重癥護(hù)理領(lǐng)域人工智能技術(shù)的應(yīng)用與展望

喬曉婷，莊一渝

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院，浙江杭州 310016

近年來(lái)，人工智能在醫(yī)療行業(yè)嶄露頭角。人工智能具有同時(shí)處理大量數(shù)據(jù)并進(jìn)行復(fù)雜的模式分析的能力，在疾病預(yù)測(cè)、診斷、治療和預(yù)后等方面發(fā)揮了巨大作用[1]。重癥護(hù)理是護(hù)理領(lǐng)域的一個(gè)特殊分支，具有高強(qiáng)度、高風(fēng)險(xiǎn)、快節(jié)奏、多變化等特點(diǎn)[2]。重癥護(hù)理內(nèi)部快速溝通、快速?zèng)Q策、海量數(shù)據(jù)處理以及持續(xù)信息交流使其成為人工智能部署的重點(diǎn)領(lǐng)域。早在2001年，Hanson等[3]就指出人工智能可以降低護(hù)理成本并改善重癥患者的預(yù)后。本綜述旨在探究人工智能應(yīng)用于重癥護(hù)理的現(xiàn)狀及尚存問(wèn)題，以期為人工智能在醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域的發(fā)展提供參考與借鑒。

1 概述

人工智能是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬人類，從而構(gòu)造具有一定智能行為的系統(tǒng)和機(jī)器，或?qū)χ悄鼙旧磉M(jìn)行研究、記錄、再現(xiàn)的一門新興學(xué)科，是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支[4-5]。人工智能不是一種技術(shù)，而是一系列技術(shù)的集合，這些技術(shù)包括圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)等[6]。在醫(yī)療相關(guān)領(lǐng)域，人工智能協(xié)助數(shù)據(jù)分析、臨床診斷和決策，在護(hù)理領(lǐng)域，人工智能技術(shù)也在不斷探索與發(fā)展。

2 人工智能在重癥護(hù)理中的應(yīng)用

2.1 控制感染風(fēng)險(xiǎn)

醫(yī)院感染影響患者的發(fā)病率、病死率和生活質(zhì)量，是重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題。合理、有效的手衛(wèi)生能夠減少醫(yī)院獲得性感染的發(fā)生，但相關(guān)研究表明，ICU護(hù)士對(duì)手衛(wèi)生的認(rèn)知程度較低[7]。Myo是一款為手勢(shì)控制設(shè)計(jì)的電子可穿戴設(shè)備，其通過(guò)肌電圖、加速度和旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)建立有效的手勢(shì)識(shí)別算法[8]。潘曉丹等[9]結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、定位技術(shù)和行為識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)了一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)胸牌記錄護(hù)士的行動(dòng)，在護(hù)士出入危險(xiǎn)感染區(qū)域前后使用指示燈及警示音提醒護(hù)士注意手衛(wèi)生，結(jié)果表明，應(yīng)用新型系統(tǒng)后護(hù)士的有效洗手率較實(shí)施前上升43.3%。王今琦等[10]和Zhong等[11]的研究也支持這一結(jié)論，這表明實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提醒功能在提高醫(yī)務(wù)工作者手衛(wèi)生方面具有一定的可借鑒之處。有效和持續(xù)的環(huán)境清潔及消毒也是減少醫(yī)院感染的關(guān)鍵，消毒服務(wù)機(jī)器人通過(guò)產(chǎn)生肉眼不可見的干霧黏附于微生物表面，進(jìn)而起到滅菌作用，機(jī)器人同時(shí)還具有智能路徑規(guī)劃、規(guī)避障礙物、自主充電、遠(yuǎn)程控制等功能[12]。ICU內(nèi)提供系統(tǒng)有效的口腔護(hù)理至關(guān)重要，缺乏口腔護(hù)理可增加牙菌斑沉積，滋養(yǎng)細(xì)菌，并可進(jìn)一步導(dǎo)致肺炎[13]。3D傳感器智能牙刷可以收集并分析有關(guān)刷牙精度、持續(xù)時(shí)間和頻率的數(shù)據(jù)，從而提供定制建議，將刷牙遺漏的區(qū)域顯示在牙齒分布示意圖上[14]。

