聊天機(jī)器人在護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展

李嘉欣，彭歆，付瑩，董健宇，李元

機(jī)器人技術(shù)作為人工智能的高度集成，在護(hù)理領(lǐng)域曾主要應(yīng)用于患者搬運、物品傳送、飲食生活輔助、運動康復(fù)等[1]，為傳統(tǒng)護(hù)理學(xué)科發(fā)展進(jìn)行賦能。隨著深度學(xué)習(xí)、語音識別、自然語言處理等領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，且機(jī)器人設(shè)備逐漸微型化、隨身化、嵌入化，分工逐漸細(xì)化，作為技術(shù)分支的聊天機(jī)器人(chatbot)的潛力被開發(fā)。聊天機(jī)器人是一種通過語音、文本或者兩者兼有的形式來模擬人類對話，根據(jù)用戶的語言進(jìn)行完整交互的計算機(jī)程序[2]，是人機(jī)交互領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。2018年國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃(2018-2030年)》[3]，提出建立快速精準(zhǔn)的智能醫(yī)療體系的目標(biāo)，并指出自然語言理解的人機(jī)對話系統(tǒng)是關(guān)鍵共性技術(shù)，這對于我國機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的發(fā)展更是一次機(jī)遇。相比發(fā)達(dá)國家，聊天機(jī)器人在我國護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用起步較晚[4]，研究較少。本文綜述聊天機(jī)器人在心理護(hù)理、疾病隨訪與自我管理、臨床護(hù)理智能化建設(shè)等方面應(yīng)用的現(xiàn)狀，分析目前應(yīng)用的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，旨在為今后我國護(hù)理領(lǐng)域人工智能發(fā)展提供參考。

1 聊天機(jī)器人技術(shù)原理

聊天機(jī)器人基于自動語音識別、自然語言理解、對話管理、自然語言生成、文本語音合成五種構(gòu)件技術(shù)[5]，其中，對話管理包括對話狀態(tài)跟蹤和對話策略。系統(tǒng)內(nèi)部有隨機(jī)森林、決策樹、K近鄰、支持向量機(jī)、樸素貝葉斯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)支持，不同類型的聊天機(jī)器人在各個構(gòu)件模塊的實現(xiàn)方法大同小異。支持聊天機(jī)器人的設(shè)備平臺包括：移動設(shè)備(如智能手機(jī)、平板電腦)、筆記本或臺式計算機(jī)及多通道平臺等[4]。與任務(wù)型對話系統(tǒng)面向垂直領(lǐng)域(即針對某一特定領(lǐng)域)的特點不同，聊天機(jī)器人對話面向開放領(lǐng)域，無任務(wù)驅(qū)動，回復(fù)話題自由，設(shè)計常帶有趣味性和娛樂性，目的是生成有意義的對話，但如今越來越多的研究者將二者特點結(jié)合，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，發(fā)揮既能完成任務(wù)又能開發(fā)聊天的協(xié)同作用[5]。

2 聊天機(jī)器人在護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1心理護(hù)理 由于聊天機(jī)器人外形生動、色彩鮮艷、人機(jī)交互界面簡單易操作并具有娛樂性和趣味性，能吸引患者與其日常交流互動。其語料庫中信息量豐富，表達(dá)方式多樣且能融入人類情感，并在對話后可以智能地進(jìn)行內(nèi)容補(bǔ)充，聊天機(jī)器人的會話風(fēng)格模仿人類決策和社會話語的動態(tài)，其不帶有批判性的語言可以減少患者病恥感，傾聽患者內(nèi)心想法，有效收集敏感、私密信息，得到真實數(shù)據(jù)反饋[6]，可用于改善原發(fā)和繼發(fā)精神心理障礙疾病的護(hù)理干預(yù)中。

