擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人對(duì)踝關(guān)節(jié)骨折術(shù)后功能鍛煉依從性及運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的影響

肖洪巖,鄧瑞晨,魏新運(yùn),楊偉胤,謝云港

踝關(guān)節(jié)骨折是一種骨科常見(jiàn)病、多發(fā)病,近年來(lái),由于飲食不正常、缺乏運(yùn)動(dòng)鍛煉、交通業(yè)、建筑業(yè)的迅速發(fā)展等因素的影響,踝關(guān)節(jié)骨折的發(fā)病率顯著增高[1]。目前,臨床對(duì)于踝關(guān)節(jié)骨折多采用內(nèi)固定手術(shù)治療,手術(shù)可及時(shí)恢復(fù)良好的解剖結(jié)構(gòu),但大部分患者由于術(shù)后康復(fù)鍛煉不當(dāng)或不及時(shí),容易引起踝關(guān)節(jié)僵硬等并發(fā)癥,降低手術(shù)治療效果,對(duì)其身心健康造成嚴(yán)重不良影響[2-3]。常規(guī)康復(fù)治療以抬高患肢、主動(dòng)、被動(dòng)活動(dòng)踝關(guān)節(jié)、負(fù)重訓(xùn)練等為主,但治療周期較長(zhǎng),整體療效不理想[4]。擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人通過(guò)表面肌電、運(yùn)動(dòng)捕捉、足底壓力等手段可全面細(xì)微、客觀量化評(píng)估踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制能力及穩(wěn)定性,從而更加精準(zhǔn)、科學(xué)地指導(dǎo)臨床展開(kāi)康復(fù)鍛煉,提高康復(fù)治療效果,同時(shí)減輕了醫(yī)務(wù)人員工作量。基于此,本文擬探究擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人對(duì)踝關(guān)節(jié)骨折術(shù)后功能鍛煉依從性及運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的影響,報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選定本院2021年2月～2023年2月就診的120例踝關(guān)節(jié)骨折患者研究。診斷標(biāo)準(zhǔn):均經(jīng)X線、MRI、CT等檢查確診“踝關(guān)節(jié)骨折”,存在不同程度踝部疼痛腫脹、功能異常、局部畸形、皮下瘀斑等癥狀。納入標(biāo)準(zhǔn):年齡在18～80周歲,男、女不限均為首次發(fā)生踝關(guān)節(jié)骨折,新鮮骨折;美國(guó)麻醉醫(yī)師協(xié)會(huì)(american society of anesthesiologists,ASA)分級(jí)在I～I(xiàn)I級(jí);臨床資料齊全、完整。生命體征平穩(wěn)。視聽(tīng)、溝通能力正常,配合度良好;腎、肝等重大臟器功能無(wú)異常。排除標(biāo)準(zhǔn):合并其他部位骨折或病理性、陳舊性骨折者;同期參與其他研究或中途因病情變化退出者。伴有同側(cè)肢體損傷者;合并免疫缺陷性疾病者;處于哺乳、備孕、妊娠期女性;合并高血壓、糖尿病等基礎(chǔ)病者;存在藥物依賴(lài)史、吸毒史、酒精成癮史者;合并全身嚴(yán)重感染性疾病者;合并鐵代謝異常等疾病者;傷口無(wú)法閉合,軟組織損傷嚴(yán)重以及合并神經(jīng)損傷者。醫(yī)院倫理委員會(huì)已審批。根據(jù)術(shù)后康復(fù)治療方法的不同將其分為2組,各60例,2組一般資料比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見(jiàn)表1。

