骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种关节退行性疾病，由于生物力学关节应力等变化，软骨产生退行性改变，随年龄增长而发病率明显增加[1]。OA好发于手、髋、膝、脊柱等关节，以膝关节受累最为常见[2]。膝骨关节炎（kneeosteoarthritis，KOA）的症状可包括关节疼痛、僵硬、活动能力降低，以及功能和平衡障碍，从而限制日常生活活动能力，降低生存质量[3]。对于保守治疗效果不佳的严重KOA患者，全膝关节置换术（totalkneearthroplasty，TKA）是目前世界范围内应用广泛的手术选项，在缓解疼痛和改善膝关节功能活动方面疗效确切[4]。术后康复是影响TKA手术效果的关键环节，其目标为最大限度恢复关节活动度、控制疼痛、增加肌力[5]。渐进性术后锻炼方案能够帮助TKA术后患者更快恢复关节活动功能、缓解疼痛，提高生存质量[6]。近年来，计算机数字辅助在临床广泛应用，同时也给康复治疗提供了新的思路。虚拟现实（virtualreality，VR）技术提供多模态刺激，使用户完全沉浸在模拟的世界中，并感受到真实的临场感，VR具有三个要素：交互性、沉浸性和想象性[7]。患者通过身体运动在虚拟环境中与计算机进行交互，已成为康复领域中的新型治疗形式。计算机模拟生成三维空间中的虚拟世界，能够刺激患者的视觉、听觉等感官，提高患者康复主动性与趣味性[8]。Levac等[9]研究报道脑卒中（25.8%）、脑损伤（15.3%）、肌肉骨骼系统（14.9%）和脑性瘫痪（10.5%）是VR技术最常见的治疗人群。随着VR技术的发展，基于虚拟现实的康复在骨科术后尤其是TKA术后康复中广泛应用，针对TKA术后康复，目前已涌现多种治疗形式，如任天堂游戏辅助运动治疗[10]、基于VR的三维追踪技术和数字化模拟教练可以更精细地提供运动即时反馈[11]。远程康复可根据VR平台的反馈，监测患者康复进程，另外，面对面康复也可以使用VR作为辅助手段或主要康复模式。多项RCT已使用VR技术作为干预方式，研究TKA术后康复效果，此前国内外对于VR技术在TKA术后康复中的应用相关的系统评价较少，Gazendam等[12]发表的meta分析系统总结了2021年10月之前的RCT，显示在疼痛评分方面等无明显差异，另外以往的系统评价纳入定量分析的研究数量较少，近年出现新的关于VR康复的随机对照试验，因此，有必要进行系统评价与Meta分析的更新。本系统综述和Meta的目的是分析TKA术后患者使用基于VR的康复治疗的随机对照试验的疼痛评分、功能结果等结局。我们假设与常规康复相比，基于VR的康复治疗产生更佳的疼痛评分结果和功能结局。

1、资料与方法

1.1检索策略

计算机检索中英文数据库，包括PubMed、Embase、WebofScience、CochraneLibrary、物理治疗证据数据库（PEDro）、中国知网（CNKI）、万方数据知识服务平台、维普中文科技期刊数据（VIP）。检索时间自建库起至2023年7月26日。英文数据库的检索词根据PubMed中的Mesh主题词与自由词组合，中文数据库的检索词采用中国生物医学文献数据库（CBM）中的主题词和自由词。英文检索策略：ALL（“TotalKneeArthroplasty”or“KneeArthroplasty”or“KneeReplacement”or“KneeReplacementArthroplasty*”）ANDALL（“VirtualReality”or“EducationalVirtualReality”or“Exergaming*”or“Active-VideoGaming”or“Exergames*”）[AllFields]；中文检索策略：（“关节成形术，置换，膝”OR“全膝关节置换术”OR“膝关节置换”OR“膝关节置换术”）AND（“虚拟现实”OR“虚拟现实技术”OR“虚拟现实锻炼”OR“主动视频游戏”OR“视频游戏”OR“运动式游戏”）。本研究方案根据PRISMA声明的要求完成，已在PROSPERO平台注册（No.CRD42023449065）。

