初次膝关节置换术后一年步态分析参数与患者满意度的研究

杨鑫煜 王伟韬 赵波 郄淑燕

在过去 20 年中，尽管全膝关节置换术(total knee arthroplasty，TKA) 的假体设计、手术技术等有着显著进步，但仍有约 14%～28% 的患者在术后表示不满意[1]。患者术后满意度是基于手术疗效的主观体验，是从患者角度评估术后疗效的良好指标。导致术后不满的因素有许多，包括一般因素(如年龄、性别、家庭等)、残留疼痛的程度、功能限制程度、手术及护理水平等[2-5]。在这些因素中，已有文献报道日常生活中膝关节活动能力的恢复对于患者 TKA 术后的表现和满意度具有一定影响[6-10]。

既往评估影响因素的研究大部分是回顾性研究，或是基于 TKA 术后 1 年的预测回归模型的队列研究，以此来评估不同的预测因子，但这些研究均是使用量角器测得的被动活动角度(range of motion，ROM)[3-10]。尽管 TKA 术后关节功能取决于疼痛缓解程度、活动度改善幅度、关节稳定性等多方面因素，但已有报道 TKA 术后膝关节在日常活动中的主动活动功能将影响患者对手术效果的满意程度[11]。近年来步态分析系统的出现使得精确客观评价术后关节主动活动度成为可能。为了精确量化 TKA 术前、术后患者步行能力的改变及探索步态参数与满意度之间的潜在联系，笔者使用了 Vicon 三维步态分析系统。这一系统能够提供受试者步行过程中定量且全面的生物力学信息，如关节的运动学参数及时空参数等[12]，同时，这一客观测量结果也可以作为患者术后满意度调查以外的有效补充。对 2019年4月至 2019年11月，于我院行 TKA 的 61例患者进行前瞻性研究，探讨 TKA 术后 1 年的患者满意度和步态分析结果之间的潜在关系。报道如下。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

1.纳入标准：( 1) 年龄 > 55岁；( 2) 符合重度骨关节炎(osteoarthritis，OA) 的诊断标准；( 3) 首次接受单侧 TKA；( 4) 获得患者及家属同意并签署知情同意书。

2.排除标准：( 1) 存在其它下肢假体、背部疼痛；( 2) 背部手术史；( 3) 影响步态的神经疾病或骨科疾病。

二、一般资料

本组共纳入 61例，其中男 17例，女 44例；手术年龄平均(69.1±6.6)岁；术前体质量指数(body mass index，BMI) 为 29.1±2.7，术后 1年29.2±2.1；93.4% 的患者为膝内侧间室 OA。所有患者均为原发性重度 OA，并使用 PS 假体行择期初次 TKA。所有患者在皮肤切开前均接受抗生素静脉滴注预防感染，术后均接受了标准的康复治疗。本研究通过首都医科大学附属北京康复医院伦理委员会审核。

三、步态测量

所有步态的测量均在北京康复医院三维步态实验室进行。在手术前 1 天和术后 1 年对患者进行步态评估，同时使用西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数(WOMAC) 对患者满意度进行评分[13]。在测量过程中，患者以自适应步速赤脚行走。步态分析采用由 12 个摄像机组成的三维运动分析系统(VICON，Oxford，UK) 进行评估。根据既往文献报道的实验流程，在骨盆和下肢特定的解剖点放置反射标记[14]。使用 Nexus 软件(Version 1.8.5) 对测得的数据进行分析。每例患者在步行过程中至少采集 10 个步态周期，共采集和分析以下 5 个时空及运动学参数：步速、步幅、支撑相时间百分比(支撑相时间占步态时长百分比)、膝关节屈伸范围及膝关节最大弯曲度(图 1、2)。

图1 受试者骨性标志部位粘贴反光标记，这些标记由三维运动分析系统进行跟踪捕捉 a：患者背侧反光标记示意图，双手平举；b：患者步行时正面反光标记示意图Fig.1 Markers were pasted on the participant.These markers were tracked and captured by the 3D motion analysis system a: View from the dorsal side, arm raised on both sides; b: View from the front side when patient was walking

图2 Vicon 系统采集到的光标将在电脑通过 Vicon Nexus 1.8.5 系统进行建模Fig.2 Markers were captured by the Vicon system and modeled on the computer using the Vicon Nexus 1.8.5 system

四、评分量表

本研究采用 WOMAC 量表评估患者术前和术后 1 年的疼痛水平，其中疼痛亚量表包含 5 个项目，功能亚量表包含 7 个项目，如果患者没有任何疼痛或功能限制则评分为 100 分，极度疼痛或功能极度受限评分为 0 分。使用该问卷的原因是 WOMAC 评分与临床步态分析结果如膝关节最大屈曲角度、步频等有着良好的相关性[13,15]。通过调查问卷评估患者术后 1 年的满意度，问卷中包括 3 个问题，分别与 TKA 术后的整体满意度、疼痛缓解满意度和功能改善满意度相关。每个问题采用李克特五点量表对患者的满意度进行评分：非常不满意、不满意、一般、满意、非常满意[1]。