2.2 監(jiān)測(cè)生命體征

持續(xù)生命體征監(jiān)測(cè)技術(shù)常用于病情惡化患者或被認(rèn)為有高度惡化風(fēng)險(xiǎn)的患者，早期識(shí)別惡化征象并進(jìn)行臨床干預(yù)可以減少患者不良事件的發(fā)生。錯(cuò)誤報(bào)警是持續(xù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中的一個(gè)重要問(wèn)題，而技術(shù)問(wèn)題如電磁干擾、導(dǎo)線脫落等是解釋誤報(bào)警的原因?？纱┐魇缴w征監(jiān)測(cè)設(shè)備是一種便于攜帶且連續(xù)實(shí)施生命體征監(jiān)測(cè)的新型設(shè)備[15]，患者與設(shè)備不需通過(guò)導(dǎo)線相連，這在一定程度上減少了技術(shù)方面所帶來(lái)的無(wú)效警報(bào)。黃寧等[16]使用脈搏傳感器和溫度傳感器開發(fā)了可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率、體溫的可穿戴式設(shè)備，具有一定的穩(wěn)定性和可靠性。產(chǎn)生錯(cuò)誤警報(bào)的另一重要原因是缺乏針對(duì)患者的個(gè)性化設(shè)置，而機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用使得個(gè)性化醫(yī)療成為一種可能。Ostojic等[17]通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法結(jié)合大腦血氧儀數(shù)據(jù)，智能分析生理監(jiān)測(cè)并降低誤報(bào)警率。Mousavi等[18]進(jìn)一步使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)提取數(shù)據(jù)，該方法在減少虛擬警報(bào)任務(wù)中取得了更好的效果，其對(duì)警報(bào)分類的敏感度為93.88%，特異度為92.05%。Ansari等[19]使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法有效降低虛假心律失常報(bào)警的發(fā)生率，這也為將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于生命體征監(jiān)測(cè)技術(shù)提供了更多的證據(jù)。

2.3 監(jiān)測(cè)細(xì)微活動(dòng)

ICU患者可能在昏迷一段時(shí)間后出現(xiàn)細(xì)微而突然的反應(yīng)，如手指、腳趾的運(yùn)動(dòng)或眨眼等,這些反應(yīng)不可預(yù)測(cè)且難以識(shí)別[20]。傳統(tǒng)的人為觀察方法存在效率低下、可能錯(cuò)過(guò)患者微小運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)。Reiter等[21]設(shè)計(jì)的無(wú)創(chuàng)移動(dòng)傳感器(non-invasive mobility sensor,NIMS)可以對(duì)人進(jìn)行定位、跟蹤和識(shí)別，通過(guò)預(yù)測(cè)患者的姿勢(shì)來(lái)判斷其最高水平的移動(dòng)。但由于患者運(yùn)動(dòng)微小，床上活動(dòng)很難監(jiān)測(cè)。Magi等[20]開發(fā)出一種新型的手部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)圖像處理和深度學(xué)習(xí)的方法對(duì)ICU患者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將患者的手歸類為“正?！被颉爱惓！?后者表明患者出現(xiàn)手部活動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)以警報(bào)聲提醒醫(yī)生或護(hù)士，以便使患者盡快得到治療。但此系統(tǒng)目前僅適用于手部觀察，尚未拓展至全身監(jiān)測(cè)。

2.4 簡(jiǎn)化護(hù)理流程

搬運(yùn)患者是臨床護(hù)理中的一項(xiàng)常見操作，不僅消耗護(hù)士體力，長(zhǎng)此以往容易造成護(hù)士骨骼肌肉損傷[22]。王洪波等[23]發(fā)明了一種模塊化對(duì)稱搬運(yùn)護(hù)理機(jī)器人，其可以實(shí)現(xiàn)患者在病床和擔(dān)架車之間的轉(zhuǎn)移。He[24]設(shè)計(jì)了一種組合式護(hù)理床，運(yùn)行時(shí)可使病床自動(dòng)轉(zhuǎn)化為輪椅。物品傳送機(jī)器人是簡(jiǎn)化護(hù)理流程的另一項(xiàng)科技創(chuàng)新。通過(guò)傳感器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及醫(yī)院中央系統(tǒng)，機(jī)器人可以按照要求執(zhí)行命令。新型冠狀病毒肺炎疫情推動(dòng)機(jī)器人行業(yè)快速發(fā)展，在方艙醫(yī)院內(nèi)，智能機(jī)器人根據(jù)預(yù)設(shè)的路線進(jìn)行送餐、送藥等活動(dòng)，有效避免人與人之間的直接接觸，從源頭切斷病毒傳播[25]。機(jī)器人還可以幫助護(hù)士獲取物資，并將其運(yùn)送到預(yù)設(shè)位置[26]。

