機器人外骨骼作為運動輔助系統(tǒng)在癌癥康復中的應用
機器人外骨骼作為運動輔助系統(tǒng)在癌癥康復中的應用
癌癥已成為全球重大健康負擔，2020年全球新發(fā)癌癥病例高達1930萬，死亡人數(shù)約990萬。盡管治療水平不斷提高，大量患者術后或放化療后仍面臨肌肉萎縮、神經(jīng)損傷、極度疲勞、抑郁焦慮等多系統(tǒng)功能障礙，嚴重影響生活質量（圖 1）。現(xiàn)有的康復手段如物理治療、運動訓練、心理干預，雖然能部分改善體能與情緒，但依從性低（難以堅持）、運動風險高、康復資源不均，使康復成效受限。
在此背景下，一種可穿戴的動力機器人外骨骼（Robotic Exoskeleton），正成為癌癥康復中極具前景的運動輔助技術，實現(xiàn)更安全，更個性化的康復訓練 (圖1)。近日，由寧德師范學院附屬寧德市醫(yī)院、福建醫(yī)科大學寧德臨床醫(yī)學院神經(jīng)外科、寧德師范學院醫(yī)學院福建省毒物與藥物毒理重點實驗室、華中科技大學同濟醫(yī)學院等多所國內外科研醫(yī)療機構聯(lián)合組成的研究團隊，在開源期刊 《Research》 上正式發(fā)表綜述論文《Applications of Robotic Exoskeletons as Motion Assistive Systems in Cancer Rehabilitation》。該文系統(tǒng)闡述了機器人外骨骼作為癌癥康復創(chuàng)新的技術原理、治療潛力和未來發(fā)展方向。
癌癥康復方法概述
1.1 癌癥康復中的機器人外骨骼
許多癌癥患者在治療后仍面臨肌肉減少癥和活動能力問題等功能障礙，這就需要在不同的護理環(huán)境中進行個性化、多學科的康復（圖1，表1）。
1.2 當前運動療法在癌癥康復中的應用
癌癥相關疼痛（CRP）是常見且嚴重的癥狀。阿片類和輔助藥物雖是一線治療，但副作用大。運動療法的核心是采用整體、以患者為中心的方法，解決身體、心理和功能方面的損傷。運動能讓骨頭受到適當?shù)臋C械刺激，激活成骨細胞的活動；同時，它還能改善血液循環(huán)和氧氣供應，從而促進骨骼的新陳代謝和健康。抗阻運動和高沖擊運動在促進骨形成和減輕骨丟失方面尤為有效（圖1）。初步證據(jù)提示運動可減輕CRP，但研究結果存在異質性。
1.3 機器人外骨骼在癌癥康復中的優(yōu)勢
機器人外骨骼結合傳感器、智能控制與生物力學設計，能夠改善步態(tài)、姿勢和循環(huán)系統(tǒng)功能。研究表明，它能減輕放化療相關副作用（如神經(jīng)病變、耐力下降），并支持神經(jīng)肌肉恢復，降低跌倒風險。患者在外骨骼訓練中不僅運動能力提升，還獲得了疼痛緩解和心理信心的改善。
2.癌癥康復領域的進展與挑戰(zhàn)
2.1 循證癌癥康復概述
大量研究證實，運動康復可改善體能、心理狀態(tài)和生活質量，同時減輕疲勞、焦慮和失眠。然而，現(xiàn)實中仍受限于轉診率低（醫(yī)生或患者很少真正被推薦或轉介去做運動康復）、依從性不足（難以堅持）、資源分布不均（不同地區(qū)的康復資源差異巨大）。為此，相關指南與多模式策略（如PERCS分診、機器人外骨骼）或許可以改善康復服務的可及性，減少對藥物治療的依賴，并進一步優(yōu)化患者的功能預后。
2.1.1 基于個性化鍛煉的策略
個性化干預，如基于操作性條件反射的行為分級活動（BGA）和認知療法，能顯著提高依從性并改善功能。運動處方需結合治療方案與個體差異，才能發(fā)揮最佳效果。
