职业外骨骼在医疗保健与工业领域的应用图谱：一项系统性范围综述

《Wearable Technologies》：Mapping the evidence on occupational exoskeleton use for the workforce in healthcare, social care, and industry: A systematic scoping review

本刊编辑推荐：为解决肌肉骨骼疾病（MSDs）在医疗保健、社会护理和工业等高体力需求行业中的高发问题，研究人员开展了关于商用外骨骼在真实及模拟工作环境中应用的系统性范围综述。研究通过乔安娜布里格斯研究所（JBI）方法，系统检索了5个数据库的49篇文献，发现外骨骼虽能减轻重复性或静态任务中的肌肉负荷，但其应用受到不适感、适配性差、热负荷及动态环境可用性有限等因素制约。主题分析揭示了用户体验受专业身份、任务兼容性、组织支持和社会规范的影响。该综述强调了开展包容性、情境敏感性和纵向研究的必要性，以支持外骨骼在不同职业环境中的安全、可接受和有效应用。

　　

在医疗保健、社会护理以及制造业、建筑业等工业领域，肌肉骨骼疾病（Musculoskeletal Disorders, MSDs）一直是困扰从业者的主要职业健康挑战。这些疾病影响着背部、关节和四肢，与工作相关任务的体力需求密切相关。以英国为例，MSDs占职业病总数的27%，每年导致约21%的工作日损失。尤其在需要大量体力操作的行业，如医护人员搬运病人、护理人员协助老人移动、工人进行重复性装配等，受伤风险居高不下。尽管已有数十年的强制性培训和设备使用，风险依然存在，这表明需要更创新和互补的方法来减少MSDs。

在此背景下，职业或工业外骨骼（Occupational or Industrial Exoskeletons）——一种可穿戴机器人设备，旨在通过减少高要求任务中的身体负担来增强人类表现——作为潜在解决方案日益受到关注。这些设备范围从刚性模型到柔软有弹性的外骨骼服（Exosuits）。生物力学研究持续强调背部支撑外骨骼在减少重复性和高体力任务中下背部肌肉活动方面的潜力。然而，大部分研究是在实验室环境中进行的，对象多为同质化群体（如健康年轻男性），其结果可能无法捕捉真实工作场所动态、不可预测的环境。虽然可穿戴机器人技术的最新进展，如能够适应用户意图的软质主动外骨骼，增加了这些设备的灵活性和复杂性，但其在现实世界中的应用仍然有限。已发表文献多集中于技术验证或实验室试验，而非日常实践中的实施。

人们对在医疗保健领域使用外骨骼的兴趣有所增加，特别是在全球医疗系统面临老龄化劳动力、体力需求上升以及疫情后人员配备压力的背景下。社会护理领域也存在类似压力。许多体力处理任务需要“双人护理”（double-up care），即两名护理员协同工作，这进一步加剧了劳动力压力。尽管有旨在减少此需求的举措，但高达80%的情况仍需要两名护理员。这些持续的劳动力和后勤挑战激发了人们对能够在不影响护理质量或安全的前提下为护理员提供身体支持的解决方案（包括单人工作解决方案）的类似兴趣。政策制定者也认识到需要增强工作场所支持系统，并通过诸如NHS数字转型计划（NHS Digital transformation program）等倡议提出了改革。

然而，尽管医疗保健和社会护理领域的兴趣日益浓厚，关于外骨骼的文献仍主要由工业和工程视角主导。高风险的体力处理任务在建筑、制造、汽车等行业也很普遍，这些领域的工效学解决方案已被广泛探索。尽管这些领域在任务需求上存在明显相似之处，但来自工业背景的证据很少与健康及护理环境的研究进行交叉参考。关于工业领域的实施见解如何转移到医疗保健或社会护理环境，这方面的理解仍然探索不足，限制了潜在的规模化和更广泛的应用。

为了系统梳理现有证据，由南安普顿大学（University of Southampton）健康科学学院的Shilpy Bhat、James Gavin、Martin Warner和Michelle Myall等研究人员开展了一项新颖的范围综述（Scoping Review），旨在绘制关于劳动力在医疗保健、社会护理及工业领域使用外骨骼的现有证据图。该研究发表于《Wearable Technologies》期刊。

