下肢康復(fù)機器人的應(yīng)用對全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者康復(fù)的影響

蔡立柏，劉延錦，劉陽陽，梁郝，魏澤旭，白井雙，張玉坤，王楚，崔妙然

隨著我國人口老齡化進(jìn)程加快，膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)病率也呈逐年上升趨勢，約占65歲以上人群的21%以上[1]。全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(Total Knee Arthroplasty，TKA)是解決大多數(shù)膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者疼痛和生理功能限制的決定性治療[2]，已成為重度或終末期膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎最主要的治療方式。目前常規(guī)TKA術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練的實施主體多以物理治療師或康復(fù)治療師為主，因其專業(yè)知識和技能的差異，使得康復(fù)訓(xùn)練的一致性和客觀性難以保證[3]；加之TKA術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練內(nèi)容繁多，勞動強度大，相關(guān)工作人員易因體力過度消耗而縮短訓(xùn)練時間、降低訓(xùn)練強度，影響康復(fù)效果[4-5]。相對于人工輔助康復(fù)訓(xùn)練，下肢康復(fù)機器人具有較高的一致性、持久性、精準(zhǔn)性，既可有效防止TKA術(shù)后患者膝關(guān)節(jié)僵硬[6]，改善膝關(guān)節(jié)運動范圍[7]、降低術(shù)后疼痛及凝血風(fēng)險[8]，又可減輕相關(guān)工作人員的勞動強度，受到國內(nèi)外學(xué)者和研究機構(gòu)的廣泛關(guān)注。國外已在關(guān)節(jié)置換術(shù)患者中應(yīng)用下肢康復(fù)機器人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練[9]，而國內(nèi)主要集中于偏癱患者下肢運動功能與步行能力的研究[10]。本研究旨在通過構(gòu)建TKA患者下肢康復(fù)機器人康復(fù)訓(xùn)練干預(yù)方案，并探討其對膝關(guān)節(jié)活動度、膝關(guān)節(jié)功能及日常活動能力的影響，從而為TKA患者膝關(guān)節(jié)功能的快速康復(fù)提供參考。

1 資料與方法

1.1一般資料 采用便利抽樣法，選取2020年1月至2021年3月鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科病區(qū)收治的96例TKA患者為研究對象，其中2020年1～5月收治的48例為對照組，2020年6月至2021年3月收治的48例為觀察組。納入標(biāo)準(zhǔn)：符合膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的臨床診斷[11]；首次行單側(cè)TKA，術(shù)后生命體征平穩(wěn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：存在既往精神病史或腦器質(zhì)性疾病；存在嚴(yán)重心血管疾病且不易耐受早期康復(fù)訓(xùn)練；術(shù)后感染。

1.2干預(yù)方法

1.2.1觀察組

1.2.1.1成立研究小組 由骨科主任擔(dān)任組長，康復(fù)醫(yī)學(xué)科護(hù)士長為副組長，成立下肢康復(fù)機器人康復(fù)訓(xùn)練干預(yù)團隊。成員包括骨科護(hù)士、骨科醫(yī)生、康復(fù)醫(yī)學(xué)科護(hù)士各2名；康復(fù)治療師、物理治療師、機器人工程師、心理咨詢師各1名。高級職稱5名，中級職稱4名，初級職稱1名；博士1名，碩士5名，本科4名。骨科主任、康復(fù)醫(yī)學(xué)科護(hù)士長為總協(xié)調(diào)，負(fù)責(zé)研究設(shè)計、方案實施的督導(dǎo)檢查及質(zhì)量控制；骨科醫(yī)生、康復(fù)治療師、物理治療師及心理咨詢師根據(jù)患者的性格特點及運動特征共同制訂個體化的機器人康復(fù)鍛煉方案。物理治療師、康復(fù)醫(yī)學(xué)科護(hù)士負(fù)責(zé)協(xié)助患者穿戴下肢康復(fù)機器人，指導(dǎo)患者使用康復(fù)機器人進(jìn)行康復(fù)鍛煉，保障患者運動安全；機器人工程師負(fù)責(zé)初始參數(shù)調(diào)整及機器人的日常維護(hù)和保養(yǎng)；骨科護(hù)士負(fù)責(zé)TKA患者的疼痛管理、健康教育、隨訪及數(shù)據(jù)收集整理。

