结合常规康复的视觉反馈平衡平台训练在全膝关节置换术后平衡功能康复中的应用

摘要

本方案的目的是通过将常规康复训练与视觉反馈平衡平台训练相结合，改善全膝关节置换术后的平衡功能。

摘要

本方案旨在探讨将传统康复与视觉反馈平衡训练平台相结合，在接受初次单侧全膝关节置换术（TKA）的老年患者中应用的可行性和有效性。该方法采用单盲、随机对照试验设计，共纳入60例接受初次单侧TKA的患者（男性23例，女性37例）。参与者被随机分配至对照组（n=30；平均年龄69.60 ± 2.98岁）或观察组（n=30；平均年龄70.87 ± 4.26岁）。对照组接受常规康复治疗，而观察组在常规康复基础上增加视觉反馈平衡平台训练。视觉反馈干预从术后第二周开始，每周进行5次，每次20–30分钟，持续5周。平衡功能通过平台特异性指标进行评估：运动轨迹长度（LMT）和运动椭圆面积（AME）。功能性活动能力则通过计时起走测试（TUGT）、单腿站立（SLS）、计时坐-站测试（STS）和计时上下楼梯测试（TST）进行评估。数据采用独立样本t检验和配对t检验进行分析，显著性水平设定为p < 0.05。经过6周的干预后，两组在所有参数上均较基线水平有显著改善（p < 0.05）。然而，观察组的改善效果显著优于对照组。具体而言，观察组在静态稳定性指标（LMT、AME）和TUGT表现上显著优于对照组（p < 0.01）。同样，观察组在SLS、STS和TST方面的改善也显著优于对照组（p < 0.05）。将视觉反馈平衡平台训练与传统康复相结合，可显著增强老年TKA患者的静态与动态平衡功能，其疗效优于单独的传统康复治疗。

引言

膝骨关节炎（KOA）是一种常见的退行性肌肉骨骼疾病，全球约有23%的40岁及以上人群受其影响，其特征为慢性疼痛、关节活动受限、平衡与本体感觉受损、步态异常以及整体功能下降¹。尽管诊断和治疗技术不断进步，但由于人口老龄化和肥胖率上升，KOA 仍是重要的公共卫生问题。全膝关节置换术（TKA）是治疗终末期 KOA 的有效手段，可缓解疼痛并改善功能²。然而，研究表明，许多患者在术后仍存在功能障碍，包括步行速度平均下降18%，爬楼梯速度下降高达51%³。值得注意的是，约40%的 TKA 患者术后仍处于较高的跌倒风险，与术前水平相当⁴，并且在下蹲、侧向移动和转身等功能活动中表现出明显困难⁵。

全膝关节置换术（TKA）后的术后康复对于恢复功能、缓解疼痛以及提高患者日常生活中的独立性至关重要⁶。主要目标包括最大限度地改善关节活动范围（ROM）和增强关节周围肌肉力量，最终提升日常生活活动能力（ADL）⁷。膝关节稳定性与平衡控制依赖于完整的本体感觉和有效的神经肌肉控制，这对TKA术后获得理想疗效至关重要。

基于视觉反馈的平衡训练平台系统是一种结合定量平衡评估与针对性训练的视觉反馈式训练装置⁸。本方案适用于具有部分负重能力的老年全膝关节置换术（TKA）术后患者。然而，为确保安全性和可行性，排除了存在严重认知功能障碍（MMSE < 24）或无法独立站立的患者。该系统通过提供关于压力中心（COP）移动的实时视觉反馈，指导患者完成多方向、任务导向的训练动作，旨在强化感觉运动控制环路。与传统的主观康复方法相比，该方法通过提供外部注意力焦点以实现即时错误纠正，从而增强运动学习效果。尽管视觉反馈训练已在神经康复人群（如脑卒中或帕金森病患者）中显示出疗效，但其在TKA术后平衡功能恢复中的具体应用及标准化方案仍需进一步研究。因此，本方案的目标是展示一种标准化的视觉反馈训练方法，旨在促进TKA患者静态与动态平衡稳定性的可量化改善，弥补传统主观康复方法的局限性。

