Robotics and Exoskeletons

机器人技术与外骨骼

身体掌控 · 在辅助下运动

机器人与外骨骼

精心选择的设备可以让某种动作成为可能,支持有效练习,或减少完成任务所需的力气。它真正的价值,在于这种变化为个人带来了什么可能。

这可能意味着在卒中后练习迈步、拿起日常物品、参与辅助行走,或降低头顶作业的难度。每个目标都需要不同的设计,也需要用不同方式判断是否成功。

理解这些差异,有助于我们认识这项技术的可能性,同时更好地思考恢复、舒适度、独立性和可及性等问题。

辅助行动康复与学习工作场所支持适配、选择与参与
Robotic support and three meaningful outcomes A conceptual figure wears a lower-limb support frame. Three separate questions concern assistance during use, ability retained after training, and everyday activities and choices. The drawing does not represent a particular device. Movement with support Choose the outcome that matters. Support Conceptual illustration During use Useful assistance with a task After training Relevant changes that remain Everyday life Activities, participation and choice
需要分别评估的三项结果:使用期间获得的有效辅助、训练后保留的变化,以及日常生活中的参与。
从个人目标出发

站立、伸手、行走、工作和节省体力,可能因不同原因而各自重要。

明确发生了哪些变化

设备提供的辅助、个人自身的能力以及日常生活中的选择,是彼此不同的结果。

纳入整体安排

适配、训练、支持、维护和可用的环境,都应与硬件配套考虑。

01
从预期收益开始

辅助、康复与参与

外骨骼是穿戴在身体外部、用于支撑或影响运动的结构。有些外骨骼包含动力关节;另一些则使用弹簧或其他被动机制。康复机器人的范围更广:还包括引导手部、辅助迈步,或提供受控练习任务的设备,而不一定需要作为完整框架穿戴在身上。

同一设备可以发挥不止一种作用,但这些作用需要分别进行评估。设备运行时,辅助可能会改善表现。康复旨在通过护理和练习计划改善功能。表现辅助可能会减少用力,或帮助某人完成特定任务。

世界卫生组织从功能、个人目标以及人与环境之间的互动来描述康复。[1] 这为我们提供了一个有用的起点:先选择有意义的活动,再考虑哪些工具可能有所帮助。

使用期间的辅助

使用设备时,此人能否完成有用的任务?应包括所需的帮助、时间和努力。

训练后的变化

在适用的情况下,减少辅助或移除训练设备后,相关改善是否仍然存在?

生活参与

这种安排是否扩大了此人在家中、工作场所或社区中可以选择做的事情?

一个人可能重视在支撑下站立,而不期待无需辅助即可行走。另一个人可能更喜欢使用轮椅高效出行,同时使用机器人进行特定训练。辅助技术包括许多产品及其配套服务;组合使用通常很有帮助。[2]

重要的是将设备与个人的实际需求和替代方案进行比较。行动能力的价值体现在自由、舒适和参与上,不必局限于某一种移动方式。

02
不同设计解决不同问题

有哪些类型的机器人和外骨骼?

可以从多个维度描述设备:与身体接触的位置、是否提供外部动力、传递作用力的方式,以及预期使用场景。“机器人”一词本身无法说明这些特征。

矫形器用于支撑或改善身体结构的功能;假肢用于替代缺失的身体部位。外骨骼可以作为矫形设备使用,但许多矫形器是简单的无动力产品。世界卫生组织的矫形器和假肢标准将这些产品纳入评估、适配和持续服务体系。[3]

类别之间存在重叠;实际设备及其预期用途才是关键
设计 与身体的交互方式 典型用途或局限
刚性穿戴式外骨骼 框架、绑带和关节通过连接点传递作用力。 可提供有力的引导或支撑;需要注意对齐和活动自由度。
柔性机器人外骨骼服 织物、缆索或柔性执行器向身体施加作用力。 可通过刚性较低的结构辅助运动;柔性构造并不保证能够完全支撑体重。
被动支撑设备 弹簧、弹性元件或机械结构可支撑或重新分配负荷。 无需电动机即可降低特定任务的负荷;辅助程度会随姿势变化。
动力穿戴式设备 执行器在控制器作用下提供力或关节扭矩。 可辅助选定的运动;供电、时序以及发生故障时的行为都很重要。
末端执行器康复机器人 手、脚或其他末端与手柄、平台或附件相互作用。 无需匹配肢体的每个关节,即可引导或阻力辅助某项任务。
固定式步态训练系统 可以结合使用跑步机、移动脚踏板、体重支撑或机器人腿部引导。 支持进行受控迈步练习;临床中的结果需要进行相关的功能评估。

身体部位只是描述的一部分

上肢系统可以支撑肩部、肘部、腕部或手指。下肢系统可以辅助髋部、膝部或踝部。即使设备被描述为“全身”,它仍有具体的支撑关节、动作和使用条件。

一些手臂支撑产品可以抵消重力,而不会驱动动作。其他产品则会主动引导或抵抗动作。说明具体机制比想当然地认为每个康复支具都包含电机,或每个可穿戴框架都用于日常行走,更有信息价值。

