下肢康复机器人在膝关节僵硬关节镜术后康复中的应用

李宝,李灏坤,林欣其,杜树远,郑滨,程诗涵,刘欣伟,邵兵

(1.中国医科大学北部战区总医院研究生联合培养基地,辽宁 沈阳 110016;2.中国人民解放军北部战区总医院骨科,辽宁 沈阳 110016;3.大连医科大学研究生院,辽宁 大连 116000;4.中国人民解放军北部战区总医院麻醉科,辽宁 沈阳 110016)

膝关节是人体重要大关节之一,对日常各种活动的顺利完成必不可少,损伤发生率也高于其他关节,常包括半月板损伤、韧带损伤、关节内软骨损伤等。伤后如若不及时有效处理常会影响关节功能,对日常行动造成不便,严重降低生活质量[1-3]。膝关节僵硬是下肢骨折石膏固定或膝关节镜术后较为常见的并发症,分为屈曲性僵硬和伸直性僵硬,即膝关节屈伸活动受限明显,影响患者日常活动需求,严重者甚至需要接受关节置换[4-5]。针对关节僵硬可采取保守治疗如支具矫形和手术切开松解治疗。近年来,随着关节镜微创技术的发展,其逐渐取代了创伤较大的传统切开手术。此外,在术后康复方面,许多新理念、新技术也在不断发展与改进,结合科学有效的康复方法能获得满意的疗效,机器人辅助康复技术已经逐渐普及[6-7]。本研究回顾性分析2020年6月至2021年6月北部战区总医院收治的28例膝关节僵硬患者资料,探讨下肢康复机器人在膝关节镜治疗关节僵硬中的疗效,现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入标准：(1)患肢为单侧,对侧膝关节正常;(2)术前及术后末次随访各项病历资料完整无缺失;(3)患侧除膝关节外无其他关节损伤。排除标准：(1)拒绝参与本研究者;(2)关节镜术中存在严重软骨(Outerbridge分级≥Ⅲ度)或半月板损伤(MRI分型≥Ⅲ度);(3)除患肢膝关节损伤外还存在其他下肢关节损伤。

本研究共纳入28例膝关节僵硬患者,均行膝关节镜下关节松解术。按术后康复方案不同分为对照组和观察组。对照组15例,采用常规康复方案,其中男12例,女3例;年龄28～54岁,平均(31.3±9.5)岁。观察组13例,采用常规康复方案+下肢康复机器人训练,其中男11例,女2例;年龄23～56岁,平均(29.8±10.1)岁。两组患者基线资料及僵硬病因差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

表1 两组患者一般资料比较

1.2 手术方法 全部病例均由同一术者主刀完成手术,采用硬膜外麻醉的方式,患者取仰卧位,安装挡板,完成体表标记,常规消毒铺单。首先选取合适位置建立前外侧入路,直钳扩张通路后置入关节镜,探查关节内损伤及黏连带,探查顺序为髌上囊、外侧间沟、滑车关节、内侧间沟、内侧半月板及软骨、股骨髁间窝、交叉韧带、外侧半月板及软骨,掌握关节内损伤情况后建立前内侧操作入路。刨削刀通过操作入路对关节内增生的滑膜、瘢痕、黏连带进行充分清理、松解,兰钳对损伤的半月板予以修复,游离小体予以取出,离子刀射频稳定轻度损伤的软骨。操作不便时可将观察入路和操作入路更换,必要时额外建立髌骨上方内侧/外侧入路,使用半月板勾刀对瘢痕黏连组织进行充分松解(见图1～2)。关节镜检查、清理、松解结束后,放置引流管,无菌纱布覆盖后弹力绷带包扎,术毕[8-9]。

图1 关节镜松解术前麻醉状态下屈曲约90 °

图2 术后即刻外观照示屈曲超过100 °

1.3 术后康复 两组患者术后即开始冷敷消肿,常规静脉滴注/口服消肿止痛药物,术后2 d内拔除引流管,3 d内拆除弹力绷带。术后当日即可开始早期康复训练,具体如下。

1.3.1 对照组 术后2周内进行推髌骨(每天3次,每次10 min)、直腿抬高(每天300～500次)、踝泵(每天>300次)、股四头肌等长收缩练习(每天>50次);2周后进行侧卧位髋关节外展、主动/被动膝关节全角度屈伸、靠墙静蹲、弓步练习,此时目标为膝关节无积液、步态正常、可进行较低强度体育活动;对于未进行半月板缝合、不合并严重软骨损伤患者不限制下地负重时间[10]。如练习过程中出现关节内疼痛或肿胀较重影响康复进行时,可酌情外用/口服消肿止痛药物治疗,积液量较多者可行关节穿刺抽吸积液送检查明病因。

1.3.2 观察组 观察组术后康复方案在对照组基础上,增加4周下肢康复机器人练习(见图3)。下肢康复机器人(Flexbot-U步态训练和评估系统)由专业康复医师进行操作,每天练习2次,每次40～60 min。练习方法：(1)患者双下肢由外骨骼支具固定,松紧适度;(2)开机,由医师通过电脑控制面板进行操作控制,首先进行患者评估阶段,机器人可以实时采集患者下肢力学动态数据,为患者自动设定个性化练习方案,评估结束后可生成数据报告;(3)医师根据报告调整机器人训练参数,包括步频、步长、步速、训练角度和训练时间;(4)开始训练,患者面前设有屏幕可进行情景互动,增加参与感,情景模式可通过控制面板提前设置;(5)训练结束后自动生成训练数据,评估每次练习时患肢康复情况[11]。