研究人员遵循乔安娜布里格斯研究所（Joanna Briggs Institute, JBI）的范围综述方法框架，因其适用于解决广泛的探索性问题并能容纳不同类型的证据（包括定性、定量和混合方法研究）。研究团队于2023年5月进行了初步系统文献检索，并于2024年5月更新，检索范围涵盖Web of Science、Scopus、CINAHL、PsycINFO和MEDLINE等五个数据库。文献筛选基于人口、概念和背景（Population, Concept, Context, PCC）框架制定的纳入排除标准。最终有49篇论文符合纳入条件。

数据提取采用标准化表格，并通过描述性、主题性以及内容分析进行综合。结果以叙述性、表格和概念图形式呈现。分析的重点是外骨骼在真实或模拟工作环境中的应用，关注使用模式、用户体验以及影响实施的因素。

主要技术方法包括：1) 系统性文献检索与筛选：遵循PRISMA（Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses）流程，使用预定义的检索策略和PCC框架进行标题、摘要和全文筛选。2) 数据提取与图表化：使用标准化数据提取网格记录研究特征，包括引文信息、研究设计、国家、外骨骼类型（品牌/型号、支撑身体部位）、行业领域（医疗保健、社会护理、工业）以及研究环境（实地模拟/实验室、实地/真实世界）。3) 数据分析与综合：结合频率计数、表格总结和叙述性描述。针对用户体验（目标2）采用归纳性主题分析（Thematic Analysis），分六个阶段迭代进行：熟悉数据、生成初始代码、寻找主题、审查主题、定义和命名主题、生成报告。针对影响因素（目标3）采用基础内容分析（Content Analysis），归纳性地编码并量化高阶障碍和促进因素。

研究结果

目标1：探索外骨骼如何用于执行体力处理任务及使用者

纳入的49项研究发表于2018年至2024年间，主要来自美国（18项）和欧洲国家（如法国、德国）。大多数研究（37项）集中在工业领域（如制造、建筑、物流），其次是医疗保健（10项），社会护理领域的研究非常有限（仅2项，均来自芬兰）。最常研究的外骨骼是Laevo?系列（背支撑）以及Levitate AIRFRAME?、SuitX?等上肢/肩部支撑外骨骼。目标用户涵盖护士、外科医生、护理员、制造工人、建筑工人、农民等多种职业。测量工具多样，包括表面肌电图（sEMG）、博格自觉劳累评分（Borg CR10）、系统可用性量表（System Usability Scale, SUS）、技术接受模型（Technology Acceptance Model, TAM）以及访谈、观察等定性方法。研究多在受控的现场模拟或实验室环境中评估特定任务，真实世界环境下的长期研究较少。

目标2：描述用户在医疗保健、社会护理和工业领域使用外骨骼的体验

主题分析揭示了五个关键主题，展示了用户如何在其工作生活的物理、社会和组织背景中理解外骨骼：

1. 1.
   身体缓解与支持：共享的需求，受行业背景影响的解读：所有行业都重视外骨骼减少肌肉骨骼劳损的能力，但其意义和影响因工作性质而异。在医疗保健领域，缓解与临床绩效和持续护理提供相关联，但常因无菌问题、穿脱负担和任务快速切换不兼容等现场障碍而打折扣。在社会护理领域，缓解被描述为有条件的，侧重于支持持续护理。在工业领域，缓解常与生产力和任务效率挂钩，但不适感往往会随着时间推移而加剧，尤其是在动态任务中。
2. 2.
   舒适性与可用性：受任务、适配和背景影响：舒适性是关键影响因素。在医疗保健领域，舒适性与专业表现、移动流畅性和临床卫生紧密相关。在社会护理领域，舒适性体现在护理过程中移动的便利性、不显眼性以及共享环境下的卫生问题。在工业领域，舒适性与任务类型、使用时长、热暴露和设计细节相关，热不适、设备干扰和笨重是阻碍持续使用的主要因素。
3. 3.
   适配性与包容性：持续的挑战及其行业影响：用户期望外骨骼能适应其身体、角色和环境。适配性差是普遍问题，尤其在女性和非标准体型用户中。在医疗保健领域，适配性差可能影响可用性和感知合法性。在工业领域，它直接干扰工作流程。在社会护理领域，它限制了普适性但未明显威胁用户身份。
4. 4.
   社会与组织氛围影响接受度：组织支持、同伴规范和地方文化显著影响外骨骼的采纳。在医疗保健领域，组织领导层的参与是持续兴趣和信任的关键。在社会护理领域，温和的引入和非侵入性试用有助于培养接受度。在工业领域，组织文化、有效培训和自愿使用对建立信心至关重要。
5. 5.
   意义与身份认同：从伦理张力到象征中立：用户赋予外骨骼的意义因背景而异。在医疗保健领域（尤其是老年护理），一些用户担心外骨骼显得机械化或非人性化，与护理的关系本质相冲突。在社会护理领域，外骨骼被视为社会中性，居民仅表现出轻微好奇。在工业领域，象征意义更多由同伴规范塑造，担忧可能被视为软弱，但通常实用性优先于污名或伦理冲突。