表1 2組一般資料比較

1.2 方法 對(duì)照組給予常規(guī)康復(fù)治療,具體操作如下:①術(shù)后1～4d,指導(dǎo)患者屈伸跖趾關(guān)節(jié),盡可能節(jié)律性、大范圍地屈伸踝關(guān)節(jié),不可做內(nèi)外旋、內(nèi)外翻動(dòng)作,每次10～15min,每日2次。②術(shù)后第5～14d,指導(dǎo)患者進(jìn)行直腿抬高訓(xùn)練,屈伸、內(nèi)外翻踝關(guān)節(jié),每次10～15min,每日2次,輔助撥、搓、揉、推等按摩手法,松解關(guān)節(jié)韌帶,改善血液循環(huán),保持力度釋放,防止過(guò)度按壓同一部位。③術(shù)后3～4周,在踝關(guān)節(jié)無(wú)壓痛、腫脹癥狀的前提下,指導(dǎo)患者進(jìn)行膝關(guān)節(jié)、趾關(guān)節(jié)拮抗肌、主動(dòng)肌等張、等長(zhǎng)運(yùn)動(dòng),每次10～15min,每日2次,可結(jié)合自身情況,適當(dāng)提高訓(xùn)練速率、力度。④術(shù)后第5周,復(fù)查X線,確認(rèn)骨折端形成纖維性骨痂后,指導(dǎo)患者進(jìn)行抗阻力踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)及部分負(fù)重活動(dòng),逐漸過(guò)渡到完全負(fù)重,共計(jì)康復(fù)鍛煉12周,需要注意的是,整個(gè)康復(fù)鍛煉均以患者耐受為主,切不可過(guò)量運(yùn)動(dòng)[5]。觀察組在對(duì)照組基礎(chǔ)上術(shù)后第5天開(kāi)始給予擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人治療,利用AnyBody軟件對(duì)足部康復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬訓(xùn)練,測(cè)量肌肉活動(dòng)度、肌肉功率等參數(shù),建立人機(jī)耦合模型,連接足部康復(fù)機(jī)器人,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(v)以及偏心距(R)決定足部康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度、按摩踏板擺幅,耦合模型中v以及R是變量,v設(shè)置在(π/8-π)rad/s,1個(gè)間隔是π/8rad/s,R設(shè)置在30～38mm,1個(gè)間隔是1mm,當(dāng)v∈[5/8π,π]rad/s,并且R∈[33,38]mm,提示肌肉活動(dòng)度變化較大,且相關(guān)肌肉的活動(dòng)量突然增大,肌肉被動(dòng)拉力控制在130～142N,此范圍內(nèi)可有效訓(xùn)練肌肉拉伸性,且v以及R對(duì)肌肉力不會(huì)造成影響。以成年男子為例,體重70kg,身高175cm,輸入體重與身高后,其他身體參數(shù)可自動(dòng)修改,選擇骨骼肌類(lèi)型,對(duì)于踝關(guān)節(jié)骨折患者,運(yùn)動(dòng)肌肉主要涉及下肢,即腿部、足部,可將上肢去除,只保留頭部、軀干、雙腿,以達(dá)到提高運(yùn)行仿真的運(yùn)行速度,提高康復(fù)治療效率,人體各項(xiàng)生理參數(shù)通過(guò)AngScript語(yǔ)言設(shè)置后,可獲得人體模型,見(jiàn)圖1,設(shè)定耦合模型中機(jī)器人的擺幅為最大時(shí)的狀態(tài),設(shè)定驅(qū)動(dòng)函數(shù)中的v,v=π/2rad/s,仿真時(shí)間(s)=4s。進(jìn)行仿真運(yùn)動(dòng)。從Solid Works2014建模軟件中獲得擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人的三維模型圖,見(jiàn)圖2,包括傾斜式機(jī)架、按摩踏板、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)4部分,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在電動(dòng)機(jī)的輔助下,可帶動(dòng)按摩踏板進(jìn)行人體踝關(guān)節(jié)外翻、內(nèi)翻、背屈、跖屈等綜合康復(fù)運(yùn)動(dòng),根據(jù)患者實(shí)際情況調(diào)節(jié)按摩踏板擺動(dòng)幅度,避免出現(xiàn)跳躍式運(yùn)動(dòng)量變化,對(duì)患者造成二次傷害。另外,可通過(guò)調(diào)整髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)彎曲角度、髖部位置坐標(biāo),保持患者在舒適的位姿。

