虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后功能恢復(fù)及心理改善的作用*

馮永建金馳倪永健 單忠林

（滄州市中心醫(yī)院骨科，河北滄州061001）

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（total knee arthroplasty,TKA）是目前治療中重度骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis,OA）的重要方法[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年行TKA患者超過60萬[2]。既往TKA術(shù)后早期康復(fù)鍛煉均以醫(yī)師指導(dǎo)、視頻教學(xué)為主，患者被動(dòng)性或自主性功能鍛煉[3]，術(shù)后疼痛及臥床后行動(dòng)不便等因素均會(huì)給患者帶來巨大的恐懼和心理壓力[4]，進(jìn)而造成術(shù)后早期鍛煉不及時(shí)、不科學(xué)、不到位，康復(fù)進(jìn)展緩慢，功能恢復(fù)不良[5]。鑒于此，臨床上亟需一種能讓TKA患者術(shù)后更輕松、樂觀、主動(dòng)的康復(fù)訓(xùn)練方法，進(jìn)而減輕患者康復(fù)過程中的疼痛，提高康復(fù)的效率。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（virtualreality,VR）亦被稱為“靈境技術(shù)”，具有沉浸性、交互性、構(gòu)想性的特征，已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被稱為虛擬醫(yī)學(xué)或仿真醫(yī)學(xué)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了虛擬解剖、虛擬手術(shù)、康復(fù)訓(xùn)練、遠(yuǎn)程醫(yī)療等功能[6-8]。本研究對(duì)比分析OA患者TKA術(shù)后早期階段性康復(fù)鍛煉中常規(guī)鍛煉方式和應(yīng)用VR技術(shù)的康復(fù)鍛煉模式康復(fù)的效果，旨在進(jìn)一步明確VR技術(shù)在術(shù)后康復(fù)鍛煉中的可行性和效果，為今后制定最快、最合理的康復(fù)訓(xùn)練方案提供參考和借鑒。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

本次研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)，患者及家屬知情同意并簽署相關(guān)協(xié)議，前瞻性選取2015年3月至2016年10月收治的因膝OA住院并行單側(cè)TKA患者為研究對(duì)象，入選標(biāo)準(zhǔn)：①年齡40～80歲，不限性別；②初診參照《骨關(guān)節(jié)炎診斷及治療指南》[9]確診為膝OA患者，且經(jīng)CT或MRI檢查證實(shí)；③OA分期為HoldenⅣ級(jí)（膝OA終末期），符合膝關(guān)節(jié)外科學(xué)會(huì)的鑒定標(biāo)準(zhǔn)[10]，且首次行TKA手術(shù)；④術(shù)前均未行關(guān)節(jié)鏡或者其他外科手術(shù)；⑤術(shù)前無腿部畸形；⑥術(shù)前評(píng)估患者身體狀況良好，可耐受手術(shù)；⑦手術(shù)順利，C型臂X線機(jī)檢查證實(shí)假體放置位置良好；⑧語言溝通能力正常，意識(shí)清晰，理解力正常；⑨依從性良好；⑩臨床資料齊全。排除標(biāo)準(zhǔn)：①過度肥胖者；②骨質(zhì)疏松嚴(yán)重，病理性骨折者；③嚴(yán)重感染、心腦血管疾病及肺、肝、腎等重要功能障礙者；④血糖控制不佳的糖尿病患者；⑤腦卒中偏癱、帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙影響活動(dòng)者；⑥合并下肢神經(jīng)性疾病、下肢關(guān)節(jié)強(qiáng)直者；⑦惡性腫瘤史或近期確診為惡性腫瘤者；⑧術(shù)中出現(xiàn)韌帶損傷者、術(shù)中出現(xiàn)假體周圍骨折者、術(shù)后一般狀況差或生命體征不穩(wěn)定者、術(shù)后切口有愈合不良傾向者、術(shù)后有下肢靜脈形成傾向者；⑨聽力、視力功能差，語言表達(dá)不清者；⑩不同意配合此試驗(yàn)者。采用隨機(jī)數(shù)表法，按照康復(fù)訓(xùn)練模式將其分為對(duì)照組和試驗(yàn)組，每組60例，兩組患者在性別構(gòu)成比、年齡、文化程度、BMI、手術(shù)時(shí)間等基本資料方面比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，有可比性（P＞0.05，表1）。