方案

本研究方案已获得徐州医科大学附属医院伦理委员会批准（批准文号：XYFY2024-KL316-01），并已获取所有参与者的知情同意。

1 . 研究设计与参与者选择

1. 采用随机对照试验，结合单盲法和对照组，评估该方案的可行性和有效性。选取2024年1月至2025年6月期间在中国徐州医科大学附属医院骨科接受初次单侧全膝关节置换术（TKA）的60例患者作为研究对象。
2. 使用随机数字表将患者随机分配至对照组（n=30）和观察组（n=30）。采用按顺序编号、不透明且密封的信封进行分配隐藏。仪器详细信息见材料表。
3. 纳入标准筛选
   1. 纳入标准：首次接受单侧TKA的患者；年龄≥65岁；意识清醒，认知功能正常（简易精神状态检查[MMSE]评分>24），无听力障碍，能够有效沟通；已签署知情同意书，并承诺全程参与随访。
   2. 排除标准：伴有心、肝、肺、肾等重要器官严重功能障碍的患者；已被诊断为焦虑症、抑郁症或长期服用精神类药物的患者；同时参与其他干预性临床研究的受试者；患有其他可能显著影响平衡功能的神经系统疾病（如脑卒中、严重周围神经病变等）的患者。
4. 随机化与盲法
   1. 采用标准随机数字表法将患者随机分配至对照组（n=30）和观察组（n=30），以确保完全随机化并消除选择偏倚。采用按顺序编号、不透明且密封的信封进行分配隐藏。本研究采用单盲法（评估者对分组情况设盲；图1）。

2 . 基线评估

注意：在实验前，所有患者均接受了经验丰富的物理治疗师完成的以下评估：LMT（mm）、AME（mm²）、计时起立行走试验（TUGT）、单腿站立时间（SLS）、计时坐-立-坐试验（STS）和计时爬楼梯试验（TST）。

1. 视觉反馈平衡平台训练系统评估：使用视觉反馈平衡平台训练系统，在双脚站立位进行测试。分别记录睁眼和闭眼状态下的COP参数：LMT（mm）和AME（mm²）。每次测试持续30秒，重复测试3次，取平均值。LMT值越大，表示平衡功能越差；AME值越大，表示平衡功能越差。两个参数的数值越小，提示平衡功能越好。
   注：睁眼状态用于评估在完整感觉整合下的平衡能力，而闭眼状态通过去除视觉输入，单独评估本体感觉和前庭觉对平衡的贡献。
2. 计时起走测试（TUGT）：指导患者从标准座椅（座高约46 cm）上站起，沿直线行走3米，转身，返回并重新坐回椅子。允许进行一次练习尝试。正式测试进行2次，记录平均用时（秒）。测试过程中不得给予任何身体辅助。
3. 单腿站立测试（SLS）：评估单腿静态平衡能力。要求患者双手自然下垂于身体两侧，一腿屈膝并将脚抬离地面约15–20 cm，双下肢避免相互接触。记录患者在单腿站立过程中保持稳定的时间（秒），期间抬起的脚不得接触地面，支撑腿不得移动。测试手术侧下肢睁眼状态下的单腿站立时间。测试2次，取最佳值用于分析。数值越大，表示平衡功能越好。
4. 上下楼梯测试（TST）：记录患者安全、快速地上下四阶楼梯（每阶高度约17–18 cm）所需的总时间（秒）。该测试反映功能性活动能力、肌力及动态平衡能力。测试进行1次。数值越小，表示平衡功能越好。

3 . 全膝关节置换术后常规康复训练

注意：对照组和观察组的患者均接受了此项培训。

1. 第一阶段（术后1-7天）
   1. 进行踝泵运动，每次重复5秒，每组5-10次，每日4-5组。
   2. 关节活动度训练：使用持续被动活动仪辅助训练，膝关节屈曲角度限制在<90°，每次20分钟，每日1次。进行主动伸膝练习，每组5-10次，每日2-3组。
   3. 进行臀肌、股四头肌、腘绳肌等肌肉的等长收缩训练，每组5-10次，每日2-3组。
   4. 进行深呼吸、咳嗽训练，并结合上肢伸展和扩胸运动，每组5-10次，每日2-3组。
   5. 转移训练：在耐受范围内，使用助行器进行渐进性负重转移训练，每次10分钟，每日1次。
   6. 物理治疗：进行神经肌肉电刺激（NMES）治疗，电极置于大腿内侧和外侧肌肉，以促进股四头肌激活，每次20分钟，每日1次。
   7. 疼痛与肿胀管理：训练后对患侧膝关节进行冰敷，每次25分钟，每日1次。
2. 第二阶段（术后2-6周）
   1. 髌骨活动度训练：进行主动屈膝和伸膝练习，并逐步过渡到功率自行车训练，每日5-10分钟。
   2. 肌力训练：先进行臀肌、股四头肌、腘绳肌的等长收缩训练，逐步过渡到结合闭链运动（如微蹲、坐-站转移）和开链运动（如坐位伸膝）的抗阻训练，每组10-20次，每日2-3组。
   3. 站立平衡训练：双足站立以维持静态稳定性（初期可对患侧膝关节提供适度外部支持）。训练从睁眼状态过渡到闭眼状态，每日5-10分钟。
   4. 基础动态平衡训练：单腿站立（健侧/患侧）、重心前后左右移动、侧向行走、原地踏步，每日10-20分钟。