03
在正确的时间提供适当的力

动力系统、传感与控制

执行器将能量转化为机械动作。电动机、加压空气、液压系统和其他机构都可以产生力。传动装置、缆线和连杆决定了这种动作如何传递到身体。围绕关节产生的转动效应称为扭矩。

主动动力辅助需要能源,便携式系统通常使用电池。容量、携带质量、速度、负载和运行条件都会影响实际可用时间。在某一测试条件下测得的规格,并不能保证适用于每位用户每天的使用情况。

被动辅助仍然必须传递力

弹簧在发生形变时可以储存能量,并在之后释放其中一部分。支撑结构也可以改变负载传递的路径。两者都无法创造无限的能量。运动某一部分中的辅助可能会在另一部分引入阻力,因此应评估完整任务。

控制器解读信号

关节编码器用于估计位置或旋转角度;惯性传感器用于检测运动的各个方面;力传感器用于测量特定位置的负载。有些系统使用肌肉电信号、重心转移或按钮来启动动作。其他系统则按照预先设定的顺序运行,并配有安全检查。

控制器将这些输入与其规则或模型结合起来,以选择输出。它可能会估计步行阶段或可能的预期动作。这种估计并不等于直接读取人的想法。实用的控制器还需要识别不确定性、意外阻力以及超出其预定运行范围的情况。

辅助可以采取不同形式

机器人控制策略包括引导运动轨迹、仅在需要时提供辅助、提供阻力,或制造特定任务的挑战。[4] 每种方式都会改变人与机器之间的互动。更多辅助可以让完成动作更容易,但练习所需的适当辅助量取决于目标以及个人当前的能力。

机器学习是调整行为的一种可能方法。每一种有效设备都不需要机器学习,而采用机器学习也不能证明辅助在临床上有用或与特定人员良好匹配。

04
同时观察人与机器

力、适配性以及测量结果的含义

可穿戴设备通过身体接触发挥作用。施加在袖带、绑带、鞋子或腰带上的力必须能够在进入身体的部位被承受,并在其他部位得到支撑。降低一个位置的需求可能会改变另一个位置的需求。

人体关节也会沿复杂的路径运动。刚性机械铰链与生物关节在整个运动过程中不会自动保持对齐。因此,适配性不仅涉及框架是否适合某人的身高,还涉及运动、压力、舒适度和控制。

NIOSH强调,人体尺寸和设计中的代表性会影响职业外骨骼的适配性和可及性。[5] 不应假定在一种体型上的成功演示能够代表所有用户。

询问哪些内容是直接测量的,哪些内容是推断得出的
测量值或得分 它能告诉我们的内容 它本身无法确定的内容
关节位置或活动范围 系统在指定坐标系中测量或估算的运动。 无痛功能、组织健康状况或有意义的日常改善。
传感器处的力或扭矩 测量部位的连接处、手柄或设备关节处的负荷。 肌腱、关节表面或脊柱结构所承受的全部内部负荷。
表面肌电 从电极附近的肌肉检测到的电活动。 对肌肉力量、疲劳、组织损伤或未来伤害的直接测量。
步数或重复次数 有多少事件符合该计划的计数规则。 该人贡献了多少,或练习是否改善了功能。
代谢能量成本 使用适当方法测量的生理能量需求。 永久性的体能提升,或在不同任务中获得相同的益处。
完成时间或成功得分 在所记录的条件和辅助设置下的表现。 在排除设置、监督或辅助影响的情况下得出的独立性。

表面肌电需要特别谨慎:其幅度取决于测量条件和生理条件,将其解读为肌肉力量或长期适应可能会产生误导。[6] 辅助任务期间较低的信号可能是关于该任务的有用证据,但不能证明设备能够预防伤害。

使比较具有可解释性

记录任务、速度、设备设置、辅助等级以及提供的任何支持。如果一个人因为机器人现在提供了更多帮助而能伸得更远,那么结果描述的是另一种条件。只要这种变化是可见的,两种观察结果都可能有用。

有帮助的评估应将系统数据与功能表现和使用者体验结合起来。应询问哪些事情变得更容易、哪些变得更困难,以及这种改善是否出现在患者真正想要进行的活动中。

05
机器人是康复计划的一部分

机器人练习如何支持康复

康复机器人可以提供可重复的任务,支撑肢体的一部分重量,或让患者在独立尝试非常困难时仍能进行运动练习。它还可以提供受控环境,用于观察表现并调整任务。

只有当这些能力能够创造有价值的练习时,它们才具有重要意义。高重复次数只有结合活动、用力程度、辅助和恢复情况来考虑才有用。按照规定的路径移动肢体,与学会在日常生活中使用肢体,是相关但不同的结果。

为患者的参与留出空间

根据目标,治疗师可能会在开始辅助前鼓励患者尝试,调整帮助的程度,或引入更具挑战性的任务。控制策略研究探讨了如何在提供支持的同时,不剥夺患者主动参与的有益机会。[4]

