本研究由来自以色列雷霍沃特Kaplan医疗中心（Kaplan Medical Center）骨科的Lee Fuchs、Amos Kluska、Dvir Novak和Yona Kosashvili共同完成。研究成果发表于2022年11月5日上线的学术期刊《临床实践中的补充疗法》（Complementary Therapies in Clinical Practice）第49卷，文章编号101687。这是一项前瞻性随机对照试验，旨在探讨在初次全膝关节置换术（Total Knee Arthroplasty，TKA）后的即刻物理治疗中加入虚拟现实（Virtual Reality, VR）干预，对患者的疼痛、焦虑水平和膝关节功能恢复的短期及长期影响。
全膝关节置换术是骨科领域最常见的手术之一，其主要目的是为因骨关节炎等疾病导致疼痛和活动受限的患者恢复生活质量。然而，尽管手术技术和植入物设计不断进步，如导航系统和机器人辅助技术的应用，手术的总体成功率仍徘徊在85%左右。导致手术失败的一个重要原因是术后疼痛和难以恢复正常功能，文献报告约有5%至40%的患者因此感到不满。有效的术后疼痛管理对于开展成功的物理治疗至关重要，因为它直接影响患者的合作度和康复进程。目前，临床上有多种旨在减轻疼痛和改善功能的辅助方法，如冷冻疗法、宠物疗法和水疗等。
在这一背景下，虚拟现实技术作为一种新兴的非药物疼痛控制方法，受到了越来越多的关注。虚拟现实通过提供一个三维多媒体环境，让用户沉浸其中，从而将其注意力从医疗环境中的疼痛、焦虑和情绪困扰中转移出来，这可能有助于减轻治疗过程中的负面体验。其作用机制主要有两种理论解释：闸门控制理论和有限注意力容量理论，核心观点是中枢神经系统处理疼痛刺激的注意力可以被分散到其他良性刺激上。
尽管已有少数研究（如Jin等人和Gianola等人的试验）探索了VR在全膝关节置换术后康复中的应用，但结论并不一致。例如，Jin等人的研究认为VR有助于康复并减轻疼痛，而Gianola等人的试验则未发现VR在减轻疼痛和其他功能结果方面优于常规疗法。此外，这些研究大多数未将焦虑作为一个关键参数进行评估，且干预方案和时长各不相同。
基于此，本研究团队提出了一个假设：在全膝关节置换术后即刻的物理治疗期间施加VR干预，不仅能短期减轻患者的疼痛和焦虑，还可能对其长期的功能恢复和满意度产生积极影响。为此，研究设定了以下主要目的：第一，检验VR干预在术后即刻阶段对疼痛和焦虑的影响；第二，评估该干预对患者长期功能结果的作用。
1. 研究对象与分组 本研究为一项前瞻性随机对照试验，在一家年手术量约150台全膝关节置换术的二级创伤医疗中心进行。于2019年至2020年间，共招募了55例接受初次单侧全膝关节置换术的患者。纳入标准包括：诊断为骨关节炎（包括单间室、双间室或三间室）且符合手术指征的患者，所有分级的骨关节炎均被纳入。排除标准包括：行TKA翻修术的患者、术中发生韧带损伤或假体周围骨折的患者、生命体征不稳定者，以及存在视力丧失、听力丧失或功能性文盲的患者。患者被随机分配至VR康复组（研究组，30人）和常规康复组（对照组，25人）。两组患者在年龄、性别分布上无统计学差异，中位年龄均为70岁。
2. 干预措施与流程 在获得知情同意后，所有患者在干预前后均需完成一系列标准化的问卷评估。 - 常规治疗：两组患者均接受常规物理治疗和使用持续被动运动（Continuous Passive Motion, CPM）设备。物理治疗师根据患者的耐受度和疼痛程度调整CPM的活动范围，例如，起始范围设定为0-30度，若患者感到疼痛则减小至0-15度，若感觉舒适则增加至0-45度。每次CPM治疗时长为15分钟，除非患者因剧烈疼痛要求提前停止。每天进行一次干预，在术后第1天和第2天执行。 - VR干预：研究组患者在CPM治疗期间，额外佩戴三星Gear VR头戴式显示器，观看一部自选的VR影片，内容为自然风光或音乐节目，时长为15分钟。 - 数据收集工具：研究使用了三种主要的评估工具。焦虑通过状态-特质焦虑量表（State-Trait Anxiety Inventory, STAI）测量，该量表包含20项评估特质焦虑（个体日常的焦虑水平）和20项评估状态焦虑（特定时刻感受的暂时性焦虑）的条目，评分越高焦虑越重。疼痛通过视觉模拟量表（Visual Analog Scale，VAS）评估，这是一个0-10分的心理测量量表，患者根据自身感受选择疼痛级别。膝关节功能通过西安大略和麦克马斯特大学关节炎指数（Western Ontario and McMaster Universities Arthritis Index，WOMAC）问卷评估，该量表包含疼痛、僵硬和躯体功能三个子量表，共24个问题，用于比较患者术前和术后6个月的生活质量。 - 随访：由于该医疗中心的中位住院时间较短，患者通常在术后2至5天内出院。共有12例患者因提前出院未能完成第2天的干预（研究组和对照组各6例）。所有患者在术后至少随访6个月，并在6个月的复查时再次完成WOMAC问卷，但仍有6例患者因个人原因未能完成此项评估。