4 . 视觉反馈平衡平台训练

注意：仅观察组接受此训练。

1. 训练开始时间与持续时间：将干预开始时间安排在第2天^nd 基于安全性考虑和标准的临床康复阶段，术后第1周保留^st 周，用于急性伤口愈合、水肿管理和深静脉血栓（DVT）预防。主动视觉反馈平衡平台训练需要负重，为确保患者安全和耐受性，应于第2周开始（与第2阶段常规康复的起始时间一致）。每周进行5次训练，每次持续20-30分钟（包含组间休息时间），共持续5周。
2. 为每位患者创建个性化档案，包括患者的全名、年龄、住院识别编号、诊断结果及其他相关医疗信息。
3. 讲解并示范每个程序的正确操作方法，以确保患者充分理解训练的目的。
4. 根据患者的平衡功能和身体耐受能力选择合适的训练方案。为每个程序设置参数，如训练时长、难度等级等。
5. 从简单到复杂逐步增加训练难度，从短到长逐步延长训练时间。使用视觉模拟评分法（VAS）评估疼痛，使用博格自觉用力程度分级（RPE）评估疲劳。若VAS评分 > 5 或 RPE > 13 在训练过程中，应降低训练强度或立即暂停训练。
6. 指导患者站在设备前方（图2）并用双脚站在平衡板上。要求患者采取功能性站立姿势：足部内踝穿过红色水平线（位于A3-A7水平轴下方3 cm处），双足与肩和髋部平行，足跟位于同一水平轴上（图3).
7. 按照以下步骤进行视觉反馈平衡平台训练。
   1. 第1阶段（训练的第1-2周左右）：主要关注静态平衡控制，以增强患者的静态稳定性功能。
   2. 训练模式：采用静态稳定性训练模式。开启视觉反馈平衡训练系统，并按以下步骤操作。
   3. 进入评估菜单，选择 静态稳定性评估配置训练模式和参数，然后单击 选项 进入设置界面。在常规设置中，于位置选项下选择 静态在时间选项下，选择 训练 (s)
   4. 在参数选择中，选择 单个 根据患者的静态稳定性评估结果设定训练范围。以坐标系原点为轴心，以前后方向（Y轴）和侧向（X轴）的平均摇摆幅度为直径，定义一个圆形训练区域。
   5. 通过点击生成训练区域 对应刻度 在X轴或Y轴上，系统将自动生成一个以原点为中心、设定值为半径的圆形范围，并在坐标系中显示。
   6. 开始训练。让患者站在平衡板上并按下 开始 按钮。患者通过转移身体重心来控制屏幕上的光标（+），并使其保持在圆形区域内。若光标移出该区域，系统会发出“滴滴”警报声。每 session 设置 3–5 组，每组 3 分钟，组间休息 1 至 2 分钟。通过减小圆形区域的面积可增加训练难度。
   7. 第2阶段（训练的第2-3周）：采用如下所述的双足动态稳定性模式，进行动态姿势稳定性训练，以实现从静态控制向动态稳定性的过渡。
   8. 打开视觉反馈平衡训练系统，并按照以下步骤操作。
   9. 进入评估菜单，点击 稳定性极限 菜单中的按钮。配置训练模式，包括两种选项：静态训练和动态训练。静态训练会固定平衡板的位置，防止其移动。动态训练则释放平衡板，需在其1至50的范围内调节其硬度等级。
   10. 开始训练。要求患者双脚站立于平衡平台上，通过转移身体重心来控制屏幕上的光标（+），使其接触随机出现的闪烁目标点。图4）。每次训练设置8-10组，组间休息1-2分钟。若训练结果达到参考值的75%，则以此作为进入下一阶段的标准。
   11. 第3阶段（训练第3-5周）：通过复杂的任务特异性活动，实施以任务为导向的复合控制，以增强神经肌肉协调性。采用游戏化情景（例如，模拟滑雪、射击场、飞行控制等）。
   12. 训练方法：要求患者在互动游戏环境中进行动态重心转移，以躲避障碍物或捕捉目标。打开视觉反馈平衡测试与训练系统，然后从游戏菜单中选择训练方法。
   13. 点击 SKI模块系统将显示训练设置页面。依次配置以下三个参数：训练模式：静态 = 锁定平衡板，动态 = 解锁平衡板；难度等级 = 分为三个级别：简单、中等和困难。
       包括三种选项：腰部、单腿和坐姿。从静态模式开始，逐步从简单到困难级别进阶。训练区域选择腰部，双脚置于平衡板上。训练过程中，患者通过移动身体重心来控制游戏中的角色，目标是避免触碰侧边护栏，并成功抵达终点线。
   14. 点击 射击场 模块。弹出页面的功能与滑雪坡道模块类似。选择适当的训练参数后，开始训练。训练过程中，患者通过转移身体重心来消除随机出现的目标。
   15. 每次训练设置1-2个不同的任务模块。当患者能够在静态模式下完成从简单到复杂的任务训练后，再逐步过渡到动态模式下从简单到复杂的任务训练。通过患者控制身体重心以避免游戏界面中角色触碰侧边栏的能力，来评估滑雪游戏训练的进步情况；通过患者控制重心以完全命中游戏界面中目标的能力，来评估射击场游戏训练的进步情况。
8. 随着患者功能的恢复，根据患者的表现及物理治疗师的评估，定期重新制定训练计划，并调整训练的难度与持续时间。

