基于虛擬現實技術的康復訓練對膝骨關節炎患者康復的研究進展

曾國際 郭夕語 李雨 楊純生 劉強

【摘 要】 目前運動療法是膝骨關節炎的主要基礎性治療方法，隨著醫學技術的進步，虛擬現實技術作為一種新穎的康復干預工具，已被逐漸應用到康復醫學領域。總結虛擬現實技術在膝骨關節炎（包括膝關節置換術后）患者治療中的相關研究，分析虛擬現實訓練對膝關節不同功能障礙患者康復的有效性，認為虛擬現實運動療法能有效緩解患者的疼痛癥狀，改善本體感覺和關節穩定性，提高平衡與協調能力，增加行走耐力，預防跌倒，影響步態，最終提高生活質量。

【關鍵詞】 膝骨關節炎；虛擬現實技術；康復訓練；本體感覺；平衡能力；步態功能；研究進展；綜述

膝骨關節炎（knee osteoarthritis，KOA）是一種進行性關節疾病，其特征是股四頭肌無力，膝關節疼痛、腫脹、本體感覺減弱，姿勢搖擺等，導致步行能力受損，行走困難，跌倒風險增加。本體感覺喪失、平衡障礙、步態異常等常見于KOA患者［1-2］。

隨著醫療技術的進步，計算機輔助干預被逐步引入到康復領域，康復醫學也迎來了“智慧時代”。虛擬現實（virtual reality，VR）是一種沉浸式技術，即在計算機中建立一個模擬真實世界效果的特殊環境，通過各種傳感器設備，提供不同的虛擬訓練平臺，使患者沉浸在虛擬環境中并進行操作和控制，以達康復目的［3］。

目前，國外已將VR技術或結合適宜康復技術應用于KOA（包括膝關節置換術后患者）的康復訓練，然而國內相關研究文獻較少，本文旨在通過分析國內外文獻，綜述VR技術對KOA患者的康復應用進展，為未來研究提供建議，并討論VR技術在臨床康復中的應用。

1 VR技術

VR技術是利用計算機系統，通過提供視覺、聽覺、觸覺等多感官刺激為用戶營造一個虛擬的環境，使用戶完全沉浸在一個模擬的世界中，并體會到一種真實存在的感受［4］。VR技術廣泛應用于康復醫學，在物理治療過程中，VR技術使用各種特殊裝置，調整患者訓練方式，提升主動康復的積極性，根據功能障礙的不同特點，提供個性化、特異性的治療方案，并且實時記錄訓練的進展，減少治療師或醫生的工作負擔。同時，利用VR技術交互性特征，患者在VR訓練中所習得的技能可以遷移到現實環境中，大大提高患者日常生活活動能力［5］。目前，VR技術在國外應用于改善KOA患者本體感覺、平衡功能、步行耐力、生活質量等。VR技術作為康復的重要干預訓練方式，使綜合性康復更加具體，對臨床物理治療具有指導性意義。

2 KOA的功能障礙

KOA主要損害關節周圍的骨和軟骨組織，與KOA相關的臨床表現包括關節疼痛、關節活動受限、肌肉力量下降、本體感覺減弱或喪失、平衡功能受損、關節功能障礙、步態異常、跌倒的發生率增加、生活質量下降等［6］。V?RBAKKEN等［7-8］研究顯示，輕度或中度KOA患者膝關節疼痛明顯，平衡能力減弱，姿勢穩定性降低，肌肉活動模式發生改變，跌倒的風險增高。KOA患者受累和未受累腿部的靈活性較差，并且在步態分析期間表現出膝關節活動范圍減少，步速減慢，步頻降低，步幅縮短等特征。

3 VR技術結合康復訓練對KOA患者的效果

3.1 傳統物理治療與VR康復 物理治療（運動治療、電療和手法治療）是KOA患者的重要康復手段，治療KOA有幾種運動訓練可以選擇，包括有氧運動、力量訓練、神經肌肉運動、平衡訓練、本體感覺訓練、水上運動和傳統運動等［9］。通過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，提高生活質量［10-11］。

