对于脊髓损伤、关节创伤或中风患者而言,康复过程往往持续数月,并直接决定其能否恢复独立生活能力。这项工作极其精细,数十年来主要依赖治疗师的手动操作、临床直觉以及仅能提供基础支撑的被动设备。
这种模式正在改变。欧洲部分诊所和医院中,可穿戴机器人外骨骼正将物理治疗转化为数据丰富、反馈驱动的流程。嵌入式传感器追踪关节角度、肌肉激活状态和步态对称性;电机可在患者发起动作后提供辅助或完成动作。由此产生的训练既可量化又具适应性,既能加速康复进程,又能减轻临床医生的体力负担。
"我们需要超越简单的机械原理,"意大利热那亚意大利技术研究院(IIT)的首席机电工程师尼科洛·博卡多博士表示,"目标是实现'具身化'——设备应足够直观,让患者将其感知为自身肢体的延伸,而非需要操作的工具。"
在欧洲西北部,多个团队正在测试这一理念的实际应用效果,既针对重新学习行走的患者,也面向寻求日常工作中重体力保护的医护人员。早期试点项目展现出潜力,同时也揭示了亟待解决的现实障碍。
从被动支持到主动康复
外骨骼是设计用于增强或恢复运动能力的可穿戴机电框架。下肢系统通过辅助髋、膝或踝关节支持行走;上肢设备助力肩部、手臂和手部功能;躯干及背部设计则稳定躯干并减轻劳损。在神经康复领域,外骨骼帮助患者在脑卒中等神经损伤后重新学习运动——在患者恢复肌肉控制时引导并支持动作。辅助型外骨骼提供主动推进力,完成用户发起的动作,这对仅能产生微弱自主运动的患者至关重要。
博卡多解释道,这些设备支持并引导身体自然运动,使脊髓损伤或严重肢体损伤患者能比传统方法更早练习站立、迈步和抬举。"受伤后不久就能直立站立或进行辅助迈步,能恢复患者的独立感,激励他们坚持完成艰难的康复过程。"
高重复性的正确步态训练利用神经可塑性重训神经系统,而直立活动则支持心血管健康、肠道功能、肌肉张力和骨密度,并减少关节僵硬等并发症。"在住院和门诊环境中,使用仿生外骨骼确实能加速康复,"他补充道。
博卡多团队在IIT开发了TWIN下肢外骨骼系统,专为脊髓损伤患者设计。该模块化系统将动力关节与被动顺应性结合,减轻重量并简化穿脱流程。目前该设备正在意大利六家医院进行临床验证。
临床实况:学习"驾驶"机器人
"单靠硬件无法决定效果,"意大利伊莫拉蒙特卡托内康复研究所物理医学专家伊利亚·巴伦奇尼博士指出,该中心正试点IIT设备。治疗效果取决于患者接受度和技术融入护理流程的方式。"挑战在于建立信任,"巴伦奇尼解释,"患者必须感受到机器是伙伴而非束缚,才能充分投入康复过程。"
对于习惯手动指导的物理治疗师而言也存在学习曲线。"使用外骨骼时,治疗师必须学会成为'驾驶员'。"临床医生需解读传感器数据和机械反馈以个性化训练,而非依赖触觉提示。尽管需要适应,但该技术对医护人员益处显著:机器人承担了患者大部分体重,减少了手动步态训练中常见的治疗师体力消耗和背部损伤风险。
保护医护人员:符合人体工学的外骨骼
相同技术正被探索用于保护医护人员,避免其在搬抬患者或长时间站立操作中遭受肌肉骨骼损伤。
"医疗领域代表着外骨骼创新增长最快的机遇之一,"德国希尔德斯海姆应用科技大学护理科学家 Shiney Franz 博士表示。护理工作因搬抬、转移患者及长期保持不良姿势,肌肉骨骼疾病风险极高——发生率常超过重工业领域。
Franz 领导的 MSD-CARE 项目由欧盟西北欧区域计划共同资助,旨在将工业外骨骼适配临床使用。在模拟医院环境中,来自德国、爱尔兰和荷兰的护士及护工分别在使用与不使用设备的情况下执行常规任务。反馈呈现复杂性:工作人员肯定设备在高强度任务中的物理支持作用,但指出设计障碍将限制病房实际应用。
适配性与舒适度居首位。鉴于多数医疗工作者为女性,标准胸带设计造成不适。卫生要求不可妥协:材料必须经得起频繁消毒而不劣化。外观尤为重要——在儿科及认知障碍患者场景中,外观 intimidating 的设备可能破坏医患关系。快速穿脱至关重要,且外骨骼不能阻碍沟通或延误应急响应。
"市场机遇真实存在,"Franz 强调,"但仅适用于尊重用户现实的设备。成功取决于围绕医疗工作者自身需求设计,而非简单改造工厂设备。"
博卡多、Franz 和巴伦奇尼报告无相关财务关系。
曼努埃拉·卡利亚里是专注于人类与行星健康的自由科学记者,其作品曾发表于《医学共和国》《罕见病顾问》《新科学家》《卫报》及《麻省理工科技评论》等媒体。
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