1.2纳入与排除标准纳入标准：

①研究类型：关于虚拟现实技术干预全膝关节置换术后患者的随机对照研究（randomizedcontrolledtrial，RCT）；②研究对象：已行全膝关节置换术的成年患者；③干预措施：基于虚拟现实的康复干预，可以作为唯一的干预措施或与其他形式的康复相结合；对照组采用常规物理康复方法；④结局指标：视觉模拟评分法（visualanaloguescale，VAS）、数字疼痛强度量表（numericpainratingscale，NPRS）、西安大略与麦克马斯特大学骨关节炎指数评分（WesternOntarioandMcMasterUniversitiesosteoarthritisindex，WOMAC）、美国特种外科医院膝关节评分（hospitalforspecialsurgerykneescore，HSS）、关节活动度（ROM）、计时“起立-行走”测试（timedupandgotest，TUG）、10m步行计时测试（10meterwalktest，10-MWT）。排除标准：其他关节或非关节置换术干预的研究、非随机对照试验、回顾性研究、综述、信件、评论、会议记录、书籍、协议、重复发表的研究、数据不完整的研究等。

1.3文献筛选与资料提取

文献筛选工作由两名研究员根据纳入及排除标准独立完成，统一使用EndnoteX9软件进行文献管理，对检索结果文献进行自动查重后人工排除重复文献，阅读文献标题和摘要进行初筛，对符合要求的文献进行全文阅读，剔除无法获取全文或数据不全的文献。如有分歧，则由经验丰富的第三名研究人员评定是否纳入。数据提取内容包括：①纳入研究基本特征：第一作者、发表年份、国家地区、患者人数、年龄、性别、干预措施等；②试验设计特征：干预类型、对照类型，康复计划的频率、随访时间、疼痛评分、功能结局等。

1.4文献质量评价

根据Cochrane干预措施系统评价手册（5.1.0）版本对纳入文献进行质量评价，评价内容包括：随机序列生成、分配隐藏、参与者盲法、评定者盲法、数据不完整，选择性报告5个方面，根据评估要求评定“低风险”“高风险”“不清楚”偏倚程度，全部符合判定文献质量等级为“A”，发生偏倚的风险较低；部分符合为“B”，发生偏倚的风险中等；全部不符合为“C”，文献偏倚风险程度较高，应剔除文献。质量评价由两名研究员进行交叉评估，如有分歧，由第三名系统评价员进行仲裁判断。

1.5统计学分析

采用Cochrane协作网提供的ReviewManager5.3软件对纳入文献的数据进行统计学分析。本研究纳入的结局指标数据均属于连续性变量，对于合并效应量的选择，若测量方法和单位完全相同，则采用均数差（meandifference，MD）及其95%可信区间（confidenceinterval，CI）；若测量方法和单位不同，或研究间均数差异过大，则选择标准化均数差（standardmeandifference，SMD）和95%CI。使用I2评价研究异质性，I2＜50%，P≥0.1时，异质性较小，采用固定效应模型；当I2≥50%，P＜0.1时，采用随机效应模型，以术后随访时间作为节点进行亚组分析，判断研究结果的稳定性及异质性来源。显著性水平α=0.05，P＜0.05表明差异具有显著性意义。对于无法定量合成的数据，则仅进行描述性分析。采用漏斗图对研究结局的发表偏倚进行检验。

2、结果

2.1文献筛选结果

初步检索获得中英文文献455篇，通过软件自动查重排除96篇重复文献，人工查重剔除32篇，阅读题目和摘要初筛后获得文献36篇，阅读全文复筛后纳入文献10篇[10—11，13—20]，英文文献9篇[10—11，13—19]，中文文献1篇[20]。筛选流程见图1。

2.2纳入文献基本特征

纳入研究共计875例患者，其中试验组440例，对照组435例。纳入研究涉及中国、美国、加拿大、意大利、西班牙、以色列、芬兰、罗马、韩国在内的9个国家。所有研究均报道在基线对患者的年龄、性别等基本信息组间比较，差异无显著性意义（P＞0.05）。纳入的10篇文献中，试验组单独行VR干预的5篇[10—11，15—16，18]，在对照组基础上进行VR干预的5篇[13—14，17，19—20]。纳入文献基本特征见表1。

