基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)膝骨關(guān)節(jié)炎患者康復(fù)的研究進(jìn)展

曾國(guó)際 郭夕語(yǔ) 李雨 楊純生 劉強(qiáng)

【摘 要】 目前運(yùn)動(dòng)療法是膝骨關(guān)節(jié)炎的主要基礎(chǔ)性治療方法，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新穎的康復(fù)干預(yù)工具，已被逐漸應(yīng)用到康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。總結(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在膝骨關(guān)節(jié)炎（包括膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后）患者治療中的相關(guān)研究，分析虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練對(duì)膝關(guān)節(jié)不同功能障礙患者康復(fù)的有效性，認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)動(dòng)療法能有效緩解患者的疼痛癥狀，改善本體感覺(jué)和關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，提高平衡與協(xié)調(diào)能力，增加行走耐力，預(yù)防跌倒，影響步態(tài)，最終提高生活質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】 膝骨關(guān)節(jié)炎；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；康復(fù)訓(xùn)練；本體感覺(jué)；平衡能力；步態(tài)功能；研究進(jìn)展；綜述

膝骨關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）是一種進(jìn)行性關(guān)節(jié)疾病，其特征是股四頭肌無(wú)力，膝關(guān)節(jié)疼痛、腫脹、本體感覺(jué)減弱，姿勢(shì)搖擺等，導(dǎo)致步行能力受損，行走困難，跌倒風(fēng)險(xiǎn)增加。本體感覺(jué)喪失、平衡障礙、步態(tài)異常等常見(jiàn)于KOA患者［1-2］。

隨著醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)輔助干預(yù)被逐步引入到康復(fù)領(lǐng)域，康復(fù)醫(yī)學(xué)也迎來(lái)了“智慧時(shí)代”。虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）是一種沉浸式技術(shù)，即在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)模擬真實(shí)世界效果的特殊環(huán)境，通過(guò)各種傳感器設(shè)備，提供不同的虛擬訓(xùn)練平臺(tái)，使患者沉浸在虛擬環(huán)境中并進(jìn)行操作和控制，以達(dá)康復(fù)目的［3］。

目前，國(guó)外已將VR技術(shù)或結(jié)合適宜康復(fù)技術(shù)應(yīng)用于KOA（包括膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者）的康復(fù)訓(xùn)練，然而國(guó)內(nèi)相關(guān)研究文獻(xiàn)較少，本文旨在通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，綜述VR技術(shù)對(duì)KOA患者的康復(fù)應(yīng)用進(jìn)展，為未來(lái)研究提供建議，并討論VR技術(shù)在臨床康復(fù)中的應(yīng)用。

1 VR技術(shù)

VR技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)提供視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)等多感官刺激為用戶營(yíng)造一個(gè)虛擬的環(huán)境，使用戶完全沉浸在一個(gè)模擬的世界中，并體會(huì)到一種真實(shí)存在的感受［4］。VR技術(shù)廣泛應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)學(xué)，在物理治療過(guò)程中，VR技術(shù)使用各種特殊裝置，調(diào)整患者訓(xùn)練方式，提升主動(dòng)康復(fù)的積極性，根據(jù)功能障礙的不同特點(diǎn)，提供個(gè)性化、特異性的治療方案，并且實(shí)時(shí)記錄訓(xùn)練的進(jìn)展，減少治療師或醫(yī)生的工作負(fù)擔(dān)。同時(shí)，利用VR技術(shù)交互性特征，患者在VR訓(xùn)練中所習(xí)得的技能可以遷移到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，大大提高患者日常生活活動(dòng)能力［5］。目前，VR技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用于改善KOA患者本體感覺(jué)、平衡功能、步行耐力、生活質(zhì)量等。VR技術(shù)作為康復(fù)的重要干預(yù)訓(xùn)練方式，使綜合性康復(fù)更加具體，對(duì)臨床物理治療具有指導(dǎo)性意義。

2 KOA的功能障礙

KOA主要損害關(guān)節(jié)周圍的骨和軟骨組織，與KOA相關(guān)的臨床表現(xiàn)包括關(guān)節(jié)疼痛、關(guān)節(jié)活動(dòng)受限、肌肉力量下降、本體感覺(jué)減弱或喪失、平衡功能受損、關(guān)節(jié)功能障礙、步態(tài)異常、跌倒的發(fā)生率增加、生活質(zhì)量下降等［6］。V?RBAKKEN等［7-8］研究顯示，輕度或中度KOA患者膝關(guān)節(jié)疼痛明顯，平衡能力減弱，姿勢(shì)穩(wěn)定性降低，肌肉活動(dòng)模式發(fā)生改變，跌倒的風(fēng)險(xiǎn)增高。KOA患者受累和未受累腿部的靈活性較差，并且在步態(tài)分析期間表現(xiàn)出膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍減少，步速減慢，步頻降低，步幅縮短等特征。

