下肢康復機器人在膝關節僵硬關節鏡術后康復中的應用

李寶,李灝坤,林欣其,杜樹遠,鄭濱,程詩涵,劉欣偉,邵兵

(1.中國醫科大學北部戰區總醫院研究生聯合培養基地,遼寧 沈陽 110016;2.中國人民解放軍北部戰區總醫院骨科,遼寧 沈陽 110016;3.大連醫科大學研究生院,遼寧 大連 116000;4.中國人民解放軍北部戰區總醫院麻醉科,遼寧 沈陽 110016)

膝關節是人體重要大關節之一,對日常各種活動的順利完成必不可少,損傷發生率也高于其他關節,常包括半月板損傷、韌帶損傷、關節內軟骨損傷等。傷后如若不及時有效處理常會影響關節功能,對日常行動造成不便,嚴重降低生活質量[1-3]。膝關節僵硬是下肢骨折石膏固定或膝關節鏡術后較為常見的并發癥,分為屈曲性僵硬和伸直性僵硬,即膝關節屈伸活動受限明顯,影響患者日?；顒有枨?嚴重者甚至需要接受關節置換[4-5]。針對關節僵硬可采取保守治療如支具矯形和手術切開松解治療。近年來,隨著關節鏡微創技術的發展,其逐漸取代了創傷較大的傳統切開手術。此外,在術后康復方面,許多新理念、新技術也在不斷發展與改進,結合科學有效的康復方法能獲得滿意的療效,機器人輔助康復技術已經逐漸普及[6-7]。本研究回顧性分析2020年6月至2021年6月北部戰區總醫院收治的28例膝關節僵硬患者資料,探討下肢康復機器人在膝關節鏡治療關節僵硬中的療效,現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標準：(1)患肢為單側,對側膝關節正常;(2)術前及術后末次隨訪各項病歷資料完整無缺失;(3)患側除膝關節外無其他關節損傷。排除標準：(1)拒絕參與本研究者;(2)關節鏡術中存在嚴重軟骨(Outerbridge分級≥Ⅲ度)或半月板損傷(MRI分型≥Ⅲ度);(3)除患肢膝關節損傷外還存在其他下肢關節損傷。

本研究共納入28例膝關節僵硬患者,均行膝關節鏡下關節松解術。按術后康復方案不同分為對照組和觀察組。對照組15例,采用常規康復方案,其中男12例,女3例;年齡28～54歲,平均(31.3±9.5)歲。觀察組13例,采用常規康復方案+下肢康復機器人訓練,其中男11例,女2例;年齡23～56歲,平均(29.8±10.1)歲。兩組患者基線資料及僵硬病因差異無統計學意義(P>0.05),具有可比性。

表1 兩組患者一般資料比較

1.2 手術方法 全部病例均由同一術者主刀完成手術,采用硬膜外麻醉的方式,患者取仰臥位,安裝擋板,完成體表標記,常規消毒鋪單。首先選取合適位置建立前外側入路,直鉗擴張通路后置入關節鏡,探查關節內損傷及黏連帶,探查順序為髕上囊、外側間溝、滑車關節、內側間溝、內側半月板及軟骨、股骨髁間窩、交叉韌帶、外側半月板及軟骨,掌握關節內損傷情況后建立前內側操作入路。刨削刀通過操作入路對關節內增生的滑膜、瘢痕、黏連帶進行充分清理、松解,蘭鉗對損傷的半月板予以修復,游離小體予以取出,離子刀射頻穩定輕度損傷的軟骨。操作不便時可將觀察入路和操作入路更換,必要時額外建立髕骨上方內側/外側入路,使用半月板勾刀對瘢痕黏連組織進行充分松解(見圖1～2)。關節鏡檢查、清理、松解結束后,放置引流管,無菌紗布覆蓋后彈力繃帶包扎,術畢[8-9]。