最早使用聊天機(jī)器人可以追溯到1950年，由Joseph Weizenbaum開發(fā)的ELIZA，在臨床治療中能夠模仿羅杰斯式的心理醫(yī)生，可將患者的語句轉(zhuǎn)換成問題，再為患者提供事先錄制的答案[7]。目前在護(hù)理領(lǐng)域，聊天機(jī)器人對話設(shè)計基于認(rèn)知行為療法、辨證行為療法、情感聚焦療法、動機(jī)性訪談、行為強(qiáng)化、正念減壓等心理學(xué)理論和模式[8]，能夠鼓勵患者積極管理其焦慮、失落、擔(dān)憂、沖突等負(fù)面情緒。如聊天機(jī)器人Woebot基于認(rèn)知行為療法框架構(gòu)建的對話功能包括交互界面將理論游戲化并激發(fā)參與的內(nèi)在動機(jī)、明確與特定情緒問題相關(guān)的活動、為患者推薦活動并鼓勵他們實時參與、解決焦慮和情緒低落、提供患者思想感覺或行為報告和心理健康信息等[9]。聊天機(jī)器人Wysa通過營造一個外部、響應(yīng)性的自我反思環(huán)境，幫助患者進(jìn)行積極的自我表達(dá)、鼓勵他們管理焦慮、精力、注意力、睡眠、放松、失落、擔(dān)憂、沖突等[10]。聊天機(jī)器人Vivibot能夠幫助癌癥治療后有心理問題的年輕患者完成每日情緒評估，通過8個積極的心理技巧(注意到并承認(rèn)積極事件、品味積極事件、感恩、正向再評價、善舉、正念、個人優(yōu)勢和實現(xiàn)目標(biāo))改善焦慮抑郁癥狀[11]。聊天機(jī)器人Shim的用戶界面類似短信應(yīng)用，對話內(nèi)部嵌入決策樹算法，通過分析對話的外部信息(如對話日期、對話時間)和內(nèi)部信息(之前對話的歷史數(shù)據(jù))幫助患者進(jìn)行個人壓力管理[12]。研究顯示，充當(dāng)精神科虛擬護(hù)士角色的聊天機(jī)器人能夠高度模擬護(hù)士的語言和非語言(手勢、姿勢轉(zhuǎn)換、面部表情等)行為模式，為抑郁癥患者提供出院指導(dǎo)[13]。在老年人護(hù)理中，社交輔助功能的聊天機(jī)器人形態(tài)各異，包括人型、貓型、狗型、熊型、海豹型等，他們內(nèi)部配備一種或幾種傳感器，將聊天的語音交互過程與命令交互、表情交互、體感交互和影像交互等方式結(jié)合，不僅能夠與人聊天，還擁有學(xué)習(xí)、適應(yīng)環(huán)境、感知人與周圍環(huán)境變化等功能，目前應(yīng)用較廣泛的如聊天機(jī)器人iCAT[14]、Pepper[15]、Paro[16]、Eva[17]、NeCoRo[18]等。聊天機(jī)器人作為老年癡呆及其他患者的情感伴侶和紐帶，能緩解患者的冷漠情緒并促進(jìn)積極情感表達(dá)，起到精神心理慰藉和陪伴的作用，并提高老年人獨立生活能力，減少激越和出走行為，提高生活質(zhì)量的同時促進(jìn)社會交往[19]。