1.2.1.2制訂康復(fù)訓(xùn)練干預(yù)方案 參照TKA術(shù)后康復(fù)指南[12-14]、專家共識[15-17]及相關(guān)文獻(xiàn)[6，18]，采取課題組討論、2輪專家函詢(17名專家)制訂TKA患者下肢康復(fù)機器人康復(fù)訓(xùn)練干預(yù)方案。

1.2.1.3組織培訓(xùn)及考核 由康復(fù)科護(hù)士長組織團隊成員以理論授課結(jié)合工作坊、情景模擬、案例分析、角色扮演等方式進(jìn)行培訓(xùn)，每次30～60 min，共4次。培訓(xùn)內(nèi)容：下肢康復(fù)機器人的種類、應(yīng)用現(xiàn)況及工作原理；TKA患者術(shù)后心理和運動行為特點、康復(fù)鍛煉常見問題及處理對策；使用下肢康復(fù)機器人進(jìn)行康復(fù)鍛煉的實施步驟及注意事項；下肢康復(fù)機器人康復(fù)鍛煉的情景演練及應(yīng)急預(yù)案。培訓(xùn)后由護(hù)士長統(tǒng)一組織理論及技能考核，滿分為100分，≥80分為合格，考試合格率100%。

1.2.1.4實施康復(fù)訓(xùn)練干預(yù)方案 采用Hocoma公司生產(chǎn)的Locomat康復(fù)機器人(Lokocontrol 4.31版本)，主要包括體質(zhì)量懸吊支持系統(tǒng)和訓(xùn)練跑臺兩大部分。體質(zhì)量懸吊支持系統(tǒng)通過磅秤測量患者體質(zhì)量，并提供懸吊支撐力，可減輕患者自身體質(zhì)量負(fù)荷對膝關(guān)節(jié)的壓迫；訓(xùn)練跑臺可通過控制面板及數(shù)據(jù)監(jiān)測器實現(xiàn)對TKA患者訓(xùn)練模式、速度、距離、能量消耗以及心率等內(nèi)容的參數(shù)調(diào)整及實時監(jiān)測。當(dāng)患者術(shù)后滿足以下任意條件即可使用下肢康復(fù)機器人進(jìn)行康復(fù)鍛煉[19]：保持站立平衡Ⅱ級，患側(cè)肌力2級，下肢負(fù)重40%～60%，膝關(guān)節(jié)屈曲度>60°。

正式康復(fù)訓(xùn)練前，由骨科及康復(fù)科護(hù)士向患者講解機器人康復(fù)鍛煉的流程及訓(xùn)練中的注意事項，消除患者對機器人康復(fù)鍛煉方式及效果的不確定感。康復(fù)醫(yī)學(xué)科護(hù)士測量患者大腿和小腿長度及周徑，并與機器人綁定位置進(jìn)行擬合，確定綁帶尺寸。物理治療師輔助患者佩戴軀干懸吊繩及腿部支具，并調(diào)節(jié)機器人裝置參數(shù)。康復(fù)治療師和物理治療師根據(jù)患者體質(zhì)量和病情，設(shè)置機器人參數(shù)。減重量初始值一般設(shè)定為患者自身體質(zhì)量的40%～60%，引導(dǎo)力100%，患者系數(shù)(患者小腿長度)初始值為0.2～0.7，系統(tǒng)會自行設(shè)置。運動跑臺起始速度初始值為1.0～1.5 km/h，此后可根據(jù)患者膝關(guān)節(jié)功能改善程度和運動舒適度逐步減少重量、增加跑臺速度。干預(yù)頻次為40～50 min/次，其中安裝、拆卸、調(diào)整設(shè)備約20 min，患者訓(xùn)練時間20～30 min/次，1次/d，共7 d。物理治療師及康復(fù)醫(yī)學(xué)科護(hù)士全程參與，保證患者出現(xiàn)特殊情況時第一時間處理，保障安全。患者訓(xùn)練中若出現(xiàn)心率>同齡標(biāo)準(zhǔn)心率的75%，血壓>180/110 mmHg，膝關(guān)節(jié)疼痛難以忍受和/或心前區(qū)不適等癥狀時，患者本人或物理治療師可通過按壓跑臺兩側(cè)扶手上的緊急制動按鈕，立即停止訓(xùn)練。

