视觉反馈平衡平台训练结合传统康复，促进全膝关节置换术后的平衡功能

摘要

本方案的目标是通过结合传统康复训练与视觉反馈平衡平台训练，改善全膝关节置换术后的平衡功能。

摘要

该方案旨在探讨将传统康复与视觉反馈平衡平台训练结合，适用于接受初级单侧全膝关节置换术（TKA）的老年患者。该方法显示了一项单盲、随机对照试验，招募了60名接受单侧TKA的初发性TKA患者（23男性，37女性）。参与者被随机分配到对照组（n=30;平均年龄69.60±2.98岁）或观察组（n=30岁;平均年龄70.87±4.26岁）。对照组接受常规康复训练，观察组则接受常规康复及视觉反馈平衡平台训练。视觉反馈干预于术后第二周开始，每周进行5次，每次20-30分钟，持续5周。平衡功能采用平台特定指标评估：运动轨迹长度（LMT）和运动椭圆面积（AME）。功能活动性通过计时起身测试（TUGT）、单腿站立测试（SLS）、定时坐站测试（STS）和计时楼梯测试（TST）进行评估。数据采用独立和配对t检验分析，显著性水平为p < 0.05。6周项目后，两组在所有参数上均较基线显著改善（p < 0.05）。然而，观察组结局显著优于对照组。具体而言，静态稳定性指标（LMT、AME）和TUGT表现在观察组中显著更好（p < 0.01）。同样，观察组在SLS、STS和TST方面表现出显著改善（p < 0.05），与对照组相比。将视觉反馈平衡平台训练与传统康复相结合，显著提升了老年TKA患者的静态和动态平衡功能，优于单用传统康复。

引言

膝关节骨关节炎（KOA）是一种常见的退行性肌肉骨骼疾病，影响全球约23%的40岁及以上人群，其特征包括慢性疼痛、关节活动受限、平衡和本体感觉受损、步态异常以及整体功能衰退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仍是一个重大的公共卫生挑战。全膝关节置换术（TKA）是治疗末期KOA的有效干预，能缓解疼痛并改善功能²。然而，证据表明许多患者术后仍会出现功能限制，包括平均行走速度下降18%，爬楼^{梯速度下降}多达51%。值得注意的是，约40%的TKA患者仍处于高跌倒风险，与术前⁴级相当，并在深蹲、侧向移动和转身⁵级等功能性活动中表现出显著困难。

全膝关节置换术（TKA）术后康复对于恢复功能、缓解疼痛以及增强患者日常生活的独立性^{至关重要。}主要目标包括最大化活动范围（ROM）和强化关节周围肌肉，最终改善日常生活活动（ADL）⁷。膝盖稳定性和平衡控制——依赖于完整的本体感觉和高效的神经肌肉控制——对于TKA后的最佳效果至关重要。

视觉反馈平衡平台训练系统是一种基于视觉反馈的训练设备，结合了定量平衡评估与目标练习⁸。该方案针对部分承重能力的老年TKA患者。然而，为确保安全性和可行性，排除了严重认知障碍（MMSE < 24）或无法独立站立的患者。通过提供对压力中心（COP）运动的实时视觉反馈，该系统引导患者完成多方向、任务导向的练习，旨在强化感觉运动控制循环。与传统的主观康复相比，这种方法通过提供外部关注点以实现即时错误纠正，增强了运动学习。虽然视觉反馈训练已在中风或帕金森病等神经康复人群中显示出有效性，但其具体应用和标准化方案在TKA后平衡恢复方面仍需进一步研究。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患者的静态和动态平衡稳定性的可量化改善，解决传统主观康复的局限性。