基于個性化鍛煉的策略還包括根據(jù)癌癥類型及治療相關功能損傷特點定制方案，比如乳腺癌患者術后常出現(xiàn)肩部 / 上肢功能障礙，采用上肢主動輔助型外骨骼，通過模擬自然手臂運動，恢復肩關節(jié)靈活性與手部力量，結合漸進式肩部強化訓練，緩解術后疼痛；肺癌患者放療 / 化療后易出現(xiàn)呼吸肌萎縮，采用被動輔助型上肢外骨骼輔助呼吸肌訓練，同時結合低強度下肢訓練提升心肺耐力，改善 6 分鐘步行距離（平均提升100-150 米）；骨轉移患者骨骼脆弱易骨折，采用低強度主動輔助外骨骼，精準調整支撐力度與運動范圍，避免負重過度，同時通過低沖擊訓練促進骨代謝，延緩骨流失，降低骨折風險（配合注射型復合水凝膠可增強骨再生效果）。
2.1.2 多模態(tài)綜合康復方法
多模態(tài)康復包括鍛煉、肌肉刺激、認知行為療法、瑜伽、針灸、經(jīng)皮電神經(jīng)刺激等（圖2），可改善癌癥患者的疲勞、焦慮、疼痛與社會功能障礙。乳腺癌、頭頸癌等患者均從跨學科支持中受益。遠程醫(yī)療與營養(yǎng)干預進一步拓展了康復的可及性，使更多人能夠方便地獲得持續(xù)的康復支持。
2.1.3 遠程癌癥康復中的新興技術
遠程醫(yī)療結合機器人外骨骼、虛擬訓練、移動應用，使患者能在家中安全康復（圖2）。它突破了地理限制，尤其適合老年與行動不便患者。AI與可穿戴傳感器的加入，使康復更具個性化與實時反饋。
2.2 機器人外骨骼的技術基礎
2.2.1 類型與進展
康復用外骨骼分為主動型與被動型（圖2）。主動型可通過傳感器與驅動器提供動力，精準支持步態(tài)訓練，適用于下肢無力或癱瘓的患者；被動型則提供穩(wěn)定支撐，更適合康復早期或輕度功能障礙的患者。兩種類型的外骨骼都依托動態(tài)控制和運動學建模運行，將機械框架與電驅動或氣動系統(tǒng)相結合。隨著AI與柔性材料發(fā)展，患者可以根據(jù)自身需求調整助力和動作，并且設備便攜又舒適。
2.2.2 應用場景
外骨骼在步態(tài)恢復、心肺訓練、肌肉耐力增強中作用顯著。研究表明，它能減輕癌癥相關疲勞（CRF）、改善免疫功能和代謝水平。例如，美國國家癌癥中心的10周康復計劃顯著提升了患者的身體與情感功能。
2.3 運動康復的機制
2.3.1 免疫、炎癥與代謝調節(jié)
運動能減少炎癥、增強抗炎反應；外骨骼訓練則能讓這些好處更顯著。（圖2）。此外，運動還能改善代謝功能，緩解因治療相關的代謝紊亂。
2.3.2 心理社會與生理益處
運動能改善體能、情緒和自我效能感，對疲勞、焦慮和抑郁均有積極作用。系統(tǒng)化康復計劃能促進持久行為改變，使患者在癌癥后仍維持健康、積極的生活方式。
3.癌癥康復中的機器人外骨骼
3.1 功能恢復中的作用
外骨骼可促進步態(tài)、關節(jié)靈活性、上肢功能恢復（圖3）。在乳腺癌、結直腸癌及肺癌患者中，外骨骼訓練顯著提高了患者的活動能力和自信心。
3.2 隨機對照試驗與多學科方法
研究表明，外骨骼康復在步態(tài)、心肺耐力、心理健康方面優(yōu)于傳統(tǒng)康復（圖3）。未來需通過多中心試驗驗證其在不同癌癥類型中的適用性。
3.3 數(shù)據(jù)收集與評估
評估指標包括6分鐘步行試驗、疲勞評分和健康相關生活質量問卷等。初步研究顯示，外骨骼康復能有效緩解癌因性疲乏并改善功能（圖3）。
4.1 外骨骼增強身體恢復
結合有氧與抗阻訓練，外骨骼能顯著改善骨密度、肌肉力量和健康相關生活質量。
4.2 提升舒適度與信心
實時反饋增強患者康復信心，減少運動恐懼（圖4）。心理支持與運動結合能有效減輕焦慮和抑郁。
4.3 安全性與依從性
外骨骼可為骨轉移患者提供精準支撐，降低骨折風險（圖4）。智能反饋提高患者依從性和參與度。
4.4 多模式協(xié)同效應
營養(yǎng)、心理和運動干預結合，能顯著改善康復結局。外骨骼作為支撐工具，與傳統(tǒng)康復聯(lián)合使用，展現(xiàn)出長期療效（圖4）。
5.轉化挑戰(zhàn)與創(chuàng)新路徑
5.1 經(jīng)濟挑戰(zhàn)與未來方向
外骨骼成本高昂，政策支持與醫(yī)保覆蓋是推廣的關鍵（圖5）。
5.2 個性化與精準醫(yī)療
未來外骨骼將與AI、基因組學、實時傳感器結合，實現(xiàn)精準、個性化康復路徑（圖5）。
