战场外骨骼在下肢创伤长期战地护理中的可用性：一种混合方法研究

《Wearable Technologies》：Battlefield exoskeleton usability for lower-limb trauma in prolonged field care: A mixed-methods approach

　　

长期战地护理在军事行动中日益重要，恶劣环境和延迟医疗后送迫使伤情管理时间延长。胫骨和腓骨骨折是常见且可存活的战场损伤，需要此类护理。当前治疗选择包括简单夹板（要求伤兵被担架搬运）以及不适用于作战环境的外骨骼。无畏战场外骨骼（Intrepid Battlefield Exoskeleton, IBEX）旨在填补战场创伤护理关键空白，通过稳定小腿骨折并在长期护理场景中赋予独立行动能力。该研究通过顺序实验室和现场测试，在两种用户条件（医护人员和伤员）下评估了两个IBEX原型的可用性。实验室测试中，20名参与者在佩戴与不佩戴IBEX的情况下完成一系列功能性任务，并通过自我报告量表和访谈提供定量可用性评分和定性反馈。现场测试中，12名参与者在模拟大规模伤亡事件中使用IBEX并完成相同可用性评估。定量结果显示整体用户满意度较高；定性反馈的主题分析揭示了关于可用性、便携性、舒适性、安全性和耐用性的反复评论。总体而言，两环境均显示中等可用性，但在佩戴简易性和可调性方面仍有改进空间。研究结果凸显了混合方法在设备评估中的价值，并强调了迭代设计与测试的重要性。后续工作将对比IBEX与当前护理标准，并进一步优化设计以用于作战用途。

**论文解读：战场外骨骼在下肢创伤长期战地护理中的可用性评估**

**研究背景与问题**
在军事环境中，院前创伤护理面临独特挑战：崎岖地形、极端环境条件和作战任务的高要求使及时医疗干预变得困难。在偏远或争议地区，远离确定性护理设施时，长期战地护理（prolonged field care, PFC）成为必需。医护人员需管理伤情并维持生命，时间往往远超传统“黄金一小时”后送窗口。未来冲突预计后送延迟将延长至数小时甚至数天，在确保任务完成的同时保障生存能力成为首要任务。

在下肢可存活的战伤中，长骨骨折在多次冲突中常见且具有作战意义；2001至2005年伊拉克和阿富汗冲突中，骨折是仅次于枪伤的第二频繁损伤，胫骨最为受累，且82%为开放性骨折，需特殊处理。当前标准护理为SAM^?夹板（可塑形铝板包裹泡沫），但该夹板允许骨折部位过度活动，且使下肢伤兵无法移动，需担架运输，每次后送占用4至6名人员运输及多达5名额外人员警戒，显著削弱单位战斗力。

相反，现有外骨骼虽能提供行动能力，但缺乏稳定组件，不适用于下肢骨折患者。工业及军用外骨骼旨在增强负载能力或降低代谢成本，医用外骨骼支持康复或居家活动，但这些设备往往过大、过重或脆弱，无法在战场有效部署。综上，夹板提供稳定但无行动能力，外骨骼提供行动但无稳定能力，形成了长期战地护理中骨折管理的重大能力缺口。

为填补这一缺口，研究人员研发了无畏战场外骨骼（Intrepid Battlefield Exoskeleton, IBEX）。IBEX为被动式外骨骼，专为稳定和卸载小腿损伤（包括开放性胫骨/腓骨骨折）而设计，使伤兵能在泥地、沙地、雪地和陡坡等复杂地形独立行动。它不分左右腿，适用于约90%美国陆军士兵，便携且重约3kg。其设计包含稳定骨折的夹板组件和将重量重分布至外部框架的卸载组件，从而实现独立行动。然而，IBEX在作战环境中的可用性尚不明确。本研究采用混合方法，评估两个IBEX原型（Mark I和Mark II）的可用性，旨在通过可用性测试指导设计改进，改善战场骨折管理，并支持伤兵在长期护理场景中的自救能力。该研究发表于《Wearable Technologies》。

**主要关键技术方法**
研究采用顺序实验设计，包括实验室测试Mark I原型和现场测试Mark II原型。关键技术方法包括：（1）**系统可用性量表（System Usability Scale, SUS）**：参与者对系统陈述进行5点李克特评分，生成反映整体可用性的复合分数；（2）**魁北克辅助技术满意度评估（Quebec User Evaluation of Satisfaction with Assistive Technology, QUEST）**：在八个子量表（尺寸、重量、调节简易性、安全性、耐用性、易用性、舒适性、有效性）上测量满意度，并识别最重要的子量表；（3）**半结构化访谈**：实验室测试后收集定性反馈，采用一般归纳法进行主题分析；（4）**现场测试**：在2024年陆军远征战士实验（Army Expeditionary Warrior Experiment, AEWE）中模拟大规模伤亡任务，参与者来自美军、英军、荷兰军和德军多个单位。样本队列来源：实验室测试纳入20名授权在布鲁克陆军医疗中心（Brooke Army Medical Center, BAMC）接受护理的健康成年人（18–40岁）；现场测试纳入12名来自上述军事单位的现役军人（8名医护人员，4名伤员）。