图3 下肢康复机器人联合虚拟现实系统进行康复训练

1.4 观察指标 通过评估术前和术后6个月两组患者国际膝关节评分委员会(international knee documentation committee,IKDC)评分、Lysholm评分、疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)、膝关节活动度(range of motion,ROM)和不良反应发生情况,综合比较关节镜术后应用康复机器人的临床疗效。IKDC评分包括疼痛程度和频率、僵硬、活动强度等方面,满分100分,分值越高代表关节功能越好;Lysholm评分包括关节疼痛、肿胀、稳定性、绞锁等方面,满分100分,分值越高代表膝关节功能越好;VAS评分使用10级评分法,10分代表极度疼痛,0分代表无痛。

2 结 果

两组患者术后均获得随访,随访时间6～15个月,平均(9.8±2.4)个月。随访期均未出现严重不良反应。术前两组患者VAS、IKDC评分、Lysholm评分、膝关节ROM差异无统计学意义(P>0.05)。术后6个月两组患者VAS、IKDC评分、Lysholm评分、膝关节ROM与术前比较,差异均有统计学意义(P<0.05),且观察组IKDC评分、Lysholm评分、膝关节ROM均优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),两组术后VAS差异无统计学意义(P>0.05,见表2)。

表2 两组患者手术前后VAS、IKDC评分、Lysholm评分、膝关节ROM比较

3 讨 论

膝关节僵硬问题常因外伤制动或术后康复不及时引起,严重影响患者日常活动需要。当前治疗手段包括中医针灸松解、局部理疗或口服药物等,能获得一定疗效,但常需要较长时间[12-13]。关节镜微创技术相较保守治疗能更直接、快速使僵硬的关节得到改善,镜下可更直观地观察到关节内异常结构并对其进行操作来达到治疗目的,具有疗效确切、创伤小、恢复快等优势。为保证关节功能恢复满意,关节镜术后需结合科学、有效的康复方法进行康复练习[14-16]。本研究将下肢康复机器人应用于膝关节镜术后康复的方案获得了满意疗效,随访末期观察组膝关节功能总体优于对照组。

虽然关节镜技术相比于传统切开手术创伤小,但术中(尤其是全镜下松解手术、韧带重建手术等)需要对关节内瘢痕充分松解、钻取双侧骨隧道等操作,因此带来的术后关节内出血、组织血肿等问题仍不容忽视,这也是松解手术失效的重要原因,临床实际中常因上述问题“牺牲”一部分关节活动度。为避免术后关节再次僵硬,积极、合理的康复方案是必要的。传统康复方案需要患者及康复医师共同对患肢进行主、被动练习,被动练习可能增加患肢疼痛及不适感,康复机器人则可引导患者积极、主动参与术后康复。

康复机器人属医疗机器人的重要分支,发展至今已广泛应用到康复护理、假肢和康复治疗等领域[17]。将康复机器人用于偏瘫或肢体术后康复方面已然成为近期国内外的研究热点。机器人端数据传感器通过人机互动系统将患者运动意图进行反馈、支持、带动等一系列过程帮助伤者完成正常生物力学上的相关动作,最终回归正常行走和正常步态。合理应用康复机器人可节约大量人力、物力,缺点在于康复机器人价格昂贵,基层医院及医疗水平较低的地区短时间内无法普及。本研究中,关节镜微创技术联合术后机器人康复方案相比于传统康复具有诸多优势：(1)机器人可以感知、辨别伤者的细微动作和运动意图来自动设置运动参数调节和修正患侧髋、膝关节活动度,使运动指数更为精确。(2)康复机器人可以个性化识别患者运动状态并支持对训练参数进行调整,适用于不同病情患者的活动需求,实现髋、膝、踝关节全面自由组合训练。(3)相比于康复医师全程参与练习,机器人练习可显著缓解康复医师工作量,仅通过控制面板更改运动参数即可完成更为精确的目标动作和运动状态。(4)临床实际中,患者运动系统损伤带来的活动受限一部分有可能是由本体感觉反馈受损引起,因此注重本体感觉的练习也有助于帮助患者进一步恢复关节功能,通过机器人电脑端本体感觉评估系统,可帮助患者在手术基础上进一步深挖自身运动功能和能力,这也有利于帮助患者早期恢复日常活动和重返运动。(5)机器人还设有场景互动系统,可改变模拟训练场景,相比于在传统康复医师被动练习,机器人练习更能调动和提升患者的主动性,还可避免因被动练习屈伸关节导致的疼痛不适。(6)机器人还能一定程度上促进骨骼、血液循环,避免下肢静脉血栓的形成,帮助伤者维持相对良好的生理机能[18]。

从本研究随访数据来看,与组内术前相比,术后膝关节相关评分均有不同程度的改善,证明膝关节镜松解手术在治疗关节僵硬中疗效的确切性;组间相比,观察组末次随访关节功能评分均优于对照组,证明康复机器人在术后应用的可行性及优越性。本研究仍存在以下局限性：(1)样本量小,因膝关节僵硬多为膝关节术后或其他损伤的并发症,临床实际中病例数较少,且本研究排除标准中排除了一些病例,这可能对最终结果产生影响;(2)关节僵硬病因未排除,两组中僵硬病因占比的不同可能会对最终结果造成干扰;(3)因是回顾性研究,无法设置盲法,会带来结果偏倚。

综上所述,下肢康复机器人用于膝关节僵硬关节镜术后康复获得了较为满意的疗效,患肢术后关节功能恢复优于传统康复方案,有利于患者早日重返运动并且未见严重不良事件的发生,推荐有条件的医疗机构在临床中应用。