1.2.2對照組 對照組接受TKA術(shù)后常規(guī)康復(fù)鍛煉干預(yù)，主要包括康復(fù)鍛煉指導(dǎo)與物理治療兩方面。①康復(fù)鍛煉指導(dǎo)。骨科護(hù)士向TKA患者發(fā)放健康教育手冊，講解早期康復(fù)鍛煉的意義、方法及注意事項，鼓勵患者及早進(jìn)行康復(fù)鍛煉，指導(dǎo)患者使用康復(fù)器具進(jìn)行功能鍛煉及輔助行走；下肢肌肉力量訓(xùn)練包括股四頭肌和腘繩肌等長收縮、直腿抬高等，頻率為5～10次/組，3組/d；膝關(guān)節(jié)持續(xù)被動訓(xùn)練一般于術(shù)后2～3 d開始，初始活動范圍為0～40°，根據(jù)患者耐受度、屈曲角度逐日增加5～10°，每次鍛煉30～60 min，2次/d，直至患膝關(guān)節(jié)屈曲105～115°，患膝關(guān)節(jié)伸直0°[20]。②物理治療。采用冷療、紅外偏振光治療等減輕術(shù)后關(guān)節(jié)腫脹和促進(jìn)炎癥吸收，輔助膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，其中冷療20 min/次，2次/d；紅外偏振光治療，照射強度為50%～60%，10 min/次，2次/d；電磁波治療30 min/次，2次/d。

1.3評價方法

1.3.1評價指標(biāo) ①關(guān)節(jié)活動度(Range of Motion，ROM)。由康復(fù)醫(yī)學(xué)科護(hù)士在相同的時間、地點、光照環(huán)境下，使用相同的測量工具和方法，測量兩組患者主動活動和被動活動時膝關(guān)節(jié)伸直及彎曲角度，膝關(guān)節(jié)活動度=膝關(guān)節(jié)彎曲角度-膝關(guān)節(jié)伸直角度[21]。②美國特種外科醫(yī)院膝關(guān)節(jié)評分(Hospital for Special Surgery Knee Score，HSS)。是目前最常用的膝關(guān)節(jié)功能評價工具[22]，包含疼痛、關(guān)節(jié)功能、屈曲攣縮、肌力、關(guān)節(jié)穩(wěn)定性等7個項目，總分0～100分，分?jǐn)?shù)越高代表膝關(guān)節(jié)功能越好。③改良Barthel指數(shù)評定量表(Modified Barthel Index，MBI)[23]。包括進(jìn)食、步行、穿衣、洗澡、上下樓等10個項目，總分0～100分，得分越高，表明患者獨立性越高，日常生活能力越好[24]。④統(tǒng)計兩組患者住院天數(shù)、治療費用(由本院結(jié)算系統(tǒng)自動顯示的治療費用，包括紅外偏振光、冷療等膝關(guān)節(jié)術(shù)后治療產(chǎn)生的費用)及總住院費用。