目标3：识别影响外骨骼在医疗保健、社会护理和工业领域采纳和实施的因素

内容分析确定了主要的障碍和促进因素。

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  主要障碍：包括身体不适（疼痛、压迫感、热不适）、人体工学适配和尺寸问题（尤其对女性或特殊体型）、移动限制和设备重量/体积、任务不兼容和工作流程中断、卫生和感染控制担忧（尤其在医疗/护理领域）、可用性和操作复杂性（穿脱、调整困难）以及成本、维护和成本效益不确定性。
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  主要促进因素：包括身体缓解（减轻疼痛、疲劳、改善姿势）、任务兼容性和易用性（易于穿脱、调整，融入现有工作流程）、感知有用性和使用意愿、组织和社会支持（管理层支持、同伴鼓励、有效培训、积极文化）、设计适应性和可调节性以及参与和共同设计的机会。

研究还绘制了概念图，将障碍和促进因素综合到个体、任务和组织等多个层面，为理解跨行业的外骨骼实施挑战和推动因素提供了框架。

结论与讨论

本综述综合了来自医疗保健、社会护理和工业领域49项研究的证据，表明对外骨骼在体力处理任务中应用的兴趣日益增长，尤其是在涉及重复性搬运和持续姿势的岗位中。然而，其有效性和接受度高度依赖于具体情境，行业特定的挑战（如临床环境中的无菌要求、社会护理中的情感劳动、工业中的任务多变性）影响着采纳。

尽管外骨骼在减少静态和重复性任务中的身体劳损方面报告了人体工学益处，但其在动态环境（如病人搬运、社会护理）中的可用性仍未得到充分探索。被动外骨骼在实地研究中占主导地位，可能更适合重复性任务，而在动态护理环境中其适应性有限。主动外骨骼提供了灵活性，但笨重的电机和高能耗限制了其实用性。

方法论上，尽管趋向于实地研究的趋势反映了对提高生态效度的呼吁的响应，但不一致性依然存在。大多数评估仍是短期的，样本量小，参与者 demographics（如性别失衡）限制了结果的普适性。测量工具多样，缺乏标准化。未来的研究应优先考虑针对特定行业的、真实世界的实施研究，检查外骨骼在不同工作常规中的可用性和舒适度，而不仅仅是孤立的任务试验。比较性、纵向研究可以揭示接受度如何在不同组织和文化条件下随时间演变。参与式和共同设计方法，让最终用户和管理者参与进来，对于确保情境适配和持续采纳至关重要。

为了推进该领域的实施科学，外骨骼研究界应采用理论 informed 的多层次框架，如规范化过程理论（Normalization Process Theory, NPT）或实施研究综合框架（Consolidated Framework for Implementation Research, CFIR），以探索个体体验、组织准备度和更广泛的系统因素如何相互作用。解决这些挑战对于确保外骨骼不仅具有人体工学益处，而且能有意义地契合现实世界的职业需求至关重要。

本综述的启示在于，需要纵向的、基于实地的研究来评估外骨骼对工人健康、生产力和长期可用性的持续影响。对于实践者，本综述强调了组织准备度和支持性环境对于促进外骨骼采纳的重要性。跨行业合作可以进一步推动创新，确保外骨骼的发展满足医疗保健、社会护理和工业应用的多样化需求。