这并不意味着每个人都应接受最低程度的辅助。患者可能需要大量支持,才能舒适地参与。关键在于所选择的支持是否服务于当前目的,以及是否会随情况变化而调整任务。

将练习与有意义的活动联系起来

一个示例性的上肢训练可以将有支撑的伸手动作与把轻物放到易于够到的位置结合起来。步态训练之后可能加入在患者所处环境中重要的转身、停止或转移任务。临床团队会决定哪些活动合适,以及如何引入这些活动。

反馈应帮助患者理解任务。一个简单的结果或一个明确的调整,可能比同时显示多个信息更易于使用。游戏元素可能让练习更具吸引力,但应分别出于各自的目的评估愉悦感、出勤情况、运动变化和日常功能。

让整体护理计划保持衔接

睡眠、症状管理、营养、沟通和其他治疗都会影响参与情况。设备训练应与患者的整体护理计划和可用精力相匹配。机器日志上看似高效的训练,如果出行、准备和恢复占用了一天中的大部分时间,实际可能仍然很困难。

06
证据取决于评估结果

卒中后的机器人步态训练

卒中后,行走困难可能以不同组合涉及力量、协调性、感觉、平衡、耐力和注意力。步态训练设备可能有助于组织迈步练习,但没有单一机制能够概括每个人的需求。

2025年证据综述发现了什么

一篇Cochrane综述纳入了101项研究和4,224名成年人,检索截至2023年12月。电机辅助或机器人步态训练结合物理治疗,可能提高治疗结束时独立行走的可能性。但该综述并未证实平均步行速度或六分钟步行距离有相应改善,后续随访也未明确显示独立行走方面存在持续优势。这些发现涉及各种不同的设备和训练项目。[7]

独立行走、速度和耐力是不同的成就。一个方面有所改善的人,仍可能需要他人帮助才能完成另一个方面。这一结果也不意味着每位研究参与者都在日常生活中使用了便携式外骨骼。

另一个问题:即时辅助

在一项2020年的小型研究中,6名慢性卒中患者在测试时使用辅助性软体机器人外骨骼,步行速度更快、距离更远。[8] 这表明在测试条件下,设备辅助可能立即带来益处。但这并不能证明移除辅助后,同样的改善仍会保持。

利用证据选择目标

对于正在练习早期步行的人,相关问题可能是:该项目是否支持其在减少人工帮助的情况下实现有意义的步行进步。对于已经能够行走的人,重点可能是舒适度、行走距离或在特定环境中通行的能力。

评估应说明使用了哪种步行辅助器、矫形器、设备和人工支持。研究中的“独立”是一个操作性定义,并不一定意味着此人能够应对所有地面、楼梯或社区活动。

07
伸手和抓握是不同的任务

用于手臂和手部功能的机器人辅助

上肢机器人可以帮助支撑手臂以对抗重力、引导伸手、提供阻力,或辅助手指张开和合拢。完成一项完整的日常动作还可能需要感觉、物体识别、握力调节以及与另一只手的协调。

大型试验带来了哪些新认识

2019年的RATULS试验将770名卒中后手臂功能中度或重度受限者随机分组。试验比较了机器人训练项目、基于重复功能任务的强化治疗以及常规护理。与另外两种方案相比,机器人训练项目在主要手臂功能结局上未显示出显著优势。[9]

这项发现适用于所研究的项目。它提示我们应要求提供有关拟议干预及其功能性结果的证据,而不是想当然地认为,精确的动作引导或额外技术必然能带来更好的恢复。

辅助抓握也是一个有价值的研究目标

一项2023年的病例系列研究考察了一种软体机器人手套,旨在帮助慢性卒中患者完成手部任务。研究报告了辅助下手部操作表现的改善,并探讨了其易用性。[10] 这类早期工作可以发现可能性和设计问题,但不能证明不使用手套也能实现持久恢复。

对于实际试用,选择一个真实的物品和活动会有所帮助:稳稳拿住物品、在恰当时机松手,或完成穿衣过程中的一部分。设备必须能够实现合适的抓握,并提供可靠的释放方式,同时注意皮肤接触和感觉。

测量患者看重的活动

肘部活动范围更大可能很重要,但它不能等同于处理一顿饭或使用手机。功能测试、所需帮助以及患者自身的优先事项,能为动作测量提供背景。

一些有价值的结果需要持续获得帮助,另一些则与通过治疗培养出的能力有关。明确目标,就能诚实地认可这两类结果。

08
支持下的行走与日常移动

脊髓损伤后的外骨骼

对于一些脊髓损伤患者来说,动力行走外骨骼可以让其在支持下站立和迈步。不同系统在平衡支持、启动迈步以及所需辅助方面各不相同。使用前必须进行临床评估和设备专项评估。[11]

仅仅让腿部运动,并不能证明脊髓得到了修复。重要的问题包括:使用设备后,患者能够完成什么;需要多少帮助;以及这段经历是否服务于他们自行选择的目标。

社区使用已得到测试

一项于2024年开展的随机试验纳入了161名患有慢性脊髓损伤的退伍军人,比较了单独使用轮椅与在家中及社区使用轮椅并配合可穿戴行走外骨骼四个月的效果。外骨骼组在所选的患者自报告心理和身体健康结局方面并未取得显著更好的结果。设备使用率较低,同伴是否能够陪同是一个重要障碍。[12]

这有助于说明,成功完成一次行走演示,与安排好适用于日常生活的方案,是两个不同的问题。试验无法确定每个人看重什么,也不能证明不同的设备或支持模式会产生相同结果。

涵盖完整的移动过程

考虑进入设备、到达活动地点、转身、停止、休息并返回的全过程。遇到狭窄的门口会怎样?哪里可以坐下?如果出现问题,谁能提供帮助?设备如何在不同地点之间移动?