5.3 多學科協(xié)作康復服務
康復計劃需整合物理治療師、營養(yǎng)師、心理學家與工程師，形成協(xié)同機制，尤其在老年患者中意義重大。
5.4 新技術整合
遠程醫(yī)療、AI與VR的結合，將帶來低成本、高效率、可居家實施的康復新模式。
原文鏈接，作者及單位介紹
本文作者以及涉及機構較多，可通過原文查閱：
https://doi.org/10.34133/research.0855
關于維拓啟創(chuàng)
維拓啟創(chuàng)（北京）信息技術有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學、康復工程、人因工程、心理學、體育科學等領域的科研解決方案供應商。公司與國內外多所大學、研究機構、企業(yè)長期保持合作關系，致力于將優(yōu)質的產(chǎn)品、先進的技術和服務帶給各個領域的科研工作者，為用戶提供有競爭力的方案和服務，協(xié)助用戶的科研工作，持續(xù)提升使用體驗。
相關產(chǎn)品
癌癥已成為全球重大健康負擔，2020年全球新發(fā)癌癥病例高達1930萬，死亡人數(shù)約990萬。盡管治療水平不斷提高，大量患者術后或放化療后仍面臨肌肉萎縮、神經(jīng)損傷、極度疲勞、抑郁焦慮等多系統(tǒng)功能障礙，嚴重影響生活質量（圖 1）。現(xiàn)有的康復手段如物理治療、運動訓練、心理干預，雖然能部分改善體能與情緒，但依從性低（難以堅持）、運動風險高、康復資源不均，使康復成效受限。
在此背景下，一種可穿戴的動力機器人外骨骼（Robotic Exoskeleton），正成為癌癥康復中極具前景的運動輔助技術，實現(xiàn)更安全，更個性化的康復訓練 (圖1)。近日，由寧德師范學院附屬寧德市醫(yī)院、福建醫(yī)科大學寧德臨床醫(yī)學院神經(jīng)外科、寧德師范學院醫(yī)學院福建省毒物與藥物毒理重點實驗室、華中科技大學同濟醫(yī)學院等多所國內外科研醫(yī)療機構聯(lián)合組成的研究團隊，在開源期刊 《Research》 上正式發(fā)表綜述論文《Applications of Robotic Exoskeletons as Motion Assistive Systems in Cancer Rehabilitation》。該文系統(tǒng)闡述了機器人外骨骼作為癌癥康復創(chuàng)新的技術原理、治療潛力和未來發(fā)展方向。
文章信息
癌癥康復方法概述
許多癌癥患者在治療后仍面臨肌肉減少癥和活動能力問題等功能障礙，這就需要在不同的護理環(huán)境中進行個性化、多學科的康復（圖1，表1）。
表1. 現(xiàn)有癌癥康復方法比較
圖1. 癌癥康復中機器人外骨骼概述。（A）當前癌癥治療現(xiàn)狀；（B）癌癥康復需求推動設備發(fā)展；（C）癌癥康復中的運動療法；（D）機器人外骨骼在癌癥康復中的優(yōu)勢；（E）外骨骼的多維度作用
1.2 當前運動療法在癌癥康復中的應用
癌癥相關疼痛（CRP）是常見且嚴重的癥狀。阿片類和輔助藥物雖是一線治療，但副作用大。運動療法的核心是采用整體、以患者為中心的方法，解決身體、心理和功能方面的損傷。運動能讓骨頭受到適當?shù)臋C械刺激，激活成骨細胞的活動；同時，它還能改善血液循環(huán)和氧氣供應，從而促進骨骼的新陳代謝和健康。抗阻運動和高沖擊運動在促進骨形成和減輕骨丟失方面尤為有效（圖1）。初步證據(jù)提示運動可減輕CRP，但研究結果存在異質性。
1.3 機器人外骨骼在癌癥康復中的優(yōu)勢
機器人外骨骼結合傳感器、智能控制與生物力學設計，能夠改善步態(tài)、姿勢和循環(huán)系統(tǒng)功能。研究表明，它能減輕放化療相關副作用（如神經(jīng)病變、耐力下降），并支持神經(jīng)肌肉恢復，降低跌倒風險。患者在外骨骼訓練中不僅運動能力提升，還獲得了疼痛緩解和心理信心的改善。