2.2疾病隨訪與自我管理 聊天機(jī)器人作為護(hù)理工作者的助手，為已出院的慢性病患者提供跟蹤隨訪服務(wù)和居家康復(fù)指導(dǎo)，成為疾病自我管理遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分。其功能主要體現(xiàn)在：提高患者依從性和進(jìn)行健康知識宣教等，促進(jìn)患者健康生活習(xí)慣的養(yǎng)成，解決相對簡單的疾病問題，提高隨訪滿意度，改善患者健康結(jié)局，突破了護(hù)理服務(wù)時間和空間的限制。Zand等[20]將自然語言處理分類算法嵌入聊天機(jī)器人的開發(fā)中，細(xì)化分析慢性腸炎患者以往就診對話內(nèi)容關(guān)鍵字，判斷當(dāng)前對話內(nèi)容并創(chuàng)造多目標(biāo)場景(包括癥狀、預(yù)約、實驗室檢查、醫(yī)保和其他信息)，結(jié)果表明其能對患者輸入的特定問題精確響應(yīng)。Chaix等[21]使用聊天機(jī)器人VikBreast，對乳腺癌患者進(jìn)行用藥時間提醒和用藥知識健康教育(包括正確用藥方法、用藥不良反應(yīng)及預(yù)防方法)，結(jié)果表明患者的服藥依從性明顯提高。姜可越等[22]基于患者個人信息、癌癥病種、病種階段、疾病療程等問題建立的疾病護(hù)理和康復(fù)數(shù)據(jù)庫，設(shè)計了一個用于癌癥患者出院隨訪的聊天機(jī)器人，患者可以通過登錄微信網(wǎng)頁端與其進(jìn)行對話，解決了目前微信公眾號不能提供個性化信息的局限。Rhee等[23]使用基于短信息文本的聊天機(jī)器人mASMAA，與家長一同幫助青少年哮喘患者進(jìn)行自我管理，干預(yù)2周后發(fā)現(xiàn)由于短信提醒及時識別病因誘因，增加了青少年病愈的信心，改善了用藥依從性，哮喘癥狀得到良好控制。田波彥等[24]開發(fā)的用于肝移植術(shù)后隨訪的聊天機(jī)器人，將原有的語音對話延展為視頻通話、圖像采集、超聲和肝功檢測、運動導(dǎo)航等功能，為患者提供術(shù)后傷口護(hù)理、藥物治療、飲食營養(yǎng)、血糖控制以及移植排斥反應(yīng)發(fā)生指征等健康知識，結(jié)果表明，3個月后實驗組的服藥、自我監(jiān)測、生活和隨訪4個維度的依從性提高，術(shù)后隨訪滿意度高于傳統(tǒng)電話隨訪方式。Levin等[25]設(shè)計的聊天機(jī)器人PMVD能實時記錄患者慢性疼痛的部位、強(qiáng)度、類型、持續(xù)時間、伴隨癥狀等信息，能及時發(fā)現(xiàn)有臨床意義的疼痛癥狀變化。同樣，針對慢性疼痛患者，Hauser-Ulrich等[26]設(shè)計的聊天機(jī)器人SEMLA通過向患者介紹慢性疼痛、認(rèn)知、情緒、社會影響和時間化過程之間的聯(lián)系，能幫助慢性疼痛患者選擇干預(yù)模塊進(jìn)行放松練習(xí)，8周后疼痛強(qiáng)度下降、持續(xù)時間減少。Black等[27]為2型糖尿病患者設(shè)計的遠(yuǎn)程監(jiān)控對話系統(tǒng)Di@L-log，和Giorgino等[28]為高血壓患者提供的雙音多頻聊天機(jī)器人均能通過記錄患者的生命體征和生化指標(biāo)，動態(tài)更新健康數(shù)據(jù)日志等方式及時捕捉病情變化，并反饋給患者和照護(hù)者，與個人電子健康記錄結(jié)合，實現(xiàn)功能互補(bǔ)。Watson等[29]基于正強(qiáng)化理論，將個人計算機(jī)端的聊天機(jī)器人與計步器連接，兩者共同充當(dāng)虛擬教練的角色，通過超重成年人每日步數(shù)的統(tǒng)計，設(shè)定每日運動目標(biāo)，將勸導(dǎo)式的交流設(shè)計融入對話技術(shù)，進(jìn)行每日定時體力活動監(jiān)督和規(guī)律飲食提醒。