對于KOA患者，VR訓練在低至中度訓練量的研究中顯示，VR與物理鍛煉具有可比性，并且優于物理鍛煉［12］。其他相關研究結果表明，VR運動訓練對KOA有效，患者功能得到顯著的改善［13-14］。

3.2 VR康復對KOA患者疼痛的緩解 SARKAR等［15］研究顯示，VR冥想對減輕老年人KOA慢性疼痛有顯著的中度至大度作用，視覺模擬評分法（VAS）評分較干預前顯著降低，且在第2天對疼痛緩解有持久的影響，同時老年人在VR冥想后24～48 h內對日常活動能力的參與有更高的積極意義。CYRILLO等［16］研究結果表明，VR技術作為KOA患者康復訓練中的一個結合性治療工具，使用Xbox Kinect VR游戲系統補充了傳統運動治療方案，在緩解疼痛和增強肌肉力量方面均有顯著改善，在WOMAC問卷的功能范圍內，VR組比對照組呈現更好的結果。LIN等［17］證明，與簡單的常規護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，關節活動性或運動功能增強。從以上可以看出，VR康復訓練是治療慢性疼痛和膝關節特異性疼痛可行且有效的非藥物工具。

3.3 VR康復對KOA患者本體感覺的影響 BYRA等［18］研究顯示，在常規訓練中增加VR訓練，每次光競賽VR互動游戲15～30 min，每周3次，持續8周，結果表明，與對照組比較，膝關節疼痛明顯減輕，本體感覺明顯改善，而本體感覺對于改善干預中的平衡也至關重要，影響患者的步行能力。VR康復訓練提高了患者的積極性，各組在疼痛強度、關節本體感覺、功能障礙方面均有改善，且VR治療組改善更顯著。總之，常規訓練增加VR訓練可以改善疼痛和本體感覺，改善KOA患者的功能水平和生活質量［14］。紀任欣等［19］研究顯示，肌內效貼可在短期內改善KOA患者膝關節的本體感覺，因此，對膝關節貼扎肌內效貼后可結合VR技術進行功能訓練。

3.4 VR康復對KOA患者平衡功能的影響 LEE等［20］研究顯示，KOA患者因步態平衡控制受損，導致跌倒風險增加。在大多數情況下，跌倒和相關損傷會降低患者生活質量，并導致身體功能受限、焦慮、失去信心和害怕跌倒［21］，因此，對KOA患者進行平衡訓練是非常重要的。研究發現，常規運動訓練和VR訓練對KOA患者本體感覺、靜態和動態平衡能力都有明顯的改善，但是在常規訓練中結合VR訓練對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，與傳統運動訓練相比，VR訓練結合了視覺反饋控制，在起立行走測試、睜眼單腿站立方面有顯著的改善，VR訓練能更大程度改善力量、平衡和功能活動性等，是改善老年人跌倒風險的有效方法。DE VRIES等［24］設計了一款基于VR技術的類似滑雪的游戲，使用Kinect傳感器運動，身體COM位移和COM速度保持增加，穩定性極限改變明顯。

3.5 VR康復對KOA患者步態的影響 KOA會影響下肢關節動力鏈的運行，使步態期間相關參數、關節運動范圍、質心位置、擺動相步長等發生改變，進而導致步態異常，影響患者日常活動［25］。Light Race是一場燈光競賽，玩家站在游戲屏幕顯示的虛擬平臺上，根據標志物位置的改變，前后左右移動左下肢或右下肢，ELSHAZLY等［14］研究顯示，VR訓練（如Light Race），可使關節和軀干產生適當水平的運動，從而改善骨關節炎患者的功能性障礙（如行走和運動等）；保齡球、滑雪和高爾夫球的VR游戲誘導性訓練，提高了軀干的穩定性和膝關節動作的精確控制功能，進而改善步行能力。KIM等［26］研究顯示，VR騎馬模擬訓練能顯著改善患者的肌肉活動，增強膝關節穩定性，誘導下肢有效的動力傳遞，從而改善平衡和步行能力，10 min步行測試評分較干預前顯著增加，可用于KOA的步態矯正訓練。

