下肢康復機器人的應用對全膝關節(jié)置換術患者康復的影響

蔡立柏，劉延錦，劉陽陽，梁郝，魏澤旭，白井雙，張玉坤，王楚，崔妙然

隨著我國人口老齡化進程加快，膝關節(jié)骨性關節(jié)炎發(fā)病率也呈逐年上升趨勢，約占65歲以上人群的21%以上[1]。全膝關節(jié)置換術(Total Knee Arthroplasty，TKA)是解決大多數(shù)膝關節(jié)骨性關節(jié)炎患者疼痛和生理功能限制的決定性治療[2]，已成為重度或終末期膝關節(jié)骨性關節(jié)炎最主要的治療方式。目前常規(guī)TKA術后康復訓練的實施主體多以物理治療師或康復治療師為主，因其專業(yè)知識和技能的差異，使得康復訓練的一致性和客觀性難以保證[3]；加之TKA術后康復訓練內(nèi)容繁多，勞動強度大，相關工作人員易因體力過度消耗而縮短訓練時間、降低訓練強度，影響康復效果[4-5]。相對于人工輔助康復訓練，下肢康復機器人具有較高的一致性、持久性、精準性，既可有效防止TKA術后患者膝關節(jié)僵硬[6]，改善膝關節(jié)運動范圍[7]、降低術后疼痛及凝血風險[8]，又可減輕相關工作人員的勞動強度，受到國內(nèi)外學者和研究機構(gòu)的廣泛關注。國外已在關節(jié)置換術患者中應用下肢康復機器人進行康復訓練[9]，而國內(nèi)主要集中于偏癱患者下肢運動功能與步行能力的研究[10]。本研究旨在通過構(gòu)建TKA患者下肢康復機器人康復訓練干預方案，并探討其對膝關節(jié)活動度、膝關節(jié)功能及日?；顒幽芰Φ挠绊?，從而為TKA患者膝關節(jié)功能的快速康復提供參考。

1 資料與方法

1.1一般資料 采用便利抽樣法，選取2020年1月至2021年3月鄭州大學第一附屬醫(yī)院骨科病區(qū)收治的96例TKA患者為研究對象，其中2020年1～5月收治的48例為對照組，2020年6月至2021年3月收治的48例為觀察組。納入標準：符合膝關節(jié)骨性關節(jié)炎的臨床診斷[11]；首次行單側(cè)TKA，術后生命體征平穩(wěn)。排除標準：存在既往精神病史或腦器質(zhì)性疾?。淮嬖趪乐匦难芗膊∏也灰啄褪茉缙诳祻陀柧?；術后感染。

1.2干預方法

1.2.1觀察組

1.2.1.1成立研究小組 由骨科主任擔任組長，康復醫(yī)學科護士長為副組長，成立下肢康復機器人康復訓練干預團隊。成員包括骨科護士、骨科醫(yī)生、康復醫(yī)學科護士各2名；康復治療師、物理治療師、機器人工程師、心理咨詢師各1名。高級職稱5名，中級職稱4名，初級職稱1名；博士1名，碩士5名，本科4名。骨科主任、康復醫(yī)學科護士長為總協(xié)調(diào)，負責研究設計、方案實施的督導檢查及質(zhì)量控制；骨科醫(yī)生、康復治療師、物理治療師及心理咨詢師根據(jù)患者的性格特點及運動特征共同制訂個體化的機器人康復鍛煉方案。物理治療師、康復醫(yī)學科護士負責協(xié)助患者穿戴下肢康復機器人，指導患者使用康復機器人進行康復鍛煉，保障患者運動安全；機器人工程師負責初始參數(shù)調(diào)整及機器人的日常維護和保養(yǎng)；骨科護士負責TKA患者的疼痛管理、健康教育、隨訪及數(shù)據(jù)收集整理。

1.2.1.2制訂康復訓練干預方案 參照TKA術后康復指南[12-14]、專家共識[15-17]及相關文獻[6，18]，采取課題組討論、2輪專家函詢(17名專家)制訂TKA患者下肢康復機器人康復訓練干預方案。

