可穿戴式精準康復系統在老年全膝關節置換術后患者中的應用價值

周一逸, 劉 儀, 袁 鵬, 茅溢恒

(南京醫科大學附屬無錫人民醫院, 1. 骨科, 2. 健康管理中心, 江蘇 無錫, 214030)

人工全膝關節置換術(TKA)已成為矯正膝關節畸形、改善膝關節運動功能的主要外科術式，而術后科學的、規律的康復訓練是促進膝關節功能恢復的關鍵[1-3]。老年患者合并基礎疾病較多，僅采用常規護理方法的效果較差[4], 而康復資源分布不均、缺乏有效的康復訓練指導、患者自我約束力較差等也是導致總體關節康復訓練質量不高的重要原因[5-6]。隨著虛擬現實技術和物聯網技術的不斷發展，與醫學相關的多種輔助器械不斷被研發并應用于臨床，丁芳等[7]報道了一款應用于TKA后康復訓練的智能可穿戴康復系統，其由可穿戴智能腳環、醫生端和患者端APP構成。一款由東南大學研究團隊自主開發的可穿戴式精準康復系統(專利編號: 202120211016.2)針對TKA關節訓練表現出較好的臨床應用前景。該款康復系統主要特點是“可穿戴式”和“精準”，“可穿戴式”體現為具有較好的便攜性，患者可攜帶回家進行關節功能訓練，不影響正常生活和工作; “精準”體現為由醫生制訂各種個性化的關節訓練方案，患者每日的訓練參數記錄在儀器上，并實時傳輸至醫生后處理工作站。本研究探討該款可穿戴式精準康復系統在老年TKA患者中的應用價值，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采用臨床前瞻性病例對照研究方法，選擇2019年3月—2021年3月行單側人工TKA的老年患者86例為研究對象。納入標準: ① 年齡超過50歲者; ② 首次接受單側TKA, 手術順利完成后康復出院者; ③ 患者簽署研究知情同意書，臨床和隨訪資料完整; ④ 能根據分組要求完成康復訓練者。排除標準: ① 合并腦卒中、腦腫瘤、下肢神經肌肉性疾病者; ② 嚴重肝腎功能障礙、精神性疾病、不能配合訓練者; ③ 自行更改訓練方案者; ④ 隨訪丟失者。本研究獲得醫院醫學倫理委員會批準。采用隨機數字表法將86例患者分為對照組和觀察組，每組43例，最終對照組中40例、觀察組中41例完成隨訪。2組患者一般臨床資料比較，差異無統計學意義(P>0.05), 具有可比性。見表1。

表1 2組患者一般臨床資料比較

1.2 康復方法

待患者入組后，向其發放健康教育手冊并普及相關疾病知識，隨后辦理住院手續，期間均由同一臨床醫生和護理團隊指導患者術后康復訓練，包括早期下地拄拐、負重下地活動，可佩戴支具，于每日早上和晚上進行鍛煉，每次訓練至少1 h, 逐漸進行功能性康復訓練，如踝泵訓練、直腿抬高、滑移屈膝、坐位屈膝及伸膝訓練、靜蹲等[8-9], 出院前評估關節功能，制訂出院后康復方案。

對照組出院后根據醫囑自行進行康復訓練，自行安排每日訓練時間段和時長，出院前由護士發放訓練手冊，居家訓練過程中有任何不適或者不理解之處可及時與護士聯系，必要時可返院進行康復訓練。觀察組使用可穿戴式精準康復系統(圖1)，術前向患者及家屬講解系統的作用、原理、操作流程等，利用Kinect提供人體位置信息并連接無線通信系統，設計自由度關節驅動結構，替代護理人員對患者實施運動訓練。該系統整體結構簡單、輕便，方便患者隨身穿戴，改變了傳統康復物理治療或者機器人的固定臺式訓練方式，康復訓練不再受場地的限制，具有較好的臨床應用性和可推廣性。該款康復系統結合虛擬現實技術和物聯網技術，可以實時捕捉并記錄傳輸肢體康復訓練動作參數信息，并進行可視化展示: 一方面，使用者可以觀察肢體運動形態，利用多種方式實現肢體、關節自由運動，增強體驗性; 另一方面，通信系統和各個傳感器節點可以設定參數信息，各參數均結合人體解剖學在系統控制下合理設置，可以進行醫學統計，用以量化外科手術質量以及肢體功能的恢復情況。同時，由于本系統利用上位機無線通信設備獲取流通信息，在穿戴時可以采取各種活動姿勢，但要注意通信設備的通暢，動作要符合電信號和傳感設備可接收范圍。此外，康復系統的關節調節范圍不能超出人體正常活動關節，以確保行走平穩和穿戴安全。

由于TKA的手術應激反應強烈，除了幫助患者了解疾病發生機制、治療方法及術后相關護理和康復措施外，還需給予一定的局部鎮痛。術后密切關注并向主治醫師反饋手術應激反應較大的患者，采取自控式鎮痛泵進行鎮痛，或口服鎮靜鎮痛藥物。此外，可指導患者用冰袋冷敷以消除局部腫脹，定期檢查切口部位恢復情況，保持手術切口的干燥、清潔。