1.3.2資料收集方法 調(diào)查前由康復(fù)治療師對2名調(diào)查員進(jìn)行培訓(xùn)，統(tǒng)一指導(dǎo)用語，明確各評價指標(biāo)的填寫及測定方法，考核合格后參與調(diào)查。在TKA術(shù)后第2～3天(干預(yù)前)，由骨科護(hù)士收集患者的一般資料、HSS評分及MBI評分，于出院日(干預(yù)后)再次收集上述指標(biāo)并統(tǒng)計兩組住院天數(shù)及相關(guān)費用；康復(fù)醫(yī)學(xué)科護(hù)士測量干預(yù)前后兩組膝關(guān)節(jié)主動及被動活動度。

1.4統(tǒng)計學(xué)方法 數(shù)據(jù)由雙人錄入SPSS21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。行t檢驗、χ2檢驗、Fisher精確概率法、Wilcoxon秩和檢驗。檢驗水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1兩組一般資料比較 見表1。

表1 兩組一般資料比較

2.2兩組干預(yù)前后主動和被動膝關(guān)節(jié)活動度、膝關(guān)節(jié)功能評分及日常活動能力評分比較 見表2。

表2 兩組干預(yù)前后主動和被動膝關(guān)節(jié)活動度、膝關(guān)節(jié)功能評分及日常活動能力評分比較

2.3兩組住院天數(shù)及相關(guān)費用比較 見表3。

表3 兩組住院天數(shù)及相關(guān)費用比較

3 討論

3.1下肢康復(fù)機器人的應(yīng)用可提高TKA患者膝關(guān)節(jié)功能及日常活動能力 下肢康復(fù)機器人訓(xùn)練具有精確的重復(fù)性、抗阻性和減重支持性等特點。Crizer等[25]的研究表明，應(yīng)用下肢康復(fù)機器人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練有助于提高膝關(guān)節(jié)周圍伸膝肌群的肌肉力量，增強膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，加速膝關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)。本研究結(jié)果顯示，干預(yù)后觀察組患者主動和被動膝關(guān)節(jié)活動度、膝關(guān)節(jié)功能評分及日常活動能力評分顯著高于對照組(P<0.05，P<0.01)，與相關(guān)研究結(jié)果[26-27]一致。分析原因可能為：下肢康復(fù)機器人可針對TKA患者不同的康復(fù)階段給予相應(yīng)的訓(xùn)練模式。康復(fù)初期，TKA患者術(shù)側(cè)膝關(guān)節(jié)無法負(fù)重，采取被動訓(xùn)練模式，即完全由下肢康復(fù)機器人提供主導(dǎo)運動和力的輸出，帶動下肢進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練；康復(fù)中期，以TKA患者的運動意識為主導(dǎo)，下肢康復(fù)機器人提供輔助力，幫助患者完成步態(tài)訓(xùn)練、平衡訓(xùn)練及本體感覺等；康復(fù)后期，下肢康復(fù)機器人可通過阻抗裝置為TKA患者提供反向阻力來增強膝關(guān)節(jié)肌肉力量，通過不斷的膝關(guān)節(jié)被動和主動訓(xùn)練，反復(fù)牽伸攣縮軟組織，軟化關(guān)節(jié)囊、韌帶等結(jié)構(gòu)，可刺激機體自然復(fù)原力，加速關(guān)節(jié)軟骨和關(guān)節(jié)周圍組織的損傷修復(fù)，刺激具有雙重分化能力的細(xì)胞向關(guān)節(jié)軟骨轉(zhuǎn)化，增加股四頭肌肌力，提升膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。膝關(guān)節(jié)康復(fù)不同階段的針對性訓(xùn)練，實現(xiàn)了患者被動訓(xùn)練、主動訓(xùn)練的人機柔性交互，從而逐步改善TKA患者的膝關(guān)節(jié)功能[26]；下肢康復(fù)機器人可為TKA患者提供包括肌力訓(xùn)練、站立訓(xùn)練、轉(zhuǎn)移訓(xùn)練、平衡訓(xùn)練、邁步訓(xùn)練以及步行訓(xùn)練在內(nèi)的一系列綜合訓(xùn)練，可顯著增強患者下肢肌肉力量，降低肌張力，提高平衡能力及協(xié)調(diào)能力[27]，有助于輔助TKA患者完成起立、直立行走、坐下及上下樓梯等日常動作，從而提高TKA患者日常活動能力。