1.2.1.3組織培訓及考核 由康復科護士長組織團隊成員以理論授課結(jié)合工作坊、情景模擬、案例分析、角色扮演等方式進行培訓，每次30～60 min，共4次。培訓內(nèi)容：下肢康復機器人的種類、應用現(xiàn)況及工作原理；TKA患者術后心理和運動行為特點、康復鍛煉常見問題及處理對策；使用下肢康復機器人進行康復鍛煉的實施步驟及注意事項；下肢康復機器人康復鍛煉的情景演練及應急預案。培訓后由護士長統(tǒng)一組織理論及技能考核，滿分為100分，≥80分為合格，考試合格率100%。

1.2.1.4實施康復訓練干預方案 采用Hocoma公司生產(chǎn)的Locomat康復機器人(Lokocontrol 4.31版本)，主要包括體質(zhì)量懸吊支持系統(tǒng)和訓練跑臺兩大部分。體質(zhì)量懸吊支持系統(tǒng)通過磅秤測量患者體質(zhì)量，并提供懸吊支撐力，可減輕患者自身體質(zhì)量負荷對膝關節(jié)的壓迫；訓練跑臺可通過控制面板及數(shù)據(jù)監(jiān)測器實現(xiàn)對TKA患者訓練模式、速度、距離、能量消耗以及心率等內(nèi)容的參數(shù)調(diào)整及實時監(jiān)測。當患者術后滿足以下任意條件即可使用下肢康復機器人進行康復鍛煉[19]：保持站立平衡Ⅱ級，患側(cè)肌力2級，下肢負重40%～60%，膝關節(jié)屈曲度>60°。

正式康復訓練前，由骨科及康復科護士向患者講解機器人康復鍛煉的流程及訓練中的注意事項，消除患者對機器人康復鍛煉方式及效果的不確定感?？祻歪t(yī)學科護士測量患者大腿和小腿長度及周徑，并與機器人綁定位置進行擬合，確定綁帶尺寸。物理治療師輔助患者佩戴軀干懸吊繩及腿部支具，并調(diào)節(jié)機器人裝置參數(shù)?？祻椭委煄熀臀锢碇委煄煾鶕?jù)患者體質(zhì)量和病情，設置機器人參數(shù)。減重量初始值一般設定為患者自身體質(zhì)量的40%～60%，引導力100%，患者系數(shù)(患者小腿長度)初始值為0.2～0.7，系統(tǒng)會自行設置。運動跑臺起始速度初始值為1.0～1.5 km/h，此后可根據(jù)患者膝關節(jié)功能改善程度和運動舒適度逐步減少重量、增加跑臺速度。干預頻次為40～50 min/次，其中安裝、拆卸、調(diào)整設備約20 min，患者訓練時間20～30 min/次，1次/d，共7 d。物理治療師及康復醫(yī)學科護士全程參與，保證患者出現(xiàn)特殊情況時第一時間處理，保障安全?；颊哂柧氈腥舫霈F(xiàn)心率>同齡標準心率的75%，血壓>180/110 mmHg，膝關節(jié)疼痛難以忍受和/或心前區(qū)不適等癥狀時，患者本人或物理治療師可通過按壓跑臺兩側(cè)扶手上的緊急制動按鈕，立即停止訓練。

1.2.2對照組 對照組接受TKA術后常規(guī)康復鍛煉干預，主要包括康復鍛煉指導與物理治療兩方面。①康復鍛煉指導。骨科護士向TKA患者發(fā)放健康教育手冊，講解早期康復鍛煉的意義、方法及注意事項，鼓勵患者及早進行康復鍛煉，指導患者使用康復器具進行功能鍛煉及輔助行走；下肢肌肉力量訓練包括股四頭肌和腘繩肌等長收縮、直腿抬高等，頻率為5～10次/組，3組/d；膝關節(jié)持續(xù)被動訓練一般于術后2～3 d開始，初始活動范圍為0～40°，根據(jù)患者耐受度、屈曲角度逐日增加5～10°，每次鍛煉30～60 min，2次/d，直至患膝關節(jié)屈曲105～115°，患膝關節(jié)伸直0°[20]。②物理治療。采用冷療、紅外偏振光治療等減輕術后關節(jié)腫脹和促進炎癥吸收，輔助膝關節(jié)功能恢復，其中冷療20 min/次，2次/d；紅外偏振光治療，照射強度為50%～60%，10 min/次，2次/d；電磁波治療30 min/次，2次/d。