1.2 手術(shù)方法

兩組患者單側(cè)TKA手術(shù)均由同一醫(yī)療組人員進(jìn)行，手術(shù)操作均嚴(yán)格遵照操作規(guī)范流程，假體均使用德國LINK公司生產(chǎn)的Gemeni MK2型膝關(guān)節(jié)假體，術(shù)前30 min常規(guī)應(yīng)用抗生素預(yù)防感染，采用腰硬聯(lián)合麻醉或氣管插管靜吸復(fù)合麻醉，上氣壓止血帶，切口均選擇膝前正中縱切口（長約15 cm），選擇髕內(nèi)側(cè)進(jìn)入關(guān)節(jié)，切除滑膜、髕上囊、髕下脂肪墊以及內(nèi)外側(cè)半月板，同時(shí)切除前后交叉韌帶，鑿除股骨遠(yuǎn)端和近端骨贅，分別進(jìn)行股骨前、后、遠(yuǎn)端截骨以及遠(yuǎn)端前、后斜面的截骨。用脛骨平臺(tái)定位器行脛骨截骨，截骨后安置假體，外翻角設(shè)在5°～8°，調(diào)節(jié)膝關(guān)節(jié)屈伸張力；根據(jù)關(guān)節(jié)畸形松解內(nèi)外側(cè)軟組織和側(cè)副韌帶以確保軟組織平衡。根據(jù)患者失血量適量輸血，術(shù)后做好預(yù)防感染工作，引流管護(hù)理方案相同。

手術(shù)結(jié)束時(shí)靜脈注射托烷司瓊5 mg，并行患者自控靜脈鎮(zhèn)痛（patient controlled intravenous analgesia,PCIA）。PCIA藥液配置為舒芬太尼2 μg/kg，生理鹽水稀釋至100 ml，參數(shù)設(shè)定為：背景注射量2 ml/h，追加劑量0.5 ml，鎖定時(shí)間15 min。

1.3 康復(fù)訓(xùn)練方法

對(duì)照組按照《分階段康復(fù)訓(xùn)練指導(dǎo)計(jì)劃》[11]進(jìn)行常規(guī)性自主鍛煉。第一階段（術(shù)后0～2 d）：麻醉蘇醒后即開始進(jìn)行適度四頭肌、腘繩肌等長收縮練習(xí)及踝泵鍛煉10～15 min/h；第1 d開始增加膝關(guān)節(jié)主動(dòng)、被動(dòng)屈伸鍛煉，取仰臥位或半臥位，踝關(guān)節(jié)下方墊一小枕，雙手輕壓膝關(guān)節(jié)，盡可能伸直患肢并維持5～10 min，雙手環(huán)抱大腿中上端并用力上提，讓膝關(guān)節(jié)主動(dòng)屈曲，在護(hù)理人員輔助下被動(dòng)行膝關(guān)節(jié)伸直和屈曲運(yùn)動(dòng)，每2 h進(jìn)行10～15 min，屈曲角度以患者可耐受為宜；第2 d在拔出引流管后進(jìn)行髕股關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的主被動(dòng)屈伸訓(xùn)練，同時(shí)輔以連續(xù)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)儀（continuous passive motion,CPM）進(jìn)行膝關(guān)節(jié)屈曲功能訓(xùn)練，每日2～3次，每次30～60 min，屈曲角度從30°開始，根據(jù)患者狀態(tài)逐漸增加屈曲角度至90°以上。第二階段（3～10 d）：繼續(xù)第一階段鍛煉并根據(jù)患者情況逐漸增加訓(xùn)練頻率和強(qiáng)度，同時(shí)增加身體平衡、膝關(guān)節(jié)本體感覺訓(xùn)練，從扶助行器床邊戰(zhàn)立、行走、練習(xí)重心轉(zhuǎn)移，逐漸過渡到獨(dú)立行走及上下樓梯，盡可能讓膝關(guān)節(jié)伸直到0°，屈曲90°以上；此外，逐漸進(jìn)行漸進(jìn)抗阻力的直腿抬高、屈伸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，逐漸增加關(guān)節(jié)屈曲活動(dòng)的范圍，夜間睡眠期間將患肢抬高30°～45°使膝關(guān)節(jié)處于強(qiáng)迫伸直位，預(yù)防屈曲攣縮，促進(jìn)靜脈回流。第三階段（10～14 d）：在第一、二階段訓(xùn)練基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)下肢運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)訓(xùn)練，促進(jìn)肌力恢復(fù)，盡量擴(kuò)大關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍，最終達(dá)到恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能的目的。