3.2下肢康復(fù)機器人的應(yīng)用可縮短TKA患者住院時間，降低相關(guān)費用 本研究結(jié)果顯示，干預(yù)后觀察組平均住院天數(shù)顯著低于對照組(P<0.01)，與Ko-tani等[9]的研究結(jié)果一致。分析原因可能為：一方面，下肢康復(fù)機器人機械腿的膝關(guān)節(jié)處設(shè)有關(guān)節(jié)角度傳感器、力傳感器及力矩傳感器等位置和力量傳感器，可檢測由患者下肢肌肉活動產(chǎn)生的生物電信號，并根據(jù)患者的預(yù)期運動意圖精準(zhǔn)地提供安全、長期、高強度的交互式下肢運動輔助，突破了傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練中由于物理治療師或康復(fù)治療師體力消耗所導(dǎo)致訓(xùn)練時間縮短、訓(xùn)練強度不足等問題[28]，有效保障了康復(fù)訓(xùn)練的一致性和持續(xù)性，從而提高膝關(guān)節(jié)功能鍛煉效果，縮短患者住院時間；另一方面，下肢康復(fù)機器人的計算機主機可對膝關(guān)節(jié)的運動軌跡、運動速度、下肢引導(dǎo)力、關(guān)節(jié)活動度等進(jìn)行控制，實時反饋TKA患者的運動參數(shù)，使康復(fù)治療師、物理治療師及骨科醫(yī)生可根據(jù)患者康復(fù)訓(xùn)練情況，不斷修正和調(diào)節(jié)患者膝關(guān)節(jié)活動度及膝關(guān)節(jié)屈伸偏移范圍等參數(shù)，使康復(fù)運動更具針對性和準(zhǔn)確性，減少治療的盲目性，患者亦可通過機器人反饋了解自身的康復(fù)訓(xùn)練情況，激發(fā)主動運動意識，提升對康復(fù)訓(xùn)練活動的參與感和成就感，增強康復(fù)信心，使其能夠積極配合進(jìn)行康復(fù)功能鍛煉，康復(fù)訓(xùn)練依從性提高，從而縮短住院天數(shù)，降低相關(guān)住院費用。值得注意的是，雖然觀察組總住院費用顯著低于對照組(P<0.01)，但兩組治療費用比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，分析與目前下肢康復(fù)機器人的相關(guān)費用暫未納入醫(yī)保有關(guān)，建議政府及醫(yī)保部門應(yīng)充分考慮下肢康復(fù)機器人的應(yīng)用價值及前景，早日將其納入醫(yī)保范疇。

4 小結(jié)

本研究通過建立與實施基于下肢康復(fù)機器人的TKA患者康復(fù)訓(xùn)練方案，提高了TKA患者膝關(guān)節(jié)活動度、膝關(guān)節(jié)功能及日常活動能力，降低了TKA患者住院時間及住院費用。本研究存在一定的局限性：由于有關(guān)下肢康復(fù)機器人在TKA中應(yīng)用的報道較少，可供借鑒的參數(shù)設(shè)置有限，下肢康復(fù)機器人的部分參數(shù)設(shè)置有待進(jìn)一步探討。此外，本研究干預(yù)時間較短，未追蹤其遠(yuǎn)期干預(yù)效果。后續(xù)研究應(yīng)對TKA患者的下肢康復(fù)機器人的干預(yù)效果進(jìn)行縱向研究，延長干預(yù)時間，以進(jìn)一步驗證該方案的有效性。