1.3評價方法

1.3.1評價指標 ①關節(jié)活動度(Range of Motion，ROM)。由康復醫(yī)學科護士在相同的時間、地點、光照環(huán)境下，使用相同的測量工具和方法，測量兩組患者主動活動和被動活動時膝關節(jié)伸直及彎曲角度，膝關節(jié)活動度=膝關節(jié)彎曲角度-膝關節(jié)伸直角度[21]。②美國特種外科醫(yī)院膝關節(jié)評分(Hospital for Special Surgery Knee Score，HSS)。是目前最常用的膝關節(jié)功能評價工具[22]，包含疼痛、關節(jié)功能、屈曲攣縮、肌力、關節(jié)穩(wěn)定性等7個項目，總分0～100分，分數(shù)越高代表膝關節(jié)功能越好。③改良Barthel指數(shù)評定量表(Modified Barthel Index，MBI)[23]。包括進食、步行、穿衣、洗澡、上下樓等10個項目，總分0～100分，得分越高，表明患者獨立性越高，日常生活能力越好[24]。④統(tǒng)計兩組患者住院天數(shù)、治療費用(由本院結(jié)算系統(tǒng)自動顯示的治療費用，包括紅外偏振光、冷療等膝關節(jié)術后治療產(chǎn)生的費用)及總住院費用。

1.3.2資料收集方法 調(diào)查前由康復治療師對2名調(diào)查員進行培訓，統(tǒng)一指導用語，明確各評價指標的填寫及測定方法，考核合格后參與調(diào)查。在TKA術后第2～3天(干預前)，由骨科護士收集患者的一般資料、HSS評分及MBI評分，于出院日(干預后)再次收集上述指標并統(tǒng)計兩組住院天數(shù)及相關費用；康復醫(yī)學科護士測量干預前后兩組膝關節(jié)主動及被動活動度。

1.4統(tǒng)計學方法 數(shù)據(jù)由雙人錄入SPSS21.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。行t檢驗、χ2檢驗、Fisher精確概率法、Wilcoxon秩和檢驗。檢驗水準α=0.05。