方案

该研究方案已获得徐州医科大学附属医院伦理委员会批准（批准号：XYFY2024-KL316-01），并获得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，采用单盲和对照组，评估该项目的可行性和有效性。从2024年1月至2025年6月期间，在徐州医科大学附属医院骨科外科接受初级单侧全关节置换术（TKA）的60名患者作为研究对象。
2. 利用随机数表将患者随机分配到对照组（n=30）和观察组（n=30）。用顺序编号的不透明密封信封隐藏分配。仪器详情可见 材料表。
3. 资格筛查
   1. 纳入标准：包括首次接受单侧TKA的患者;年龄≥65岁;警觉，认知功能正常（迷你精神状态检查[MMSE]得分>24），无听力障碍，且能有效沟通;并签署知情同意书，并承诺在整个研究期间参与随访。
   2. 排除标准：排除心脏、肝脏、肺或肾等重要器官严重衰竭的患者;被诊断为焦虑症、抑郁症患者，或长期服用精神科药物的患者;同时参加其他介入性临床研究的参与者;以及患有其他可能显著影响平衡功能的神经系统疾病的参与者（如中风、严重周围神经病变等）。
4. 随机化与盲化
   1. 使用标准随机数表方法将患者随机分配到对照组（n=30）和观察组（n=30），以确保完全随机化并消除选择偏倚。用顺序编号的不透明密封信封隐藏分配。请注意，本研究采用单盲法（评估者对组别分配进行盲法; 图1）。

2 .基线评估

注：实验前，经验丰富的物理治疗师为所有患者完成了以下评估：LMT（MM）、AME（MM²）、定时起立测试（TUGT）、单腿站立时间（SLS）、定时坐站测试（STS）和定时楼梯测试（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，在双脚站立姿势下进行测试。记录开眼和闭眼状态下的COP参数：LMT（毫米）和AME（平方毫米）。每个测试试验持续30秒，重复测试3次，取平均值。对于LMT来说，长度越长意味着平衡函数较差。对于AME来说，面积越大，平衡功能就越差。两个参数的值越小，平衡函数越好。
   注意：睁眼状态通过完全感觉整合评估平衡，而闭眼状态通过消除视觉输入来隔离本体感觉和前庭的贡献。
2. TUGT：指导患者从标准椅子（座椅高度约46厘米）站起，直线走3米，转身，返回，再坐下。允许一次练习。正式测试两次，记录平均时间。考试期间不提供任何身体协助。
3. SLS：评估单腿静态平衡能力。让患者双手自然垂在两侧站立。一条腿膝盖弯曲，抬离地面约15-20厘米，双腿避免接触。记录患者保持单腿稳定、抬起的脚未触地或支撑腿不移动的持续时间（以s为单位）。睁眼测试手术侧腿单腿站立时间。做两次检验，并用最佳值进行分析。越大，平衡功能越好。
4. TST：记录患者安全快速上下四级台阶（每级约17-18厘米高）所需的总时间（单位为秒）。该测试反映了功能性活动能力、力量和动态平衡。做一次测试。值越小表示平衡函数越好。

3 .TKA后的常规康复训练

注意：对照组和观察组的患者均接受了此培训。

1. 第一阶段（手术后1-7天）
   1. 准备踝部泵动作，每次重复5秒，每组5-10次，每天4-5组。
   2. 关节活动度训练：每天一次，进行连续被动运动辅助训练，膝盖屈曲角度限制<90°，每次20分钟。每组进行5-10次主动膝关节伸展练习，每天2-3组。
   3. 进行臀肌、股四头肌、腿后肌等的等长收缩练习，每组5到10次，每天2-3组。
   4. 每天进行呼吸练习，包括深呼吸、咳嗽练习，并结合上肢拉伸和胸部扩张，每次5到10次，每天2-3组。
   5. 转移训练：在耐受范围内，使用助行器进行每次10分钟的渐进式负重转移动作，每天一次。
   6. 物理治疗：进行神经肌肉电刺激（NMES）治疗，在大腿内侧和外侧肌肉上放置电极，促进股四头肌激活，每次20分钟，每天一次。
   7. 疼痛和肿胀管理：训练后每次25分钟，每天一次，敷冰敷受影响的膝盖。
2. 第二阶段（手术后2-6周）
   1. 髌骨活动性关节活动训练：进行主动膝关节屈曲和伸展练习，并逐步过渡为动力自行车训练，每天5-10分钟。
   2. 肌力训练：进行臀肌、股四头肌、腿后肌等长长训练，逐步过渡到结合闭链动作（如微蹲和坐立）与开放链动作（如坐姿膝盖伸展）的阻力训练，每组重复10至20次，每天2-3组。
   3. 站立平衡训练：双脚站立时保持静止稳定（起初可为受影响膝盖提供适度的外部支撑）。每天训练从睁眼状态过渡到闭眼状态，每次5-10分钟。
   4. 基础动态平衡训练：单腿站立（健康侧/受影响侧）;将重心向前、后、左、右移动;侧身走路;每天原地行进10-20分钟。

