虚拟现实平衡训练对前交叉韧带重建术后膝关节功能的影响

李 楠, 李 健, 王丛笑, 樊志娇, 郄淑燕

(1. 首都医科大学附属北京康复医院 康复诊疗中心, 北京, 100144;2. 八通正和中医研究院, 河北 石家庄, 056000)

前交叉韧带(ACL)是膝关节的主要韧带之一，对于膝关节稳定性的维持具有重要作用。ACL损伤是常见的一种膝关节韧带损伤，常见的受伤机制包括屈膝外翻伤、过伸伤、外旋伤等，可导致膝关节失稳，严重影响关节功能[1]。ACL结构性损伤可引起本体感受器数量减少和功能变性，且随着损伤时间的延长而加重，出现传入神经功能障碍，导致本体感觉减弱，进而影响膝关节稳定性[2]。目前，关节镜下ACL重建术是恢复膝关节生物力学稳定性的主要治疗手段，但移植物并不能完全弥补膝关节原始韧带的本体感觉效应，而手术本身也会对韧带本体感受器造成一定破坏，不利于术后膝关节稳定性和功能的恢复。研究[3]认为，本体感觉减弱会引起姿势反射性不稳，影响膝关节功能恢复效果。因此，强化膝关节本体感觉的恢复，提高关节稳态，是膝关节损伤术后康复研究的热点。既往研究[4]表明，平衡功能训练有助于改善ACL重建术后膝关节本体感觉的恢复。虚拟现实(VR)技术作为一种新兴康复技术，已被广泛应用于脑卒中后功能恢复[5], 但关于其用于膝关节损伤康复的研究尚较少见。本研究探讨VR平衡训练联合常规康复对ACL重建术患者术后功能恢复的影响，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年1月—2021年11月首都医科大学附属北京康复医院收治的ACL重建术后患者100例作为研究对象。纳入标准: ① 单侧ACL损伤者; ② 行自体腘绳肌肌腱移植重建，且术后磁共振成像(MRI)检查显示韧带组织结构良好者; ③ 年龄18～55岁者; ④ 无精神心理疾病者; ⑤ 可配合康复训练者。排除标准: ① 伴其他韧带或半月板损伤者; ② 伴下肢其他骨关节或软组织损伤者; ③ 代谢性疾病等继发ACL损伤者; ④ 有视觉障碍等影响平衡功能的疾病者; ⑤ 妊娠期或哺乳期女性; ⑥ 伴静脉血栓者; ⑦ 无法适应VR训练者; ⑧无法按要求完成训练或相关测评者。采用随机数字表法将100例患者随机分为对照组与观察组，每组50例。2组患者一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05), 均衡可比，见表1。

表1 2组患者一般资料比较

1.2 方法

对照组采用常规术后康复措施: ① 第1～4周，主要改善关节活动度，包括膝关节挤压、抬腿训练，适当进行股四头肌、腓肠肌、胫前肌等肌肉主动收缩训练，在限位膝关节支具保护下进行站立训练等; ② 第5～8周，主要进行肌力强化训练，包括患肢独站训练、下肢重心转移训练、踩踏台阶训练、平衡训练、步行训练等。

观察组在对照组基础上增加VR动态平衡训练，仪器选用荷兰MOTEK MEDICAL公司Dynstable虚拟平衡训练仪。VR动态平衡训练主要包括3个模式: ① 模式一(足部运动)。患足放置于平衡板上，健足放置于平衡板外周平板上。第2周起，治疗师指导患者双足站立于平衡板上，通过足底重心移动带动平衡板，并根据监视器上平衡板倾斜变化，按照拟定路线(直线、斜线、圆周轨迹路线)移动，包括单足控制、双足控制。② 模式二(城市赛车)。患者脱掉鞋子，站立于测力板中间，双足保持与肩部相同宽度，手臂置于身体两侧，保持自然下垂。VR场景设定为患者在马路上驾车行驶，要求患者在系统设定时间内尽可能行驶较远距离。汽车行驶方向通过左右重心位移进行控制，汽车速度通过前后位移重心进行控制; 患者通过避开对向来车来训练其重心转移能力和平衡能力。③ 模式三(海上驾船)。患者脱掉鞋子，站立于测力板中间，手臂置于身体两侧，保持自然下垂，同时微屈双膝。VR场景设定为患者在浩瀚海面上驾驶小船，要求患者根据标记的路径行驶并尽可能快地抵达终点。小船前进、后退通过前后位移重心进行控制，左右转向通过左右重心位移进行控制。各训练模式15～20 min/次，每周进行5次训练，共训练8周。

1.3 观察指标

1.3.1 治疗前后膝关节角度重现差值[6]: 患者戴上眼罩和耳塞，以屏蔽视觉干扰和听觉干扰，同时穿上过膝长筒袜，以排除触觉干扰，嘱患者采取坐位，起始时膝关节屈曲90 °, 治疗时将患者患膝被动屈曲至30°、45°和60°, 每个位置停留10 s, 然后恢复起始位置，此后患者凭借自身记忆和感受将患膝主动屈曲至设定的各个角度，每次停留10 s, 使用电子角度尺对设定角度和模拟角度进行测量，计算差值，每个角度测量3次，取平均值为最终结果，差值越小，说明患者位置觉越好。

