中风后下肢运动障碍的康复训练，一直是件"苦力活"。治疗师需要徒手搬动患者的腿，一边矫正步态一边喊节奏，体力消耗极大，而且一个人的两只手，很难同时精准控制患者多个关节

近日，来自美国西北大学和芝加哥Shirley Ryan AbilityLab的研究团队，在国际权威期刊《Science Robotics上》发表了一项重要方案——治疗师-外骨骼-患者交互（TEPI）：让治疗师和患者面对面，各穿一套下肢外骨骼，两套设备之间通过虚拟弹簧-阻尼器在髋关节和膝关节级别"连"起来。治疗师只需正常迈步，力就会通过虚拟连接传递给患者；反过来，患者的运动状态也会以触觉反馈的形式"回传"给治疗师。

简单说，两个人穿着外骨骼，像"隔空牵手"一样一起走

01.

核心思路：把治疗师的"直觉"变成可传递的力

目前外骨骼辅助步态训练的主流策略有两种："按需辅助"（assist-as-needed）和"误差放大"（error augmentation）。前者让机器把患者的腿拖到预设轨迹上，后者故意放大偏差让患者自己纠正。问题在于，这两种方式都把治疗师架空了——参考轨迹往往是离线计算的健康人步态，无法实时响应患者的状态变化，治疗师也难以介入外骨骼的行为。

TEPI的思路完全不同。它不预设任何参考轨迹，治疗师本人就是"活的参考轨迹"。通过虚拟弹簧-阻尼器，治疗师的髋/膝关节运动实时映射为患者外骨骼上的引导力矩。治疗师可以根据触觉反馈感受到患者当前的关节偏差，然后动态调整自己的步幅和节奏来引导矫正。

研究使用的是两台傅利叶智能（Fourier Intelligence）的ExoMotus-X2下肢外骨骼，每台有4个主动自由度（双侧髋、膝），踝关节为被动扭簧。两台设备通过外部PC以333 Hz的频率运行闭环交互力矩控制器，渲染出虚拟弹簧-阻尼连接。由于治疗师和患者面对面站立，连接是"镜像"的——治疗师的左腿对应患者的右腿，这与临床中常用的镜像疗法逻辑一致。

虚拟连接的刚度可以为患者侧和治疗师侧分别独立调节：患者侧刚度范围为49–64 Nm/rad，治疗师侧为25–64 Nm/rad，由治疗师根据每位患者的功能状态和训练进展在块间调整。

02.

实验：8名慢性中风患者，两种训练各30分钟

研究招募了8名慢性偏瘫中风患者（平均年龄60.1 ± 15.2岁，中风后时间3–21年，自选步速0.58–1.10 m/s），采用被试内设计，每人在不同日期分别完成TEPI和传统手动治疗（CMT）各一次，顺序随机平衡。每次训练为跑步机上以0.2 m/s行走30分钟（3个10分钟块，块间休息约3分钟）。同一名持证物理治疗师负责所有患者的两种训练。

CMT条件下，治疗师坐在跑步机前方，用手辅助患者腿部运动，符合传统的体重支持跑步机训练范式。TEPI条件下，双方穿外骨骼面对面行走，治疗师同时通过视觉、听觉和触觉通道与患者互动。

结果相当明确。

在空间步态指标上，TEPI全面优于CMT。患侧踝关节工作空间面积：TEPI为221.9 ± 132.1 cm²，CMT仅为44.9 ± 32.2 cm²（P = 0.03）——差了近5倍。健侧同样如此：TEPI 236.5 ± 133.5 cm² vs. CMT 71.8 ± 36.9 cm²（P = 0.02）。步长方面，患侧TEPI为31.7 ± 3.5 cm，CMT为23.0 ± 6.8 cm（P < 0.01）；步高方面，患侧TEPI为50.5 ± 10.0 cm，CMT为34.4 ± 10.0 cm（P = 0.02）。所有比较均经Holm-Bonferroni校正。

更值得注意的是，这种改善在30分钟的训练中持续稳定，没有随时间下降，说明患者能够在整个训练期间跟随治疗师的运动模式。

03.

不是"被动搬腿"：患者始终在主动参与

一个关键疑问是：外骨骼在辅助，患者会不会变成"被拖着走"的？

研究者通过逆动力学分析给出了明确回答。在患侧膝关节摆动相，患者自身的生物力矩占总力矩的58%（健侧为59%）。也就是说，即便在外骨骼提供辅助力的阶段，摆动起始也并非完全由外骨骼产生，患者自身贡献了过半的力。

在肌肉激活层面（5名患者的肌电数据），TEPI训练期间的肌肉激活水平总体高于CMT，以自由行走为基线归一化后，TEPI条件下股直肌激活约为160%、股二头肌约226%、胫骨前肌约174%、腓肠肌内侧头约262%，而CMT条件下各肌群均在107%–122%之间。虽然由于样本量限制（N=5），这些差异经多重比较校正后未达统计显著，但趋势一致——TEPI训练中患者的努力程度远高于自由行走水平，而CMT更接近基线

心率方面，TEPI略高于CMT（60.4% vs. 55.7%最大心率预测值），但差异不显著（P = 0.29）。Borg主观疲劳量表评分也相近（TEPI 12.2 vs. CMT 11.4，P = 0.43）。

在动机和体验方面，基于内在动机量表（IMI）的问卷显示，患者对TEPI训练报告了高水平的"价值感"（7.0/7）和"趣味性"（5.9/7），与CMT无显著差异，焦虑感维持低水平（2.1/7）。换句话说，穿外骨骼训练并没有让患者觉得更紧张或更难接受

04.

局限与展望：从"可行"到"临床落地"还有多远

研究者很坦诚地讨论了局限。首先，本研究只考察了单次训练的即时效果，没有评估训练后的步态保留或功能恢复——这是下一步纵向研究需要回答的问题。其次，跑步机速度固定在0.2 m/s（远低于患者的自选步速），是出于安全考虑的保守选择，未来需要在更快速度下验证。第三，当前外骨骼仅提供矢状面髋/膝驱动，不涉及额状面（平衡）和踝关节（蹬地推进），功能覆盖有限。

从实际部署角度看，TEPI需要两台外骨骼同时运行，成本和操作复杂度是绕不开的门槛。研究者也指出，治疗师仅经过40分钟的熟悉训练就参与了实验，未来临床推广需要更系统的培训和能力评估流程。

但这项研究最大的贡献可能不在于具体数字，而在于它重新定义了"外骨骼"在康复中的角色。以往外骨骼要么是替代治疗师的工具，要么是辅助患者的支撑。TEPI让外骨骼变成了治疗师和患者之间的"触觉桥梁"——治疗师的临床直觉不再只能通过双手传递，而是可以同时、精确、持续地作用于患者的多个关节。

正如作者在结论中所写：这项工作旨在将物理治疗师的专业知识和直觉与机器人的能力相融合，为中风后步态康复提供一个新的框架。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adz9628