4 .视觉反馈平衡平台培训

注意：只有观察组接受了这项培训。

1. 培训开始时间和持续时间：根据安全考虑和标准临床康复阶段，安排^术后第 2周开始干预。第一^周预 留用于急性伤口愈合、水肿管理和深静脉血栓预防。主动视觉反馈平衡平台训练需要负重训练，应在第2周开始（与第二阶段常规康复开始同步），以确保患者安全和耐受。每周训练5次，每次持续20-30分钟（包括组间休息），总共5周。
2. 为每位患者创建个性化档案，包括患者的全名、年龄、住院识别号码、诊断及其他相关医疗信息。
3. 解释并示范每个项目的正确作方法，确保患者充分理解培训的目的。
4. 根据患者的平衡功能和身体耐受度，选择合适的训练计划。为每个项目设定参数，比如训练时长、难度等。
5. 将训练难度从简单提升到复杂，训练时长从短缩短到延长。使用视觉模拟量表（VAS）评估疼痛，使用感知运动博格评级（RPE）评估疲劳。如果培训过程中VAS得分>5或RPE>13，应立即降低训练强度或暂停课程。
6. 指示患者站在装置前（图2），双脚站在平衡板上。请患者采取功能性站立姿势：脚的内侧脚踝穿过红色水平线（位于A3-A7水平轴下方3厘米），双脚与肩膀和臀部平行，脚跟在同一水平轴上（见图3）。
7. 进行视觉反馈平衡平台培训如下。
   1. 第一阶段（约训练第1-2周）：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：使用静态稳定性训练模式。打开视觉反馈平衡训练系统，并按照以下步骤作。
   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，点击 “选项 ”进入设置界面。在通用设置中，位置选项下选择 静态。在时间选项中，选择 “培训 ”。
   4. 在参数选择中，从连续选项中选择 单一 。根据患者的静态稳定性评估结果设定训练范围。定义一个圆形训练区，坐标系的原点为其轴，前后（Y轴）和横向（X轴）方向的平均摆动幅度作为其直径。
   5. 通过点击X轴或Y轴上的 对应刻度 生成训练区域，系统会自动生成一个以原点为中心的圆形范围，半径为设定值，显示在坐标系内。
   6. 开始培训。让患者站在平衡板上，按下 启动 按钮。患者通过移动身体重心控制屏幕上的光标（+），保持在圆形区域内。如果光标移出该区域，系统会发出哔哔声警报。参数设定为每节3-5组，每组3分钟，每组间休息1到2分钟。通过减少圆圈面积来增加训练难度。
   7. 第二阶段（训练第2-3周）：使用下文所述的双足动态稳定模式，进行动态姿势稳定，从静态控制过渡到动态稳定。
   8. 打开视觉反馈平衡训练系统，并按照以下步骤作。
   9. 进入评估菜单，点击菜单中的 稳定性限制 按钮。配置训练模式，包含两个选项：静态训练和动态训练。静态训练会将平衡板锁定在位，防止移动。动态训练解锁平衡板，要求将硬度调整在1到50之间。
   10. 开始培训。让患者双脚站在平衡平台上，通过移动患者的体重来触摸随机出现的闪烁目标点（图4），从而控制屏幕上的光标（+）。每次训练设置参数8-10组，每组间休息1-2分钟。如果训练结果中达到了75%的参考值，则使用该标准进入下一阶段。
   11. 第三阶段（训练第3-5周）：通过复杂的任务特定活动，进行任务导向的复杂控制，增强神经肌肉协调能力。使用游戏化场景（例如模拟滑雪、射击场、飞行控制等）。
   12. 训练方法：让患者在互动游戏环境中进行动态体重转移，以通过障碍物或捕捉目标。打开视觉反馈平衡测试和训练系统，然后从游戏菜单中选择训练方法。
   13. 点击 SKI模块。系统会显示训练设置页面。依次配置以下三个参数：训练模式：静态 = 锁定天平板，动态 = 解锁天平板;难度等级 = 分为三个等级：简单、中等和困难。
       包含三种选择：腰部、单腿和坐姿。从静态模式开始，逐步从简单到困难的关卡。训练区选择腰部，双脚放在平衡板上。训练过程中，患者通过转移身体重心来控制游戏中角色，力求避免触碰侧栏并成功到达终点线。
   14. 点击射 击场 模块。弹出页面的功能类似于滑雪坡模块。在选择合适的游戏训练参数后，开始训练。在训练过程中，患者通过移动体重来消除随机出现的目标。
   15. 每个会话设置参数为1-2个不同的任务模块。一旦患者能够在静态模式下完成从简单到困难任务的训练，再逐步过渡到动态模式训练，从简单任务到困难任务。通过患者控制身体重心的能力来衡量滑雪游戏训练的进步，以防止游戏界面中的角色触碰侧轨。通过患者控制重心以完全击中靶子的能力来衡量射击场游戏训练的进步。
8. 随着患者功能恢复，根据患者表现和物理治疗师的评估，定期调整训练计划并调整训练难度和时长。