图1文献筛选流程

表1纳入文献基本特征

2.3纳入研究质量评价

本研究共计纳入10项随机对照试验，所有试验均提及随机。其中6项研究使用随机数字表法[10，14，17—20]，1项试验使用洗牌法[15]，其他研究未提及具体随机方法。4项研究提及分配隐藏[10，14—15，18]。6篇研究提及盲法[10，14—15，17—19]，其中5篇为单盲[10，14，17—19]，1篇双盲[15]。1篇文献质量评级为A，其余7篇评级为B。见表2，图2—3。

2.4meta分析结果

2.4.1VAS评分：

8项[11，13—18，20]研究使用VAS对治疗前后疼痛强度的变化进行了报道，共纳入795例患者，其中试验组398例、对照组397例。其中6项[11，13，16—18，20]研究使用1—10分VAS量表进行疼痛评分，另外2项[14—15]研究使用0—100分VAS疼痛评分，得分越高表示疼痛强度越剧烈。各研究测量单位不同，故采用SMD计算合并效应。因各研究异质性较大（P=0.001，I2=71%），故采用随机效应模型进行分析，结果显示试验组VAS疼痛评分较对照组更低，差异具有显著性意义（SMD=﹣0.4195%CI﹣0.69—﹣0.13，Z=2.83，P=0.005），见图4。针对异质性来源，根据术后随访时间进一步行亚组分析。在术后1个月内，各研究异质性较小（P=0.39，I2=4%），亚组分析显示与对照组相比，基于VR的康复显著改善了术后1个月内的VAS疼痛评分（SMD=﹣0.4495%CI﹣0.63—﹣0.25，Z=4.59，P＜0.00001）；在术后2—4个月，各研究异质性较大（P=0.0003，I2=84%），采用随机效应模型进行合并，结果显示，与对照组相比，基于VR的康复不能改善术后2—4个月的疼痛，差异无显著性意义（SMD=﹣0.37，95%CI﹣0.85—0.10，Z=1.54，P=0.12），见图5。

2.4.2WOMAC总分：

WOMAC量表用于评估膝关节功能障碍，包括24个项目，涉及疼痛、膝关节僵硬和身体功能三个方面，分数越高代表膝关节功能障碍越严重[21]。4项[13—14，16，19]研究报道了WOMAC总分结果，纳入患者225例，其中试验组113例、对照组112例。1项研究使用0—2400评分的WOMAC量表，因测量单位不同使用SMD合并效应量。经异质性检验，各研究存在异质性（P=0.007，I2=76%），故采用随机效应模型进行分析，结果显示试验组WOMAC评分低于对照组，差异具有显著性意义（SMD=﹣0.65，95%CI﹣1.22—﹣0.09，Z=2.27，P=0.02），见图6。由于异质性较大，根据随访时间进行亚组分析。结果显示，WOMAC评分结果术后1个月内，各研究异质性较小（P=0.76，I2=0%），与对照组相比，试验组在术后1个月内显著降低了WOMAC评分，改善膝关节功能障碍，差异具有显著性意义（SMD=﹣0.71，95%CI﹣1.03—﹣0.40，Z=4.50，P＜0.00001）。在术后6个月，各研究异质性较大（P=0.0008，I2=91%），采用随机效应模型进行合并，结果显示，在术后6个月时试验组与对照组无显著差异（SMD=﹣0.53，95%CI﹣1.78—0.72，Z=0.83，P=0.41），见图7。

2.4.3HSS评分：

HSS评分量表共7项，其中6项为计分项（疼痛、关节功能、关节活动度、肌力、屈曲畸形、关节稳定性），1项为减分项，包括需要助行器、伸直不完全、外翻畸形，总分为100分。评分≤59分表示膝关节功能差，60—69分为一般，70—84分为良好，≥85分为优。评分越高，代表膝关节功能越好[22]。2项[16，20]研究报道了HSS评分变化，Jin等[16]评估了1个月、3个月、6个月的HSS，李国威等[20]评估了2周、2个月的HSS，两项研究测量单位相同，使用MD合并效应量，由于异质性较小（P=0.31，I2=17%），选用固定效应模型进行效应量分析，结果显示在1个月内试验组显著改善了HSS评分，差异具有显著性意义（SMD=7.78，95%CI5.93—9.63，Z=8.25，P＜0.00001）。组内分析（P=0.77，I2=0%）无明显异质性。此外，实验组在术后2—3个月之间改善了HSS评分（SMD=10.15，95%CI8.03—12.27，Z=9.40，P＜0.00001），组内未检测到明显异质性（P=0.55，I2=0%），见图8。

