理疗师在神经康复医院使用Ekso仿生外骨骼的经验:一项定性研究

摘要

利用仿生地面外骨骼辅助神经康复正变得越来越普遍，并对物理治疗师和他们的病人具有重要的意义。然而，关于整合这项技术对理疗师工作的影响的研究还很少。本研究的目的是探讨Ekso机器人外骨骼对患者的训练和实施如何影响理疗师的工作。2017年7月，对加拿大东部一家神经康复中心的三名物理治疗师进行了探索性质的研究，采用一对一的半结构化访谈。音频记录逐字转录，数据采用主题分析进行编码和分析。从数据中产生了六个主题:发展组织能力;合乎道德地使用技术;设备的好处;设备的挑战;认知负荷; and the technological environment. The results suggest that the adoption and integration of bionic exoskeletons into rehabilitation practice is not as simple as training physiotherapists and giving them the device. More research is needed to understand the increased cognitive demands of working with patients using technologically advanced exoskeletons within a dynamic, technology-rich healthcare environment, while managing patient expectations and ethical use.

1.介绍

活动能力受损是康复中的一个主要问题，可能由关节炎、中风、创伤性脑损伤或帕金森病引起的神经损伤以及脊髓损伤（SCI）引起[1.,2.］．sci在全球普遍存在，对个人及其家庭往往是毁灭性的，而且治疗和康复费用昂贵[3.］．2016年，全球有2400万人患有sci [4.］．中风相关瘫痪是最常见的成人身体损伤，需要加强康复以恢复功能[5.].运动障碍可导致肌肉和神经过程的继发性退行性改变[6]，并可能导致身体并发症，如肌肉萎缩和疼痛[7，以及心理和情绪问题，如抑郁[8］．丧失行动能力也会对患者的工作生活、人际关系和社区参与产生灾难性的影响[5.］．因此，改善患者生活质量、缓解医疗保健系统和护理人员的压力、促进功能独立和职业/社区重新融合的解决方案至关重要。这种需求只会增加[9]，随着全球疾病负担从传染病转移到患有慢性疾病后遗症和身体创伤的人[10］．

改善下肢功能，如果可能的话，恢复行走能力是已经失去运动功能的人的重要优先事项，通常是康复治疗的重点[6,7].辅助设备，如步行器、往复式步态矫形器和轮椅，可增强个人的机动性，并有助于肌肉和神经处理的康复，但它们不一定允许个人参与所有日常活动，也不一定能充分训练个人恢复失去的运动技能[11］．运动受限意味着基本的步行活动，如平衡站立或走几步，即使有物理治疗师或步行辅助工具的物理支持，也会导致疲劳[2.]此外，传统的康复方法通常需要为患者提供体重支持，这对物理治疗师来说是一种体力消耗[12,13]，并可能引致与工作有关的疼痛或受伤[14］．

近年来，机器人外骨骼已经成为一种步态康复选择，可以缓解下肢康复的一些身体需求。目前不同公司有几种不同的康复外骨骼可供选择[15］．虽然不完全相同，但它们的总体设计包括一个外部机动结构，安装在虚弱或瘫痪的下肢周围，以帮助站立、行走和日常生活的其他活动[6］．外骨骼由理疗师或佩戴者使用控制面板控制，或由佩戴者的腿或上半身运动(如向前倾)触发或提示。

与传统的步态训练和康复相比，外骨骼辅助运动有几个优势，包括降低患者和理疗师的疲惫率[12，改善步态运动[16]，并扩展了用于训练的地形和位置选项[6］．大多数，但不是全部，外骨骼完全支持佩戴者的体重，允许患者使用适当的身体力学完全直立行走，这可能会加强肌肉和神经运动技能，否则不会使用[11,17]与传统的步态训练相比，机器人外骨骼（如Ekso）已被证明能极大地增加下肢或无功能下肢所能完成的工作量，代表着康复领域的一场革命[18］．