五、统计学处理

采用 SPSS 19.0 软件进行统计学分析，描述性统计包括均值及标准差。根据正态数据分布(偏态、峰度和 Kolmogorov-Smirnov 检验) 使用了配对t检验比较术前术后的相关步态参数。受试者的 WOMAC 评分结果计算使用中位数和四分位差表示，根据非正态数据分布(Kolmogorov-Smirnov 检验) 使用非参数 Wilcoxon 检验。为了评估患者满意度与上述步态参数之间的关系，利用模型似然比检验对整体模型进行有效性分析，并使用有序 Logistic 回归对上述结果进行分析，其中自变量为患者的满意度，根据前文所述共分为五类；自变量为所测的 6 个步态参数指标。P< 0.05 为差异有统计学意义。

结 果

一、步态结果

本组术前 WOMAC 疼痛为 40(IQR 35～50)，术后 1 年明显改善到 90(IQR 75～95)，差异有统计学意义(P< 0.001)。患者 TKA 术后各项指标除支撑相时间百分比之外，术后各项指标均较术前有明显改善，差异均有统计学意义(表1)。

表1 本组手术前后步态参数对比(x-±s，n = 64) Tab.1 Comparison of preoperative and postoperative gait parameters(±s, n = 64)

表1 本组手术前后步态参数对比(x-±s，n = 64) Tab.1 Comparison of preoperative and postoperative gait parameters(±s, n = 64)

注：a差异有统计学意义(P < 0.05) Notice: aStatistically significant(P < 0.05)

步态结果 术前 术后 t 值 P 值步速(m / s) 1.09±0.09 1.20±0.23 -3.39 0.0012a支撑相时间百分比 62.11±2.06 61.72±2.28 0.99 0.3265步幅(m) 1.08±0.24 1.21±0.08 -4.29 0.0001a膝关节屈伸范围(°) 45.46±8.26 48.35±7.59 -2.29 0.0258a膝关节最大屈曲度(°) 48.06±6.31 50.56±5.90 -2.25 0.0283a

二、有序 Logistic 回归分析

表2 显示了根据五种不同满意度分层后术后 1 年的步态结果。其中本研究模型的似然比检验结果证明模型构建有效(χ2= 16.680，df= 5，P= 0.005)。回归分析结果显示，患者术后 1 年满意度与膝关节最大屈曲角度有关(P= 0.002)，而与步态速度(P= 0.253)、支撑相时间占比(P= 0.219)、步幅(P= 0.193)、膝关节屈伸范围(P= 0.124) 没有显著关系(表3)。

表2 李克特五点量表分层术后 1 年的步态结果(x-±s)Tab.2 One-year postoperative gait parameters classified by Likert 5-point scale(±s)

表2 李克特五点量表分层术后 1 年的步态结果(x-±s)Tab.2 One-year postoperative gait parameters classified by Likert 5-point scale(±s)

步态结果 非常不满意(n = 5) 不满意(n = 4) 一般(n = 5) 满意(n = 27) 非常满意(n = 20) 步速 1.12±0.23 1.10±0.18 1.22±0.19 1.20±0.15 1.23±0.19支撑相时间百分比 61.44±3.44 62.43±1.82 62.25±1.60 62.36±1.83 61.68±1.66步幅 1.12±0.10 1.13±0.17 1.14±0.05 1.12±0.16 1.20±0.22膝关节屈伸范围 48.24±6.26 46.78±6.35 43.59±1.28 48.16±9.48 49.70±6.02膝关节最大屈曲度 44.99±4.44 46.97±5.59 44.92±3.30 50.10±4.30 52.44±4.12

表3 步态参数与术后满意度有序 Logistic 回归结果Tab.3 The relationship between gait parameters and postoperative satisfaction by logistic regression analysis

讨论

TKA 是重度 OA、创伤性关节炎、类风湿关节炎患者减少疼痛和恢复关节功能最有效的手术方案之一[16]。随着我国社会老龄化的进展，重度 OA 患病率及 TKA 数量也相应增加。而步行是人们日常生活的主要活动之一，步行过程中的时间参数和空间参数对于步态的评估具有十分重要的意义，如评估康复状况、预测跌倒等[17]。有效的、定量的步态分析系统可以测量步态的时间参数、空间参数以及运动学参数等多项数据[14]。基于视觉和压力垫的步态分析实验室(如 Vicon) 是进行精确步态分析的金标准，而国内外目前对 TKA 术后 1 年的 3D 步态分析研究仍然存在大片空白，利用步态分析了解并量化分析影响患者满意度的相关因素，有助于骨科医生临床决策的选择，进而改善 TKA 的临床疗效。

