嘉興市第二醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)中心，浙江嘉興市 314000

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)損傷在膝關(guān)節(jié)韌帶損傷中較為常見(jiàn)[1]，利用韌帶或肌腱進(jìn)行前交叉韌帶重建(anterior cruciate ligament recon-struction,ACLR)雖然恢復(fù)了膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)的穩(wěn)定性，但是移植物無(wú)法替代原有ACL在膝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)中的作用[2]；因新移植物缺少本體感受器，而ACL 中的感受器在維持膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定中起到至關(guān)重要的作用[3]。以往研究發(fā)現(xiàn)[4]，平衡功能訓(xùn)練可改善ACLR后患者膝關(guān)節(jié)的本體感覺(jué)能力。目前虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality,VR)技術(shù)廣泛用于腦卒中后患者的平衡及防跌倒能力訓(xùn)練中[5-8]，但對(duì)骨關(guān)節(jié)損傷康復(fù)方面的研究較少。本研究旨在探討VR 平衡訓(xùn)練技術(shù)對(duì)ACLR 后患者的膝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)恢復(fù)方面的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016 年1 月至2018 年12 月本院住院治療的ACLR 后的患者72 例，均符合ACL 損傷標(biāo)準(zhǔn)[9]：①前抽屜試驗(yàn)、Lachman 試驗(yàn)陽(yáng)性；②膝關(guān)節(jié)磁共振可見(jiàn)ACL 損傷或完全斷裂；③術(shù)中關(guān)節(jié)鏡下符合ACL 損傷標(biāo)準(zhǔn)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①單側(cè)膝關(guān)節(jié)ACL 損傷，年齡20～45歲；②嚴(yán)格按照本院骨科ACLR 手術(shù)流程進(jìn)行操作，由骨科同組醫(yī)生手術(shù)操作，移植物均選用患側(cè)膝關(guān)節(jié)半腱肌肌腱和股薄肌肌腱；③能夠配合進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練；④簽署知情同意書(shū)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①并發(fā)后交叉韌帶損傷、半月板損傷、側(cè)副韌帶損傷及其他關(guān)節(jié)骨折；②并發(fā)神經(jīng)損傷；③嚴(yán)重心血管、肺部疾病，嚴(yán)重的糖尿病，椎間盤(pán)突出，癲癇；④無(wú)法耐受一般康復(fù)訓(xùn)練；⑤重建失敗及術(shù)后嚴(yán)重感染；⑥存在認(rèn)知、視覺(jué)及聽(tīng)覺(jué)障礙或無(wú)法適應(yīng)VR環(huán)境訓(xùn)練。

脫落標(biāo)準(zhǔn)：①發(fā)生嚴(yán)重不良事件不宜繼續(xù)參加試驗(yàn)；②未按照預(yù)定方案進(jìn)行訓(xùn)練；③因自身原因要求退出試驗(yàn)。

采用隨機(jī)數(shù)字表法將72例患者隨機(jī)分為對(duì)照組和觀察組，每組36例。兩組性別、年齡、身高和體質(zhì)量均無(wú)顯著性差異(P>0.05)。見(jiàn)表1。

本研究經(jīng)嘉興市第二醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn)(No.jxey-2017010)。

表1 兩組一般資料比較

1.2 訓(xùn)練方法

兩組ACLR 術(shù)后均按照本康復(fù)中心前交叉損傷術(shù)后康復(fù)治療規(guī)范進(jìn)行治療[10]。

①術(shù)后1～6 d：可調(diào)式卡盤(pán)支具鎖定0°伸直位固定；疼痛控制；踝泵練習(xí)；髕骨松動(dòng)；股四頭肌及腘繩肌等長(zhǎng)肌力練習(xí)。

②術(shù)后7～15 d：被動(dòng)終末端伸膝訓(xùn)練；核心穩(wěn)定性訓(xùn)練；股四頭肌內(nèi)側(cè)頭電刺激治療；無(wú)痛范圍內(nèi)早期患腿負(fù)重25%～50%；坐位下膝關(guān)節(jié)屈曲訓(xùn)練(4×10次)；直腿抬高訓(xùn)練(4×10 次)；髖外展及內(nèi)收訓(xùn)練(3×10次)；冰敷每次15～20 min，每天3～5次。