轮椅、适配型交通工具、无障碍环境和助行设备,可能服务于同一个人生活中的不同部分。时间、疲劳程度和辅助需求,可能与记录的步数同样重要。

关于预防压力性损伤、恢复骨密度或减少其他并发症的说法,需要针对这些具体结果的证据。不能仅仅因为设备能够帮助站立或行走,就认为它具有这些作用。

09
在更好的工作环境中为任务提供支持

职业外骨骼与身体工作负荷

职业用设备可以在头顶作业时支撑手臂,在弯腰时辅助躯干,或影响下肢用力。设备可以让某种特定姿势或动作感觉更轻松,同时改变其余任务的完成方式。

美国国家职业安全与健康研究所描述了有希望的工作负荷降低效果,同时也指出了适配性、活动能力和实施方面的实际问题。[13] 关键问题是,设备是否能在现实条件下改善整个任务,包括转换环节以及它并非主要为之设计的活动。

较低的工作负荷指标只是中间结果

短时间实验中肌肉活动减少,并不能证明数月或数年后受伤会减少。欧盟职业安全与健康局强调,长期影响仍存在不确定性,也需要考虑设备本身引入的风险。[14]

例如,手臂支撑设备可能有助于持续进行头顶作业,但也可能妨碍伸手够到低处货架、在狭窄区域内移动或使用防护装备。即使主要任务看起来完成得很成功,也应在试用中纳入这些转换环节。

首先改善工作系统

控制层级优先从源头消除或降低危害。[15] 相关选项可能包括调整物体重量、操作高度、可及性、设备或生产流程。工作组织方式和恢复机会也值得关注。

随后,工作场所试用可以评估外骨骼是否能为剩余任务带来实际益处。应让工作人员参与定义成功标准,并报告不适或干扰情况。当目标是减轻身体负担时,仅以生产率作为衡量标准是不完整的。

不要让助力变成额外压力

任务变得更容易,并不意味着应自动增加负重、加快定额或延长暴露时间。如果预期发生变化,应重新评估实际工作负荷。工作人员需要有切实可行的方式暂停工作、报告问题并请求调整安排。

10
节省用力与提升能力是两回事

运动、健身与老龄化支持

助力装置可以减少完成某项动作所需的用力程度。在一项2022年的研究中,研究人员利用可穿戴设备的测量数据,对踝关节外骨骼的助力进行了个性化调整,并在测试条件下证明其可降低步行能耗。[16] 这是工程上的成就,具有潜在的实际价值。但这并不能说明穿戴设备会使使用者在没有辅助的情况下长期提高体能。

不同目标的示例;评估应与目的相匹配
目标 评估内容 一个有用的区分
以更少的用力行走 在可比条件下的能量消耗或主观用力程度、舒适度和实际行走距离。 使用时节省能量不同于在没有辅助的情况下培养耐力。
恢复与运动相关的能力 在康复计划中关注相关的力量、动作、耐受性和专项运动功能。 机器的关节活动范围评分只是恢复的一部分。
参与更多活动 实际完成的活动、愉悦感、疲劳程度以及所需的支持。 即使无辅助能力没有改变,参与程度提高也可能很重要。
随着年龄增长保持独立 有意义的日常任务、可用性、与跌倒相关的评估以及其他支持需求。 年龄本身不能确定适用性,也不能证明设备能够预防跌倒。

运动康复需要相关的循序渐进

受伤后,机器人设备可以提供受控任务或可重复的测量。应在康复计划中评估其附加价值。例如,Aspetar关于前交叉韧带重建术后康复的指南涵盖了锻炼,以及向功能和运动需求逐步恢复的过程。[17]

这一过程不只是关注在机器上进行对称运动。组织恢复、力量、耐受性、协调性以及运动本身的要求仍然重要。设备不应自动加快复出日期,也不应替代适当的评估。

老年人的目标和能力各不相同

有些人可能重视在行走或站立时获得帮助;另一些人则需要更好的通行条件、合适的鞋具、助行器或不同的锻炼安排。世界卫生组织的身体活动指南支持老年人进行适当调整的有氧、力量和身体平衡活动。[18]

应结合使用者的需求和可选方案来考虑可穿戴辅助设备。关于减少跌倒、延长独立生活时间或预防衰弱的主张,需要直接证据。舒适地参与活动,并为有价值的活动保留精力,本身就是值得追求的结果。

