江 辉,刘 荻,包倪荣

0 引 言

前十字韧带的断裂伤是膝关节部位常发生的损伤。由于军事训练的身体素质要求高,其发生率约为一般人群的10倍。前十字韧带的重建术作为治疗的金标准,旨在恢复受伤前的功能水平。然而,即使手术成功,患者也可能在功能上表现不佳。良好的功能结果取决于多种因素,包括手术过程、围术期康复、心理动机和状态等。高水平的运动功能恢复时间可能长达1年之久;此外还可能并发膝骨关节炎。坚持康复训练被认为是运动损伤恢复的核心;但受伤人员常由于各种原因而未能坚持完成康复训练。

目前,许多国家正在积极研究人工智能在军事领域中的应用。其中,基于机器视觉和机器学习等的动作捕捉系统能够实时捕捉训练动作,并基于训练好的卷积神经网络骨骼模型来确定人体力学结构点位,发现和解决训练动作中的问题。我国应用人工智能技术的基础较为薄弱。虽然能够通过虚拟现实技术提升作战能力,但是在训练损伤的干预方面尚未有过同类应用。

因此,本研究基于一系列人工智能技术,研发了一种智慧康复系统,能够为前十字韧带重建术后患者制定科学和个性化的术后康复计划,并进行实时虚拟的训练指导,提供全面的患者教育和依从性的监督。本研究通过设计随机对照试验,旨在研究前十字韧带重建术后患者使用智慧康复系统的有效性。

1 资料与方法

1.1 研究对象选取东部战区总医院在2022年4月至2023年4月期间进行手术的前十字韧带断裂患者。所有参与患者均签署知情同意书。通过院内扫二维码的方式进行报名,纳入标准:①符合前十字韧带断裂的诊断标准,影像学检查(X线及MRI)显示前十字韧带严重损伤或断裂;②在军事训练过程中发生前十字韧带损伤;③初次进行前十字韧带修补手术;④年龄≤50岁。排除标准:①年龄>50岁;②存在其他肌肉骨骼神经系统疾病。本研究最终纳入60名参与者,通过随机数字表法平均纳入试验组和对照组。试验组受试者年龄(34±11)岁,其中男21例、女9例;对照组受试者年龄(30±10)岁,其中男20例、女10例。组间受试者基线资料差异无统计学意义。本研究经东部战区总医院伦理委员会审批(2023DZKY-091-02)。

1.2研究方法

1.2.1 干预规则在参与实验期间,每位参与者每周进行3 d训练,每天训练1次。试验组患者使用远程训练工具包(智慧康复系统)进行居家康复,其中包括2根弹力带,2台电子传感器,2根传感器绑带,1部手机支架以及1份智慧康复系统使用说明书。说明书中包括电子传感器的使用方式和线上智慧康复系统的渠道二维码。同时,试验组患者还将每周接受1次线上的膝关节健康教育和心理疏导。如果参与者未按规定训练强度进行训练,系统将通过信息提醒督促训练。对照组患者将被安排到指定医院进行线下常规康复。

1.2.2观察指标主要研究结果包括患者在第0、12、24周时的膝关节的屈曲活动角度(ROM)、视觉模拟量表(VAS)、Lysholm量表和IKDC量表评分。VAS其分数与疼痛程度呈正比[12]。Lysholm量表中分数越高,表明膝关节的功能状态越好[13]。IKDC量表评分参考文献[14]进行计算,分数越高表明膝关节功能状态越好。

2 结 果

所有入组受检者训练前膝关节屈曲角度、VAS指数、Lysholm得分、IKDC得分差异均无统计学意义(P>0.05);而在训练12周、24周后,试验组屈膝角度角度、Lysholm得分及IKDC得分均显著高于对照组,VAS指数显著低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表 1 各组受检者不同时期各功能评分比较Table 1 Comparison of function scores at different time between two groups

3 讨 论

前十字韧带重建术后的常见并发症,如关节活动受限、疼痛、肿胀和功能障碍,严重影响士兵的军事训练。术后康复在恢复患者运动水平上起到重要作用。研究结果显示,智慧康复系统对于术后功能恢复有效。试验组在训练12和24周的膝关节屈曲活动角度、VAS指数、Lysholm得分和IKDC得分显著优于对照组。智慧康复系统能够更快、更好地改善屈膝活动角度,减轻疼痛和提高功能。

智慧康复系统能够有效改善屈膝活动角度,帮助士兵恢复生活功能。试验组在第12和24周的屈膝活动角度分别比对照组高14.1°和15.0°,最终比对照组提高了12.3%,达到138.3°(P<0.05)。这一结果与国外同类型研究结果相符合[15]。患者需要在术后循序渐进地达到指定角度,在术后第12周乃至2～3年内恢复正常[16]。试验组通过智慧康复系统的人工介入和基于人工智能的语言提醒,提高了恢复参与度和依从性,取得了良好的恢复效果。

智慧康复系统能够改善关节功能,帮助士兵回归运动状态。在Lysholm评分的变化中,试验组在第12和24周时分别比对照组提高了11.3分和11.9分,最终提高了将近15%。在IKDC评分的变化中,试验组在第12和24周时分别比对照组提高了9.8分和11.1分,最终提高了将近15%。这一结果相比于同类型的研究结果,拥有更好的结果[17]。智慧康复系统通过摄像头和传感器监测下肢力线和活动角度等数据,提供更精确和客观的评估数据,调整个性化康复计划,实现更好的个性化恢复效果。系统每周3次的计划调整频率较高,适应身体素质较高的士兵,避免不良运动引发的损伤。此外,智慧康复系统还通过数据监测发现异常的活动角度,并及时提醒医护人员关注和鼓励相应的患者。对于恢复效果不佳的病例,系统会将其转诊至线下门诊进行针对性治疗,从而减少功能不良者的出现,提高功能性数据。

智慧康复系统能够缓解术后疼痛。在VAS指数的变化中,试验组在第12和24周时分别减少了1.6分和1.7分,最终减少了将近12%的指数。Lysholm评分和IKDC评分也体现了膝关节肿胀和疼痛的改善。不良的运动强度、运动量或运动方式可能会在回归运动的过程中引起局部损伤,引发疼痛后致使功能问题[18]。智慧康复系统能够通过宣教和人工介入促进患者进行治疗措施,如冰敷、患肢抬高和踝泵等,减轻膝关节肿胀,减少疼痛[19]。同时,系统还树立正确的恢复预期和提供心理动力,减少疼痛的发生[20]。

本研究存在一定的优势和局限性。优势在于采集多个指标,相互验证结果的准确性。研究对象为参加军事训练的士兵,具有特殊研究价值。局限性在于参与者较少,主要研究了多个疗效指标。后续研究可以招募更多参与者,并加入依从性指标进行研究。