3 VR技術(shù)結(jié)合康復(fù)訓(xùn)練對(duì)KOA患者的效果

3.1 傳統(tǒng)物理治療與VR康復(fù) 物理治療（運(yùn)動(dòng)治療、電療和手法治療）是KOA患者的重要康復(fù)手段，治療KOA有幾種運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以選擇，包括有氧運(yùn)動(dòng)、力量訓(xùn)練、神經(jīng)肌肉運(yùn)動(dòng)、平衡訓(xùn)練、本體感覺(jué)訓(xùn)練、水上運(yùn)動(dòng)和傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)等［9］。通過(guò)適宜的方法可有效減少KOA患者的疼痛程度，改善肌肉力量和身體功能，提高生活質(zhì)量［10-11］。

對(duì)于KOA患者，VR訓(xùn)練在低至中度訓(xùn)練量的研究中顯示，VR與物理鍛煉具有可比性，并且優(yōu)于物理鍛煉［12］。其他相關(guān)研究結(jié)果表明，VR運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)KOA有效，患者功能得到顯著的改善［13-14］。

3.2 VR康復(fù)對(duì)KOA患者疼痛的緩解 SARKAR等［15］研究顯示，VR冥想對(duì)減輕老年人KOA慢性疼痛有顯著的中度至大度作用，視覺(jué)模擬評(píng)分法（VAS）評(píng)分較干預(yù)前顯著降低，且在第2天對(duì)疼痛緩解有持久的影響，同時(shí)老年人在VR冥想后24～48 h內(nèi)對(duì)日?；顒?dòng)能力的參與有更高的積極意義。CYRILLO等［16］研究結(jié)果表明，VR技術(shù)作為KOA患者康復(fù)訓(xùn)練中的一個(gè)結(jié)合性治療工具，使用Xbox Kinect VR游戲系統(tǒng)補(bǔ)充了傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)治療方案，在緩解疼痛和增強(qiáng)肌肉力量方面均有顯著改善，在WOMAC問(wèn)卷的功能范圍內(nèi)，VR組比對(duì)照組呈現(xiàn)更好的結(jié)果。LIN等［17］證明，與簡(jiǎn)單的常規(guī)護(hù)理或其他形式的治療相比，在慢性肌肉骨骼疾病的VR治療中，疼痛顯著緩解，疾病癥狀減輕，關(guān)節(jié)活動(dòng)性或運(yùn)動(dòng)功能增強(qiáng)。從以上可以看出，VR康復(fù)訓(xùn)練是治療慢性疼痛和膝關(guān)節(jié)特異性疼痛可行且有效的非藥物工具。

3.3 VR康復(fù)對(duì)KOA患者本體感覺(jué)的影響 BYRA等［18］研究顯示，在常規(guī)訓(xùn)練中增加VR訓(xùn)練，每次光競(jìng)賽VR互動(dòng)游戲15～30 min，每周3次，持續(xù)8周，結(jié)果表明，與對(duì)照組比較，膝關(guān)節(jié)疼痛明顯減輕，本體感覺(jué)明顯改善，而本體感覺(jué)對(duì)于改善干預(yù)中的平衡也至關(guān)重要，影響患者的步行能力。VR康復(fù)訓(xùn)練提高了患者的積極性，各組在疼痛強(qiáng)度、關(guān)節(jié)本體感覺(jué)、功能障礙方面均有改善，且VR治療組改善更顯著?？傊Ｒ?guī)訓(xùn)練增加VR訓(xùn)練可以改善疼痛和本體感覺(jué)，改善KOA患者的功能水平和生活質(zhì)量［14］。紀(jì)任欣等［19］研究顯示，肌內(nèi)效貼可在短期內(nèi)改善KOA患者膝關(guān)節(jié)的本體感覺(jué)，因此，對(duì)膝關(guān)節(jié)貼扎肌內(nèi)效貼后可結(jié)合VR技術(shù)進(jìn)行功能訓(xùn)練。

