虛擬現實平衡訓練對前交叉韌帶重建術后膝關節功能的影響

李 楠, 李 健, 王叢笑, 樊志嬌, 郄淑燕

(1. 首都醫科大學附屬北京康復醫院 康復診療中心, 北京, 100144;2. 八通正和中醫研究院, 河北 石家莊, 056000)

前交叉韌帶(ACL)是膝關節的主要韌帶之一，對于膝關節穩定性的維持具有重要作用。ACL損傷是常見的一種膝關節韌帶損傷，常見的受傷機制包括屈膝外翻傷、過伸傷、外旋傷等，可導致膝關節失穩，嚴重影響關節功能[1]。ACL結構性損傷可引起本體感受器數量減少和功能變性，且隨著損傷時間的延長而加重，出現傳入神經功能障礙，導致本體感覺減弱，進而影響膝關節穩定性[2]。目前，關節鏡下ACL重建術是恢復膝關節生物力學穩定性的主要治療手段，但移植物并不能完全彌補膝關節原始韌帶的本體感覺效應，而手術本身也會對韌帶本體感受器造成一定破壞，不利于術后膝關節穩定性和功能的恢復。研究[3]認為，本體感覺減弱會引起姿勢反射性不穩，影響膝關節功能恢復效果。因此，強化膝關節本體感覺的恢復，提高關節穩態，是膝關節損傷術后康復研究的熱點。既往研究[4]表明，平衡功能訓練有助于改善ACL重建術后膝關節本體感覺的恢復。虛擬現實(VR)技術作為一種新興康復技術，已被廣泛應用于腦卒中后功能恢復[5], 但關于其用于膝關節損傷康復的研究尚較少見。本研究探討VR平衡訓練聯合常規康復對ACL重建術患者術后功能恢復的影響，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020年1月—2021年11月首都醫科大學附屬北京康復醫院收治的ACL重建術后患者100例作為研究對象。納入標準: ① 單側ACL損傷者; ② 行自體腘繩肌肌腱移植重建，且術后磁共振成像(MRI)檢查顯示韌帶組織結構良好者; ③ 年齡18～55歲者; ④ 無精神心理疾病者; ⑤ 可配合康復訓練者。排除標準: ① 伴其他韌帶或半月板損傷者; ② 伴下肢其他骨關節或軟組織損傷者; ③ 代謝性疾病等繼發ACL損傷者; ④ 有視覺障礙等影響平衡功能的疾病者; ⑤ 妊娠期或哺乳期女性; ⑥ 伴靜脈血栓者; ⑦ 無法適應VR訓練者; ⑧無法按要求完成訓練或相關測評者。采用隨機數字表法將100例患者隨機分為對照組與觀察組，每組50例。2組患者一般資料比較，差異無統計學意義(P>0.05), 均衡可比，見表1。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法

對照組采用常規術后康復措施: ① 第1～4周，主要改善關節活動度，包括膝關節擠壓、抬腿訓練，適當進行股四頭肌、腓腸肌、脛前肌等肌肉主動收縮訓練，在限位膝關節支具保護下進行站立訓練等; ② 第5～8周，主要進行肌力強化訓練，包括患肢獨站訓練、下肢重心轉移訓練、踩踏臺階訓練、平衡訓練、步行訓練等。

觀察組在對照組基礎上增加VR動態平衡訓練，儀器選用荷蘭MOTEK MEDICAL公司Dynstable虛擬平衡訓練儀。VR動態平衡訓練主要包括3個模式: ① 模式一(足部運動)。患足放置于平衡板上，健足放置于平衡板外周平板上。第2周起，治療師指導患者雙足站立于平衡板上，通過足底重心移動帶動平衡板，并根據監視器上平衡板傾斜變化，按照擬定路線(直線、斜線、圓周軌跡路線)移動，包括單足控制、雙足控制。② 模式二(城市賽車)。患者脫掉鞋子，站立于測力板中間，雙足保持與肩部相同寬度，手臂置于身體兩側，保持自然下垂。VR場景設定為患者在馬路上駕車行駛，要求患者在系統設定時間內盡可能行駛較遠距離。汽車行駛方向通過左右重心位移進行控制，汽車速度通過前后位移重心進行控制; 患者通過避開對向來車來訓練其重心轉移能力和平衡能力。③ 模式三(海上駕船)。患者脫掉鞋子，站立于測力板中間，手臂置于身體兩側，保持自然下垂，同時微屈雙膝。VR場景設定為患者在浩瀚海面上駕駛小船，要求患者根據標記的路徑行駛并盡可能快地抵達終點。小船前進、后退通過前后位移重心進行控制，左右轉向通過左右重心位移進行控制。各訓練模式15～20 min/次，每周進行5次訓練，共訓練8周。

1.3 觀察指標

1.3.1 治療前后膝關節角度重現差值[6]: 患者戴上眼罩和耳塞，以屏蔽視覺干擾和聽覺干擾，同時穿上過膝長筒襪，以排除觸覺干擾，囑患者采取坐位，起始時膝關節屈曲90 °, 治療時將患者患膝被動屈曲至30°、45°和60°, 每個位置停留10 s, 然后恢復起始位置，此后患者憑借自身記憶和感受將患膝主動屈曲至設定的各個角度，每次停留10 s, 使用電子角度尺對設定角度和模擬角度進行測量，計算差值，每個角度測量3次，取平均值為最終結果，差值越小，說明患者位置覺越好。