2.4.4ROM：

5项[11，14—17]研究对ROM关节活动度的变化进行了报道，其中3项[11，15，17]以膝关节屈伸角度分别报道，另外2项[14，16]由关节活动范围描述，本研究对屈伸角度进行了亚组合并。由于测量方法不同，故以SMD合并效应量，因P=0.0006，I2=79%异质性较大，选用随机效应模型分析，结果显示，VR试验组与对照组无显著差异（SMD=0.22，95%CI﹣0.17—0.61，Z=1.11，P=0.27），见图9。对膝关节屈曲和伸展进行亚组分析，显示膝关节屈曲亚组ROM异质性较低（P=0.85，I2=0%），选用固定效应模型，结果显示，与对照组相比，VR试验组可显著改善膝关节屈曲角度（SMD=3.75，95%CI1.32—6.19，Z=3.02，P=0.003），见图10。

2.4.5TUG：

TUG测试患者动态平衡能力，患者坐在椅子上（有扶手），当接收到“开始”信号后，从椅子上站起来，走3m，转过一个转折点，走回椅子，坐下。记录患者从背部离开椅背到臀部再次接触椅面所用的时间[23]。4项[15，17—19]研究报告了TUG的测试结果，均以秒（s）为单位，选用MD合并效应量，异质性检验结果显示各研究异质性较低（P=0.79，I2=0%），选用固定效应模型计算合并效应量，结果显示VR试验组在改善TUG评分上与对照组无显著差异（SMD=﹣0.56，95%CI﹣1.84—0.71，Z=0.87，P=0.38），见图11。

2.4.610-MWT：

受试者快速步行10m，记录步行时间，结果以步行速度（m/s）表示[24]。3项[11，15，18]研究报告了10-MWT的测试结果，选用MD合并效应量，异质性检验结果显示各研究异质性较低（P=0.55，I2=0%），选用固定效应模型计算合并效应量，结果显示VR干预组在改善10-MWT评分上与对照组无显著差异。（SMD=0.01，95%CI﹣0.19—0.20，Z=0.06，P=0.95），见图12。

2.5发表偏倚

以VAS评分为指标绘制发表偏倚漏斗图（图13），可见图形基本对称，各研究散点在倒漏斗图的范围内，提示本研究存在发表偏倚的可能性较低。

表2纳入文献质量评价

图2文献偏倚风险

图3文献偏倚风险汇总

图4VR干预与常规PT对VAS评分影响的森林图

图5VR干预与常规PT在术后不同时间对VAS评分影响的亚组分析

图6VR干预与常规PT对WOMAC评分影响的森林图

图7VR干预与常规PT在术后不同时间对WOMAC评分影响的亚组分析

图8VR干预与常规PT对HSS评分影响的森林图

图9VR干预与常规PT对ROM影响的森林图

图10VR干预与常规PT对ROM屈伸角度影响的亚组分析

图11VR干预与常规PT对TUG影响的森林图

图12VR干预与常规PT对10-MWT影响的森林图

图13纳入研究VAS漏斗图

3、讨论

本研究旨在探讨虚拟现实技术对全膝关节术后患者康复功能结局的影响，共纳入10项研究，875例患者，对各研究结局指标进行定量合成，其中VAS、WOMAC、HSS异质性较高，进行术后不同随访时间的亚组分析讨论其异质性来源。

本研究meta分析结果显示,在改善疼痛强度方面，基于VR的试验组与对照组相比显著降低VAS疼痛评分，且可能具有1个月的治疗效果可持续性（SMD=﹣0.4495%CI﹣0.63—﹣0.25，Z=4.59，P＜0.00001），与Peng等[25]的Meta分析结果一致，但其仅对3项研究进行了定量分析，且异质性较高，本研究VAS评分结局纳入了8项研究进行定量分析，且纳入研究异质性较低，进一步证实了VR康复改善疼痛的效果，可具有一定的参考意义。Fung等[10]研究采用0—10分的NPRS量表计算疼痛等级，与VAS相似。然而，此项研究只报告了与基线相比的百分比变化，而没有任何可变性如标准差的测量，因此未纳入定量分析，其结果显示改善疼痛方面试验组与对照组无明显差异，猜测可能的原因干预时间较短（15min/次，持续2周），也可能由于临床医生在研究时对于虚拟现实设备操作不熟练所致。