2.癌癥康復領域的進展與挑戰(zhàn)
2.1 循證癌癥康復概述
大量研究證實，運動康復可改善體能、心理狀態(tài)和生活質量，同時減輕疲勞、焦慮和失眠。然而，現(xiàn)實中仍受限于轉診率低（醫(yī)生或患者很少真正被推薦或轉介去做運動康復）、依從性不足（難以堅持）、資源分布不均（不同地區(qū)的康復資源差異巨大）。為此，相關指南與多模式策略（如PERCS分診、機器人外骨骼）或許可以改善康復服務的可及性，減少對藥物治療的依賴，并進一步優(yōu)化患者的功能預后。
2.1.1 基于個性化鍛煉的策略
個性化干預，如基于操作性條件反射的行為分級活動（BGA）和認知療法，能顯著提高依從性并改善功能。運動處方需結合治療方案與個體差異，才能發(fā)揮最佳效果。
基于個性化鍛煉的策略還包括根據(jù)癌癥類型及治療相關功能損傷特點定制方案，比如乳腺癌患者術后常出現(xiàn)肩部 / 上肢功能障礙，采用上肢主動輔助型外骨骼，通過模擬自然手臂運動，恢復肩關節(jié)靈活性與手部力量，結合漸進式肩部強化訓練，緩解術后疼痛；肺癌患者放療 / 化療后易出現(xiàn)呼吸肌萎縮，采用被動輔助型上肢外骨骼輔助呼吸肌訓練，同時結合低強度下肢訓練提升心肺耐力，改善 6 分鐘步行距離（平均提升100-150 米）；骨轉移患者骨骼脆弱易骨折，采用低強度主動輔助外骨骼，精準調整支撐力度與運動范圍，避免負重過度，同時通過低沖擊訓練促進骨代謝，延緩骨流失，降低骨折風險（配合注射型復合水凝膠可增強骨再生效果）。
2.1.2 多模態(tài)綜合康復方法
多模態(tài)康復包括鍛煉、肌肉刺激、認知行為療法、瑜伽、針灸、經(jīng)皮電神經(jīng)刺激等（圖2），可改善癌癥患者的疲勞、焦慮、疼痛與社會功能障礙。乳腺癌、頭頸癌等患者均從跨學科支持中受益。遠程醫(yī)療與營養(yǎng)干預進一步拓展了康復的可及性，使更多人能夠方便地獲得持續(xù)的康復支持。
2.1.3 遠程癌癥康復中的新興技術
遠程醫(yī)療結合機器人外骨骼、虛擬訓練、移動應用，使患者能在家中安全康復（圖2）。它突破了地理限制，尤其適合老年與行動不便患者。AI與可穿戴傳感器的加入，使康復更具個性化與實時反饋。
圖2. 癌癥康復中的機器人外骨骼技術（A）癌癥康復研究進展結果（B）癌癥康復中的運動應用（C）機器人外骨骼的技術原理（D）癌癥運動康復的理論基礎（E）康復中的行為改變理論
2.2.1 類型與進展
康復用外骨骼分為主動型與被動型（圖2）。主動型可通過傳感器與驅動器提供動力，精準支持步態(tài)訓練，適用于下肢無力或癱瘓的患者；被動型則提供穩(wěn)定支撐，更適合康復早期或輕度功能障礙的患者。兩種類型的外骨骼都依托動態(tài)控制和運動學建模運行，將機械框架與電驅動或氣動系統(tǒng)相結合。隨著AI與柔性材料發(fā)展，患者可以根據(jù)自身需求調整助力和動作，并且設備便攜又舒適。
2.2.2 應用場景
外骨骼在步態(tài)恢復、心肺訓練、肌肉耐力增強中作用顯著。研究表明，它能減輕癌癥相關疲勞（CRF）、改善免疫功能和代謝水平。例如，美國國家癌癥中心的10周康復計劃顯著提升了患者的身體與情感功能。
2.3 運動康復的機制
2.3.1 免疫、炎癥與代謝調節(jié)
運動能減少炎癥、增強抗炎反應；外骨骼訓練則能讓這些好處更顯著。（圖2）。此外，運動還能改善代謝功能，緩解因治療相關的代謝紊亂。
2.3.2 心理社會與生理益處
運動能改善體能、情緒和自我效能感，對疲勞、焦慮和抑郁均有積極作用。系統(tǒng)化康復計劃能促進持久行為改變，使患者在癌癥后仍維持健康、積極的生活方式。
3.癌癥康復中的機器人外骨骼
3.1 功能恢復中的作用
外骨骼可促進步態(tài)、關節(jié)靈活性、上肢功能恢復（圖3）。在乳腺癌、結直腸癌及肺癌患者中，外骨骼訓練顯著提高了患者的活動能力和自信心。