Ekso被世界各地的几家康复诊所使用，并在生物力学和患者安全性研究中进行了评估[8,11］．研究表明，使用Ekso设备对患者的身体有许多好处，包括更好的平衡，减少痉挛，增强核心肌肉，改善心理健康，更好的肠道控制，以及改善步态[15,19–23］．Kolakowsky-Hayner等人[7]表明Ekso装置可安全用于SCI患者，不会引起疼痛、骨折、肿胀或皮肤退化。Høyer等人[23研究发现，使用Ekso进行8-9次步态训练可显著增加中风后偏瘫患者的步行时间和步数，并改善其力量和姿势控制(另见[24])。患者对Ekso治疗的满意度也很高[11］．Kozlowski等人[25]的研究发现，学习轨迹会根据患者的特点而有所不同，而且大多数患者都需要一些帮助才能使用该设备。作者还有趣地指出，一些患者报告说，他们更有规律地排便，坐着时的平衡和姿势得到改善，睡眠更好，疼痛和痉挛减少，所有患者都想在Ekso中有规律地行走。布伦纳(20.研究发现，使用Ekso帮助科罗拉多州丹佛市的退伍军人康复的心理社会影响包括改善情绪、降低压力水平和提高自我满足感。使用Ekso也被证明可以在治疗期间之外改善身体表现，包括增加步行时间，更好地控制姿势、体重转移和灵活性，减少使用非治疗辅助工具，如拐杖[23］．总的来说，初步研究结果表明，使用Ekso进行步态训练和康复有重要的生理和社会心理意义，需要进一步探索。

如前所述，迄今为止，物理疗法中机器人外骨骼的大多数研究都集中在生物力学、安全性和临床结果上。尽管物理治疗师在步态障碍患者康复中起着核心和重要的作用，但很少有研究检查了患者的观点，更少的研究了物理治疗师对外骨骼的观点。据我们所知，没有公开发表的研究，明确地从操作角度看待外骨骼康复。机器人外骨骼训练和使用对物理治疗师的工作生活和实践的影响在很大程度上尚未探索。在我们对文献的回顾中，我们发现一项研究[7]报告了从业者的Ekso设置总平均时间，包括器械准备、参与者转移、穿戴和脱毛（18.13分钟）。然而，该研究并未探讨物理治疗师使用Ekso的实践经验或影响。目前的研究考察了加拿大东部康复中心的物理治疗师如何看待他们使用Ekso GT外骨骼进行地面步行训练的工作，以及他们对使用Ekso GT外骨骼的影响的看法对他们的病人进行治疗。

2.方法

2．1.研究设计

由于这项研究的新颖性和少数物理治疗师使用Ekso，采用建构主义主题分析方法进行探索性定性研究设计[26]这使我们能够利用参与者自己的语言和观点，对他们的经历有一个丰富的理解。

2．2.设置

这项研究是在加拿大东部的一个神经康复中心进行的。该设施为患有神经系统疾病的成人和儿童提供住院和门诊临床和研究项目。

2．3.参与者

三名全职物理治疗师在中心的住院部和门诊部为成年患者(18岁及以上)工作，并同意参与研究。所有参与者都在2017年春夏接受了Ekso的1级和2级培训，并将其作为实践研究的一部分用于患者。这是唯一使用Ekso的物理治疗师，这限制了可能参与研究的人数。

2.4. 技术说明

在这项研究中，参与者使用Ekso GT, Ekso Bionics公司制造的机器人外骨骼，批准用于sci患者和中风偏瘫患者[27].Ekso装置是一种由碳纤维制成的电池供电装置，采用液压动力系统[11,28］．它通过一个背包连接到使用者的躯干、大腿、小腿和每条腿的脚部，在臀部和膝盖处有马达，使使用者能够负重站立并踏出地面[11,28］．传感器嵌入到用户身体周围的支架中，这些支架会对用户的肌肉输出做出反应[11］．它是目前最快的外骨骼，最高速度为0.89米/秒[11］．Ekso根据患者需要的辅助水平有多种操作模式，并训练从坐到站、从站到坐的过渡动作[12］．

2．5．数据收集与分析

该研究获得了神经康复中心和研究人员所在大学的区域卫生当局的研究伦理批准。三名临床研究物理治疗师曾在该机构接受培训并与Ekso一起工作，首席研究员亲自邀请他们在双方同意的时间参加了一对一的访谈。在每次访谈开始之前，参与者都收到了一封关于研究的信息信，并提供了参与的书面同意。所有的访谈都用数字录音机记录下来，并逐字记录下来。然后对转录本进行重要主题的分析。