3.4 VR康復(fù)對(duì)KOA患者平衡功能的影響 LEE等［20］研究顯示，KOA患者因步態(tài)平衡控制受損，導(dǎo)致跌倒風(fēng)險(xiǎn)增加。在大多數(shù)情況下，跌倒和相關(guān)損傷會(huì)降低患者生活質(zhì)量，并導(dǎo)致身體功能受限、焦慮、失去信心和害怕跌倒［21］，因此，對(duì)KOA患者進(jìn)行平衡訓(xùn)練是非常重要的。研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和VR訓(xùn)練對(duì)KOA患者本體感覺(jué)、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡能力都有明顯的改善，但是在常規(guī)訓(xùn)練中結(jié)合VR訓(xùn)練對(duì)比其他物理治療方案，患者平衡能力有很大的改善［14］。SADEGHI等［22-23］研究顯示，與傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練相比，VR訓(xùn)練結(jié)合了視覺(jué)反饋控制，在起立行走測(cè)試、睜眼單腿站立方面有顯著的改善，VR訓(xùn)練能更大程度改善力量、平衡和功能活動(dòng)性等，是改善老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)的有效方法。DE VRIES等［24］設(shè)計(jì)了一款基于VR技術(shù)的類似滑雪的游戲，使用Kinect傳感器運(yùn)動(dòng)，身體COM位移和COM速度保持增加，穩(wěn)定性極限改變明顯。

3.5 VR康復(fù)對(duì)KOA患者步態(tài)的影響 KOA會(huì)影響下肢關(guān)節(jié)動(dòng)力鏈的運(yùn)行，使步態(tài)期間相關(guān)參數(shù)、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍、質(zhì)心位置、擺動(dòng)相步長(zhǎng)等發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致步態(tài)異常，影響患者日?；顒?dòng)［25］。Light Race是一場(chǎng)燈光競(jìng)賽，玩家站在游戲屏幕顯示的虛擬平臺(tái)上，根據(jù)標(biāo)志物位置的改變，前后左右移動(dòng)左下肢或右下肢，ELSHAZLY等［14］研究顯示，VR訓(xùn)練（如Light Race），可使關(guān)節(jié)和軀干產(chǎn)生適當(dāng)水平的運(yùn)動(dòng)，從而改善骨關(guān)節(jié)炎患者的功能性障礙（如行走和運(yùn)動(dòng)等）；保齡球、滑雪和高爾夫球的VR游戲誘導(dǎo)性訓(xùn)練，提高了軀干的穩(wěn)定性和膝關(guān)節(jié)動(dòng)作的精確控制功能，進(jìn)而改善步行能力。KIM等［26］研究顯示，VR騎馬模擬訓(xùn)練能顯著改善患者的肌肉活動(dòng)，增強(qiáng)膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，誘導(dǎo)下肢有效的動(dòng)力傳遞，從而改善平衡和步行能力，10 min步行測(cè)試評(píng)分較干預(yù)前顯著增加，可用于KOA的步態(tài)矯正訓(xùn)練。

3.6 VR康復(fù)對(duì)KOA患者步行耐力和生活質(zhì)量的影響 KOA患者的生活質(zhì)量主要受轉(zhuǎn)移能力、下肢肌力、身體穩(wěn)定性、有氧能力和獨(dú)立水平的影響，XIE等［27］研究結(jié)果表明，KOA也會(huì)影響心理健康，主要導(dǎo)致抑郁癥的發(fā)作，影響患者生活質(zhì)量。JOHAR等［28］研究顯示，基于VR的療法在改善KOA患者行走耐力方面與常規(guī)運(yùn)動(dòng)療法相當(dāng)，但結(jié)合VR療法的康復(fù)訓(xùn)練能逐漸提高患者的獨(dú)立性、活動(dòng)能力和參與社會(huì)生活的能力，從而提升整體生活質(zhì)量。WI等［29］使用Xbox 360動(dòng)力學(xué)傳感器的VR運(yùn)動(dòng)游戲試驗(yàn)，每次8 min，每周3次，持續(xù)4周，治療后老年抑郁癥短量表評(píng)分低于對(duì)照組，生活質(zhì)量量表評(píng)分高于對(duì)照組，說(shuō)明VR互動(dòng)運(yùn)動(dòng)有助于緩解老年女性KOA患者的抑郁狀態(tài)并改善生活質(zhì)量。ELSHAZLY等［14］研究發(fā)現(xiàn)，VR康復(fù)訓(xùn)練和常規(guī)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練在VAS評(píng)分、WOMAC和健康相關(guān)生命質(zhì)量（HRQOL）得分方面差異性不大，但是VR結(jié)合運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能使HRQOL得分顯著提高，KOA患者的功能水平和生活質(zhì)量明顯改善。另外，VR技術(shù)可以作為KOA的干預(yù)方法之一，增加治療方法的多樣化，可與傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)交替實(shí)施。從以上可以看出，VR康復(fù)對(duì)患者生活質(zhì)量影響沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)，但聯(lián)合常規(guī)的物理訓(xùn)練可大大促進(jìn)功能恢復(fù)，提高生活質(zhì)量。