3.2 隨機對照試驗與多學科方法
研究表明，外骨骼康復在步態(tài)、心肺耐力、心理健康方面優(yōu)于傳統(tǒng)康復（圖3）。未來需通過多中心試驗驗證其在不同癌癥類型中的適用性。
3.3 數(shù)據(jù)收集與評估
評估指標包括6分鐘步行試驗、疲勞評分和健康相關生活質量問卷等。初步研究顯示，外骨骼康復能有效緩解癌因性疲乏并改善功能（圖3）。
圖3. 腫瘤康復中的機器人外骨骼。（A）促進運動恢復（B）依從性與安全性（C）實驗設計（D）數(shù)據(jù)收集（E）數(shù)據(jù)分析
4.癌癥康復中的多模式干預 4.1 外骨骼增強身體恢復
結合有氧與抗阻訓練，外骨骼能顯著改善骨密度、肌肉力量和健康相關生活質量。
4.2 提升舒適度與信心
實時反饋增強患者康復信心，減少運動恐懼（圖4）。心理支持與運動結合能有效減輕焦慮和抑郁。
4.3 安全性與依從性
外骨骼可為骨轉移患者提供精準支撐，降低骨折風險（圖4）。智能反饋提高患者依從性和參與度。
4.4 多模式協(xié)同效應
營養(yǎng)、心理和運動干預結合，能顯著改善康復結局。外骨骼作為支撐工具，與傳統(tǒng)康復聯(lián)合使用，展現(xiàn)出長期療效（圖4）。
圖4. 本圖展示了一個旨在提升使用外骨骼機器人的患者的表現(xiàn)、安全性和依從性的多模式干預框架。外骨骼機器人整合了諸如改善身體表現(xiàn)（心肺功能、肌肉力量、骨密度、抗阻訓練和有氧運動）、維生素D和鈣的作用、患者在康復期間的依從性和信心、心理支持以及特殊干預（活動范圍、強化骨骼、家庭鍛煉和傳統(tǒng)療法），這些要素，以優(yōu)化患者的治療效果。
5.轉化挑戰(zhàn)與創(chuàng)新路徑
5.1 經(jīng)濟挑戰(zhàn)與未來方向
外骨骼成本高昂，政策支持與醫(yī)保覆蓋是推廣的關鍵（圖5）。
5.2 個性化與精準醫(yī)療
未來外骨骼將與AI、基因組學、實時傳感器結合，實現(xiàn)精準、個性化康復路徑（圖5）。
5.3 多學科協(xié)作康復服務
康復計劃需整合物理治療師、營養(yǎng)師、心理學家與工程師，形成協(xié)同機制，尤其在老年患者中意義重大。
5.4 新技術整合
遠程醫(yī)療、AI與VR的結合，將帶來低成本、高效率、可居家實施的康復新模式。
圖5. 本圖總結了外骨骼機器人面臨的主要挑戰(zhàn)及未來發(fā)展方向。當前障礙主要包括設備成本高、功能優(yōu)化不足及人群覆蓋有限，尤其是在兒童、肥胖患者和老年人群中的應用受限。人工智能（AI）、虛擬現(xiàn)實（VR）、遠程醫(yī)療及個性化系統(tǒng)等新興技術是應對上述問題的重要途徑。此外，本圖還探討了外骨骼在不同患者群體中的應用潛力，并強調提高設備耐用性、減輕整體重量及改善醫(yī)療服務可及性的重要性。未來發(fā)展應著重于推動多學科整合、實現(xiàn)智能化應用，并加強醫(yī)療保險與政策層面的支持
原文鏈接，作者及單位介紹
本文作者以及涉及機構較多，可通過原文查閱：
https://doi.org/10.34133/research.0855
關于維拓啟創(chuàng)
維拓啟創(chuàng)（北京）信息技術有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學、康復工程、人因工程、心理學、體育科學等領域的科研解決方案供應商。公司與國內外多所大學、研究機構、企業(yè)長期保持合作關系，致力于將優(yōu)質的產(chǎn)品、先進的技術和服務帶給各個領域的科研工作者，為用戶提供有競爭力的方案和服務，協(xié)助用戶的科研工作，持續(xù)提升使用體驗。
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