③術(shù)后16～23 d：膝關(guān)節(jié)屈曲達(dá)到110°后進(jìn)行固定自行車(chē)訓(xùn)練；臺(tái)階上腓腸肌提升訓(xùn)練；阻力套件上的下肢下壓及屈膝訓(xùn)練(4×10次)；局部水療。

④術(shù)后24～31 d：主動(dòng)伸膝90°～40°訓(xùn)練(3×10次)。

⑤術(shù)后32～39 d：主動(dòng)伸膝90°～20°訓(xùn)練(3×10次)。

⑥術(shù)后40～47 d：主動(dòng)伸膝90°～0°訓(xùn)練，并逐漸增加阻力(3×10次)。

⑦術(shù)后48～61 d：終末膝關(guān)節(jié)伸展訓(xùn)練(無(wú)外加阻力30°～0°)；扶椅下的小腿腓腸肌提升訓(xùn)練(4×10 次)；邁步訓(xùn)練。

⑧術(shù)后62～76 d：整體主動(dòng)拉伸訓(xùn)練，全身力量訓(xùn)練；功能鍛煉；雙腳平整地面跳躍；直線跑；逐步恢復(fù)最大關(guān)節(jié)活動(dòng)度、肌力和靈活性。

術(shù)后第8周起，所有患者均開(kāi)始介入平衡訓(xùn)練。

1.2.1 對(duì)照組

①平衡板訓(xùn)練：將膝關(guān)節(jié)保持伸直0°位，必要時(shí)佩戴膝關(guān)節(jié)支具，進(jìn)行站立位下重心過(guò)渡訓(xùn)練；在膝關(guān)節(jié)屈曲0°～30°位進(jìn)行平衡板動(dòng)態(tài)訓(xùn)練，先雙側(cè)后患側(cè)，先睜眼后閉眼。

②快速重心轉(zhuǎn)移訓(xùn)練：膝關(guān)節(jié)伸直位下重心由左右至前后向過(guò)渡訓(xùn)練，膝關(guān)節(jié)半屈位下重心由左右至前后向過(guò)渡訓(xùn)練。

③直立位及屈膝位下AIREX平衡墊訓(xùn)練。

以上訓(xùn)練每次15 min，每天2 次，每周6 d，訓(xùn)練8周。

1.2.2 觀察組

采用Dynstable 虛擬平衡訓(xùn)練系統(tǒng)(荷蘭MOTEK MEDICAL公司)進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡訓(xùn)練。

1.2.2.1 撞擊球訓(xùn)練

患者脫鞋，雙腳并足站立于測(cè)力板中央?yún)^(qū)域，VR 場(chǎng)景顯示為一移動(dòng)平板，周?chē)霈F(xiàn)不同方向、不同速度的小球撞擊移動(dòng)平板，隨即產(chǎn)生不同加速度和不同方向的測(cè)力板位移。患者在此訓(xùn)練過(guò)程中盡量保持身體平衡穩(wěn)定。難度等級(jí)1～9 級(jí)，根據(jù)個(gè)體情況選擇不同等級(jí)，并由雙足站立過(guò)渡到單足站立。

1.2.2.2 城市賽道

患者脫鞋，雙腳與肩同寬站立于測(cè)力板中央，手臂自然下垂，放于身體兩側(cè)。VR 場(chǎng)景為患者駕駛一輛汽車(chē)行駛于馬路上，要求患者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)行駛盡量遠(yuǎn)的距離?；颊咄ㄟ^(guò)前后位移重心控制汽車(chē)的速度，左右重心位移控制汽車(chē)的左右方向；通過(guò)躲避對(duì)向車(chē)道的來(lái)車(chē)訓(xùn)練其重心轉(zhuǎn)移及平衡能力。

1.2.2.3 駕船競(jìng)賽

患者脫鞋，雙腳與肩同寬站立于測(cè)力板中央，手臂自然下垂，放于身體兩側(cè)，雙膝微屈。VR 場(chǎng)景為患者駕駛一艘小船行駛于海面上，根據(jù)海面上的不同標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)記的路徑行駛，以最少時(shí)間到達(dá)指定終點(diǎn)為最終目標(biāo)，通過(guò)前后位重心轉(zhuǎn)移控制小船的前進(jìn)與后退，左右重心的轉(zhuǎn)移控制小船左右轉(zhuǎn)向。