两名研究人员分别为抄本文本分配代码，然后会面讨论重叠和差异，并将代码组织成总体主题。分析最初侧重于理解数据，然后分配代码并开发总体主题。归纳构建的代码用于对陈述进行分类在讨论过程中，不适合任何更大主题（即与任何其他代码无关）的代码根据研究人员是否将其视为物理治疗师经验的组成部分，将其分配给自己的主题或丢弃。如果研究人员不同意，则对代码进行讨论，直到达成共识。然后，研究人员再次独立检查文本，并验证主题，以确定我们如何使用这些代码所有参与者的话都符合主题。研究人员再次开会讨论主题，并为每个主题找出证据（例如，引用、潜在含义和文献证实）。如果主题证实了文献中的证据，研究人员将他们对主题的讨论框架化，并使用先前发现这些现象的研究人员所使用的术语。

3.结果

从数据中产生了六个主题:发展组织能力;合乎道德地使用技术;设备的好处;设备的挑战;认知负荷;以及技术环境。

３．１．开发组织能力

通过与Ekso合作发展更大的组织能力的过程成为一个重要主题。所有三位受访者都谈到了Ekso如何加强了他们的实践，增加了在神经康复治疗方面可以做的事情。这些收益包括尖端康复技术和技术方面的专业知识，治疗师与客户合作的身体能力更强（需要更少的物理治疗师，尤其是住院患者，以及更好的身体支持患者的能力），以及患者在治疗过程中能够完成的任务的增加。

结果还表明，Ekso在几个方面加强了康复理疗实践。首先，一个由两个或更多物理治疗师和物理治疗师助理组成的团队需要建立一种团队精神。例如，一位与会者指出

在最初的阶段，我们仍然坚持我们三个人一起工作，只是为了有另一种视角，有人可以一起讨论事情。

这为合作开发方案和讨论Ekso对每个患者的适用性提供了机会，并不断建立使用该设备的专业知识。这位与会者还强调，练习和重复对发展和保持他们的专业知识很重要:

这是一个好的方面，我们没有很多人接受训练，我需要做很多重复的事情，我需要保持我的技能。

第二，Ekso提高了患者和物理治疗师的体力劳动能力。所有三位受访者都指出，Ekso允许患者比传统的地面训练走得更远，因为物理治疗师和患者都不会很快筋疲力尽。例如，一名参与者指出

重复和大规模练习是我们能做的最大的事情，如果你有一个功能低下的人，并且刚刚开始站起来，作为一名PT，与他们一起进行步态训练需要做很多工作。我们疲惫不堪，他们疲惫不堪，然后你可能会在一个疗程中走十步，所以我们真正喜欢Ekso的是同一个客户，我可以把他们放在Ekso中，我可以走400步，这对于运动规划和重复来说是巨大的。

该参与者还指出，Ekso对患者是安全的，允许他们在设备中休息，而不必停止整个步态训练过程。

总的来说，考虑到患者、患者自身和组织的投资回报，使用Ekso所需的大量时间和资源被认为是值得的。

３.２．合乎道德地使用科技

从访谈数据中得出的另一个主题是Ekso技术的道德使用的重要性。参与者报告说，Ekso促进了围绕制定道德实践和管理患者期望的对话。物理治疗师在实践中概念化地使用Ekso是一种特权，他们对Ekso的使用有强烈的责任感。这种特权感不仅源于设备的成本，还源于Ekso对患者结果的重大进步，意识到它在大多数诊所和大多数患者中不可用，以及物理治疗师必须参与尖端临床研究的机会。参与者都表示，围绕Ekso制定道德规范是他们使用技术和作为物理治疗师实践的基础。责任包括为学生提供与Ekso合作的机会，管理患者与Ekso的关系，以确保适当的使用和期望，并制定一般指导原则，说明什么构成使用该技术的适当患者目标。

购买Ekso是为了研究和康复实践的最终整合，所以参与者觉得，当他们向患者推荐Ekso时，他们需要认识到多重目标和考虑因素。每个参与者都谈到了如何管理病人的期望。有嘉宾表示

