī)護家”APP；另一款“癥狀管理”APP[20]主要用于患者住院后評估腦卒中三大癥狀風險及嚴重程度，降低患者吞咽障礙及深靜脈血栓發(fā)生率；邵澤國等[21]設計的基于云和Rhapsody的腦卒中風險管理信息平臺則主要是為腦卒中風險管理提供一個有力工具。目前國內外對腦卒中患者出院后認知功能的關注較少，導致PSCI患者出院后的改善效果方面差強人意。所以，本文針對目前有關腦卒中軟件APP功能方面和服務方面出現的問題，結合現有的軟件開發(fā)技術，以PSCI患者的治療為研究基礎，提出設計一款使用簡單、成本低廉的能夠進行認知評估、認知訓練和醫(yī)患互動的認知障礙診療移動APP，為居家PSCI患者提供一個良好的治療平臺，增加患者的居家認知訓練選擇。

經測試證明，認知訓練APP可有效改善出院后PSCI患者的認知功能，提升患者的生活質量，且具有統(tǒng)計學意義（P<0.05），具有較好的實際應用效果，可進一步推廣至更多卒中患者的居家認知康復中。本文開發(fā)的APP通過整合三甲醫(yī)院的優(yōu)質資源，建立遠程訓練指導等跨區(qū)域的醫(yī)療支持系統(tǒng)，有利于提升優(yōu)質資源的可及性，降低醫(yī)療成本。但本研究也存在一定的局限性：① 卒中患者多為高齡老年人，而認知訓練APP的使用在認知評估和認知訓練方面依賴于照護者的幫助，照護者對患者認知功能的關注度及反饋的及時性，可能會影響醫(yī)護端相關數據的獲取；② 在設計方面，由于研發(fā)設計人員并非是美術專業(yè)，在軟件的配色、亮度和整體構圖方面美感欠缺；③ 該APP基于Android版本開發(fā)，無法支持更多的手機和移動端操作系統(tǒng)，未來還有待進一步提高改善，以期設計出能夠支持不同手機系統(tǒng)的軟件。