表 1 兩組患者的臨床資料比較（ x± s）

試驗(yàn)組在對(duì)照組分階段康復(fù)訓(xùn)練間歇期運(yùn)用VR技術(shù)指導(dǎo)下的康復(fù)鍛煉，VR設(shè)備和技術(shù)均由滄州市米德科技公司提供。首先，在術(shù)前讓患者熟練掌握VR設(shè)備的穿戴和操作，虛擬沉浸性場景為水上賽艇運(yùn)動(dòng)，交互性為屈膝劃槳使賽艇前進(jìn)。術(shù)后第2 d開始佩戴VR設(shè)備并按照虛擬場景進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，每次練習(xí)30 min，每日3次，共干預(yù)12 d。

1.4 觀察指標(biāo)

記錄對(duì)比兩組患者初次達(dá)到主動(dòng)屈曲45°、90°的時(shí)間和疼痛程度，疼痛程度采用數(shù)字評(píng)定量表（numeric rating scale,NRS）[12]評(píng)估（0～10分），0分為無痛，1～3分為輕度疼痛，4～7分為中度疼痛，8～9分為重度疼痛，10分為劇烈疼痛。

美國特種外科醫(yī)院膝關(guān)節(jié)評(píng)分量表（hospital for special surgery knee score,HSS）[13]從疼痛（30分）、功能（22分）、活動(dòng)度（18分）、肌力（10分）、屈曲畸形（10分）、穩(wěn)定性（10分）及減分項(xiàng)目評(píng)估患者膝關(guān)節(jié)功能，總分100分，優(yōu)：＞85分，良：70～84分，中：60～69分；差：＜59分。

膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍（range of motion,ROM）使用普通量角器測量，設(shè)定當(dāng)膝關(guān)節(jié)伸直時(shí)活動(dòng)度為0°，優(yōu)：ROM≥110°，良：90°≤ROM＜110°，差：ROM＜90°。

對(duì)比兩組患者的康復(fù)積極性，主要包括：康復(fù)的需求程度、配合程度、依從性程度、遇到挫折后良好情緒、護(hù)理人員及家屬鼓勵(lì)的作用5個(gè)方面，每個(gè)方面0～10分，總分0～50分，評(píng)分越高則提示康復(fù)積極性越高。

采用美國波士頓健康研究所（medical outcomes,MOS）研制的SF-12生活量表（MOS 12-item short form health survey,SF-12）[14]從生理、心理兩方面評(píng)估患者生活質(zhì)量，得分越高提示日常生活能力越好，生活質(zhì)量水平越高。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，若數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布則采用t檢驗(yàn)（組內(nèi)比較行配對(duì)t檢驗(yàn)，組間比較行成組t檢驗(yàn)），若數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布則行秩和檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料和等級(jí)資料均采用百分比或構(gòu)成比（%）表示，計(jì)數(shù)資料行χ2檢驗(yàn)，等級(jí)資料行秩和檢驗(yàn)，P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者初次主動(dòng)屈曲達(dá)45°、90°的時(shí)間及NRS評(píng)分比較

試驗(yàn)組患者初次主動(dòng)屈曲達(dá)45°、90°的時(shí)間分別為（2.5±1.3）d、（4.2±1.4）d，均明顯短于對(duì)照組的（4.6±2.2）d、（6.9±2.4）d；試驗(yàn)組患者初次主動(dòng)屈曲達(dá)45°、90°時(shí)的NRS評(píng)分分別為（3.9±1.3）分、（2.0±1.0）分，均明顯低于對(duì)照組的（5.3±2.6）分、（3.9±1.3）分（P均＜0.05，表2）。

2.2 兩組患者不同時(shí)間點(diǎn)ROM、HSS評(píng)分比較

兩組患者術(shù)后14 d的ROM、HSS評(píng)分均明顯高于術(shù)前（P均＜0.05，表3）；試驗(yàn)組術(shù)后14 d的ROM、HSS評(píng)分均明顯高于對(duì)照組同時(shí)刻的ROM值、HSS評(píng)分（P均＜0.05，表3）。

2.3 兩組患者康復(fù)訓(xùn)練積極性比較

試驗(yàn)組患者術(shù)后康復(fù)需求、配合、依從性和遇挫折后良好情緒以及家屬及護(hù)理人員鼓勵(lì)作用評(píng)分均明顯高于對(duì)照組（P均＜0.05，表4）。