人们听说我们有，他们看到了，显然人们想要尝试它，因为它是科技，它很酷。

然而，参与者认为Ekso的使用需要被证明是合理的。使用的理由是基于物理治疗师利用他们的专业知识和经验合作制定的标准，并在小组讨论中不断更新和重新审查。这些对话似乎是使用Ekso的同伴支持的重要来源，因为它们提供了指导方针、灵活性和学院反馈。

我们的研究结果表明，发展这种道德意识和问责准则需要大量的时间，并涉及与同事在持续过程中的重要合作。这种优越感似乎源于受访者认为他们和他们的病人从Ekso获得了很大程度的好处。两名受访者感到能够使用Ekso“很幸运”，一名受访者认为，他们的患者非常清楚，这种技术并不是普遍可用的，因此“心存感激”。这种对能够使用Ekso的感激之情似乎是三名参与者共同的一种更大的责任感的一部分，一种为他们的病人提供尽可能最好的护理的愿望。

３．３．设备的好处

受访者都非常清楚，他们认为Ekso的好处很多，值得投入时间和资源。患者体验到的好处最大，是几倍。例如，患者可以使用Ekso比不使用Ekso采取更多的步骤，从而有更多的机会在平衡、步态和核心压力方面工作一名参与者认为Ekso让患者有机会专注于行走而不是平衡：

Ekso让他们更平衡，所以他们不太关注自己的平衡。他们可以把更多的注意力放在助步器上，而不是把太多的注意力放在脚的位置上，以至于他们连移动助步器或拐杖的想法都没有。

患者也可以在累之前保持直立更长的时间，并在Ekso服安全休息。除了提高物理治疗的质量和数量外，据报道，一些患者在使用Ekso后在日常生活活动中获得了身体上的好处。

物理治疗师强调，对于非住院患者来说，有心理和情感上的益处，因为Ekso允许他们直立行走；这使患者期待他们的治疗。一名参与者谈到一名患者，其情绪健康通过使用Ekso得到改善：

只要你把他放在床上，他的脸就会亮起来。他会很高兴的。

与会者还指出

[患者通常]在结束时非常自豪地看到他们能够完成400个步骤或我们在那次治疗中所做的任何事情；它确实在他们的情绪中扮演着重要的角色。

在较小程度上，参与者提到了对自己的好处。这些包括使用更少的人来支持病人的能力，以及在步态训练中使用更少的体力来支持病人的较慢的疲劳率。在治疗住院病人时尤其如此。另一个好处是认识到利用Ekso进行研究的可能性。所有三名参与者都承认Ekso对一些患者比其他患者更有益;对于近期有损伤的患者尤其有用，而长期无法活动的患者则不太可能有良好的反应。然而，一名参与者认为，即使是在病人可能再也不能行走的情况下，Ekso增强了使用轮椅无法工作的核心肌肉，病人的轮椅网球比赛也因此显著改善。

3.4. 设备的挑战

绝大多数受访者认为学习使用该设备所需的时间投资是使用Ekso的最大挑战。一位与会者强调，Ekso是“治疗师密集型的，就培训和你必须拥有的知识而言。”使用Ekso的培训和认证比其他类型的技术更深入，培训结束后，学习使用Ekso将继续进行。虽然一名受访者认为Ekso“只是另一种工具”，但毫无疑问，管理使用该技术的多个方面（技能获取和维护、患者期望管理、身体需求和患者需求评估）会增加使用该技术的物理治疗师的认知工作量。

此外，Ekso要求单个会话占用大量时间（60分钟） 最小）和较大的初始评估块（90–120 因此，患者时间表上的时间限制有时会造成困难。Ekso的高度技术性意味着物理治疗师在评估期间和每次治疗期间，除了需要大量时间接受Ekso使用方面的适当培训外，还必须投入大量时间为患者适当安装和调整设备。一位与会者指出

起初，我们可能都有点不知所措的信息量，它是多么不同于我们过去使用的任何东西。

与会者接着指出

最大的时间消耗是在评估阶段。

另一个挑战是，它可能导致一些患者焦虑，因为这是一种不同于他们习惯的运动模式，需要患者放弃一些运动控制。此外，Ekso安装不当可能会导致不适，也可能导致更大程度的患者痉挛，例如，当患者对设备感到焦虑时，可能会触发痉挛。这意味着物理治疗师需要掌握将设备正确安装到每位患者身上的技能，并持续监控，以确保患者能够在每次治疗期间处理好设备。此外，Ekso并不适合所有人，因此只有某些患者可以使用该技术。这意味着物理治疗师需要管理患者对Ekso是否合适的期望。