圖1 可穿戴式精準康復系統示意圖

1.3 觀察指標

2組均隨訪6個月，比較2組患者隨訪1、3、6個月時患側主動膝關節活動度(AROM)、疼痛視覺模擬評分法(VAS)評分和美國特種外科醫院(HSS)膝關節功能評分，平均每日康復時間、康復依從率、滿意度，以及生活質量量表(SF-36)評分。AROM參考范圍為屈曲0～135 °。HSS評分包括疼痛(30分)、功能(22分)、活動度(18分)、肌力(10分)、屈膝畸形(10分)和穩定性(10分)，總分100分，評分越高表示關節功能越好。依從率、滿意度采用調查問卷的方法，采用Likert 4級評分法，分為非常好、一般好、較差和十分差，以非常好和一般好計算總依從率、總滿意度。首先采用小樣本(30例)進行試調查，經計算信度和效度均大于80%, 滿足研究需要。SF-36主要分為身體健康、心理健康和社會關系3個維度，分別賦值40、30、30分，總分100分，分值越高表示生活質量越好。

1.4 統計學方法

采用SPSS 20.0統計軟件進行數據分析，計量資料采用均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，隨訪多個時點數據的比較采用重復測量的方差分析; 計數資料采用[n(%)]表示，組間比較采用χ2檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 2組患側AROM以及HSS評分比較

2組出院前患側AROM以及HSS評分比較，差異無統計學意義(P>0.05); 隨訪1、3、6個月時, 2組患側AROM及HSS評分均逐步升高，觀察組隨訪1、3、6個月時AROM及HSS評分均高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 2組患側AROM及HSS評分比較

2.2 2組康復時間、總依從率、總滿意度比較

觀察組每日康復時間長于對照組，總依從率和總滿意度高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。見表3。

表3 2組康復時間、總依從率、總滿意度比較

2.3 2組生活質量比較

隨訪6個月時，觀察組身體健康、心理健康和社會關系評分以及總評分均高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。見表4。

表4 2組生活質量比較 分

3 討 論

本款可穿戴式精準康復系統是在慣性無線動作捕捉傳感器的基礎上，聯合東南大學研究團隊開發出符合要求的高精度姿態傳感器，并將其用于實現高精度動作捕捉技術，進而完成運動規律的基礎研究。本研究課題組成員對入選患者進行康復功能評估和康復數據收集，與東南大學共同研究肢體康復訓練動作的高精度分割技術，通過動作捕捉和傳送，檢測肢體動作的邊界，依據邊界分割動作過程并分別進行識別，提出針對不同康復動作類型的分割算法，并在康復科開展實驗。

系統主要由無線通信設備、移動終端、傳感器節點、傳感器綁帶等部件組成。無線通信設備、移動終端負責完成上機位和下機位的控制，實現人機交互、數據分析、康復評價、通訊以及指令下達等操作; 傳感器節點、傳感器綁帶是與人體相連接處的可視化部分，包括雙側手臂、雙側下肢、腹胸等10個節點，完成髖關節、膝關節、肘關節等關節自由度動作，通過設定某些方向上的自由度和局限性設定康復訓練動作，同時與上機位完成數據采集和分析工作。本研究結果表明，觀察組隨訪1、3、6個月的患側AROM及HSS膝關節功能評分高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。觀察組每日康復時間長于對照組，總依從率和總滿意度高于對照組, SF-36總評分也高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05), 提示在患者康復訓練過程中，佩戴該款康復系統可實時采集和記錄肢體運動參數以及生理參數，并根據采集的數據對患者進行科學的病情評價，得出治療結論。此外，采用虛擬現實技術使運動參數可視化，可以提高骨傷患者對自身康復的主觀認知水平，并提高醫患之間的溝通效率。目前，研究[10-11]顯示此類設備可實現三維空間內肢體動作參數信息的高精度收集，實現對動作完成情況作出診斷和指導的醫學統計功能模塊、康復訓練動作參數信息的可視化反饋，實現肢體動作的實時成像技術。

膝關節是人體的主要負重結構, TKA后科學、規律的康復訓練是提高手術療效、改善患者肢體功能和生活質量的重要手段。傳統關節康復訓練在患者出院后易中斷，患者無法及時獲得正確的康復意見，而社區康復中心技術較薄弱，或者沒有專業的康復中心。不完善的膝關節訓練還可能導致關節受損，甚至出現嚴重的膝關節并發癥，最終需要再次返院治療[12-13]。通過佩戴該款康復系統，患者在出院后同樣可進行與院內等效的訓練，儀器能夠實時跟蹤、記錄肢體的活動情況，將各類參數匯總后傳輸至后處理工作站，一方面通過可視化較強的人機界面，以淺顯易懂的語言、視頻或者圖片方式向患者展示訓練情況，另一方面還能夠根據反饋的訓練信息制訂更加科學、人性化的康復方案，促進肢體功能的快速康復[14-15]。

綜上所述，穿戴式精準康復系統能夠顯著改善老年TKA患者的康復質量，提高康復依從率和滿意度。