**研究结果**
**3.1 实验室测试**
20名参与者完成两种用户条件。Mark I的SUS中位得分为医护人员条件78.8（IQR=70.0–90.6，评级“良好”至“优秀”），伤员条件72.5（IQR=65.0–86.3，评级“良好”）。QUEST整体满意度均分为4.1（“相当满意”）。子量表分析表明：医护人员对尺寸和重量满意度最低，伤员对舒适性满意度最低；有效性被普遍评为最重要的子量表（医护人员满意度4.4±1.0，伤员4.2±1.1）。定性分析（324条评论）归纳出五个主题：可用性（近40%评论，涉及佩戴简易性、调节、性能及作战适用性）、便携性（重量与包体积）、舒适性（压力与肌肉疲劳）、安全性（稳定性与贴合度）、耐用性（材料质量与耐磨性）。医护人员指出Mark I复杂但经训练可用；建议简化绑带系统、颜色编码或编号。伤员认为设备能辅助基本行走但高级任务困难；部分对快速适应表示惊讶。便携性方面，重量可接受但体积过大，建议完全折叠。舒适性方面，坐骨吊带需更厚更宽衬垫，股骨板边缘引起刺激，肢体卸载导致腿长差异引发代偿性肌肉疲劳。安全性方面，贴合度影响稳定性。耐用性方面，钩环带和塑料扣需加强。

**3.2 现场测试**
12名参与者（8名医护人员，4名伤员）使用Mark II。SUS中位得分下降（医护人员67.5，IQR=59.4–74.4；伤员65.0，IQR=54.4–70.6）。QUEST整体满意度均分也降低（医护人员3.6±0.8，伤员3.2±0.7）。子量表分析显示，两条件下调节简易性满意度最低，重量满意度最高；医护人员认为有效性最重要（满意度3.0±1.4），伤员认为重量和耐用性并列最重要（满意度分别为4.8±0.5和3.3±1.3）。定性分析因评论不足未进行。分数下降归因于现场条件（更长距离、不平地形、干扰噪音和时间压力）更接近真实作战，且用户对Mark II适应时间有限。

**讨论与结论**
讨论部分指出，实验室测试中Mark I在两种用户条件下均达到SUS可接受阈值（68.0），医护人员评分对应“良好”至“优秀”，伤员评分对应“良好”。QUEST整体满意度“相当满意”，但子量表差异反映角色优先级不同：医护人员关注运输重量与体积，伤员关注佩戴舒适性。定性反馈直接引导Mark II改进（加厚衬垫、增加西里西亚腰带提高安全性、T形插槽实现左右腿快速切换、钛合金膝关节减少体积、轻量碳纤维终端设备）。然而，现场测试评分降低，表明控制环境到模拟战斗的转变揭示了真实世界挑战，如延长使用下的身体耐力和心理压力。

局限性包括：样本量较小且以男性为主，实验室测试存在选择偏倚，SUS和QUEST可能缺乏战场外骨骼特异性，访谈结构不一，实验室与现场测试采用不同原型无法直接比较。未来工作将结合Mark III的开发与更大样本现场测试，对比当前标准护理（SAM^?夹板加担架队），并纳入客观性能指标（如心率、任务完成时间）和超过1km的户外不平地形。

**研究结论（翻译）**：创新解决方案对于解决战斗伤亡护理和骨折管理中的缺口至关重要，鉴于未来冲突中后送时间的预期延长。现有技术常不适合恶劣环境，或者以需要担架搬运的方式稳定骨折。当前研究展示了一种战场外骨骼（旨在卸载受伤肢体并实现独立行动）在模拟军事行动中具有良好至优秀的可用性。实验室测试中，两种用户条件的参与者均对外骨骼的有效性和安全性表示满意。定性结果揭示了对外骨骼感知有用性的积极反馈，特别是能使伤员担任支援角色，从而提升整体单位效能。现场测试显示中等可用性，强调了在未来开发中优先考虑可调性和易用性的必要性。总体而言，结果表明Mark II虽然在理论上优于Mark I，但尚未准备好进行战场部署，这凸显了在更真实环境中测试战场技术的重要性。这项混合方法研究强调了定性研究在塑造用户中心解决方案中的价值，并说明了迭代开发和测试如何指导设计改进。虽然后续工作将继续完善IBEX，但战场外骨骼在重新定义长期战地护理的可能性方面具有巨大潜力。