采访中出现的一个重要问题是Ekso和其他类似的技术无法完全取代伸展等传统疗法。治疗师必须在与每位患者相处的有限时间内选择采取哪种策略。因此，他们需要明确使用Ekso的理由，而不是其他疗法。所有参与者都使用Ekso治疗了几名患者，但有许多患者没有使用Ekso，要么是因为他们不符合标准，要么是因为其他疗法被认为更合适。我们的结果表明，通过讨论制定标准和方案是参与者处理这一问题的主要方式。

3．5．认知负荷

每个参与者都提到了在使用Ekso治疗患者时管理一系列复杂的身体、道德和后勤因素。尽管参与者没有明确表达任何概念，如工作量或负担，但他们都描述了在对病人使用它时的一组令人生畏的考虑因素。这些要求包括对ekso专门技术知识的要求，对保持患者安全的关注，在时间限制内工作的必要性，一套标准的适当的技术在给定的情况下，精确测量的能力所需的大量测量，除了传统的PT知识、技能和精神负荷之外，还需要检查和重新检查所有的操作是否正常，并了解患者的需求。他们将培训课程和随后的治疗课程描述为“大量”、“大量信息”、“累人”或“具有挑战性”的工作量，这表明作为Ekso专家和理疗师，他们投入了大量多方面的脑力工作。正如前面提到的，一名参与者也觉得学习使用Ekso是“压倒性的”，所有三个参与者都觉得需要不断维护使用Ekso所需的技能，否则他们将不得不重新阅读手册。对技能维护的要求和理疗师感觉他们一直在学习Ekso，这表明与客户一起操作Ekso需要高且持续的认知负荷。

3.6. 技术环境

理疗师报告说，他们在引入Ekso的技术密集的工作环境中工作。Ekso有点像其他技术，因为它是用于物理治疗的工具，但不像其他工具，它更需要学习和时间。这种技术密集的工作环境是理解物理治疗师认知工作量的重要组成部分。物理治疗师认为Ekso或多或少是密集的，这取决于他们的技术技能、舒适水平和知识集群。一位参与者比较了物理治疗师使用Ekso的技能水平，指出一些物理治疗师更喜欢控制机器人，可能是因为他们的年龄和/或兴趣，比如玩电子游戏。事实上，只有一些治疗师有机会使用和发展与技术有关的技能，这似乎创造了两个层面的物理治疗，患者可能会寻求具有技术选项的物理治疗，如果它对他们是可行的。这要求物理治疗师管理患者对Ekso的期望，这可能并不适合所有患者。

4.讨论

我们的主题分析结果指出，物理治疗师需要空间和时间来开发一个道德实践和明确的协议使用Ekso。所有三个参与者提到的讨论和合作构成了一种深思熟虑的实践。由于使用Ekso是认知密集型的，需要正式的训练和基于实践的学习，协议可以帮助降低使用该设备所需的脑力工作量。参与者都提到了一项持续努力，以解决道德问题，合理但灵活的标准使用Ekso，以及管理患者期望的策略，作为整体责任感的一部分。我们的研究结果表明，使用Ekso需要物理治疗师大量的时间来反思他们的实践，并通过合作和讨论建立论述性知识。这种对组织支持的要求(例如，讨论的时间)与Glegg等人的发现一致[29]世卫组织发现，物理治疗师对技术的采用在某种程度上取决于他们的组织是否愿意为他们提供额外的资源支持，包括项目开发和故障排除的时间。

参与者的经历证实了其他研究人员关于Ekso在步态训练中的益处的许多发现。与Androwis和Nolan达成一致[19]及其他[6,15]，参与者注意到步态、核心力量、肠道控制、平衡和心理健康等方面的改善，如Kolakowsky Hayner[7]，他们发现Ekso是安全的。他们还观察到，Ekso允许在一次会议期间做更多的工作，这与许多关于机器人外骨骼的文献一致。参与者还列举了文献中未探讨的生物力学因素以外的益处。Ekso为参与者提供了建立团队合作和协作实践、加强道德实践、向学生介绍新技术以及为具有“酷”因素的患者提供额外动力的机会[30.]因此，Ekso似乎以更难定义的方式在组织中建立能力，但却有助于提高实践的强度。