以上訓(xùn)練每次15 min，每天2 次，每周6 d，訓(xùn)練8周。見(jiàn)圖1。

1.3 評(píng)定方法

在平衡訓(xùn)練前(術(shù)后第8 周)及訓(xùn)練后(術(shù)后第16周)均進(jìn)行平衡控制及本體感覺(jué)的評(píng)估。

1.3.1 平衡控制能力評(píng)估

圖1 患者進(jìn)行VR下的平衡訓(xùn)練

采用Dynstable 虛擬平衡評(píng)估系統(tǒng)(荷蘭)進(jìn)行姿勢(shì)控制、重心轉(zhuǎn)移、肌肉激活方面數(shù)據(jù)的評(píng)估。評(píng)估系統(tǒng)硬件由以下5部分組成。

①投影儀和3×1.5 m屏幕：顯示VR場(chǎng)景，并將現(xiàn)實(shí)中患者的身體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行反饋。

②立體聲環(huán)繞系統(tǒng)：模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的聽(tīng)覺(jué)刺激。

③測(cè)力板：測(cè)力板的中央安裝有壓力感應(yīng)器，接收患者雙腳在平板方向上施加的垂直壓力變化，分析人體壓力中心(center of pressure,COP)的位置和移動(dòng)情況。

④運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)：收集三維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

⑤計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)運(yùn)行FrontEnd 軟件的D-Flow 及運(yùn)動(dòng)捕捉軟件。FrontEnd軟件含有平衡功能評(píng)定應(yīng)用程序。

測(cè)試前每位患者適應(yīng)性練習(xí)15 min，測(cè)量以下5個(gè)參數(shù)。

①COP 時(shí)間穩(wěn)定性：患者睜眼，雙足并攏站于測(cè)力臺(tái)中心標(biāo)記點(diǎn)處，初始校正后，測(cè)力板隨后進(jìn)行水平面多方向的隨機(jī)移動(dòng)并恢復(fù)至原始位置，記錄患者在這一過(guò)程中恢復(fù)中心點(diǎn)壓力需要的時(shí)間。

②閉眼壓力中心速度(center of pressure speed,COPS)：患者閉眼，雙足并攏站于測(cè)力臺(tái)中心標(biāo)記點(diǎn)處，初始校正后，測(cè)力板隨后進(jìn)行水平面多方向的隨機(jī)移動(dòng)并恢復(fù)至原始位置，記錄患者在這一過(guò)程中壓力中心的速度，速度越慢穩(wěn)定越好。

③單腿COPS：患者睜眼，患側(cè)足站立于測(cè)力臺(tái)中心標(biāo)記點(diǎn)處，健側(cè)下肢抬起不觸地，初始校正后，測(cè)力板隨后進(jìn)行水平面多方向的隨機(jī)移動(dòng)并恢復(fù)至原始位置，記錄患者在這一過(guò)程中壓力中心的速度。

④膝關(guān)節(jié)反應(yīng)時(shí)間：患者穿緊身褲，睜眼，雙足并攏站于測(cè)力臺(tái)中心標(biāo)記點(diǎn)處，在雙膝髕骨中部各貼一標(biāo)記球；初始校準(zhǔn)后，VR 場(chǎng)景中出現(xiàn)兩個(gè)不同顏色色塊，其中一塊由患者膝關(guān)節(jié)控制移動(dòng)，屈膝控制色塊前移撞擊目標(biāo)色塊，伸膝控制色塊后移恢復(fù)至初始位，記錄這一過(guò)程中患者屈膝反應(yīng)時(shí)間。

⑤穩(wěn)定極限包絡(luò)面積(center of pressure area,CO-PA)：患者睜眼，雙足并攏站于測(cè)力臺(tái)中心標(biāo)記點(diǎn)處，初始校正后，VR屏幕出現(xiàn)8個(gè)方向色塊，通過(guò)轉(zhuǎn)移身體重心控制重心點(diǎn)最大程度接近目標(biāo)色塊，取每個(gè)標(biāo)記方向重心轉(zhuǎn)移所能達(dá)到的最大距離，最后合成包絡(luò)面積。每個(gè)參數(shù)重復(fù)3次，取平均值。