本研究结果表明，尽管有约 15% 的患者对 TKA 表示不满意或非常不满意(6.6% 不满意，8.2% 非常不满意)，但 1 年后的 WOMAC 评分(由术前中位数 40 提高至术后中位数 90，P< 0.001) 和步态分析结果(步速、步幅、膝关节屈伸范围及膝关节最大屈曲度) 仍然提示患者存在显著改善。WOMAC 是一个广泛应用于评价外科手术干预 OA 有效性的评估量表，既往有研究指出，术前疼痛较重、WOMAC 评分较低的患者，TKA 术后满意度差，也有研究者认为，WOMAC 评分高低与 TKA 术后满意度之间不存在显著相关性[10,18]。进一步的研究提示，患者对手术的期望值是与不满相关的最重要的因素之一，近 1 / 3 的患者对手术干预带来的疼痛水平下降和功能改善抱有过高的期望[19]。此外，值得临床医师注意的一点是，医师与患者对手术的期望值不同[20]。患者通过主观感受以及填写 WOMAC、PROMs 评分量表等评估自身的康复情况，而骨科医师则更倾向于通过客观的测量(如被动 ROM、步态分析等) 或影像学结果对 TKA 术后进行评价[21]。而这也是本研究的意义之一：通过前瞻性研究，将患者的主观评价结果与客观步态结果进行整合，以便于深入了解影响患者满意度的步态运动学参数。

本研究中，患者的步行速度由术前(1.09± 0.09) m / s 提高至术后(1.20±0.23) m / s，差异有统计学意义(P= 0.0012)。步行速度是重要的功能参数之一，其能够直接影响患者的自主性[22]。术前患者步速降低被认为与关节周围肌萎缩、疼痛、关节活动度减少相关，TKA 术后 12 个月时，患者已通过功能锻炼及心理适应，使步速得到了显著的改善，这一结果也与既往大量研究结果相符[23-24]。但将步速与患者满意度进行回归后发现，步速的显著增加并没有对患者的满意度产生影响(P= 0.625)。出现这一结果的原因可能包括以下两个方面，首先术前膝关节疼痛是影响患者步行能力的主要因素，而在术后因为疼痛症状的显著改善，患者对功能活动的要求不仅局限于水平地面步行，而是扩展到坐立与爬楼梯等日常任务的完成，但 Vicon 步态实验室目前仍局限于水平地面的 6 min 步行测试，其因为设备限制目前尚不能完成对复杂活动(如上下楼梯) 的测试，这可能是患者满意度与步速之间关系没有相关性的一个原因；其次，目前国内外对于 TKA 术后患者步态的分析往往没有进行更为详细的分层，而本研究则利用患者满意度评分划分为不同的组别，可能更能够揭示两者间潜在的联系。

患者膝关节最大屈曲角度由术前(48.06±6.31) ° 提高至术后 1 年时的(50.56±5.90) °，差异有统计学意义(P= 0.0283)，这也与前述 WOMAC 评分结果趋势一致。既往研究指出，在术后 1 年随访时，膝被动 ROM 超过 130° 的患者在预期恢复、活动功能和膝关节本体感觉方面效果最好[6]。而当术后膝关节被动 ROM 的绝对值相近时，变化幅度较大的患者术后满意度更高[7]。这些均提示在 TKA 术后，更高的膝关节 ROM 与患者满意度的提高相关，但正如之前引用其它研究一样，膝关节 ROM 是由医师通过量角器测量的被动活动角度，可能不能准确反映患者步行期间的膝关节功能和步行能力[25]。本研究利用 Vicon 设备所测得的结果是患者行进中的主动活动角度，可能更加真实地反映患者的自主功能。将最大屈曲角度与满意度进行有序 Logistic 回归发现，其与患者术后满意度呈显著相关(P= 0.002)。膝关节最大屈曲角度与患者日常任务的完成紧密相关，其参与了上下楼梯或坐起等活动，因此较低的最大屈曲角度将影响患者对 TKA 的满意度[26-27]。值得关注的是，当患者表示满意或非常满意时，其最大屈曲角度均 > 50° [(50.10±4.30) °，( 52.44±4.12) ° ]，这也提示 50° 或许是一个满意度的阈值。本研究的结果与既往 TKA 术后 3 个月随访的结果相一致[15]，同时发现了 TKA 术后 1年3D 步态结果与患者满意度相关的潜在因素，这一发现可能有助于骨科医师及康复治疗师对患者的临床干预决策。

本研究仍然存在一定局限性，根据既往文献报道，麻醉类型、手术技术等可能会影响患者的满意度，同时糖尿病、肺部疾病等老年慢性疾病也会对患者满意度产生影响[28-30]，本研究的目的是探索独立于上述风险因素的步态结果是否与满意度存在深入关联，因此没有对上述因素进行协方差分析。

综上所述，TKA 术后 1 年患者的整体步态结果得到显著改善。然而，仅有步态中最大膝关节屈曲角度与患者满意度相关，其阈值可能为 50°。关注患者在日常生活中的膝关节活动能力可以为临床医师提供重要的参考信息。这有助于制定未来的干预措施，更好地了解和改善术后膝关节功能的动态恢复，并为患者提供更好的康复指导意见以提高患者对于 TKA 的满意度。