2.4 兩組患者生活質(zhì)量情況比較

兩組患者出院時(shí)SF-12量表中生理總評(píng)分、心理總得分較術(shù)前均明顯提高（P均＜0.05），出院時(shí)試驗(yàn)組兩項(xiàng)評(píng)分均明顯高于對(duì)照組評(píng)分（P均＜0.05，表5）。

3 討論

OA為慢性無菌性退行性疾病，多發(fā)生關(guān)節(jié)軟骨退變而累及骨質(zhì)及其附屬結(jié)構(gòu)，尤其好發(fā)于負(fù)重關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)作為人體主要的負(fù)重關(guān)節(jié)，膝OA是最常見類型[15]。TKA通過切除機(jī)體發(fā)生病變且無法自行恢復(fù)的關(guān)節(jié)面，改用人工關(guān)節(jié)替代病變關(guān)節(jié)，矯正下肢力線，消除疼痛，維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和正常功能進(jìn)而達(dá)到恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能的目的[16]，成為臨床治療膝OA應(yīng)用最為廣泛的手術(shù)方式，故本研究選擇膝OA行單側(cè)TKA患者為研究對(duì)象，病源充足。

表 2 兩組患者初次主動(dòng)屈曲達(dá)45°、90°的時(shí)間及NRS評(píng)分比較（ x± s）

表 3 兩組患者不同時(shí)點(diǎn)HSS評(píng)分和ROM值對(duì)比分析（ x± s）

表 4 兩組患者術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練的積極性各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分比較（ x± s，分）

表 5 兩組患者術(shù)前、出院時(shí)SF-12量表評(píng)分情況對(duì)比分析（ x± s，分）

隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提高，術(shù)后康復(fù)效果已經(jīng)成為重點(diǎn)關(guān)注和研究的領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn)TKA術(shù)后康復(fù)效果受性別和吸煙史、BMI、慢性疾病史（糖尿病、高血壓、高脂血癥、糖尿病等）、靜脈血栓形成危險(xiǎn)度評(píng)分量表（risk assessment and predictor tool,RAPT）和基于性能的功能測試（performancebased functional test,PBT）、術(shù)中和術(shù)后多因素（手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后疼痛、術(shù)后感染、康復(fù)訓(xùn)練等）影響[17,18]，現(xiàn)階段臨床醫(yī)師對(duì)TKA術(shù)后早期功能鍛煉日益重視。本研究就不同康復(fù)訓(xùn)練模式對(duì)TKA術(shù)后康復(fù)效果的影響進(jìn)行探討，旨在為今后TKA術(shù)后獲取最理想的康復(fù)效果提供新的思路和方案。

分階段康復(fù)是一種分階段、有區(qū)別的康復(fù)鍛煉模式，針對(duì)患者病情不同時(shí)期進(jìn)行差別對(duì)待，符合患者術(shù)后康復(fù)的病理、生理特點(diǎn)，有利于發(fā)揮康復(fù)的最大效能，在臨床上廣泛應(yīng)用已取得了一定效果[19]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)照組患者初次主動(dòng)屈曲達(dá)45°、90°時(shí)間分別為（4.58±2.15）d、（6.85±2.38）d，但疼痛仍較為明顯，可能降低康復(fù)訓(xùn)練的主動(dòng)性和積極性，不利于術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能和活動(dòng)度的恢復(fù)。

目前VR技術(shù)已應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育、虛擬內(nèi)窺鏡檢查、放射治療模擬定位、虛擬手術(shù)、康復(fù)訓(xùn)練等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[20]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指導(dǎo)下的康復(fù)訓(xùn)練具有現(xiàn)實(shí)環(huán)境所不具備的多重優(yōu)勢，相比于傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練方法，其具有安全性、反饋性、趣味性、個(gè)性化、良好交互性、真實(shí)性、高效性等優(yōu)勢，同時(shí)其提供重復(fù)練習(xí)、成績反饋及維持動(dòng)機(jī)3種技術(shù)手段，能促使患者在虛擬環(huán)境中學(xué)會(huì)運(yùn)動(dòng)技能并遷徙到現(xiàn)實(shí)真實(shí)環(huán)境中[21]。VR系統(tǒng)具有沉浸—交互—構(gòu)想的特征：沉浸性是患者沉浸在虛擬合成的空間中，有身臨其境的感覺；交互性是患者和虛擬環(huán)境之間的互動(dòng)作用，主要依靠各種傳感器實(shí)現(xiàn)；構(gòu)想性是患者在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生想象，獲得感知[22]。VR技術(shù)沉浸水平分為沉浸式、非沉浸式、半沉浸式，目前應(yīng)用最多的為沉浸式VR系統(tǒng)，患者佩戴頭盔式顯示器（head mounted display,HMD）或者其他形式顯示設(shè)備，通過HMD內(nèi)可視顯示單元和揚(yáng)聲器，結(jié)合數(shù)據(jù)手套或者緊身衣將視覺、聽覺、觸覺傳輸?shù)交颊哌M(jìn)而產(chǎn)生沉浸體驗(yàn)，同時(shí)患者可使用操作桿、空間球、3D鼠標(biāo)等其他手持傳感器作用于虛擬環(huán)境，完成和虛擬環(huán)境間的互動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生想象獲得感知[23]。