3.6 VR康復對KOA患者步行耐力和生活質量的影響 KOA患者的生活質量主要受轉移能力、下肢肌力、身體穩定性、有氧能力和獨立水平的影響，XIE等［27］研究結果表明，KOA也會影響心理健康，主要導致抑郁癥的發作，影響患者生活質量。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運動療法相當，但結合VR療法的康復訓練能逐漸提高患者的獨立性、活動能力和參與社會生活的能力，從而提升整體生活質量。WI等［29］使用Xbox 360動力學傳感器的VR運動游戲試驗，每次8 min，每周3次，持續4周，治療后老年抑郁癥短量表評分低于對照組，生活質量量表評分高于對照組，說明VR互動運動有助于緩解老年女性KOA患者的抑郁狀態并改善生活質量。ELSHAZLY等［14］研究發現，VR康復訓練和常規運動訓練在VAS評分、WOMAC和健康相關生命質量（HRQOL）得分方面差異性不大，但是VR結合運動訓練能使HRQOL得分顯著提高，KOA患者的功能水平和生活質量明顯改善。另外，VR技術可以作為KOA的干預方法之一，增加治療方法的多樣化，可與傳統運動交替實施。從以上可以看出，VR康復對患者生活質量影響沒有明顯的優勢，但聯合常規的物理訓練可大大促進功能恢復，提高生活質量。

3.7 VR康復對全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）術后的影響 TKA被認為是治療重度或終末期KOA最有效的方法之一［30］。患者術后主要表現包括疼痛、運動功能障礙、本體感覺減弱等。JIN等［31-32］研究顯示，KOA患者在VR環境中沉浸式水上劃船，每次30 min，每日3次，結果發現，TKA術后第3，5，7天VAS評分顯著低于對照組；WOMAC評分在第1，3，6個月后顯著增

高。GIANOLA等［33］將VR康復訓練與傳統康復訓練對比研究發現，2組間在緩解疼痛和其他功能方面作用相當，通過使用VR康復系統（VRRS是一種設備，根據視覺和聽覺生物反饋以及專注于身體平衡的互動游戲系統進行正確的鍛煉）對TKA患者的本體感覺反饋，VR組本體感覺較對照組有較大的改善。BLASCO等［34］研究顯示，與傳統物理治療相比，VR康復在改善功能、緩解疼痛等方面沒有任何優勢，但增強平衡的VR運動訓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］對中年女性KOA患者進行每次

20 min，每周5 d，連續2周的VR康復訓練，治療后Berg平衡量表、坐站測試、10 min步行測試方面評分優于康復組。結果表明，患者在肌肉力量、本體感覺、平衡和步態能力等方面得到提高。SAMWON等［36］研究報道，基于VR視覺生物反饋（康復可視化系統），在患者佩戴VR眼鏡并配備一部智能手機，使用應用程序中的平衡游戲，控制肢體向前下降，并試圖通過左右移動避開障礙，到達設定的目標，進行每日20 min，每周5 d，持續

2周治療。結果表明，TKA術后早期結合VR康復運動方案，可以改善平衡能力和膝關節功能，提高康復率，因其較高的趣味性，還可以作為促進患者積極參與功能訓練的有效方法。綜上所述，通過VR將康復訓練應用于TKA患者，對改善膝關節本體感覺、平衡功能、步行功能等有明顯的療效，但對疼痛等其他功能的影響仍需要進一步研究與思考。

另外，VR技術康復訓練并不適用于所有KOA患者，如嚴重的骨質疏松癥、膝關節發生局部損傷或假體周圍骨折、生命體征不穩定、心肺系統疾病、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］。同時患者需要一個相對安全的訓練設備及環境，不然將大大增加摔倒的風險［33］。

4 小 結

VR技術結合適宜的康復訓練對KOA患者是安全而有效的，可作為綜合性康復治療的輔助工具。VR運動治療方式能有效緩解患者的疼痛癥狀，改善本體感覺和關節穩定性，提高平衡與協調能力，增加行走耐力，預防跌倒，影響步態，最終提高生活質量。目前，我國學者對VR技術在KOA患者康復的研究相對較少。今后研究重點可在以下幾個方面，以步行功能為導向，探討VR對患者本體感覺、平衡、步行、行走耐力等影響，實現運動療法與虛擬技術相結合。

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收稿日期：2023-05-01；修回日期：2023-06-04