1.3.2 治療前后膝關節被動活動察覺閾值[7]: 患者戴上眼罩和耳塞，以屏蔽視覺干擾和聽覺干擾，同時穿上過膝長筒襪，以排除觸覺干擾，囑患者采取坐位，使用等速肌力訓練儀(Biodex S4型)進行膝關節被動伸直運動，參數設置為速度1°/s。以屈膝20°為初始角度，在患者感覺患肢開始活動時，將機器運動停止，記錄患肢終止角度和初始角度，并計算差值，每次測量3次，以平均值為最終結果，差值越小，說明患者運動感知能力(運動覺)越強。

1.3.3 治療前后膝關節功能: 采用國際膝關節評分委員會(IKDC)評分[8]、Lysholm評分[9]對患者膝關節功能進行評價。IKDC評分共有10個問題，總分100分，評分越高說明膝關節功能越好; Lysholm評分包括負重、關節不穩、爬樓梯等8個項目，評分越高說明膝關節功能越好。

1.4 統計學分析

2 結 果

2.1 膝關節角度重現差值比較

治療前, 2組膝關節角度重現差值比較，差異無統計學意義(P>0.05); 治療后，2組膝關節角度重現差值均低于治療前，且觀察組低于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。見表2。

2.2 膝關節被動活動察覺閾值比較

治療前, 2組膝關節被動活動察覺閾值比較，差異無統計學意義(P>0.05); 治療后, 2組膝關節被動活動察覺閾值均低于治療前，且觀察組低于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。見表3。

表2 2組治療前后膝關節角度重現差值比較

表3 2組治療前后膝關節被動活動察覺閾值比較

2.3 Lysholin評分和IKDC評分比較

治療前, 2組Lysholin評分、IKDC評分比較，差異無統計學意義(P>0.05); 治療后, 2組Lysholin評分、IKDC評分均高于治療前，觀察組高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。見表4。

表4 2組治療前后Lysholin評分和IKDC評分比較 分

3 討 論

ACL有著豐富的本體感覺器官，力學信號可在本體感覺器官的介導下，經神經沖動傳導至中樞神經系統，進而使神經肌肉的控制能力得到提高，有助于關節穩定性的維持, ACL本體感覺的正常傳輸是膝關節穩定性的基礎條件[10]。ACL損傷會使本體感受器數目變少或功能破壞，影響傳入神經功能，進而導致本體感覺功能減弱。ACL重建后，本體感覺功能減弱是影響膝關節穩態和功能恢復的重要原因[11], 因此促進本體感覺的重建具有重要意義。ACL重建后，其本體感覺隨著結構的修復而得到恢復，但難以達到正常水平，且耗時較長。相關研究[12-13]顯示，運動治療可有效促進ACL重建后功能康復。常規運動康復主要關注患者關節活動度和運動功能，對膝關節本體感覺恢復則未重視，這可能會對康復效果產生影響。研究[14]表明，運動康復應將恢復本體感受器功能和刺激關節作為干預目標，從而促進關節本體感覺意識的提升，使神經肌肉反射性穩態得以重建。

VR作為近年來新興的一種技術，是通過力學平臺及計算機軟硬件形成虛擬、逼真的視、聽、觸等感知覺，患者可在虛擬環境中進行運動體驗，其作用原理是根據患者下肢在平衡板上的作用力來監測足底重心位置、運動軌跡等多種數據，并借助電腦屏幕實現視覺反饋。VR系統具有交互、體驗、想象等特點[15], 目前已被廣泛應用于腦卒中患者的平衡訓練中，相較于常規康復，其在改善平衡穩定性方面有著明顯優勢。HA S Y等[16]基于電腦屏幕反饋的足底重心移動、下肢傾斜角度圖像而實施視覺反饋訓練，結果顯示，患者平衡功能得以有效改善。梁順利等[17]發現, VR訓練能夠改善腦卒中患者平衡功能和步態。另有研究[18]表明，本體感覺和平衡功能訓練的實施，有助于促進膝關節本體感覺恢復，并提升關節穩定性和功能。本研究將VR技術引入膝關節ACL損傷康復訓練中，在視覺反饋下通過足底重心移動帶動平衡板進行多軌跡的平衡功能訓練，旨在改善ACL重建術患者術后膝關節本體感覺功能。本研究結果顯示，治療后, 2組膝關節角度重現差值和被動活動察覺閾值均顯著低于治療前，且觀察組顯著低于對照組，表明VR平衡訓練聯合常規康復有助于改善患者膝關節本體感覺(位置覺和運動覺)。分析原因，可能是VR場景模擬了現實生活中的不穩定平衡狀態，結合眼睛獲取的視覺信息有助于強化感覺輸入，便于感知人與外界環境之間的相對位置，同時可對外來干擾進行預判; 患者感知到自身空間、運動的改變，向中樞傳遞信息，通過控制姿勢和激活相應肌肉進行適應性反饋，有助于本體感覺的恢復。

本研究結果顯示，觀察組IKDC評分、Lysholin評分均顯著高于對照組，表明VR平衡訓練有助于促進ACL重建術后膝關節功能恢復，與既往研究[19]結論類似，進一步驗證了平衡訓練在關節功能恢復中的重要作用。VR平衡訓練除了能增強脊髓水平反射，提高膝關節穩定性，促進ACL本體感覺恢復，還能改善關節代謝，調節肌肉血流動力學，改善局部組織微循環[20-22], 進而有助于膝關節功能恢復。本研究存在一定局限性，例如納入樣本量較小，臨床分析較單一(僅分析了本體感覺的部分作用)，且隨訪時間較短，未來有待擴大樣本量、延長隨訪時間和完善相關指標進一步深入研究VR平衡訓練對本體感覺的影響。

綜上所述，在常規康復基礎上實施VR平衡訓練能夠改善ACL重建術后患者本體感覺功能，促進膝關節功能恢復，值得臨床借鑒。