11
综合评估使用者、设备和环境

选择、适配与安全使用

适用性取决于型号、预期用途和使用者。与安全带及临床团队配合使用的设备,其作用可能与用于家庭或工作场所的可穿戴设备大不相同。

人因指导强调目标用户、任务和环境。[19] 对于动力行走外骨骼,监管控制还涉及测试、培训、适用用户和警示等事项。[20] 这些原则有助于梳理以下问题;它们不是通用的资格检查清单。

使用设备专用说明,并进行适当的临床或职业评估
领域 需要明确的问题 为什么重要
物理适配 在预期的整个动作范围内,尺寸、关节对齐、附件和衣物是否都能配合? 静态适配在伸手、坐下或转身时可能发生变化。
健康与功能需求 承重要求、所需动作和预期用力是否适合此人? 能够装入设备并不代表已具备使用条件。
皮肤与感觉 能否检查接触部位,并发现和处理压力或摩擦? 当感觉减弱时,仅凭舒适度反馈可能无法发现问题。
支持与控制 谁协助转移、保持平衡、设置设备和停止操作?用户能否操作控制装置? 支持需求是实际活动的一部分。
环境 地面、门口、座椅、通行条件以及其他设备是否与使用要求兼容? 诊所内的演示可能无法代表预期的使用环境。
故障与维护 发生故障、断电或出现意外阻力时会怎样?谁负责维修保养? 在问题发生之前,必须了解可操作的停止和恢复程序。

临床风险需要进行个体化评估

对于脊髓损伤者,相关问题可能包括骨骼脆弱、皮肤损伤、活动受限、痉挛以及难以耐受直立姿势。有些人还容易发生自主神经反射异常。临床团队应评估这些问题,并制定适合个人和设备的监测计划。[11]

不要认为承重越多就一定越合适,也不要因为没有疼痛就认定承重是安全的。出现新发疼痛、皮肤损伤、明显头晕或设备行为异常时,应停止使用,并按照约定的支持计划进行评估。

学习实用技能

培训包括穿上和脱下设备、启动、停止、改变姿势以及应对问题。学习期间应使用所要求的监督和环境。不要临时加装附件,也不要绕过限制,以使设备适用于不同任务。

在依赖先前评估结果之前,应重新评估适配性、健康状况、周围环境或软件的变化。目标是让设备的使用易于理解且可靠,并提供足够的支持,以便在情况发生变化时作出应对。

12
可及性包括服务和选择

成本、伦理、监管与个人数据

了解实用可及性的全部成本

相关承诺可能包括评估、适配、培训、工作人员或陪同人员的时间、交通、维护、耗材和维修。即使某设备可以购买,如果缺少这些服务,实际使用仍可能不切实际。

WHO 将获得辅助技术视为产品及其周围系统共同构成的问题。[2] 对于家庭或诊所而言,将整套安排与能够实现同一目标的替代方案进行比较是明智的。根据具体情况,共享使用权或在监督下试用可能比拥有设备更有用。

资金和报销取决于国家、提供方、设备和适应症。请针对实际方案获取最新的书面信息,包括部件发生故障或个人需求发生变化时将如何处理。

法规符合性回答的是一个具体问题

在欧盟,医疗器械受适用的《医疗器械法规》框架管辖,其要求与预期用途相关。CE 标志表示符合适用要求;但它并不表明某设备对每位用户都是最佳选择,也不表明其优于另一种康复方式。[21]

询问拟议应用的预期用途、使用说明和相关证据。研究原型、职业支持设备和医疗康复系统不应被视为可以相互替代。

为明确目的收集信息

运动日志、表现记录和关联的健康信息可能属于个人数据。在适用 GDPR 的情况下,处理数据需要适当的合法依据、目的限制、数据最小化和适当的保障措施。健康数据和某些可识别个人身份的生物特征数据需要额外保护。[22]

说明谁可以查看记录,以及这些记录是否会影响护理、就业或获得服务。个人应能够询问结论是如何得出的,并更正不准确的背景信息。运动评分不应变成对努力程度或投入度的无法解释的评判。

EDPB 指南强调,权力不平衡可能会损害自由作出的同意,尤其是在工作场所。[23] 参与设备试用与同意将数据用于其他用途应分别考虑。有用的技术应增加个人的选择,并尊重其改用其他方案的决定。

13
让拟议的益处可以接受审查

评估设备的五步框架

这是一个用于与康复团队、职业治疗专家或服务提供商讨论设备的原创实用框架。它有助于将宽泛的承诺转化为具体试用;它不是治疗方案。

  1. 选择一项有意义的活动。

    用日常语言描述目标:练习站立、放置物品、在两个地点之间移动,或减轻负担以完成某项具体工作。明确目标是获得使用时的辅助、通过训练提升能力,还是通过新的安排实现参与。