3. 统计分析方法 所有统计分析均使用SPSS 25.0版软件完成。研究计算了连续变量的均值和标准差，以及中位数和四分位距（Interquartile Range, IQR）。使用卡方检验比较组间的名义变量差异。由于数据不满足参数检验的假设，组内比较采用了非参数的Kruskal-Wallis检验，组间比较采用了Mann-Whitney U检验。变量之间的相关性分析使用了Spearman秩相关性检验。研究定义了“Delta”值，即第1天和第2天的STAI和VAS评分的“干预后值”减去“干预前值”，用于量化疼痛和焦虑的变化。WOMAC评分的改变量（Delta WOMAC）则计算为术前与术后6个月评分的百分比变化。以P值<0.05作为统计显著性的阈值。样本量计算参考了Jin等人的类似研究，设定检验效能为80%，显著性水平α为0.05，为达到统计显著性所需的最小样本量为49例。
1. 短期疼痛与焦虑的降低及其组间比较 研究结果显示，无论是研究组还是对照组，干预后的疼痛和焦虑水平均有所下降，这一趋势在术后第1天尤为显著。具体来说，在研究组中，STAI状态焦虑评分的中位数从干预前的37分显著下降至干预后的28分（Delta值中位数为7，P=0.001），实现了有统计学意义的下降。对照组的STAI评分同样有显著下降（Delta值中位数为4，P=0.002）。在疼痛方面，研究组第1天的VAS疼痛评分中位数在干预前后均为6分，下降无统计学意义（P=0.175），但其第2天的VAS评分中位数从6分显著下降至4分（Delta值中位数为1，P=0.006）。对照组第1天的VAS评分中位数从6分显著下降至5分（Delta值中位数为1，P=0.001），第2天的下降则未达到统计显著性（P=0.065）。 然而，本研究最关键的一个发现是，尽管两组干预均有效果，但两组之间在疼痛和焦虑的降低幅度上并没有显著差异。所有主要参数的组间比较P值均大于0.05，例如第1天STAI改变的组间比较P值为0.404，第1天VAS改变的组间比较P值为0.141。这表明，VR干预在减轻术后短期疼痛和焦虑方面，并未展现出优于传统物理治疗的额外优势。
2. 基线焦虑水平的影响分析 研究探讨了患者基线特质焦虑水平（Trait）对干预效果的影响。相关性分析发现，较高的基线特质焦虑评分与干预后较高的VAS评分（P=0.023）和STAI评分（P<0.005）显著相关，说明越是在日常生活中容易焦虑的人，在术后也更容易感到疼痛和焦虑。但是，较高的基线特质焦虑并未与干预带来的变化量（Delta值）产生显著相关（所有P值均大于0.05）。这意味着VR干预或常规治疗对于焦虑和疼痛的缓解效果，并不因患者原本焦虑程度的高低而变化。
3. 长期膝关节功能恢复的评估 在术后6个月的随访中，研究组和对照组的WOMAC膝关节功能评分均较术前有显著改善（研究组P=0.001，对照组P=0.005），这证明了全膝关节置换术本身的有效性以及后续康复的积极效果。然而，两组之间的WOMAC评分改善幅度（Delta WOMAC）并无显著差异（P=0.653）。这一结果清楚地表明，术后早期短暂的VR干预并不能在长期功能恢复上带来比常规物理治疗更优的效果。此外，研究还分析了不同术者和不同植入物对功能结果的影响，同样未发现显著差异（P=0.630），排除了手术医生和假体选择对研究结论的干扰。
本研究得出的明确结论是：在全膝关节置换术后即刻的物理治疗中，虚拟现实干预虽然能像常规物理治疗一样减轻患者的短期疼痛和焦虑，但其效果并未超越后者。从长期来看，VR干预在改善膝关节活动度和功能结果方面也没有展现出优势。简而言之，本项研究未能发现早期VR干预比传统物理治疗更为有效的证据。
本研究在科学探索和临床实践中具有其特定价值。首先，在科学价值方面，它为VR应用于TKA术后康复这一新兴领域提供了前瞻性随机对照试验的证据，尤其是在其研究设计中引入了“焦虑”这一此前大型试验中未被评估的参数，填补了部分知识空白。本试验是文献中已知的第三个专门探索TKA术后即刻VR干预的研究，也是首个将焦虑作为观察终点的研究。尽管其结果近乎“阴性”，但在循证医学体系中，阴性结果对于全面评估一种疗法的真实效果同样至关重要，有助于避免发表偏倚，并引导未来的研究方向。其次，在应用价值方面，该研究结果提示临床医生和康复治疗师，在当前技术条件下，简单、短暂的VR干预可能并不足以带来显著的额外临床获益。这有助于医疗资源更理性地配置，避免将未经验证的技术过早、过度地引入常规临床路径。研究也指出了重要的局限性，如干预时间过短、老年患者对新技术的操作困难可能增加焦虑，以及缺乏用药量等精确数据。这些都为未来研究指明了方向：需要探索更长周期、更易于老年人操作、且更具互动性的VR康复方案。
本研究的亮点主要体现在以下三个方面。首先，其研究设计严谨，采用前瞻性随机对照方法，并同时涵盖了短期的心理-疼痛指标和长期的功能结果指标，评估维度较为全面。其次，该研究首次将“焦虑”作为主要观察终点引入TKA术后的VR干预研究，并使用经过验证的STAI量表进行量化，这在理论上抓住了VR“分散注意力”机制可能缓解情绪困扰的潜在优势，具有较强的创新性。最后，研究进行了影响因素的深入分析，例如探究了基线特质焦虑对治疗效果的影响，这种分析有助于识别出可能从VR干预中特别获益的特定患者亚群，体现了个性化医疗的初步思考。
尽管这项研究的短期结果并不支持VR在TKA术后康复中的优越性，但其严谨的结论为后续研究提供了宝贵的基准。研究本身也展望，更大规模、干预时间更长且采用对老年用户更友好技术方案的临床试验，仍有必要继续深入探索VR在非侵入性疼痛管理领域的可能性。