圖1 人體模型

圖2 擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人三維模型圖

1.3 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 2組均在治療4周后進(jìn)行效果評(píng)價(jià),具體觀察指標(biāo)包括:①功能鍛煉依從性:從鍛煉主動(dòng)性、動(dòng)作、時(shí)間等多方面評(píng)價(jià),總分是100分,完全依從>95分,依從是70～95分,一般依從是55～69分,不依從<55分,(完全依從+依從+一般依從)/組例數(shù)(60)×100.00%=總依從性[6]。②踝關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率:以Mazur(1979)踝關(guān)節(jié)評(píng)價(jià)分級(jí)系統(tǒng)對(duì)踝關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率進(jìn)行評(píng)價(jià),92～100分為優(yōu),87～92分為良,65～86分為可,<65分為差,(優(yōu)+良)/組例數(shù)(60)×100.00%=總優(yōu)良率[7]。③美國(guó)矯形外科足踝協(xié)會(huì)(american orthopaedic foot and ankle society,AOFAS)踝-后足評(píng)分:包括足部對(duì)線、踝-后足穩(wěn)定性情況、內(nèi)外翻活動(dòng)情況、屈曲伸展受限情況、反常步態(tài)情況、地面步行情況、最大步行距離、支撐情況、功能和自主活動(dòng)、疼痛程度等,總分100分,踝足功能越好,分值越高[8]。治療前后由主治醫(yī)師測(cè)評(píng)。④Olerud-Molander踝關(guān)節(jié)骨折評(píng)分系統(tǒng):包括工作能力、行走、蹲、跳、跑、上樓梯、關(guān)節(jié)腫脹、關(guān)節(jié)僵硬、疼痛等,總分是100分,踝關(guān)節(jié)功能越好,分值越高[9]。治療前后由主治醫(yī)師測(cè)評(píng)。⑤步行相關(guān)參數(shù):治療前后告知患者赤足,穿著緊身衣褲,采用Vicon紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng),在患者以平常狀態(tài)步行時(shí),檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化單支撐期時(shí)長(zhǎng)、步速、步寬、步長(zhǎng),最終記錄值是連續(xù)測(cè)量3次的均值。⑥下肢肌電標(biāo)準(zhǔn)化積分肌電:治療前后采用表面肌電采集系統(tǒng)檢查,以75%酒精消毒目標(biāo)肌群,直至酒精揮發(fā)后放置電極,對(duì)于汗毛較多者,應(yīng)做好剃毛處理,保持電極連接線無(wú)扭曲、交叉,通過(guò)敷料固定電極,避免中途脫落,醫(yī)生告知患者測(cè)試過(guò)程中不可穿鞋襪,保持自然步態(tài),檢測(cè)最大等長(zhǎng)收縮狀態(tài)下比目魚(yú)肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)、腓腸肌外側(cè)、腓骨長(zhǎng)肌、脛骨前肌肌電信號(hào),最終記錄值是連續(xù)測(cè)量3次的均值。⑦并發(fā)癥總發(fā)生率:統(tǒng)計(jì)踝關(guān)節(jié)僵硬、骨折未愈合、骨不連、下肢深靜脈血栓(deep venous thrombosis,DVT)總發(fā)生率。

2 結(jié)果

2.1 功能鍛煉依從性 治療后,觀察組功能鍛煉依從性明顯高于對(duì)照組(P<0.05),見(jiàn)表2。

表2 2組治療后功能鍛煉依從性比較 例(%)

2.2 踝關(guān)節(jié)功能總優(yōu)良率 治療后,觀察組踝關(guān)節(jié)功能總優(yōu)良率明顯高于對(duì)照組(P<0.05),見(jiàn)表3。

表3 2組治療后踝關(guān)節(jié)功能總優(yōu)良率比較 例(%)

2.3 AOFAS評(píng)分、Olerud-Molander評(píng)分 治療后,2組AOFAS評(píng)分及Olerud-Molander評(píng)分均較治療前明顯提高(P<0.05),且觀察組均高于對(duì)照組(P<0.05),見(jiàn)表4。