  2. 比较合适的选项。

    结合相关治疗、矫形器、移动辅助设备、任务调整或环境改造来讨论该设备。核实预期用途、证据、支持需求和可能的总成本。在明确说明的条件下,确定个人的初始表现。

  3. 尝试完整的方案。

    进行适当的评估、适配和监督。包括准备、转移、控制操作、任务转换、休息和结束训练。了解需要哪些帮助,以及在预期使用环境中是否确实能够提供这些帮助。

  4. 衡量选定的获益及任何负担。

    记录结果、设备设置、完成的练习、舒适度、疲劳程度和所需时间。跟踪变化时使用可比条件。如果目标是保持改善,应安排在辅助任务之外进行适当评估;如果目标是持续获得辅助,则应评估在该辅助下的实际使用情况。

  5. 复查并规划持续支持。

    决定对这个人而言,获益是否值得付出的努力和成本。继续使用、进行调整或选择其他方法。就维护、随访、问题处理支持和备用方案达成一致。当需求、设备或情况发生变化时,重新审视这一决定。

示例:让家务更轻松

设想一位手部功能受限的人,希望在使用另一只手时稳稳地拿住一个轻物体。治疗师和当事人首先一起查看任务、身体定位和可用的辅助工具。他们会考虑机器人手套是否能提供有用的辅助。

监督下的试用包括戴上手套、操作控制装置、抓取和释放物体,以及检查接触部位。团队记录个人是否能够完成任务、需要多少帮助,以及准备过程是否使活动变得不切实际。

成功的结果可能是使用手套更舒适地完成活动。如果康复也是目标,则应单独评估在没有其辅助时是否有所改善。无论如何,个人的体验有助于决定该工具是否适合纳入其日常生活。

简明复查记录

选定的活动 · 设备和设置 · 所需帮助 · 结果 · 舒适度和疲劳 · 准备时间 · 个人偏好 · 下一步决定。

14
有前景的研究需要有意义的终点指标

机器人技术和外骨骼可能的发展方向

通过改善贴合度、力量传递、控制、能耗和服务,可能会出现更好的设备。某个部件取得进展,仍需在完整系统中进行评估。例如,较轻的执行器只有在由此形成的设备仍然实用、耐用且易于管理时,才具有价值。

软体系统可以解决特定的运动问题

一项 2024 年概念验证研究使用软体机器人服装,帮助一名帕金森病患者进行髋部运动,并在多种测试条件下避免步态冻结。[24] 这是一个针对特定问题的有意义示例。一名参与者的结果并不能证明其对更广泛人群有效。

脑机接口拓展了控制的可能性

在 2019 年的一次演示中,一名四肢瘫痪的参与者使用植入式脑机接口控制外骨骼,包括在悬吊支撑下行走。[25] 这项工作展示了一种控制可能性,但并未证明能够在社区环境中独立行走。

神经接口带来了关于信号、训练、可靠性、临床适用性和长期支持等自身问题。应将其作为整体干预的一部分进行评估,并明确结果指标且让参与者参与其中。

自适应控制应保持可理解性

AI 方法可能有助于估计运动或个性化辅助。NIST 的《人工智能风险管理框架》强调有效性、可靠性和使用情境。[26] 对于可穿戴机器人,实际问题包括控制器在熟悉条件之外如何运行、限制措施是否仍然有效,以及如何审查变更。

当更复杂的算法能够带来更好的交互时,它才有价值。有用的研究指标应包括相关活动、舒适度、不良影响、时间、支持需求和持续使用情况,同时也要考察技术性能。

与将要长期使用它的人共同设计

用户可以揭示实验室任务容易忽略的优先事项:安静运行、便于穿着的衣物、可靠的脱离机制、更便于运输、维修通道,或减少对他人的依赖。当目标是实现日常参与时,这些都是核心设计要求。

未来应提供更多切实可行的选择。有些会是先进的可穿戴机器人;另一些则可能是更简单的设备、改进的服务或更易于使用的环境。当某种选择能帮助人们完成对自己有价值的事情时,都值得重视。

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读者经常提出的问题

常见问题

在外骨骼中行走是否意味着一个人已经恢复了行走能力?

这展示了使用该设备及其所提供支撑时的行走情况。应在适当条件下,单独评估个人自身能力的恢复情况。当辅助行走服务于特定目标时,它仍然可能具有价值。

所有外骨骼都是动力驱动的吗?

不会。被动式设备使用结构、弹簧或弹性机制来支撑或重新分配负荷。动力系统则通过执行器提供机械作用。具体任务决定哪种方式有用。

柔性外骨骼服会自动更加舒适吗?

柔性结构可以减少刚性结构,但设备仍会通过与身体的接触传递力量。舒适度取决于贴合度、压力、运动、热量、控制方式和活动内容。需要在使用过程中进行评估。

康复机器人总是优于普通治疗吗?

不能。研究结果取决于具体病症、项目、对照方案和结局指标。这里讨论的证据在步行和手臂功能方面有所不同。请询问拟议系统针对具有类似目标的人群展现了哪些效果。

外骨骼能替代轮椅吗?

