機器人外骨骼作為運動輔助系統(tǒng)在癌癥康復(fù)中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù)：638　發(fā)布日期：2025-10-30　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

機器人外骨骼作為運動輔助系統(tǒng)在癌癥康復(fù)中的應(yīng)用
癌癥已成為全球重大健康負(fù)擔(dān)，2020年全球新發(fā)癌癥病例高達(dá)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(shù)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(yán)重影響生活質(zhì)量（圖 1）�，F(xiàn)有的康復(fù)手段如物理治療、運動訓(xùn)練、心理干預(yù)，雖然能部分改善體能與情緒，但依從性低（難以堅持）、運動風(fēng)險高、康復(fù)資源不均，使康復(fù)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(fù)中極具前景的運動輔助技術(shù)，實現(xiàn)更安全，更個性化的康復(fù)訓(xùn)練 (圖1)。近日，由寧德師范學(xué)院附屬寧德市醫(yī)院、福建醫(yī)科大學(xué)寧德臨床醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科、寧德師范學(xué)院醫(yī)學(xué)院福建省毒物與藥物毒理重點實驗室、華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院等多所國內(nèi)外科研醫(yī)療機構(gòu)聯(lián)合組成的研究團(tuán)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(fù)創(chuàng)新的技術(shù)原理、治療潛力和未來發(fā)展方向。

文章信息

癌癥康復(fù)方法概述

1.1 癌癥康復(fù)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(hù)理環(huán)境中進(jìn)行個性化、多學(xué)科的康復(fù)（圖1，表1）。

表1. 現(xiàn)有癌癥康復(fù)方法比較

圖1. 癌癥康復(fù)中機器人外骨骼概述。（A）當(dāng)前癌癥治療現(xiàn)狀；（B）癌癥康復(fù)需求推動設(shè)備發(fā)展；（C）癌癥康復(fù)中的運動療法；（D）機器人外骨骼在癌癥康復(fù)中的優(yōu)勢；（E）外骨骼的多維度作用

1.2 當(dāng)前運動療法在癌癥康復(fù)中的應(yīng)用
癌癥相關(guān)疼痛（CRP）是常見且嚴(yán)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(dāng)?shù)臋C械刺激，激活成骨細(xì)胞的活動；同時，它還能改善血液循環(huán)和氧氣供應(yīng)，從而促進(jìn)骨骼的新陳代謝和健康�？棺柽\動和高沖擊運動在促進(jìn)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(jié)果存在異質(zhì)性。

1.3 機器人外骨骼在癌癥康復(fù)中的優(yōu)勢
機器人外骨骼結(jié)合傳感器、智能控制與生物力學(xué)設(shè)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(guān)副作用（如神經(jīng)病變、耐力下降），并支持神經(jīng)肌肉恢復(fù)，降低跌倒風(fēng)險。患者在外骨骼訓(xùn)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(fù)領(lǐng)域的進(jìn)展與挑戰(zhàn)
2.1 循證癌癥康復(fù)概述
大量研究證實，運動康復(fù)可改善體能、心理狀態(tài)和生活質(zhì)量，同時減輕疲勞、焦慮和失眠。然而，現(xiàn)實中仍受限于轉(zhuǎn)診率低（醫(yī)生或患者很少真正被推薦或轉(zhuǎn)介去做運動康復(fù)）、依從性不足（難以堅持）、資源分布不均（不同地區(qū)的康復(fù)資源差異巨大）。為此，相關(guān)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(fù)服務(wù)的可及性，減少對藥物治療的依賴，并進(jìn)一步優(yōu)化患者的功能預(yù)后。

2.1.1 基于個性化鍛煉的策略
個性化干預(yù)，如基于操作性條件反射的行為分級活動（BGA）和認(rèn)知療法，能顯著提高依從性并改善功能。運動處方需結(jié)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(guān)功能損傷特點定制方案，比如乳腺癌患者術(shù)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(fù)肩關(guān)節(jié)靈活性與手部力量，結(jié)合漸進(jìn)式肩部強化訓(xùn)練，緩解術(shù)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(xùn)練，同時結(jié)合低強度下肢訓(xùn)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(zhuǎn)移患者骨骼脆弱易骨折，采用低強度主動輔助外骨骼，精準(zhǔn)調(diào)整支撐力度與運動范圍，避免負(fù)重過度，同時通過低沖擊訓(xùn)練促進(jìn)骨代謝，延緩骨流失，降低骨折風(fēng)險（配合注射型復(fù)合水凝膠可增強骨再生效果）。

2.1.2 多模態(tài)綜合康復(fù)方法
多模態(tài)康復(fù)包括鍛煉、肌肉刺激、認(rèn)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(xué)科支持中受益。遠(yuǎn)程醫(yī)療與營養(yǎng)干預(yù)進(jìn)一步拓展了康復(fù)的可及性，使更多人能夠方便地獲得持續(xù)的康復(fù)支持。