表4 2組AOFAS評(píng)分及Olerud-Molander評(píng)分治療前后比較 分,

2.4 步行相關(guān)參數(shù) 治療后,2組標(biāo)準(zhǔn)化單支撐期時(shí)長(zhǎng)、步速、步寬、步長(zhǎng)均較治療前明顯提高(P<0.05),且觀察組均高于對(duì)照組(P<0.05),見(jiàn)表5。

表5 2組步行相關(guān)參數(shù)治療前后比較

2.5 下肢肌電標(biāo)準(zhǔn)化積分肌電 治療后,2組比目魚(yú)肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)、腓腸肌外側(cè)、腓骨長(zhǎng)肌、脛骨前肌標(biāo)準(zhǔn)化積分肌電均較治療前明顯提高(P<0.05),且觀察組均高于對(duì)照組(P<0.05),見(jiàn)表6。

表6 2組下肢肌電標(biāo)準(zhǔn)化積分肌電比較

2.6 并發(fā)癥總發(fā)生率 治療后,觀察組并發(fā)癥總發(fā)生率明顯低于對(duì)照組(P<0.05),見(jiàn)表7。

表7 2組并發(fā)癥總發(fā)生率比較 例(%)

3 討論

踝關(guān)節(jié)是人體負(fù)重關(guān)節(jié),主要活動(dòng)方向是跖屈、背伸,在維持人體運(yùn)動(dòng)功能方面發(fā)揮著重要作用[10]?？耸厢槂?nèi)固定、拉力螺釘內(nèi)固定以及鋼板螺釘內(nèi)固定等手術(shù)治療方案雖然取得了一定成效,但術(shù)后需要外固定石膏、支具等,才能確保骨折完全愈合,以上制動(dòng)措施也誘發(fā)關(guān)節(jié)僵硬等并發(fā)癥[11-12]。另外,由于踝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、特殊性,損傷機(jī)制復(fù)雜,受解剖夾角、自身形態(tài)、踝關(guān)節(jié)微循環(huán)較差等因素的影響,術(shù)后出現(xiàn)踝關(guān)節(jié)功能障礙的發(fā)生率較高[13-14]。有學(xué)者提出,在踝關(guān)節(jié)骨折術(shù)后及早給予康復(fù)治療,可促進(jìn)骨折愈合,減少踝關(guān)節(jié)僵硬、DVT等并發(fā)癥[15-16]。但目前尚未形成完全、統(tǒng)一的康復(fù)治療方案。

擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人利用人與機(jī)械的相互影響、交叉原理,分析人體在康復(fù)鍛煉過(guò)程中最大肌肉群能量消耗以及肌肉活動(dòng)量,結(jié)合個(gè)體差異性對(duì)康復(fù)訓(xùn)練速率、強(qiáng)度等做出調(diào)整,以達(dá)到最佳的康復(fù)治療效果。本研究顯示:觀察組功能鍛煉依從性高于對(duì)照組。提示擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人康復(fù)鍛煉過(guò)程中,患者的依從性相對(duì)較高,究其原因如下:擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人通過(guò)帶動(dòng)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),可減輕患者在康復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的疲勞感,從而達(dá)到提高康復(fù)鍛煉依從性的目的。本研究顯示:觀察組踝關(guān)節(jié)功能優(yōu)良率、治療后AOFAS評(píng)分、Olerud-Molander評(píng)分均高于對(duì)照組。提示應(yīng)用擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人展開(kāi)康復(fù)鍛煉可提高踝關(guān)節(jié)骨折患者康復(fù)治療效果。分析原因如下:擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人是基于人體骨骼模型庫(kù)應(yīng)用AnyBody仿真軟件研制,根據(jù)測(cè)試參數(shù)進(jìn)行關(guān)節(jié)活動(dòng)度和關(guān)節(jié)震動(dòng)的活動(dòng),可有效活動(dòng)踝關(guān)節(jié),改善下肢血液循環(huán),促進(jìn)肌肉組織功能恢復(fù)[17]。擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人中按摩踏板具有按摩足底的功能,可改善踝關(guān)節(jié)部位的血液循環(huán),促進(jìn)骨痂形成及骨折愈合。擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人康復(fù)鍛煉期間醫(yī)生可結(jié)合患者的耐受程度調(diào)節(jié)訓(xùn)練強(qiáng)度,發(fā)揮維持踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性、緩解腫脹、提高肌力、加快關(guān)節(jié)韌帶再生、預(yù)防關(guān)節(jié)攣縮等作用。