3.7 VR康復(fù)對(duì)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（total knee arthroplasty，TKA）術(shù)后的影響 TKA被認(rèn)為是治療重度或終末期KOA最有效的方法之一［30］。患者術(shù)后主要表現(xiàn)包括疼痛、運(yùn)動(dòng)功能障礙、本體感覺(jué)減弱等。JIN等［31-32］研究顯示，KOA患者在VR環(huán)境中沉浸式水上劃船，每次30 min，每日3次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TKA術(shù)后第3，5，7天VAS評(píng)分顯著低于對(duì)照組；WOMAC評(píng)分在第1，3，6個(gè)月后顯著增

高。GIANOLA等［33］將VR康復(fù)訓(xùn)練與傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，2組間在緩解疼痛和其他功能方面作用相當(dāng)，通過(guò)使用VR康復(fù)系統(tǒng)（VRRS是一種設(shè)備，根據(jù)視覺(jué)和聽覺(jué)生物反饋以及專注于身體平衡的互動(dòng)游戲系統(tǒng)進(jìn)行正確的鍛煉）對(duì)TKA患者的本體感覺(jué)反饋，VR組本體感覺(jué)較對(duì)照組有較大的改善。BLASCO等［34］研究顯示，與傳統(tǒng)物理治療相比，VR康復(fù)在改善功能、緩解疼痛等方面沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)，但增強(qiáng)平衡的VR運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能更有效地克服平衡限制，改善TKA患者的平衡功能。HONG等［35］對(duì)中年女性KOA患者進(jìn)行每次

20 min，每周5 d，連續(xù)2周的VR康復(fù)訓(xùn)練，治療后Berg平衡量表、坐站測(cè)試、10 min步行測(cè)試方面評(píng)分優(yōu)于康復(fù)組。結(jié)果表明，患者在肌肉力量、本體感覺(jué)、平衡和步態(tài)能力等方面得到提高。SAMWON等［36］研究報(bào)道，基于VR視覺(jué)生物反饋（康復(fù)可視化系統(tǒng)），在患者佩戴VR眼鏡并配備一部智能手機(jī)，使用應(yīng)用程序中的平衡游戲，控制肢體向前下降，并試圖通過(guò)左右移動(dòng)避開障礙，到達(dá)設(shè)定的目標(biāo)，進(jìn)行每日20 min，每周5 d，持續(xù)

2周治療。結(jié)果表明，TKA術(shù)后早期結(jié)合VR康復(fù)運(yùn)動(dòng)方案，可以改善平衡能力和膝關(guān)節(jié)功能，提高康復(fù)率，因其較高的趣味性，還可以作為促進(jìn)患者積極參與功能訓(xùn)練的有效方法。綜上所述，通過(guò)VR將康復(fù)訓(xùn)練應(yīng)用于TKA患者，對(duì)改善膝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)、平衡功能、步行功能等有明顯的療效，但對(duì)疼痛等其他功能的影響仍需要進(jìn)一步研究與思考。

另外，VR技術(shù)康復(fù)訓(xùn)練并不適用于所有KOA患者，如嚴(yán)重的骨質(zhì)疏松癥、膝關(guān)節(jié)發(fā)生局部損傷或假體周圍骨折、生命體征不穩(wěn)定、心肺系統(tǒng)疾病、腿部血塊形成以及視力喪失、聽力喪失或功能喪失人群等［36］。同時(shí)患者需要一個(gè)相對(duì)安全的訓(xùn)練設(shè)備及環(huán)境，不然將大大增加摔倒的風(fēng)險(xiǎn)［33］。

4 小 結(jié)

VR技術(shù)結(jié)合適宜的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)KOA患者是安全而有效的，可作為綜合性康復(fù)治療的輔助工具。VR運(yùn)動(dòng)治療方式能有效緩解患者的疼痛癥狀，改善本體感覺(jué)和關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，提高平衡與協(xié)調(diào)能力，增加行走耐力，預(yù)防跌倒，影響步態(tài)，最終提高生活質(zhì)量。目前，我國(guó)學(xué)者對(duì)VR技術(shù)在KOA患者康復(fù)的研究相對(duì)較少。今后研究重點(diǎn)可在以下幾個(gè)方面，以步行功能為導(dǎo)向，探討VR對(duì)患者本體感覺(jué)、平衡、步行、行走耐力等影響，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)療法與虛擬技術(shù)相結(jié)合。

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收稿日期：2023-05-01；修回日期：2023-06-04