基于虚拟现实技术的认知康复训练模式在乳腺癌CRCI病人中的应用

杨祖云

化疗相关认知障碍(chemotherapy-related cognitive impairment,CRCI)是指癌症病人因化疗而引起的注意力、理解力、执行功能、记忆力等一种或多种的认知功能损害,这类病人的自我价值感明显下降,且多数伴有焦虑、抑郁等症状,而这些不良心理又可反过来加重其认知障碍,如此形成恶性循环,严重影响病人生活质量[1]。化疗是乳腺癌的主要且常用治疗手段,然有研究显示,16%～75%的乳腺癌病人化疗期间会出现不同程度的认知功能下降,其中35%的病人这种认知功能下降可持续至化疗结束后数年[2-3]。乳腺癌的化疗是一个长期的过程,所以采用药物治疗CRCI的效果并不理想,同时副反应也较为明显。近些年,非药物干预方法在乳腺癌CRCI中的应用逐渐增多,且产生了不错的效果。

虚拟现实(virtual reality,VR)技术是能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术,利用以计算机技术为核心的现代科技手段和特定的输入/输出设备创建虚拟的三维世界,让病人产生真实的交互性和沉浸感,与之融为一体,而更好地完成康复训练[4]。目前,利用该技术的认知康复训练在帕金森病[5]、阿尔茨海默病[6]病人中均显示出传统康复方法无法比拟的优势。本研究以乳腺癌CRCI病人为研究对象,探讨基于VR技术的认知康复训练模式对病人认知功能的改善作用,旨在为临床乳腺癌CRCI病人的认知康复提供一种新的训练模式。

1 对象与方法

1.1 对象

将本院乳腺外科2020年1月—2022年8月收治的104例乳腺癌CRCI病人采用随机数字表法分为对照组和研究组各52例,两组病人年龄、肿瘤TNM分期、手术方式及受教育年限等一般资料见表1,经统计学比较差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。该研究已获本院医学伦理委员会批准,入组病人均签署知情同意书。纳入标准:乳腺癌术后化疗病人;化疗前认知功能正常者[蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment,MoCA)[7]评分≥26分;若受教育年限≤12年,则MoCA评分≥27分;化疗6个月内MoCA评分<26分,若受教育年限≤12年,则MoCA评分<27分者];未达痴呆标准者。排除标准:因其他原因或疾病导致的认知功能障碍者,如帕金森病、阿尔茨海默病等;入组前2个月内服用过影响认知功能的药物者;发生颅内转移者;合并其他恶性肿瘤者;伴有免疫系统、血液系统疾病者;失语或听力障碍或不能正常沟通交流者;同时参与其他项目研究者等。

表1 两组病人一般资料比较

1.2 方法

1.2.1 制定并构建基于VR技术的认知康复训练系统

CRCI病人主要体现在执行能力下降、信息处理速度减慢及注意力和记忆力减退几个方面,针对以上表现,我科室基于VR技术构建了包含信息管理、测评管理、认知训练、干预管理和系统管理5个功能的虚拟认知康复训练系统,该系统应用体感控制器和电脑作为软件交互设备,通过可视的虚拟现实环境达到让病人产生真实的交互性和沉浸感的目的,进而使其在家即可完成相应的康复训练。该系统的5个模块简介如下。

1.2.1.1 信息管理(information management)

该模块主要由包括病人年龄、既往病史、受教育经历、体格检查等个人基本信息和临床诊断、乳腺癌分型、肿瘤TNM分期、治疗方案及用药情况等治疗信息两部分组成。

1.2.1.2 测评管理(assessment management)

该模块主要包括癌症自我管理效能量表(中文版)(Strategies Used by People to Promote Health,SUPPH)、MoCA及日常生活活动能力量表(Activities of Daily Living Scale,ADL)3个评估量表,病人在线测评后自动生成包括评估结果和有针对性改善建议的测评报告。

1.2.1.3 认知训练(cognitive training)