5 .后续程序

1. 治疗6周后，重新评估所有患者，包括开眼和闭眼状态的LMT和AME，包括TUGT、SLS、STS和TST。这些复查由同一位物理治疗师进行。

6 .数据分析

1. 使用SPSS 20.0分析所有数据。正态性检验：使用柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫统计量检验所有变量的正态性。
2. 基线比较：利用单向方差分析（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：使用配对样本t检验比较组内变化（干预前后）。使用独立样本t检验比较干预后对照组和观察组。除了p值外，还需计算均数差（MD）、95%置信区间（95% CI）和效应大小（Cohen's d），以量化治疗效果的大小和精确度。
4. 显著性：将p值<0.05视为统计显著。

结果

共招募了60名患者，并随机分配到对照组或观察组（见表 1）。基础特征受到严格控制。两组在性别、年龄、疾病持续时间或病灶方面无统计学显著差异（p> 0.05），表明两组基线相当（见表 1）。

研究期间报告了10例不良事件（如跌倒、头晕或疼痛发作）。无参与者触发安全停止标准（VAS > 5或RPE > 13）。观察组出勤率为93.75%，对照组为90.91%。培训课程由资深物理治疗师监督，以确保教学标准化且方案准确。所有参与者均完成了后续评估。

训练期间，设备稳定性设为中等水平，障碍物密度为中等。干预前，两组在开眼和闭眼状态下LMT和AME均无统计学显著差异（p > 0.05）。干预6周后，闭眼和开眼状态下的LMT和AME均显著低于干预前（p < 0.001）。观察组在开眼和闭眼状态下，LMT和AME显著低于对照组（p < 0...

讨论

本研究结果表明，将视觉反馈平衡平台训练整合进传统康复，进行为期6周的培训项目，可以显著改善接受单侧TKA手术患者的平衡功能，其临床疗效优于单靠传统康复。

平衡功能指的是人体在保持重心稳定性、精准控制姿势以及防止静止和动态环境中跌倒的高级神经肌肉控制能力。其维持高度依赖于视觉、前庭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}运动输出9。在TKA手术中，富含本体感受器的关节结构（如前十字韧带/后十字韧带和半月板）会被广泛切除或改变。结合术后疼痛、肿胀、关节性肌肉抑制和早期活动限制，这些因素显著影响患者膝关节本体感觉输入效率，削弱神经肌肉控制能力³。这些病理生理变化构成了术后平衡功能障碍和跌倒风险增加的核心机制¹⁰。此外，部分患者膝关节周围（尤其是股四头肌）术后肌力下降、获得性关节活动范围受限以及运动恐惧症（害怕跌倒）也协同影响平衡功能恢复

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
下肢关节康复装置	徐州康迈医疗设备技术有限公司	030805000067
亲亲制度	意大利TecnoBody公司	030899000212