智慧康復系統在軍事訓練損傷中的有效性

江 輝,劉 荻,包倪榮

0 引 言

前十字韌帶的斷裂傷是膝關節部位常發生的損傷。由于軍事訓練的身體素質要求高,其發生率約為一般人群的10倍。前十字韌帶的重建術作為治療的金標準,旨在恢復受傷前的功能水平。然而,即使手術成功,患者也可能在功能上表現不佳。良好的功能結果取決于多種因素,包括手術過程、圍術期康復、心理動機和狀態等。高水平的運動功能恢復時間可能長達1年之久;此外還可能并發膝骨關節炎。堅持康復訓練被認為是運動損傷恢復的核心;但受傷人員常由于各種原因而未能堅持完成康復訓練。

目前,許多國家正在積極研究人工智能在軍事領域中的應用。其中,基于機器視覺和機器學習等的動作捕捉系統能夠實時捕捉訓練動作,并基于訓練好的卷積神經網絡骨骼模型來確定人體力學結構點位,發現和解決訓練動作中的問題。我國應用人工智能技術的基礎較為薄弱。雖然能夠通過虛擬現實技術提升作戰能力,但是在訓練損傷的干預方面尚未有過同類應用。

因此,本研究基于一系列人工智能技術,研發了一種智慧康復系統,能夠為前十字韌帶重建術后患者制定科學和個性化的術后康復計劃,并進行實時虛擬的訓練指導,提供全面的患者教育和依從性的監督。本研究通過設計隨機對照試驗,旨在研究前十字韌帶重建術后患者使用智慧康復系統的有效性。

1 資料與方法

1.1 研究對象選取東部戰區總醫院在2022年4月至2023年4月期間進行手術的前十字韌帶斷裂患者。所有參與患者均簽署知情同意書。通過院內掃二維碼的方式進行報名,納入標準:①符合前十字韌帶斷裂的診斷標準,影像學檢查(X線及MRI)顯示前十字韌帶嚴重損傷或斷裂;②在軍事訓練過程中發生前十字韌帶損傷;③初次進行前十字韌帶修補手術;④年齡≤50歲。排除標準:①年齡>50歲;②存在其他肌肉骨骼神經系統疾病。本研究最終納入60名參與者,通過隨機數字表法平均納入試驗組和對照組。試驗組受試者年齡(34±11)歲,其中男21例、女9例;對照組受試者年齡(30±10)歲,其中男20例、女10例。組間受試者基線資料差異無統計學意義。本研究經東部戰區總醫院倫理委員會審批(2023DZKY-091-02)。

1.2研究方法

1.2.1 干預規則在參與實驗期間,每位參與者每周進行3 d訓練,每天訓練1次。試驗組患者使用遠程訓練工具包(智慧康復系統)進行居家康復,其中包括2根彈力帶,2臺電子傳感器,2根傳感器綁帶,1部手機支架以及1份智慧康復系統使用說明書。說明書中包括電子傳感器的使用方式和線上智慧康復系統的渠道二維碼。同時,試驗組患者還將每周接受1次線上的膝關節健康教育和心理疏導。如果參與者未按規定訓練強度進行訓練,系統將通過信息提醒督促訓練。對照組患者將被安排到指定醫院進行線下常規康復。

1.2.2觀察指標主要研究結果包括患者在第0、12、24周時的膝關節的屈曲活動角度(ROM)、視覺模擬量表(VAS)、Lysholm量表和IKDC量表評分。VAS其分數與疼痛程度呈正比[12]。Lysholm量表中分數越高,表明膝關節的功能狀態越好[13]。IKDC量表評分參考文獻[14]進行計算,分數越高表明膝關節功能狀態越好。

2 結 果

所有入組受檢者訓練前膝關節屈曲角度、VAS指數、Lysholm得分、IKDC得分差異均無統計學意義(P>0.05);而在訓練12周、24周后,試驗組屈膝角度角度、Lysholm得分及IKDC得分均顯著高于對照組,VAS指數顯著低于對照組,差異均有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表 1 各組受檢者不同時期各功能評分比較Table 1 Comparison of function scores at different time between two groups

3 討 論

前十字韌帶重建術后的常見并發癥,如關節活動受限、疼痛、腫脹和功能障礙,嚴重影響士兵的軍事訓練。術后康復在恢復患者運動水平上起到重要作用。研究結果顯示,智慧康復系統對于術后功能恢復有效。試驗組在訓練12和24周的膝關節屈曲活動角度、VAS指數、Lysholm得分和IKDC得分顯著優于對照組。智慧康復系統能夠更快、更好地改善屈膝活動角度,減輕疼痛和提高功能。

智慧康復系統能夠有效改善屈膝活動角度,幫助士兵恢復生活功能。試驗組在第12和24周的屈膝活動角度分別比對照組高14.1°和15.0°,最終比對照組提高了12.3%,達到138.3°(P<0.05)。這一結果與國外同類型研究結果相符合[15]?；颊咝枰谛g后循序漸進地達到指定角度,在術后第12周乃至2～3年內恢復正常[16]。試驗組通過智慧康復系統的人工介入和基于人工智能的語言提醒,提高了恢復參與度和依從性,取得了良好的恢復效果。

智慧康復系統能夠改善關節功能,幫助士兵回歸運動狀態。在Lysholm評分的變化中,試驗組在第12和24周時分別比對照組提高了11.3分和11.9分,最終提高了將近15%。在IKDC評分的變化中,試驗組在第12和24周時分別比對照組提高了9.8分和11.1分,最終提高了將近15%。這一結果相比于同類型的研究結果,擁有更好的結果[17]。智慧康復系統通過攝像頭和傳感器監測下肢力線和活動角度等數據,提供更精確和客觀的評估數據,調整個性化康復計劃,實現更好的個性化恢復效果。系統每周3次的計劃調整頻率較高,適應身體素質較高的士兵,避免不良運動引發的損傷。此外,智慧康復系統還通過數據監測發現異常的活動角度,并及時提醒醫護人員關注和鼓勵相應的患者。對于恢復效果不佳的病例,系統會將其轉診至線下門診進行針對性治療,從而減少功能不良者的出現,提高功能性數據。

智慧康復系統能夠緩解術后疼痛。在VAS指數的變化中,試驗組在第12和24周時分別減少了1.6分和1.7分,最終減少了將近12%的指數。Lysholm評分和IKDC評分也體現了膝關節腫脹和疼痛的改善。不良的運動強度、運動量或運動方式可能會在回歸運動的過程中引起局部損傷,引發疼痛后致使功能問題[18]。智慧康復系統能夠通過宣教和人工介入促進患者進行治療措施,如冰敷、患肢抬高和踝泵等,減輕膝關節腫脹,減少疼痛[19]。同時,系統還樹立正確的恢復預期和提供心理動力,減少疼痛的發生[20]。

本研究存在一定的優勢和局限性。優勢在于采集多個指標,相互驗證結果的準確性。研究對象為參加軍事訓練的士兵,具有特殊研究價值。局限性在于參與者較少,主要研究了多個療效指標。后續研究可以招募更多參與者,并加入依從性指標進行研究。