该模块主要是根据CRCI病人执行能力下降、信息处理速度减慢及注意力和记忆力减退几个主要表现而设定的,包括执行力训练、信息处理速度训练、注意力训练和记忆力训练4个训练模块,每一个训练模块均是利用体感控制器和电脑设置虚拟场景及物体,让病人在完成各种游戏任务的过程中提升其认知功能。该模块还可根据病人的实际情况设置不同阈值,包括训练类型、难度及时间等,训练结束后该系统还可根据病人的训练情况对本次训练进行自动评分。

土壤有机碳和黑碳含量表现出显著的相关性，表明黑碳对大兴安岭森林土壤有机碳有着重要的贡献，在土壤有机碳的固定过程中起着重要作用。通过对照样地和重度火烧迹地的土壤有机碳和黑碳含量的对比研究，有助于正确评价火烧对土壤碳库的影响。

1.2.1.4 干预管理(intervention management)

该模块主要包括康复指导和康复咨询两个功能,在对测评管理模块的结果进行全面评估后,根据病人实际情况制定有针对性的康复训练方案,并对其进行指导和鼓励;康复咨询主要有医护人员在线答疑和系统自动答复两种形式。

1.2.1.5 系统管理(system management)

该模块主要是指后台管理员对系统功能提供的技术支持和数据集中管理,设备的维护和知识库的更新等。

1.2.2 干预方法

1.2.2.1 对照组

采用常规认知干预方案,记忆力训练:主要是以背诵为主,如倒背数字、连线词语、叙述故事等,通过微信、QQ或打电话等方式督促病人执行,并提醒病人可以通过借助外物实现记忆力训练;注意力训练:通过数字排序训练或按奇偶规律排列数据等提升病人的注意力;此外,通过数学预算、信息分类等训练病人解决问题的能力。训练过程应遵循循序渐进的原则,每次30 min,每天1次,连续训练8周。

病人接受基于VR技术的认知康复训练,采用我科室基于VR技术构建的包含信息管理、测评管理、认知训练、干预管理和系统管理5个功能的虚拟认知康复训练系统,该系统应用体感控制器和电脑作为软件交互设备,通过可视的虚拟现实环境达到让病人产生真实的交互性和沉浸感的目的。该训练系统主要包括执行力训练、信息处理速度训练、注意力训练和记忆力训练4个训练模块,4个训练模块的具体临床康复干预实施方案见表2。

表2 基于VR技术的认知康复训练系统4个训练模块的具体实施方案

表3 两组病人干预前后认知功能比较 单位:分

表4 两组病人干预前后日常生活活动能力比较 单位:分

表5 两组病人干预前后SUPPH评分比较 单位:分

1.3 评价指标

1.3.1 比较两组病人干预前后认知功能

采用MoCA量表进行评估,MoCA量表由Nasreddine等研制,该量表的Cronhach′s α系数为0.818,包括视空间与执行能力(5分)、命名能力(3分)、注意力(6分)、语言能力(3分)、延迟回忆(5分)、抽象思维(2分)、定向力(6分)7个认知领域,总分30分,评分越高,提示病人认知功能越好,评分≥26分,提示病人认知功能正常,如果受教育年限≤12年,则需要加1分,即评分≥27分,提示认知功能正常,反之则提示认知功能受损。

1.3.2 比较两组病人干预前后日常生活活动能力

采用ADL量表进行评估,该量表由Katz等[8]设计,其Cronhach′s α系数为0.822,包括基本性日常生活能力(7～28分)和工具性日常生活能力(7～28分)2项,总分14～56分,评分越高,提示病人日常生活活动能力越差。

1.3.3 比较两组病人干预前后自我管理效能

采用SUPPH量表(中文版)进行评估[9],该量表的Cronhach′s α系数为0.930,包括减压、享受生活、决策、应对4个维度29个条目,总分29～145分,评分越高,提示病人的自我管理效能水平越高。