2.5 輔助管理皮膚

ICU中患者病情危重，昏迷狀態(tài)者居多，易出現(xiàn)失禁癥狀，護(hù)理工作的繁忙使得護(hù)士不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理患者的排泄物，尿液和糞便的持續(xù)刺激導(dǎo)致皮膚出現(xiàn)紅疹或水皰，從而發(fā)生失禁性皮炎。失禁性皮炎不僅導(dǎo)致患者痛苦，同時(shí)延長(zhǎng)住院時(shí)間、增加住院費(fèi)用及護(hù)理工作的難度[27]。XFCS-A是一種新型的排泄護(hù)理機(jī)器人，其由采集器和控制箱兩部分組成，不僅可以收集排泄物進(jìn)行脫臭處理，而且可以用溫水沖洗患者臀部并暖風(fēng)吹干，去除異味[28]。由日本研發(fā)的Evercare護(hù)理床式機(jī)器人將全自動(dòng)排泄處理系統(tǒng)嵌入床體，可自動(dòng)感應(yīng)并處理患者的大小便，但這種床式機(jī)器人使得患者的臀部長(zhǎng)時(shí)間暴露于集便器中，影響患者舒適度[29]。由于同時(shí)存在多種壓力性損傷的危險(xiǎn)因素，ICU患者也是壓力性損傷的高發(fā)人群。一種新型設(shè)備可以檢測(cè)患者的姿勢(shì)并識(shí)別何時(shí)應(yīng)改變體位，幫助減少壓力性損傷的發(fā)生。該設(shè)備自動(dòng)記錄患者的翻身質(zhì)量、當(dāng)前位置和下一次翻身時(shí)間，如果護(hù)士沒(méi)有按照既定的治療方案翻身，就會(huì)收到警告，一旦翻身，數(shù)據(jù)自動(dòng)重置并顯示下一次翻身的相關(guān)信息，結(jié)果顯示，使用這種新型設(shè)備后壓力性損傷的發(fā)生率較使用前下降1.54%[30]。

2.6 早期識(shí)別譫妄

譫妄是一種急性意識(shí)和認(rèn)知功能障礙，研究表明，ICU中23.06%～30.80%的患者會(huì)出現(xiàn)譫妄[31-32]。如何早期識(shí)別譫妄是ICU護(hù)理的一個(gè)重要問(wèn)題。Davoudi等[33]使用普適傳感技術(shù)和人工智能，通過(guò)傳感器和攝像頭捕捉數(shù)據(jù)，分析后發(fā)現(xiàn)譫妄患者與非譫妄患者在面部表情、肢體運(yùn)動(dòng)和姿勢(shì)功能狀態(tài)等方面存在顯著差異?；颊叩淖d妄可能與自主神經(jīng)不穩(wěn)定有關(guān)，這可以通過(guò)心率變異性進(jìn)行評(píng)估，基于以上假設(shè)，Oh等[34]利用心率變異性和機(jī)器學(xué)習(xí)方法建立了一種譫妄預(yù)測(cè)模型，該模型具有一定信效度。Mikalsen等[35]通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)閱覽病歷，運(yùn)用一致聚類算法和t分布領(lǐng)域嵌入算法制定出基于錨定詞的譫妄識(shí)別模型，其精確率曲線下面積為0.96，但該模型診斷譫妄的正確率與電子病歷文本質(zhì)量有關(guān)，還需進(jìn)一步驗(yàn)證相關(guān)敏感度及特異度。