对于合适的人,它可能满足某些移动或锻炼目标。对于其他活动,轮椅可能仍是更实用的工具。应考虑完整行程、所需体力、环境以及所需帮助。

工作场所外骨骼能预防背部或肩部受伤吗?

短期内降低用力或肌肉活动并不能证明可以预防受伤。应评估整个工作、任何新出现的困难以及长期结果。减少工作系统中危害的变化仍然很重要。

较低的肌电图(EMG)信号是否意味着任务更安全?

它描述的是特定条件下的电学测量,并不能直接测量组织内部负荷或未来受伤的可能性。应结合任务、测量方法和其他相关结果进行解读。

康复设备可以在家中使用吗?

只有在特定设备、预期用途、评估、培训和支持安排均允许的情况下才可以。居家使用需要可行的环境、必要时获得帮助的条件,以及应对技术或健康问题的计划。

机器人辅助会让肌肉变弱吗?

效果取决于设备如何随时间改变活动和负荷。辅助装置可以让人参与更多活动,同时降低特定动作期间的需求。当相关力量和功能属于目标时,应对其进行跟踪。

在决定使用设备之前,我应该询问什么?

请询问它应改善哪项有意义的活动、有哪些证据支持该用途、需要什么帮助和培训,以及完整成本包括哪些内容。合适的试用应展示整套安排,包括设备设置以及问题发生后的恢复处理。

16
证据与范围

来源及延伸阅读

来源核查日期:2026年9月6日。本教育指南结合了精选的原始研究、研究综述、临床指南以及官方技术或政策来源。这些来源回答的问题各不相同:可行性研究探索某种可能性,临床试验评估一项干预措施,而监管或职业指导则涉及要求和实施。