研究结果强调了在将Ekso整合到现有实践中时，考虑技术环境和物理治疗师的认知负荷的重要性。由于外骨骼相对较新，许多研究集中在实验室设置、较小的样本大小和有限的结果测量。对这些研究的荟萃分析表明，尽管这项技术很有前景，但关于外骨骼在何种情况下取得最佳效果的数据还不够。11］．物理治疗师在技术和新实践的整合中扮演的角色是至关重要的，因此为物理治疗师提供足够的培训、时间和资源可能是成功整合的关键因素。对物理治疗师工作量的研究显示，这个行业很容易受到与工作有关的疼痛和伤害、倦怠和工作压力的影响[14,31,32］．物理治疗师通常在技术密集的环境中工作，因此，引入新技术可能不会给一线工作人员带来与其他医疗保健情况相同的困难[33］．然而，技术经常被引入医疗保健组织，而没有评估对医疗保健人员和患者的整体影响[33］．因此，技术最终可能成为管理人员和卫生从业人员之间的障碍[34]，侵犯患者权利，或增加工作压力和工作倦怠（Selmanovic 2011）。此外，物理治疗师有时会受到自上而下的管理，不考虑最佳实践，可能导致工作压力和工作倦怠[32］．对技术实施障碍的研究往往没有考虑到一线员工在不断变化的技术和操作环境中的需求，从而导致负面结果，如员工不喜欢技术和对组织不忠诚[33］．

在将Ekso整合到现有实践中时，需要考虑这些组织和人为因素。由于Ekso是认知强化的，在培训期间和随后的患者中需要大量的投资，Ekso整合管理不善可能导致患者预后差，并增加物理治疗师的负担。康复实践通常是技术丰富的工作环境，需要物理治疗师具有高水平的技术素养和舒适度。我们的发现强调了使用Ekso的物理治疗师所需要的技术知识的显著增加。

4．1.限制

我们研究的一个局限性是样本量小。虽然Ekso在全球越来越多的康复设施中使用，但它仍然是一项高度专业化和新颖的技术，需要大量的投资。因此，在我们的研究地点只有一名Ekso和三名经过培训的物理治疗师使用它。根据我们的经验，这与其他设施的设备和训练有素的工作人员的数量是一致的。然而，尽管样本量小，我们的试验研究结果表明，物理治疗师使用这项技术的经验对于理解和考虑将其应用于临床康复实践是很重要的。建议未来的研究使用多位点研究设计来增加参与者的数量，以增加研究结果的稳健性，并在不同位点和国际上比较经验。我们还认为，对使用Ekso的物理治疗师进行认知任务分析，将显著揭示更多使用Ekso的挑战和好处。此外，对使用Ekso的患者的认知需求的研究将为成功融入临床实践提供进一步的见解。

5.结论

据我们所知，这是第一个从物理治疗师的角度探索Ekso使用的研究。我们的发现与以往有关外骨骼优于传统步态训练的文献一致，例如患者在一次训练中可以完成的工作量大幅增加，更好的平衡和步态，改善肠道控制，以及改善心理健康。新的发现是，参与者还讨论了使用Ekso的合作方面，以及开发伦理实践和协议的空间，这些方面尚未在外骨骼文献中探索。小组讨论和协议开发的重要性似乎在于降低认知工作量，这样PTs就能够遵循合作开发的协议，从同事那里寻求反馈，并在他们觉得有理由这样做的时候修改协议。此外，研究结果表明，当采用外骨骼并将其整合到理疗师的实践中时，组织支持和考虑技术环境和技术素养是关键因素。

数据可用性

我们目前未获得REB批准，无法与研究团队以外的其他人共享采访记录。

的利益冲突

我们声明本研究没有利益冲突。

致谢

这项研究是由CFI JELF资助（资助参考35298）完成的，该资助提供了购买Ekso GT的资金。

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