1.3.2 患膝本體感覺(jué)評(píng)估

采用主動(dòng)關(guān)節(jié)角度重現(xiàn)方法，使用等速訓(xùn)練測(cè)力系統(tǒng)(HUMAC NORM)進(jìn)行角度測(cè)試?；颊弑粍?dòng)屈膝至30°和60°的位置，停留10 s，返回至初始位，囑患者主動(dòng)屈膝至預(yù)定目標(biāo)位，測(cè)定其原始角度和重置角度的偏差值。偏差值越小，關(guān)節(jié)本體感覺(jué)功能越好。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析。Kolmogorov-Smirnov 單樣本檢驗(yàn)顯示所有計(jì)量資料均符合正態(tài)分布。計(jì)量資料采用()表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

訓(xùn)練前，兩組COP 時(shí)間穩(wěn)定性、閉眼COPS、單腿COPS、膝關(guān)節(jié)反應(yīng)時(shí)間、COPA 和主動(dòng)關(guān)節(jié)角度重現(xiàn)偏差值(30°和60°)均無(wú)顯著性差異(P> 0.05)；訓(xùn)練后，各項(xiàng)指標(biāo)均顯著改善(P< 0.001)。訓(xùn)練后，觀察組COP 時(shí)間穩(wěn)定性、閉眼COPS、單腿COPS、膝關(guān)節(jié)反應(yīng)時(shí)間和主動(dòng)關(guān)節(jié)角度重現(xiàn)偏差值(30°和60°)均顯著優(yōu)于對(duì)照組(P< 0.001)，兩組COPA 無(wú)顯著性差異(P>0.05)。見(jiàn)表2～表7。

表2 兩組COP時(shí)間穩(wěn)定性比較(s)

表3 兩組閉眼COPS比較(cm/s)

表4 兩組單腿COPS比較(cm/s)

表5 兩組膝關(guān)節(jié)反應(yīng)時(shí)間比較(s)

表6 兩組COPA比較(cm2)

表7 主動(dòng)關(guān)節(jié)角度重現(xiàn)偏差值(°)

3 討論

ACL 含有豐富的本體感覺(jué)器官，可以感受關(guān)節(jié)、肌肉的拉力和應(yīng)力，并發(fā)出神經(jīng)沖動(dòng)，通過(guò)神經(jīng)傳導(dǎo)通路傳送至中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)整合分析產(chǎn)生對(duì)軀干和肢體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和相應(yīng)位置的感覺(jué)[11]。ACL 結(jié)構(gòu)性損傷導(dǎo)致其本體感受器數(shù)量減少或出現(xiàn)變性，并隨著損傷時(shí)間的延長(zhǎng)而加劇，出現(xiàn)傳入神經(jīng)功能障礙，最后導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)始發(fā)階段受到影響，本體感覺(jué)功能減弱[12]。交叉韌帶在移植修復(fù)后其本體感覺(jué)會(huì)恢復(fù)，但無(wú)法達(dá)到正常水平，且需要較長(zhǎng)時(shí)間[13-15]。ACL損傷后不但導(dǎo)致患側(cè)本體感覺(jué)功能減退，同時(shí)也可累及健側(cè)膝關(guān)節(jié)的本體感覺(jué)，導(dǎo)致平衡障礙，因此康復(fù)訓(xùn)練需同時(shí)顧及雙側(cè)[16-17]。合理有效的康復(fù)訓(xùn)練能夠促進(jìn)損傷側(cè)本體感覺(jué)的恢復(fù)，并可以有效減少膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)生率[18]，通常訓(xùn)練內(nèi)容包括關(guān)節(jié)位置覺(jué)和運(yùn)動(dòng)覺(jué)訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)穩(wěn)定性訓(xùn)練、反射性神經(jīng)肌肉控制和功能性活動(dòng)訓(xùn)練[19]。

VR 是一種新興且發(fā)展迅速的技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)專業(yè)軟硬件和外圍設(shè)備，形成逼真的視、聽(tīng)、嗅、觸等虛擬感知覺(jué)，患者通過(guò)穿戴裝置，與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互作用和體驗(yàn)。VR 系統(tǒng)具有沉浸、交互和想象三大特點(diǎn)[20]。目前VR 技術(shù)在腦卒中后平衡訓(xùn)練方面應(yīng)用較多，且相對(duì)于傳統(tǒng)康復(fù)治療，其對(duì)平衡穩(wěn)定性及步態(tài)改善方面更有優(yōu)勢(shì)[21-23]。