在改善功能结局方面，与对照组相比，基于VR的康复更好地改善WOMAC、HSS评分，治疗效果可持续性分别为1个月和2—3个月，与以往的系统评价结果一致[12]。另外，本研究显示VR康复与常规康复在改善膝关节屈曲ROM方面具有显著性差异，但纳入的研究较少，且各研究测量方式可能不同，尚不能完全肯定其治疗效果；在改善TUG、10-MWT评分方面，基于VR的康复无明显优势。

对于虚拟现实技术改善患者康复效果的可能机制，现存研究较少。关于VR改变疼痛感知的机制，目前已提出了一些理论。Melzack和Wall发展了门控理论，该理论认为伤害性信号在到达大脑之前必须通过脊髓中的“门”。大脑感知的疼痛强度取决于感官、行为和心理因素的组合，这些因素会影响“门”的打开或关闭程度[26]。阿片类药物通过阻断神经伤害性信号向中枢神经系统的传输来减弱疼痛感知，而VR通过改变感觉、行为和心理因素来改变疼痛感知。尽管VR减轻疼痛的确切机制尚不清楚，但大多数提出的机制将VR的影响归因于主动分心[27]。这种减轻疼痛的分散注意力机制早在VR技术之前就已使用，而VR技术被认为比传统的分心方法更有效，因其特有的沉浸性、交互性等能够调动患者的视听等多种感官与身体运动相结合[28]。虚拟环境通过非疼痛神经信号占用有限的注意力资源来减轻疼痛，分散大脑对伤害性疼痛信号的注意力[29]。另外，虚拟现实干预影响多种与情绪、情境焦虑和愉悦感有关的感觉通路，通过情绪调节与自主调节等机制，可以在体验的存在中发挥作用，改善疼痛强度与治疗效果[30]。TKA手术后的肌肉衰弱、组织损伤和膝关节疼痛会减少维持平衡所需的本体感觉输入，虚拟现实设备提供本体感觉、前庭和视觉信息，有利于恢复平衡功能[31]。

本研究存在一定的局限性，主要有以下几点：①所纳入的研究在VR康复干预方式、干预频率上有明显差异，研究间使用的VR手段不同如远程康复虚拟系统、沉浸式虚拟现实游戏等，可能是研究的异质性来源；②尽管纳入研究均为RCT，但在研究干预过程中，对康复治疗师和结局评价者进行施盲具有难度，存在偏倚的可能；③纳入研究数量较少，目前有关VR干预TKA康复的临床研究数量有限，证据质量普遍在中等水平；④以VAS评分的漏斗图不完全对称，提示可能存在发表偏倚。

综上所述，基于目前的临床证据，VR的康复可在一定程度改善TKA术后疼痛强度和功能结果。未来需要更多高质量、大样本的研究来证实VR康复的优势，并对基于VR的康复方案进行标准化的评估，尤其是对VR技术干预方式与频率需要进一步明确。

参考文献:

[1]李雯燕,周谋望.体外冲击波影响骨关节炎关节软骨的研究进展[J].中国康复医学杂志,2016,31(10):1156—1158.

[2]王斌,邢丹,董圣杰,等.中国膝骨关节炎流行病学和疾病负担的系统评价[J].中国循证医学杂志,2018,18(2):134—142.

[7]杨青,钟书华.中国虚拟现实技术发展研究:回顾与展望[J].科学管理研究,2020,38(5):20—26.

[20]李国威,李一杰,张大卫,等.虚拟现实技术在老年全膝关节置换术后早期功能锻炼中的应用效果[J].中国老年学杂志,2018,38(10):2391—2393.

基金资助:北京市科技计划项目(D181100000318005);中央高水平医院临床研究项目(2023-NHLHCRF-YSPY-01);

文章来源:韩雯,高蓓瑶,段亚景,等.虚拟现实技术对全膝关节置换术后患者康复效果的系统评价与meta分析[J].中国康复医学杂志,2025,40(04):597-603.