2 結(jié)果

2.1兩組一般資料比較 見表1。

表1 兩組一般資料比較

2.2兩組干預前后主動和被動膝關節(jié)活動度、膝關節(jié)功能評分及日?；顒幽芰υu分比較 見表2。

表2 兩組干預前后主動和被動膝關節(jié)活動度、膝關節(jié)功能評分及日常活動能力評分比較

2.3兩組住院天數(shù)及相關費用比較 見表3。

表3 兩組住院天數(shù)及相關費用比較

3 討論

3.1下肢康復機器人的應用可提高TKA患者膝關節(jié)功能及日常活動能力 下肢康復機器人訓練具有精確的重復性、抗阻性和減重支持性等特點。Crizer等[25]的研究表明，應用下肢康復機器人進行康復訓練有助于提高膝關節(jié)周圍伸膝肌群的肌肉力量，增強膝關節(jié)的穩(wěn)定性，加速膝關節(jié)功能的恢復。本研究結(jié)果顯示，干預后觀察組患者主動和被動膝關節(jié)活動度、膝關節(jié)功能評分及日常活動能力評分顯著高于對照組(P<0.05，P<0.01)，與相關研究結(jié)果[26-27]一致。分析原因可能為：下肢康復機器人可針對TKA患者不同的康復階段給予相應的訓練模式。康復初期，TKA患者術側(cè)膝關節(jié)無法負重，采取被動訓練模式，即完全由下肢康復機器人提供主導運動和力的輸出，帶動下肢進行康復訓練；康復中期，以TKA患者的運動意識為主導，下肢康復機器人提供輔助力，幫助患者完成步態(tài)訓練、平衡訓練及本體感覺等；康復后期，下肢康復機器人可通過阻抗裝置為TKA患者提供反向阻力來增強膝關節(jié)肌肉力量，通過不斷的膝關節(jié)被動和主動訓練，反復牽伸攣縮軟組織，軟化關節(jié)囊、韌帶等結(jié)構(gòu)，可刺激機體自然復原力，加速關節(jié)軟骨和關節(jié)周圍組織的損傷修復，刺激具有雙重分化能力的細胞向關節(jié)軟骨轉(zhuǎn)化，增加股四頭肌肌力，提升膝關節(jié)的穩(wěn)定性。膝關節(jié)康復不同階段的針對性訓練，實現(xiàn)了患者被動訓練、主動訓練的人機柔性交互，從而逐步改善TKA患者的膝關節(jié)功能[26]；下肢康復機器人可為TKA患者提供包括肌力訓練、站立訓練、轉(zhuǎn)移訓練、平衡訓練、邁步訓練以及步行訓練在內(nèi)的一系列綜合訓練，可顯著增強患者下肢肌肉力量，降低肌張力，提高平衡能力及協(xié)調(diào)能力[27]，有助于輔助TKA患者完成起立、直立行走、坐下及上下樓梯等日常動作，從而提高TKA患者日常活動能力。

3.2下肢康復機器人的應用可縮短TKA患者住院時間，降低相關費用 本研究結(jié)果顯示，干預后觀察組平均住院天數(shù)顯著低于對照組(P<0.01)，與Ko-tani等[9]的研究結(jié)果一致。分析原因可能為：一方面，下肢康復機器人機械腿的膝關節(jié)處設有關節(jié)角度傳感器、力傳感器及力矩傳感器等位置和力量傳感器，可檢測由患者下肢肌肉活動產(chǎn)生的生物電信號，并根據(jù)患者的預期運動意圖精準地提供安全、長期、高強度的交互式下肢運動輔助，突破了傳統(tǒng)康復訓練中由于物理治療師或康復治療師體力消耗所導致訓練時間縮短、訓練強度不足等問題[28]，有效保障了康復訓練的一致性和持續(xù)性，從而提高膝關節(jié)功能鍛煉效果，縮短患者住院時間；另一方面，下肢康復機器人的計算機主機可對膝關節(jié)的運動軌跡、運動速度、下肢引導力、關節(jié)活動度等進行控制，實時反饋TKA患者的運動參數(shù)，使康復治療師、物理治療師及骨科醫(yī)生可根據(jù)患者康復訓練情況，不斷修正和調(diào)節(jié)患者膝關節(jié)活動度及膝關節(jié)屈伸偏移范圍等參數(shù)，使康復運動更具針對性和準確性，減少治療的盲目性，患者亦可通過機器人反饋了解自身的康復訓練情況，激發(fā)主動運動意識，提升對康復訓練活動的參與感和成就感，增強康復信心，使其能夠積極配合進行康復功能鍛煉，康復訓練依從性提高，從而縮短住院天數(shù)，降低相關住院費用。值得注意的是，雖然觀察組總住院費用顯著低于對照組(P<0.01)，但兩組治療費用比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，分析與目前下肢康復機器人的相關費用暫未納入醫(yī)保有關，建議政府及醫(yī)保部門應充分考慮下肢康復機器人的應用價值及前景，早日將其納入醫(yī)保范疇。

4 小結(jié)

本研究通過建立與實施基于下肢康復機器人的TKA患者康復訓練方案，提高了TKA患者膝關節(jié)活動度、膝關節(jié)功能及日?；顒幽芰?，降低了TKA患者住院時間及住院費用。本研究存在一定的局限性：由于有關下肢康復機器人在TKA中應用的報道較少，可供借鑒的參數(shù)設置有限，下肢康復機器人的部分參數(shù)設置有待進一步探討。此外，本研究干預時間較短，未追蹤其遠期干預效果。后續(xù)研究應對TKA患者的下肢康復機器人的干預效果進行縱向研究，延長干預時間，以進一步驗證該方案的有效性。