5 . 随访程序

1. 经过6周治疗后，由同一名物理治疗师对所有患者进行重新评估，包括睁眼和闭眼状态下的LMT和AME，以及TUGT、SLS、STS和TST。

6 . 数据分析

1. 使用 SPSS 20.0 进行所有数据分析。正态性检验：采用 Kolmogorov-Smirnov 统计量检验所有变量的正态性。
2. 基线比较：采用单因素方差分析（ANOVA）或 χ² 检验计算基线时的人口统计学和临床特征差异。
3. 结局分析：采用配对样本 t 检验比较组内变化（干预前与干预后）。采用独立样本 t 检验比较干预后对照组与观察组之间的差异。除 p 值外，还需计算均数差（MD）、95% 置信区间（95% CI）和效应量（Cohen's d），以量化治疗效应的大小和精确度。
4. 显著性判断：将 p 值 < 0.05 视为具有统计学显著性。

结果

共纳入60例患者，并随机分配至对照组或观察组（表 1）。基线特征得到严格控制。两组在性别、年龄、病程或病变侧别方面均无统计学显著差异（p> 0.05），表明两组在基线时具有可比性（表 1）。

研究期间共报告了10起不良事件（如跌倒、头晕或疼痛加重）。无任何受试者触发安全终止标准（视觉模拟评分 VAS > 5 或主观疲劳程度评分 RPE > 13）。观察组的出勤率为93.75%，对照组为90.91%。所有训练课程均由一名资深物理治疗师监督，以确保指导的标准化和方案执行的依从性。所有受试者均完成了随访评估。

训练期间，设备稳定性水平设置为中等，障碍物密度为中等水平。干预前，两组在睁眼和闭眼状态下的LMT和AME之间均无统计学显著差异（p > 0.05）。经过6周干预后，两组在睁眼和闭眼状态下的LMT和AME均较干预前显著降低（p < 0.001）。观...

讨论

本研究结果表明，在为期6周的康复训练中，将视觉反馈平衡平台训练融入常规康复方案，可显著改善单侧全膝关节置换术（TKA）患者的平衡功能，其临床疗效优于单纯常规康复治疗。

平衡功能是指人体在静态和动态环境中维持重心稳定、精确控制姿势以及防止跌倒的高级神经肌肉控制能力。这种功能的维持高度依赖于视觉、前庭觉和本体感觉信息的精确输入、中枢神经系统的高效整合以及神经肌肉系统的协调性运动输出⁹。在全膝关节置换术（TKA）过程中，富含本体感受器的关节结构（如前/后交叉韧带和半月板）被广泛切除或改变。加之术后疼痛、肿胀、关节源性肌肉抑制以及早期活动受限等因素，显著降低了患者膝关节本体感觉输入的效率，并削弱了神经肌肉控制能力³。这些病理生理变化构成了术后平衡功能障碍及跌倒风险增加的核心机制¹⁰。此外，术后膝关节周围肌肉力量下降（尤其是股四头肌）、获得性关节活动范围受限以及部分患者存在的运动恐惧（对跌倒的恐惧）也共同影响平衡功能的恢复

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
下肢关节康复设备	Xuzhou Kangmai Medical Equipment Technology Co., Ltd	030805000067
Pro-kin 系统	TecnoBody Company, Italy	030899000212