这些研究是示例,并非产品排名,也不是对每种设备的详尽评述。研究结果仍取决于所研究的人群、任务和支持条件。实用框架和日常示例均为原创说明。

在相关环境中评估个人的临床适用性、职业用途和资金需求。设备说明、服务和证据可能会发生变化。链接来源有助于核查本文主张的依据和局限。

  1. 世界卫生组织。康复。概况介绍;2024年4月22日。康复有助于改善功能和参与,并根据个人的目标、偏好和具体情况进行调整。返回正文 ↑
  2. 世界卫生组织。辅助技术。概况介绍,2024年1月2日。指出了获得辅助产品的障碍,以及围绕辅助产品提供服务的重要性。返回正文 ↑
  3. 世界卫生组织。世界卫生组织假肢与矫形器标准。标准与实施指南。2017。涵盖产品、人员和服务提供。硬件选择应纳入评估、适配、培训和持续护理流程。返回正文 ↑
  4. Marchal-Crespo L、Reinkensmeyer DJ。神经损伤后机器人运动训练控制策略综述。Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation。2009;6:20。doi:10.1186/1743-0003-6-20。解释了辅助与挑战策略。单独一种控制策略并不能证明临床有效性。返回正文 ↑
  5. 美国国家职业安全与健康研究所。外骨骼与职业健康公平。NIOSH Science Bulletin。2020。解释了贴合度和代表性如何影响获得外骨骼的机会,以及使用外骨骼可能带来的身体后果。返回正文 ↑
  6. Vigotsky AD、Halperin I、Lehman GJ、Trajano GS、Vieira TM。解读运动与康复科学研究中的表面肌电信号幅度。Frontiers in Physiology。2018;8:985。doi:10.3389/fphys.2017.00985。解释了将表面肌电幅度解读为力量、适应或生理机制时存在的局限。返回正文 ↑
  7. Mehrholz J、Kugler J、Pohl M、Elsner B。卒中后行走的机电辅助训练。《Cochrane系统综述数据库》。2025年;(5):CD006185。doi:10.1002/14651858.CD006185.pub6。101项研究;检索截至2023年12月。各项结局和随访结果存在差异。返回正文 ↑
  8. Awad LN、Kudzia P、Revi DA、Ellis TD、Walsh CJ。穿戴软体机器人外骨骼行走更快、更远:对卒中后步态辅助和康复的启示。《IEEE医学与生物学工程开放期刊》。2020年;1:108–115。doi:10.1109/OJEMB.2020.2984429。对6名慢性卒中患者即时辅助表现开展的小规模研究;不能证明能够实现持久恢复。返回正文 ↑
  9. Rodgers H 等。卒中后上肢机器人辅助训练(RATULS):多中心随机对照试验。《柳叶刀》。2019年;394:51–62。doi:10.1016/S0140-6736(19)31055-4。770名参与者;主要功能结局显示,该机器人项目并不优于对照方案。返回正文 ↑
  10. Lim DYL、Lai HS、Yeow RCH。用于辅助慢性卒中患者手功能的双向织物软体机器人手套。《神经工程与康复杂志》。2023年;20:120。doi:10.1186/s12984-023-01250-4。关于辅助完成手部任务和可用性的早期病例系列证据;未证明能够实现持久的无辅助恢复。返回正文 ↑
  11. 模型系统知识翻译中心。用于脊髓损伤患者地面行走的机器人外骨骼。脊髓损伤资料表;访问日期:2026年9月6日。提供评估、训练、风险和实际限制方面的指导。具体适用性和使用条件因设备而异。返回正文 ↑
  12. Spungen AM 等。瘫痪退伍军人借助外骨骼行走:一项随机临床试验。《JAMA 网络开放》。2024;7(9):e2431501。doi:10.1001/jamanetworkopen.2024.31501。161名随机分组参与者;可在家中及社区使用四个月。必须结合使用情况和所选健康结局进行解读。返回正文 ↑
  13. 国家职业安全与健康研究所。外骨骼:预防建筑工作场所中与工作相关的肌肉骨骼损伤和疾病的潜力。NIOSH 科学简报。2022。讨论了潜在益处、实施问题和风险。仅凭短期工作负荷指标无法证明长期伤害预防效果。返回正文 ↑
  14. 欧洲工作安全与健康局。使用外骨骼对职业安全与健康的影响。讨论文件。2019年8月27日。讨论了相关益处、不确定性和工作场所预防措施。该文件并非对某一特定设备的认证。返回正文 ↑
  15. 国家职业安全与健康研究所。控制措施层级。官方职业健康指导。2024。优先采用通过工作系统消除或降低危害的控制措施。具体干预措施需要根据任务进行适当评估。返回正文 ↑
  16. Slade P、Kochenderfer MJ、Delp SL、Collins SH。在真实世界步行时个性化调整外骨骼辅助。《自然》。2022;610:277–282。doi:10.1038/s41586-022-05191-1。研究表明,在所测试条件下,个性化踝部辅助可降低步行能耗;但这并非针对衰弱或跌倒预防的试验。返回正文 ↑
  17. Kotsifaki R 等。Aspetar 前交叉韧带重建术后康复临床实践指南。《英国运动医学杂志》。2023;57:500–514。doi:10.1136/bjsports-2022-106158。临床康复与进阶指导。该指南并未证实机器人设备具有额外益处。返回正文 ↑
  18. 世界卫生组织。《世卫组织关于身体活动和久坐行为的指南》。2020年指南;已于2026年9月核查现行建议。一般身体活动指南,包括适合老年人的力量和‍平衡训练;并非对外骨骼的评估。返回正文 ↑
  19. 美国食品药品监督管理局。《将人因与可用性工程应用于医疗器械》。指南发布于2016年2月。关于预期用户、用途和使用环境的医疗器械指南。此处用于解释一项设计原则,而非将所有健身产品归类为医疗器械。返回正文 ↑
  20. 美国食品药品监督管理局;《联邦法规电子版》。《动力下肢外骨骼:21 CFR § 890.3480》。现行法规文本;已于2026年9月6日核查。美国的特别控制措施体现了针对具体器械的测试、培训和标签要求;它们并非全球适用资格规则。返回正文 ↑
  21. 欧洲议会和欧盟理事会。《医疗器械条例——条例(EU)2017/745》。合并文本日期为2026年7月19日。选定条款涉及预期用途、安全性、性能和合规性。法规合规性不同于比较性临床获益的证据。返回正文 ↑
  22. 欧洲议会和欧盟理事会。《通用数据保护条例——条例(EU)2016/679》。2016年4月27日;已核查选定条款。第4至第9条及相关条款为个人数据、处理原则、合法依据和特殊类别的讨论提供依据。仍有必要针对具体数据集进行评估。返回正文 ↑
  23. 欧洲数据保护委员会。关于《2016/679号条例》项下同意的05/2020号指南。2020年5月4日通过;1.1版。官方《通用数据保护条例》解释,包括就业关系中的权力不平衡和真正的选择。数据处理同意与接受干预的同意是不同的。返回正文 ↑
  24. Kim J 等。用于避免帕金森病患者步态冻结的柔性机器人服装。《自然·医学》。2024;30:177–185。doi:10.1038/s41591-023-02731-8。一名患者在多种情况下参与的概念验证研究。其更广泛的有效性仍需进一步研究。返回正文 ↑
  25. Benabid AL 等。四肢瘫痪患者通过硬膜外无线脑机接口控制的外骨骼:概念验证演示。《柳叶刀·神经病学》。2019;18:1112–1122。doi:10.1016/S1474-4422(19)30321-7。一名参与者的概念验证研究,包括悬吊式外骨骼行走;并不代表独立的社区活动能力。返回正文 ↑
  26. 国家标准与技术研究院。人工智能风险管理框架(AI RMF 1.0)。NIST AI 100-1。2023。涵盖可信人工智能和使用场景的自愿性跨行业框架。它不能证明某一特定健身算法有效。返回正文 ↑
服务于生活的运动

最好的支持会拓展一个人可以选择做的事情。

有用的机器人可以帮助某人练习困难的动作、完成有价值的活动,或为一天余下的时间保存体力。它的成功应当体现在这个人的生活中,与其偏好、人际关系、工作和机会相伴。

从一个有意义的目标开始,谨慎选择支持方式,并诚实地评估结果。这样,工程才能成为更持久的事物:为能力、参与和自由提供可靠的贡献。

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