圖1 關節鏡松解術前麻醉狀態下屈曲約90 °

圖2 術后即刻外觀照示屈曲超過100 °

1.3 術后康復 兩組患者術后即開始冷敷消腫,常規靜脈滴注/口服消腫止痛藥物,術后2 d內拔除引流管,3 d內拆除彈力繃帶。術后當日即可開始早期康復訓練,具體如下。

1.3.1 對照組 術后2周內進行推髕骨(每天3次,每次10 min)、直腿抬高(每天300～500次)、踝泵(每天>300次)、股四頭肌等長收縮練習(每天>50次);2周后進行側臥位髖關節外展、主動/被動膝關節全角度屈伸、靠墻靜蹲、弓步練習,此時目標為膝關節無積液、步態正常、可進行較低強度體育活動;對于未進行半月板縫合、不合并嚴重軟骨損傷患者不限制下地負重時間[10]。如練習過程中出現關節內疼痛或腫脹較重影響康復進行時,可酌情外用/口服消腫止痛藥物治療,積液量較多者可行關節穿刺抽吸積液送檢查明病因。

1.3.2 觀察組 觀察組術后康復方案在對照組基礎上,增加4周下肢康復機器人練習(見圖3)。下肢康復機器人(Flexbot-U步態訓練和評估系統)由專業康復醫師進行操作,每天練習2次,每次40～60 min。練習方法：(1)患者雙下肢由外骨骼支具固定,松緊適度;(2)開機,由醫師通過電腦控制面板進行操作控制,首先進行患者評估階段,機器人可以實時采集患者下肢力學動態數據,為患者自動設定個性化練習方案,評估結束后可生成數據報告;(3)醫師根據報告調整機器人訓練參數,包括步頻、步長、步速、訓練角度和訓練時間;(4)開始訓練,患者面前設有屏幕可進行情景互動,增加參與感,情景模式可通過控制面板提前設置;(5)訓練結束后自動生成訓練數據,評估每次練習時患肢康復情況[11]。

圖3 下肢康復機器人聯合虛擬現實系統進行康復訓練

1.4 觀察指標 通過評估術前和術后6個月兩組患者國際膝關節評分委員會(international knee documentation committee,IKDC)評分、Lysholm評分、疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale,VAS)、膝關節活動度(range of motion,ROM)和不良反應發生情況,綜合比較關節鏡術后應用康復機器人的臨床療效。IKDC評分包括疼痛程度和頻率、僵硬、活動強度等方面,滿分100分,分值越高代表關節功能越好;Lysholm評分包括關節疼痛、腫脹、穩定性、絞鎖等方面,滿分100分,分值越高代表膝關節功能越好;VAS評分使用10級評分法,10分代表極度疼痛,0分代表無痛。

2 結 果

兩組患者術后均獲得隨訪,隨訪時間6～15個月,平均(9.8±2.4)個月。隨訪期均未出現嚴重不良反應。術前兩組患者VAS、IKDC評分、Lysholm評分、膝關節ROM差異無統計學意義(P>0.05)。術后6個月兩組患者VAS、IKDC評分、Lysholm評分、膝關節ROM與術前比較,差異均有統計學意義(P<0.05),且觀察組IKDC評分、Lysholm評分、膝關節ROM均優于對照組,差異有統計學意義(P<0.05),兩組術后VAS差異無統計學意義(P>0.05,見表2)。

表2 兩組患者手術前后VAS、IKDC評分、Lysholm評分、膝關節ROM比較

3 討 論

膝關節僵硬問題常因外傷制動或術后康復不及時引起,嚴重影響患者日?；顒有枰?。當前治療手段包括中醫針灸松解、局部理療或口服藥物等,能獲得一定療效,但常需要較長時間[12-13]。關節鏡微創技術相較保守治療能更直接、快速使僵硬的關節得到改善,鏡下可更直觀地觀察到關節內異常結構并對其進行操作來達到治療目的,具有療效確切、創傷小、恢復快等優勢。為保證關節功能恢復滿意,關節鏡術后需結合科學、有效的康復方法進行康復練習[14-16]。本研究將下肢康復機器人應用于膝關節鏡術后康復的方案獲得了滿意療效,隨訪末期觀察組膝關節功能總體優于對照組。