2.7 改善住院環(huán)境

環(huán)境智能是一種新興的技術(shù)形式，旨在通過(guò)嵌入周圍環(huán)境的智能工具響應(yīng)人類的需求、習(xí)慣、手勢(shì)和情緒變化[36]。環(huán)境智能可以使分散的電子醫(yī)療系統(tǒng)與患者日常體驗(yàn)產(chǎn)生聯(lián)系[37]?，F(xiàn)階段，家庭及社區(qū)是環(huán)境智能應(yīng)用的主要場(chǎng)所，而ICU則存在巨大潛力。Halpern等[38]在未來(lái)ICU設(shè)計(jì)的規(guī)劃中指出，病房將通過(guò)編程自動(dòng)控制室內(nèi)溫度、光線和空氣，以適應(yīng)患者、訪客和員工的需求。通過(guò)語(yǔ)音交互設(shè)備如亞馬遜智能音響(Amazon Echo)，患者可以隨時(shí)呼叫護(hù)士[39]。不必要的噪聲是影響ICU患者康復(fù)的主要原因，Muller-Trapet等[40]通過(guò)傳感器進(jìn)行噪聲聲源定位，從而監(jiān)測(cè)并管理ICU中的噪聲。人工智能的運(yùn)用能夠增加患者與環(huán)境的交互，從而為患者提供一個(gè)更加舒適的康復(fù)空間。

3 人工智能在重癥護(hù)理中應(yīng)用的挑戰(zhàn)

3.1 引發(fā)道德倫理問(wèn)題

人工智能在管理數(shù)據(jù)方面存在巨大的潛力，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍需考慮各種倫理問(wèn)題。《國(guó)家新一代人工智能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》明確規(guī)定了人工智能標(biāo)準(zhǔn)體系中的安全、倫理部分，內(nèi)容涉及數(shù)據(jù)安全、隱私保護(hù)、算法模型可信賴等[41]。使用人工智能可能會(huì)導(dǎo)致不恰當(dāng)?shù)母深A(yù)，預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建需要收集患者數(shù)據(jù)，但重癥患者由于病情危重往往無(wú)法同意是否使用自己的信息，這些問(wèn)題都急需解決。為了加快人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用，政府方面應(yīng)聯(lián)合各領(lǐng)域?qū)＜夜餐贫ǚ煞ㄒ?guī)，明確醫(yī)療責(zé)任，同時(shí)規(guī)范數(shù)據(jù)收集和使用的權(quán)限。護(hù)士不僅要積極參與制度制定并提出自己的意見，還要踴躍參加相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研發(fā)，主動(dòng)學(xué)習(xí)并提高評(píng)估和監(jiān)管智能系統(tǒng)的能力。

3.2 沖擊護(hù)理職業(yè)發(fā)展

從制定治療計(jì)劃到簡(jiǎn)化護(hù)理流程，再到管理皮膚，人工智能已經(jīng)在護(hù)理的多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。越來(lái)越多的護(hù)士擔(dān)心人工智能可能會(huì)替代其工作。一項(xiàng)針對(duì)病房護(hù)士的質(zhì)性研究表明，護(hù)士對(duì)于設(shè)備取代其護(hù)理職責(zé)存在一定的擔(dān)憂[42]。人機(jī)共融是一個(gè)新興的概念，指在協(xié)作區(qū)域內(nèi)人與機(jī)器能夠進(jìn)行直接交互。在工作過(guò)程中，護(hù)理從業(yè)者應(yīng)將人工智能視為伙伴而不是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，學(xué)會(huì)與人工智能合作，才能更好地助力護(hù)理工作，貼近行業(yè)需求。因此，當(dāng)處于人工智能轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵階段時(shí)，護(hù)士有必要多了解人工智能，以便在臨床工作中更好地運(yùn)用。

4 結(jié)語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得人工智能觸手可及，但其是一把雙刃劍，一方面可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的信息，幫助醫(yī)務(wù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)臨床問(wèn)題并制定臨床決策，另一方面，人工智能運(yùn)用于臨床的時(shí)間較短，可能引發(fā)道德倫理及職業(yè)發(fā)展等問(wèn)題。人工智能在重癥護(hù)理領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)已然勢(shì)不可擋，為了適應(yīng)這些變革帶來(lái)的挑戰(zhàn)，護(hù)理人員應(yīng)積極學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，改進(jìn)和完善人工智能臨床應(yīng)用的可行性和實(shí)用性，讓人工智能在促進(jìn)人類健康方面發(fā)揮更大的作用。