步態(tài)分析是目前臨床評(píng)估運(yùn)動(dòng)功能的重要方法,踝關(guān)節(jié)骨折患者由于關(guān)節(jié)功能受損,在步速、步長(zhǎng)等多方面均存在異常。踝關(guān)節(jié)肌肉痙攣引發(fā)的關(guān)節(jié)功能障礙,會(huì)導(dǎo)致患者行走速率減慢,消耗能力增大,是引起患者行走能力、行走姿勢(shì)步態(tài)異常的重要因素。本研究顯示:觀察組治療后標(biāo)準(zhǔn)化單支撐期時(shí)長(zhǎng)、步速、步長(zhǎng)均高于對(duì)照組,觀察組治療后步寬低于對(duì)照組。提示應(yīng)用擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人展開(kāi)康復(fù)鍛煉可保持踝關(guān)節(jié)骨折患者步速、步長(zhǎng)等運(yùn)動(dòng)平衡。分析原因如下:擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人通過(guò)循序漸進(jìn)的康復(fù)功能鍛煉,可改善骨折斷端局部血運(yùn),建立新生微循環(huán),促進(jìn)踝關(guān)節(jié)腫脹消退及局部炎癥介質(zhì)吸收,預(yù)防關(guān)節(jié)周?chē)∪馕s,加快骨折愈合,通過(guò)持續(xù)性的肌肉收縮,可產(chǎn)生縱向牽拉力,加快骨折部位骨質(zhì)生長(zhǎng),恢復(fù)踝關(guān)節(jié)屈伸活動(dòng),有助于糾正患者步態(tài)異常。

本研究顯示:觀察組治療后下肢肌電標(biāo)準(zhǔn)化積分肌電值均高于對(duì)照組。提示應(yīng)用擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人展開(kāi)康復(fù)鍛煉可改善踝關(guān)節(jié)骨折患者下肢肌肉活動(dòng)。分析原因如下:踝關(guān)節(jié)及周邊肌群運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性會(huì)直接影響下肢步行能力、平衡能力、運(yùn)動(dòng)能力[18]。擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練與傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練相比,更有助于募集運(yùn)動(dòng)單位,可維持踝關(guān)節(jié)生理學(xué)連續(xù)性,有效提高下肢肌肉的收縮力、興奮性,改善肌肉協(xié)調(diào)性,降低攣縮肢體的肌張力,最終達(dá)到改善下肢肌肉活動(dòng)的目的。本研究顯示:觀察組并發(fā)癥總發(fā)生率低于對(duì)照組。提示應(yīng)用擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人展開(kāi)康復(fù)鍛煉可有效降低踝關(guān)節(jié)骨折術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn),提高康復(fù)鍛煉安全性。究其原因,考慮是擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人通過(guò)牽動(dòng)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),可持續(xù)、溫和的牽拉踝關(guān)節(jié)周邊軟組織,松解粘連組織,防止纖維攣縮,從而達(dá)到降低踝關(guān)節(jié)僵硬等并發(fā)癥發(fā)生率的目的。

綜上所述,踝關(guān)節(jié)骨折患者術(shù)后應(yīng)用擺幅可調(diào)型足部康復(fù)機(jī)器人展開(kāi)康復(fù)鍛煉,可有效提高康復(fù)治療效果,改善踝關(guān)節(jié)功能及下肢肌肉活動(dòng),降低踝關(guān)節(jié)僵硬等并發(fā)癥發(fā)生率,提高治療有效性、安全性,值得臨床推廣應(yīng)用。