综述：刚性踝关节外骨骼在步态康复中的应用研究范围综述

《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》：Rigid ankle exoskeletons for rehabilitation: a scoping review of sensor integration, control, and clinical outcomes

　　

摘要

背景

刚性踝关节外骨骼因其可通过承重机械结构提供可重复的踝关节支撑、阻力或运动引导，正日益受到步态康复和辅助领域的关注。然而，其临床转化价值取决于机械架构、传感、控制、人机工程对齐、安全性以及具有临床意义的评价体系的整合程度。本范围综述旨在梳理近年来面向康复的刚性踝关节外骨骼研究，并探讨工程设计选择与生物力学及临床结局之间的关联。

方法

本研究依据PRISMA-ScR指南开展范围综述，检索范围涵盖PubMed、Web of Science、Scopus、ScienceDirect和IEEE Xplore，纳入2015年至2025年发表的英文文献。综述纳入与康复或步态辅助相关的刚性踝关节外骨骼研究，包括仿真与设计研究、台面或机械验证、健康受试者实验、可行性研究及基于患者的研究。从4318条初始记录中，最终53项研究满足纳入标准。提取的数据按机械架构、执行器类型、传感模式、控制策略、人机工程特征、证据等级以及所报告生物力学或临床结局进行编码整理。

结果

在所纳入的53项研究中，最常见的在线传感器为力、力矩、载荷或应变类传感器（22/53），其次为足底接触、足底压力或压敏电阻（FSR）传感器（21/53），以及编码器或关节角度传感器（19/53），反映出研究主要依赖机械交互感知和步态事件检测。控制方法从机械被动和基于模型的方法，到事件驱动、意图驱动和自适应策略不等，其中面向临床的研究更多采用相对简单的时序或事件驱动架构。在人机工程方面，大多数设备采用简化的矢状面设计：43/53项研究描述或建模了1自由度踝关节架构；46/53项被编码为解剖学对齐，7/53项为自对齐。53项纳入研究中有22项涉及患者群体，包括同时包含患者和健康参与者的混合队列。这些研究报告了初步的结局改善，包括步行能力、踝关节活动范围、平衡能力、步态速度和代谢成本。然而，临床证据以试点研究、可行性研究和病例研究为主，仅识别出一项随机对照试验。

结论

刚性踝关节外骨骼研究目前需要传感、控制、人机工程与临床评价之间更强的整合。未来系统不仅要准确检测步态事件，还应在多变行走条件下保持可靠的状态估计，降低校准需求，并在明确的安全限制内实施自适应控制。设计评价也应超越单纯的执行性能，系统报告对齐精度、舒适性、可用性和交互安全性。尽管当前研究支持了技术可行性，但实现更强的临床转化需要更大规模、更长期的患者研究，并采用标准化的生物力学、功能和安全结局指标。

试验注册：未预先注册正式的综述方案。映射框架和提取规则由研究团队在数据收集前内部建立。