2.3臨床護(hù)理智能化建設(shè) 隨著社會對醫(yī)療護(hù)理服務(wù)需求的不斷增加，護(hù)理人力資源短缺的現(xiàn)狀加劇，已成為世界范圍內(nèi)亟待解決的衛(wèi)生問題。聊天機(jī)器人內(nèi)部算法的精度和效率不斷提高，能夠同時處理大量對話，使用戶等待時間縮短，不僅能夠代替護(hù)理工作者完成一部分重復(fù)機(jī)械的低風(fēng)險工作，緩解繁重的護(hù)理工作負(fù)擔(dān)，而且能將監(jiān)測、預(yù)警、決策等功能高度集成，促進(jìn)醫(yī)院的智能化建設(shè)。導(dǎo)診工作中的聊天機(jī)器人能在與患者對話后收集問題，形成更深層次的有效決策，提高工作效率和準(zhǔn)確率。劉彩宏等[30]的研究表明，導(dǎo)診聊天機(jī)器人能夠解答醫(yī)院地點導(dǎo)航、科室工作時間、科室掛號類型、檢查檢驗相關(guān)知識和收費標(biāo)準(zhǔn)等問題，與患者日平均交互次數(shù)800次左右，能分擔(dān)分診護(hù)士50%的工作量，并提高患者就診體驗滿意度。目前，導(dǎo)診聊天機(jī)器人已經(jīng)在我國多省市醫(yī)院中應(yīng)用。在臨床工作中，聊天機(jī)器人的智能語音錄入功能可以實現(xiàn)護(hù)士對各種設(shè)備的免提控制，使護(hù)理操作與病歷記錄同時完成，相比文本電子健康記錄方式不僅能夠解放雙手，減緩屏幕疲勞，而且能夠降低電子健康檔案文本書寫錯誤率，并方便醫(yī)護(hù)患信息共享[31]，有效減少記錄的時間、經(jīng)濟(jì)和人力成本等。Mairittha等[32]開發(fā)了一個護(hù)理記錄對話系統(tǒng)，支持護(hù)士在智能手機(jī)上以語音的方式輸入護(hù)理記錄數(shù)據(jù)，并能下載離線數(shù)據(jù)庫，無需網(wǎng)絡(luò)連接也可使用，在5個常見的臨床護(hù)理場景(測量生命體征、飲食和用藥、口腔護(hù)理、排泄、沐浴)中，與文本填寫方式相比，護(hù)理記錄對話系統(tǒng)的文檔處理提速了15%。Jungk等[33]將聊天機(jī)器人置入麻醉監(jiān)護(hù)儀中，用語音輸入代替鍵盤輸入，為麻醉術(shù)后患者進(jìn)行生命體征監(jiān)測和并發(fā)癥預(yù)警，試驗過程中的生命體征記錄任務(wù)完成率可達(dá)99.2%，整體單詞識別率可達(dá)72%～92.4%，減輕護(hù)理工作者繁重的工作負(fù)擔(dān)，同時提高臨床護(hù)理質(zhì)量，因此，將聊天機(jī)器人應(yīng)用于醫(yī)院護(hù)理信息化建設(shè)已成為目前衛(wèi)生行業(yè)發(fā)展的趨勢。Andriella等[34]使用聊天機(jī)器人決策系統(tǒng)幫助老年癡呆和認(rèn)知障礙患者進(jìn)行認(rèn)知功能測試，與照顧者和患者均可進(jìn)行個性化的支持和援助，從對話中識別照護(hù)目標(biāo)，形成照護(hù)策略，并根據(jù)患者性別、種族、文化程度、社會經(jīng)濟(jì)背景、疾病臨床分期、病程進(jìn)展等在不同層次的交互提供護(hù)理決策。Chetlen等[35]開發(fā)了一個內(nèi)含知識計算引擎的聊天機(jī)器人，旨在對將要進(jìn)行乳腺組織病理學(xué)檢查的患者進(jìn)行健康教育，知識涉及健康的生活方式、乳房活檢的流程、不良反應(yīng)、預(yù)后、冥想訓(xùn)練和呼吸訓(xùn)練方式等方面。Goldenthal等[36]使用的聊天機(jī)器人能夠提供輸尿管檢查術(shù)后常見生理癥狀解決方法，無縫地參與到腎結(jié)石患者術(shù)后并發(fā)癥護(hù)理過程中。盧振利等[37]開發(fā)的聊天機(jī)器人將表情交互融入語音交互對話過程，幫助腦癱患兒進(jìn)行語言康復(fù)訓(xùn)練，使輕度腦癱患兒的語言交流和圖片識別能力基本恢復(fù)正常水平，重度腦癱的圖片識別時間縮短，訓(xùn)練識別注意力提高。在臨床護(hù)理過程中，具有實時監(jiān)測和預(yù)警功能的聊天機(jī)器人，將收集的信息在后臺臨床護(hù)理和護(hù)理管理系統(tǒng)集成，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)[38]可以幫助護(hù)士及時發(fā)現(xiàn)護(hù)理不良事件和高危病情變化，規(guī)避危險因素。Bott等[39]使用聊天機(jī)器人Avatar為住院老年人提供24 h不間斷實時視聽反饋，監(jiān)視器及時發(fā)現(xiàn)老年人的緊急護(hù)理需求(如吸氧、吸痰、排泄)，并提醒病區(qū)護(hù)士對老年人進(jìn)行護(hù)理操作。平時護(hù)士可以通過Avatar以語音、數(shù)字圖片、音頻或音樂與患者互動，間接提供腦力康復(fù)游戲、評估患者舒適度，Avatar不但明顯降低老年人跌倒、墜床等不良事件發(fā)生次數(shù)，同時改善了譫妄和孤獨等不良情緒。