本研究應(yīng)用VR技術(shù)的沉浸性和交互性，設(shè)計(jì)出虛擬的湖上賽艇運(yùn)動(dòng)，將屈膝鍛煉與船槳?jiǎng)澦靶邢嘟Y(jié)合，增加患者樂趣和參與感的同時(shí)，促使患者變被動(dòng)康復(fù)鍛煉為主動(dòng)康復(fù)鍛煉，減輕痛苦，從而建立康復(fù)成功的自信心，促進(jìn)術(shù)后膝關(guān)節(jié)快速康復(fù)。本研究發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組患者初次主動(dòng)屈曲達(dá)45°、90°時(shí)NRS評(píng)分均明顯低于對(duì)照組（P＜0.05），提示在VR技術(shù)指導(dǎo)下分階段康復(fù)訓(xùn)練可提高患者積極性、轉(zhuǎn)移其注意力，進(jìn)而減輕其疼痛程度。Lewis等[24]報(bào)道良好的鎮(zhèn)痛有利于患者功能恢復(fù)鍛煉，增強(qiáng)關(guān)節(jié)活動(dòng)度，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)兩組患者術(shù)后14 d的ROM值、HSS評(píng)分均明顯高于術(shù)前（P＜0.05），且試驗(yàn)組術(shù)后14 d的ROM值、HSS評(píng)分均明顯高于對(duì)照組同時(shí)刻（P＜0.05），提示VR技術(shù)指導(dǎo)下的分階段康復(fù)訓(xùn)練減輕患者疼痛程度可促進(jìn)術(shù)后膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度和功能的早期恢復(fù)。TKA術(shù)后患者心理負(fù)擔(dān)較重，尤其是老年患者，對(duì)手術(shù)治療費(fèi)用、康復(fù)效果的擔(dān)憂常會(huì)讓其產(chǎn)生不同程度焦慮和抑郁情緒，進(jìn)而引起心理、生理一系列改變[25]，負(fù)性情緒造成的壓力讓TKA患者術(shù)后恢復(fù)更為困難以致更加劇烈的疼痛和身體功能受限，極大程度影響患者康復(fù)訓(xùn)練的主動(dòng)性和積極性，最終影響手術(shù)和康復(fù)效果，王文霞等[26]報(bào)道TKA術(shù)后改善患者的心理狀態(tài)可促進(jìn)膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，而VR技術(shù)的應(yīng)用讓患者能獲得身臨其境的真實(shí)感，虛擬系統(tǒng)中的游戲設(shè)計(jì)能增加患者樂趣和參與感，可讓患者保持良好健康的心理狀態(tài)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組患者術(shù)后康復(fù)需求、配合、依從性和遇挫折后良好情緒、家屬及護(hù)理人員鼓勵(lì)作用評(píng)分均明顯高于對(duì)照組（P＜0.05），且出院時(shí)試驗(yàn)組生理總評(píng)分、心理總得分均明顯高于對(duì)照組評(píng)分（P＜0.05）。

綜上，VR技術(shù)指導(dǎo)下的早期分階段康復(fù)訓(xùn)練可讓患者術(shù)后更自信、更樂觀、更主動(dòng)的進(jìn)行早期康復(fù)鍛煉，減輕患者康復(fù)過程的痛苦，促進(jìn)膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)活動(dòng)度和功能的恢復(fù)，進(jìn)而改善患者生活質(zhì)量，可在術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練中廣泛推廣和應(yīng)用。目前，國內(nèi)關(guān)于康復(fù)訓(xùn)練中VR技術(shù)研究尚不成熟，在TKA術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練中的應(yīng)用尚處于起步階段，康復(fù)鍛煉游戲較為單一，尚需進(jìn)一步深入研究。

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