本研究使用的VR 三維平衡系統(tǒng)包含實(shí)時(shí)平衡轉(zhuǎn)化平臺(tái)、測(cè)力臺(tái)、運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)和VR 場(chǎng)景，通過(guò)執(zhí)行依賴視聽(tīng)覺(jué)信息的雙重認(rèn)知任務(wù)來(lái)評(píng)估患者處理物理平衡擾動(dòng)的能力。運(yùn)用高強(qiáng)度的視覺(jué)、本體感覺(jué)、前庭覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的實(shí)時(shí)綜合反饋，強(qiáng)化訓(xùn)練效果，優(yōu)化運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)，從而為患者的行走平衡康復(fù)提供幫助。通過(guò)目標(biāo)性的任務(wù)訓(xùn)練，提供實(shí)時(shí)的感覺(jué)反饋，達(dá)到良好的人機(jī)互動(dòng)效果。階段性的評(píng)估數(shù)據(jù)，讓患者能夠精準(zhǔn)了解訓(xùn)練過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化情況，患者依從性更好，更樂(lè)于參與訓(xùn)練，達(dá)到有效閉環(huán)的訓(xùn)練模式。

本研究將VR 技術(shù)引入骨關(guān)節(jié)康復(fù)領(lǐng)域，通過(guò)視覺(jué)反饋下的擾動(dòng)訓(xùn)練、重心過(guò)渡訓(xùn)練、姿勢(shì)控制和肌肉激活訓(xùn)練提高ACLR 后患膝的本體感覺(jué)功能。有研究發(fā)現(xiàn)[24]，ACLR 術(shù)后患者COP 反應(yīng)減慢，COP 偏移減少。ACLR 術(shù)后80%患者可能發(fā)生膝骨關(guān)節(jié)炎，穩(wěn)定及靈活協(xié)調(diào)性強(qiáng)的膝關(guān)節(jié)是恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能及減少創(chuàng)傷后骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生的重要條件[25]。本研究顯示，VR平衡訓(xùn)練在COP 時(shí)間穩(wěn)定性、閉眼COPS、單腿COPS、膝關(guān)節(jié)反應(yīng)時(shí)間和主動(dòng)關(guān)節(jié)角度重現(xiàn)偏差值方面優(yōu)于傳統(tǒng)平衡訓(xùn)練?？赡苁怯捎谶\(yùn)用VR 場(chǎng)景模擬現(xiàn)實(shí)世界中的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，結(jié)合視聽(tīng)效果強(qiáng)化感覺(jué)輸入，患者接收到不同感官部分的信息信號(hào)，通過(guò)調(diào)整姿勢(shì)及激活相應(yīng)部位肌肉做出適應(yīng)性反饋，達(dá)到恢復(fù)本體感覺(jué)的效果。VR 動(dòng)態(tài)平衡穩(wěn)定性訓(xùn)練通過(guò)訓(xùn)練患者在不穩(wěn)定平面下的運(yùn)動(dòng)控制，提高其膝關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)控制能力，改善關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，縮短膝關(guān)節(jié)在不同位置下的反饋時(shí)間，有效地促進(jìn)了雙側(cè)本體感覺(jué)功能的恢復(fù)。本研究的另一個(gè)特點(diǎn)是Dynstable 平衡評(píng)估系統(tǒng)由不同的兩部分軟件構(gòu)成，其信效度優(yōu)于Berg平衡量表，且儀器數(shù)據(jù)能更好地反映患者平衡反應(yīng)指標(biāo)，相對(duì)于主觀量表更有優(yōu)勢(shì)。

本研究顯示，ACLR 術(shù)后患者采用VR 平衡訓(xùn)練，可提高平衡穩(wěn)定性、膝關(guān)節(jié)反應(yīng)速度和肌肉激活效率。本研究還發(fā)現(xiàn)，VR 平衡訓(xùn)練與傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練在COPA 方面無(wú)明顯差異，提示在壓力中心位移極限距離方面VR 并無(wú)優(yōu)勢(shì)，這仍需要在今后進(jìn)一步研究以明確壓力中心位移距離是否與視覺(jué)及本體感覺(jué)參與較少有關(guān)。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)平衡訓(xùn)練能有效改善ACLR術(shù)后膝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)障礙，且較傳統(tǒng)平衡訓(xùn)練而言更具優(yōu)勢(shì)，值得推廣。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。