3 挑戰(zhàn)與展望

隨著人工智能支持護(hù)理技術(shù)的突破和健康大數(shù)據(jù)的完善，聊天機(jī)器人作為一種提高衛(wèi)生保健效率的醫(yī)療護(hù)理資源，將部分緩解護(hù)理人力資源緊張的局面，將傳統(tǒng)的體力式護(hù)理模式轉(zhuǎn)換為腦力式，逐漸成為醫(yī)院建設(shè)智能化、護(hù)理信息化和數(shù)字化的重要組成部分，增加護(hù)理服務(wù)的可及性。但目前大多數(shù)對話系統(tǒng)都處于程序開發(fā)、試驗、評估階段，應(yīng)用過程中的技術(shù)、應(yīng)用效果、倫理等問題仍亟待解決。

3.1技術(shù)方面 聊天機(jī)器人在信息技術(shù)領(lǐng)域最常見的問題是由于噪聲干擾、輸入語法錯誤、輸入語速各異、口音不標(biāo)準(zhǔn)、方言、多語種的識別等問題導(dǎo)致的語音識別非精確性[40]，是目前亟待突破的難題，也會導(dǎo)致使用成本增加。建議在未來聊天機(jī)器人的設(shè)計中，根據(jù)使用群體的不同特征，設(shè)計不同難易程度的聊天機(jī)器人操作系統(tǒng)，豐富語料庫以提高對話的廣度和深度，提高聊天內(nèi)容上下文感知能力，設(shè)計不同的語音或文本護(hù)理干預(yù)內(nèi)容，增進(jìn)用戶體驗效果，將適用群體范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.2效果評價及影響因素方面 聊天機(jī)器人在護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用效果目前仍有爭議，雖然目前初步證據(jù)顯示其提供的護(hù)理效果良好，患者的接受程度較高，但由于缺乏高質(zhì)量的隨機(jī)對照試驗，在評估其信息準(zhǔn)確性、有效性、安全性等方面的利弊仍缺乏共識[41]。已有研究分析影響其作用效果的因素包括：用戶對聊天機(jī)器人的滿意程度[32]、完成對話的比例[42]、有效交互對話次數(shù)和時長[43]等，但仍無統(tǒng)一結(jié)論。建議進(jìn)行更多的隨機(jī)對照試驗，收集更多關(guān)于其應(yīng)用有效性的證據(jù)，以期總結(jié)出在護(hù)理領(lǐng)域最適用的應(yīng)用方向，不應(yīng)僅停留在開發(fā)層面，應(yīng)倡導(dǎo)在一定范圍內(nèi)推廣使用，并建立相應(yīng)的護(hù)理領(lǐng)域應(yīng)用效果評價標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用規(guī)范化指南。

3.3倫理方面 部分?jǐn)M人程度仍較低的聊天機(jī)器人，對患者共情性上仍反應(yīng)機(jī)械,單一重復(fù)的答案無法真正做到情感撫慰和心靈陪伴[44]。在交互過程中，人工情感的不真實性和人類情感的真實性極易失衡，人類對計算機(jī)情感反饋更加豐富，在情感維度上易產(chǎn)生單向關(guān)系[45]。此外，與目前使用的其他人工智能產(chǎn)品一樣，個人隱私信息安全、數(shù)據(jù)的傳輸和存儲的安全、使用聊天機(jī)器人發(fā)生護(hù)理事故的責(zé)任認(rèn)定、人工智能算法監(jiān)管等問題均需法律法規(guī)監(jiān)管。建議進(jìn)行機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)時應(yīng)建立倫理道德多層次判斷結(jié)構(gòu)及人機(jī)交互的倫理框架，并將情感分析技術(shù)引入對話系統(tǒng)，提高虛擬現(xiàn)實應(yīng)用智能交互技術(shù)的多樣性和逼真性。