1.3.2 治疗前后膝关节被动活动察觉阈值[7]: 患者戴上眼罩和耳塞，以屏蔽视觉干扰和听觉干扰，同时穿上过膝长筒袜，以排除触觉干扰，嘱患者采取坐位，使用等速肌力训练仪(Biodex S4型)进行膝关节被动伸直运动，参数设置为速度1°/s。以屈膝20°为初始角度，在患者感觉患肢开始活动时，将机器运动停止，记录患肢终止角度和初始角度，并计算差值，每次测量3次，以平均值为最终结果，差值越小，说明患者运动感知能力(运动觉)越强。

1.3.3 治疗前后膝关节功能: 采用国际膝关节评分委员会(IKDC)评分[8]、Lysholm评分[9]对患者膝关节功能进行评价。IKDC评分共有10个问题，总分100分，评分越高说明膝关节功能越好; Lysholm评分包括负重、关节不稳、爬楼梯等8个项目，评分越高说明膝关节功能越好。

1.4 统计学分析

2 结 果

2.1 膝关节角度重现差值比较

治疗前, 2组膝关节角度重现差值比较，差异无统计学意义(P>0.05); 治疗后，2组膝关节角度重现差值均低于治疗前，且观察组低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

2.2 膝关节被动活动察觉阈值比较

治疗前, 2组膝关节被动活动察觉阈值比较，差异无统计学意义(P>0.05); 治疗后, 2组膝关节被动活动察觉阈值均低于治疗前，且观察组低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表2 2组治疗前后膝关节角度重现差值比较

表3 2组治疗前后膝关节被动活动察觉阈值比较

2.3 Lysholin评分和IKDC评分比较

治疗前, 2组Lysholin评分、IKDC评分比较，差异无统计学意义(P>0.05); 治疗后, 2组Lysholin评分、IKDC评分均高于治疗前，观察组高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表4。

表4 2组治疗前后Lysholin评分和IKDC评分比较 分

3 讨 论

ACL有着丰富的本体感觉器官，力学信号可在本体感觉器官的介导下，经神经冲动传导至中枢神经系统，进而使神经肌肉的控制能力得到提高，有助于关节稳定性的维持, ACL本体感觉的正常传输是膝关节稳定性的基础条件[10]。ACL损伤会使本体感受器数目变少或功能破坏，影响传入神经功能，进而导致本体感觉功能减弱。ACL重建后，本体感觉功能减弱是影响膝关节稳态和功能恢复的重要原因[11], 因此促进本体感觉的重建具有重要意义。ACL重建后，其本体感觉随着结构的修复而得到恢复，但难以达到正常水平，且耗时较长。相关研究[12-13]显示，运动治疗可有效促进ACL重建后功能康复。常规运动康复主要关注患者关节活动度和运动功能，对膝关节本体感觉恢复则未重视，这可能会对康复效果产生影响。研究[14]表明，运动康复应将恢复本体感受器功能和刺激关节作为干预目标，从而促进关节本体感觉意识的提升，使神经肌肉反射性稳态得以重建。

VR作为近年来新兴的一种技术，是通过力学平台及计算机软硬件形成虚拟、逼真的视、听、触等感知觉，患者可在虚拟环境中进行运动体验，其作用原理是根据患者下肢在平衡板上的作用力来监测足底重心位置、运动轨迹等多种数据，并借助电脑屏幕实现视觉反馈。VR系统具有交互、体验、想象等特点[15], 目前已被广泛应用于脑卒中患者的平衡训练中，相较于常规康复，其在改善平衡稳定性方面有着明显优势。HA S Y等[16]基于电脑屏幕反馈的足底重心移动、下肢倾斜角度图像而实施视觉反馈训练，结果显示，患者平衡功能得以有效改善。梁顺利等[17]发现, VR训练能够改善脑卒中患者平衡功能和步态。另有研究[18]表明，本体感觉和平衡功能训练的实施，有助于促进膝关节本体感觉恢复，并提升关节稳定性和功能。本研究将VR技术引入膝关节ACL损伤康复训练中，在视觉反馈下通过足底重心移动带动平衡板进行多轨迹的平衡功能训练，旨在改善ACL重建术患者术后膝关节本体感觉功能。本研究结果显示，治疗后, 2组膝关节角度重现差值和被动活动察觉阈值均显著低于治疗前，且观察组显著低于对照组，表明VR平衡训练联合常规康复有助于改善患者膝关节本体感觉(位置觉和运动觉)。分析原因，可能是VR场景模拟了现实生活中的不稳定平衡状态，结合眼睛获取的视觉信息有助于强化感觉输入，便于感知人与外界环境之间的相对位置，同时可对外来干扰进行预判; 患者感知到自身空间、运动的改变，向中枢传递信息，通过控制姿势和激活相应肌肉进行适应性反馈，有助于本体感觉的恢复。

本研究结果显示，观察组IKDC评分、Lysholin评分均显著高于对照组，表明VR平衡训练有助于促进ACL重建术后膝关节功能恢复，与既往研究[19]结论类似，进一步验证了平衡训练在关节功能恢复中的重要作用。VR平衡训练除了能增强脊髓水平反射，提高膝关节稳定性，促进ACL本体感觉恢复，还能改善关节代谢，调节肌肉血流动力学，改善局部组织微循环[20-22], 进而有助于膝关节功能恢复。本研究存在一定局限性，例如纳入样本量较小，临床分析较单一(仅分析了本体感觉的部分作用)，且随访时间较短，未来有待扩大样本量、延长随访时间和完善相关指标进一步深入研究VR平衡训练对本体感觉的影响。

综上所述，在常规康复基础上实施VR平衡训练能够改善ACL重建术后患者本体感觉功能，促进膝关节功能恢复，值得临床借鉴。