1.4 统计学方法

2 结果

3 讨论

3.1 乳腺癌CRCI及VR技术介绍

乳腺癌病人CRCI具体发病机制尚未完全阐明,但有研究指出,化疗可引起乳腺癌病人脑白质的体积减小,前额叶对刺激的接受活性下降,所以病人会表现出不同程度的认知功能障碍[10];此外,化疗药物及其代谢产物透过血脑屏障产生细胞毒性反应,也可损伤病人中枢神经系统,从而降低其认知功能。执行能力下降、信息处理速度减慢及注意力和记忆力减退是其主要临床表现,目前并没有特效预防药物,发病后仅仅依靠药物治疗效果不甚理想,且副反应严重。传统的认知康复耗时长、价格昂贵,短期内的康复效果甚微;计算机化认知矫正干预方法因不能复制日常生活场景,缺乏真实的交互性和沉浸感而受到限制;而VR技术则不存在上述顾虑。VR技术是近20年逐渐兴起的以计算机技术为核心综合性人工智能技术,其通过特殊的输入和输出设备创造出三维的虚拟世界,通过听觉、视觉、嗅觉、触觉等多种感觉通道让用户产生身临其境的真实感觉,实现与虚拟环境进行直接自然交互的目的,交互性(interaction)、沉浸感(immersion)和想象力(imagination)是VR技术的“3I”典型特征[11]。

3.2 基于VR技术的认知康复训练模式可更明显地改善乳腺癌CRCI病人认知功能

相较于传统的认知康复方案,基于VR技术的认知康复训练具有以下优势:1)可模拟真实世界的体验,实现与虚拟环境自然交互的目的;2)更客观地记录病人的行为、生理反应指标,便于因人而异,制定有针对性的、个体化的认知康复方案;3)增强了康复的趣味性,便于改善病人的康复治疗依从性[12-13]。近些年,随着该技术在临床应用的逐渐广泛,虚拟认知康复训练在多种疾病如孤独症谱系障碍患儿[14]、神经系统疾病[15]中均显示了较好的康复效果。本研究将其应用于乳腺癌CRCI病人,结果显示,与干预前比较,干预后两组病人MoCA中视空间与执行能力、命名能力、注意力等7个认知领域评分及MoCA总分均增加,且研究组高于对照组,提示相较于常规认知康复,基于VR技术的认知康复训练模式对乳腺癌CRCI病人认知功能的改善作用更为明显,这一结论与陈肖敏等[16]研究结果一致。这是因为基于VR技术的认知康复训练模式利用体感控制器与电脑实现了虚拟现实游戏场景的高度互动,根据该系统中测评管理模块的评估结果,可以为病人提供更有针对性的、个体化的认知康复方案,从执行力训练、信息处理速度训练、注意力训练和记忆力训练4个方面的主动运动训练,有效地刺激了病人的运动神经元,多种信号刺激激活了大脑边缘系统及脑干网状系统的结构和功能,增强了神经元细胞的兴奋性,使之产生大量的细胞体和轴突,增加神经元体积与密度,促进其病变脑组织周围未损伤皮质神经元的有序恢复,进而改善病人的认知功能[17]。

3.3 基于VR技术的认知康复训练模式可更为有效地改善乳腺癌CRCI病人日常生活活动能力,提升其自我管理效能

乳腺癌CRCI病人不仅认知功能受损,其日常生活活动能力也有明显的下降,病人早日回归家庭和社会造成困难。此外,CRCI病人执行能力下降、信息处理速度减慢及注意力和记忆力减退,容易产生焦虑、抑郁等多种不良心理及睡眠障碍情况,故而自我管理效能水平也会降低,且随着时间的推移,病人自我管理效能水平降低越明显[18]。Bail等[19]研究显示,计算机辅助下的认知康复训练可改善乳腺癌化疗病人的认知功能,还有助于提高病人的日常生活能力。本研究结果显示,与干预前比较,干预后两组病人ADL中基本性日常生活能力、工具性日常生活能力评分及ADL总分均降低,且研究组低于对照组;两组病人SUPPH评分均增加,且研究组高于对照组,提示相较于常规认知康复,基于VR技术的认知康复训练模式可更为有效地改善乳腺癌CRCI病人日常生活活动能力,提升其自我管理效能。这是因为基于VR技术的认知康复训练模式通过反复的、有目的的主动运动训练,成功激活了中枢神经系统潜在性突触,神经元功能恢复,感觉反馈功能也随之恢复,所以其日常生活活动能力及自我管理效能也得到有效改善[20]。

4 小结

基于VR技术的认知康复训练模式对乳腺癌CRCI病人认知功能的改善作用更为明显,同时还可有效地改善病人日常生活活动能力,提升其自我管理效能。