雖然關節鏡技術相比于傳統切開手術創傷小,但術中(尤其是全鏡下松解手術、韌帶重建手術等)需要對關節內瘢痕充分松解、鉆取雙側骨隧道等操作,因此帶來的術后關節內出血、組織血腫等問題仍不容忽視,這也是松解手術失效的重要原因,臨床實際中常因上述問題“犧牲”一部分關節活動度。為避免術后關節再次僵硬,積極、合理的康復方案是必要的。傳統康復方案需要患者及康復醫師共同對患肢進行主、被動練習,被動練習可能增加患肢疼痛及不適感,康復機器人則可引導患者積極、主動參與術后康復。

康復機器人屬醫療機器人的重要分支,發展至今已廣泛應用到康復護理、假肢和康復治療等領域[17]。將康復機器人用于偏癱或肢體術后康復方面已然成為近期國內外的研究熱點。機器人端數據傳感器通過人機互動系統將患者運動意圖進行反饋、支持、帶動等一系列過程幫助傷者完成正常生物力學上的相關動作,最終回歸正常行走和正常步態。合理應用康復機器人可節約大量人力、物力,缺點在于康復機器人價格昂貴,基層醫院及醫療水平較低的地區短時間內無法普及。本研究中,關節鏡微創技術聯合術后機器人康復方案相比于傳統康復具有諸多優勢：(1)機器人可以感知、辨別傷者的細微動作和運動意圖來自動設置運動參數調節和修正患側髖、膝關節活動度,使運動指數更為精確。(2)康復機器人可以個性化識別患者運動狀態并支持對訓練參數進行調整,適用于不同病情患者的活動需求,實現髖、膝、踝關節全面自由組合訓練。(3)相比于康復醫師全程參與練習,機器人練習可顯著緩解康復醫師工作量,僅通過控制面板更改運動參數即可完成更為精確的目標動作和運動狀態。(4)臨床實際中,患者運動系統損傷帶來的活動受限一部分有可能是由本體感覺反饋受損引起,因此注重本體感覺的練習也有助于幫助患者進一步恢復關節功能,通過機器人電腦端本體感覺評估系統,可幫助患者在手術基礎上進一步深挖自身運動功能和能力,這也有利于幫助患者早期恢復日?；顒雍椭胤颠\動。(5)機器人還設有場景互動系統,可改變模擬訓練場景,相比于在傳統康復醫師被動練習,機器人練習更能調動和提升患者的主動性,還可避免因被動練習屈伸關節導致的疼痛不適。(6)機器人還能一定程度上促進骨骼、血液循環,避免下肢靜脈血栓的形成,幫助傷者維持相對良好的生理機能[18]。

從本研究隨訪數據來看,與組內術前相比,術后膝關節相關評分均有不同程度的改善,證明膝關節鏡松解手術在治療關節僵硬中療效的確切性;組間相比,觀察組末次隨訪關節功能評分均優于對照組,證明康復機器人在術后應用的可行性及優越性。本研究仍存在以下局限性：(1)樣本量小,因膝關節僵硬多為膝關節術后或其他損傷的并發癥,臨床實際中病例數較少,且本研究排除標準中排除了一些病例,這可能對最終結果產生影響;(2)關節僵硬病因未排除,兩組中僵硬病因占比的不同可能會對最終結果造成干擾;(3)因是回顧性研究,無法設置盲法,會帶來結果偏倚。

綜上所述,下肢康復機器人用于膝關節僵硬關節鏡術后康復獲得了較為滿意的療效,患肢術后關節功能恢復優于傳統康復方案,有利于患者早日重返運動并且未見嚴重不良事件的發生,推薦有條件的醫療機構在臨床中應用。