2.1.3 遠(yuǎn)程癌癥康復(fù)中的新興技術(shù)
遠(yuǎn)程醫(yī)療結(jié)合機器人外骨骼、虛擬訓(xùn)練、移動應(yīng)用，使患者能在家中安全康復(fù)（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(fù)更具個性化與實時反饋。

圖2. 癌癥康復(fù)中的機器人外骨骼技術(shù)（A）癌癥康復(fù)研究進(jìn)展結(jié)果（B）癌癥康復(fù)中的運動應(yīng)用（C）機器人外骨骼的技術(shù)原理（D）癌癥運動康復(fù)的理論基礎(chǔ)（E）康復(fù)中的行為改變理論

2.2 機器人外骨骼的技術(shù)基礎(chǔ)
2.2.1 類型與進(jìn)展
康復(fù)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(qū)動器提供動力，精準(zhǔn)支持步態(tài)訓(xùn)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(fù)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(xué)建模運行，將機械框架與電驅(qū)動或氣動系統(tǒng)相結(jié)合。隨著AI與柔性材料發(fā)展，患者可以根據(jù)自身需求調(diào)整助力和動作，并且設(shè)備便攜又舒適。

2.2.2 應(yīng)用場景
外骨骼在步態(tài)恢復(fù)、心肺訓(xùn)練、肌肉耐力增強中作用顯著。研究表明，它能減輕癌癥相關(guān)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(fù)計劃顯著提升了患者的身體與情感功能。

2.3 運動康復(fù)的機制
2.3.1 免疫、炎癥與代謝調(diào)節(jié)
運動能減少炎癥、增強抗炎反應(yīng)；外骨骼訓(xùn)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(guān)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(fù)計劃能促進(jìn)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(fù)中的機器人外骨骼
3.1 功能恢復(fù)中的作用
外骨骼可促進(jìn)步態(tài)、關(guān)節(jié)靈活性、上肢功能恢復(fù)（圖3）。在乳腺癌、結(jié)直腸癌及肺癌患者中，外骨骼訓(xùn)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(xué)科方法
研究表明，外骨骼康復(fù)在步態(tài)、心肺耐力、心理健康方面優(yōu)于傳統(tǒng)康復(fù)（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(biāo)包括6分鐘步行試驗、疲勞評分和健康相關(guān)生活質(zhì)量問卷等。初步研究顯示，外骨骼康復(fù)能有效緩解癌因性疲乏并改善功能（圖3）。

圖3. 腫瘤康復(fù)中的機器人外骨骼。（A）促進(jìn)運動恢復(fù)（B）依從性與安全性（C）實驗設(shè)計（D）數(shù)據(jù)收集（E）數(shù)據(jù)分析

4.癌癥康復(fù)中的多模式干預(yù)
4.1 外骨骼增強身體恢復(fù)
結(jié)合有氧與抗阻訓(xùn)練，外骨骼能顯著改善骨密度、肌肉力量和健康相關(guān)生活質(zhì)量。

4.2 提升舒適度與信心
實時反饋增強患者康復(fù)信心，減少運動恐懼（圖4）。心理支持與運動結(jié)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(zhuǎn)移患者提供精準(zhǔn)支撐，降低骨折風(fēng)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(yīng)
營養(yǎng)、心理和運動干預(yù)結(jié)合，能顯著改善康復(fù)結(jié)局。外骨骼作為支撐工具，與傳統(tǒng)康復(fù)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(yù)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(xùn)練和有氧運動）、維生素D和鈣的作用、患者在康復(fù)期間的依從性和信心、心理支持以及特殊干預(yù)（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(zhuǎn)化挑戰(zhàn)與創(chuàng)新路徑
5.1 經(jīng)濟(jì)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(guān)鍵（圖5）。

5.2 個性化與精準(zhǔn)醫(yī)療
未來外骨骼將與AI、基因組學(xué)、實時傳感器結(jié)合，實現(xiàn)精準(zhǔn)、個性化康復(fù)路徑（圖5）。

5.3 多學(xué)科協(xié)作康復(fù)服務(wù)
康復(fù)計劃需整合物理治療師、營養(yǎng)師、心理學(xué)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(shù)整合
遠(yuǎn)程醫(yī)療、AI與VR的結(jié)合，將帶來低成本、高效率、可居家實施的康復(fù)新模式。

圖5. 本圖總結(jié)了外骨骼機器人面臨的主要挑戰(zhàn)及未來發(fā)展方向。當(dāng)前障礙主要包括設(shè)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(yīng)用受限。人工智能（AI）、虛擬現(xiàn)實（VR）、遠(yuǎn)程醫(yī)療及個性化系統(tǒng)等新興技術(shù)是應(yīng)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(yīng)用潛力，并強調(diào)提高設(shè)備耐用性、減輕整體重量及改善醫(yī)療服務(wù)可及性的重要性。未來發(fā)展應(yīng)著重于推動多學(xué)科整合、實現(xiàn)智能化應(yīng)用，并加強醫(yī)療保險與政策層面的支持

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https://doi.org/10.34133/research.0855

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