轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人在護(hù)理實(shí)踐中的應(yīng)用研究

苗姣娜，王元姣，何 葉

1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)護(hù)理學(xué)院，浙江310053；2.浙江省人民醫(yī)院

人口老齡化問題是全球關(guān)注的嚴(yán)重問題，預(yù)計到2035年我國老年人口將達(dá)到4.12億人[1]。老齡化背景下護(hù)理人力資源與優(yōu)質(zhì)護(hù)理服務(wù)短缺等問題日益突出，傳統(tǒng)的護(hù)理技術(shù)已不能滿足老年人護(hù)理的需求。此外，護(hù)理人員因長期搬運(yùn)病人而導(dǎo)致骨骼肌肉疼痛[2]。因此，越來越多研究者利用機(jī)器人來解決上述問題。轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人是協(xié)助他人對失能或半失能的老人進(jìn)行日常護(hù)理的一類機(jī)器人，可將病人在病床、輪椅、手術(shù)臺等之間移動，并且可進(jìn)行一些勞動強(qiáng)度高的工作[3]。本研究對國內(nèi)外搬運(yùn)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀、分類、功能等進(jìn)行闡述，以期為轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人在護(hù)理實(shí)踐中更好地應(yīng)用提供參考。

1 轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人研究現(xiàn)狀

1.1 升降機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人

該類轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人利用安全帶和壓縮桿的升降原理將病人進(jìn)行轉(zhuǎn)移，其結(jié)構(gòu)簡單。MaxiMove 升降機(jī)是瑞典 ArjoHuntleigh 公司生產(chǎn)的一款能在病人平躺姿勢下進(jìn)行轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人，其主要結(jié)構(gòu)包括支架、底部萬象輪、擺臂、吊架、專用轉(zhuǎn)移床單和電動推桿等[4]。日本安川電機(jī)研發(fā)了一款升降機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人，具有可上下移動和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械臂、吊座和移動腳輪，可以幫助醫(yī)護(hù)人員將病人抱起，實(shí)現(xiàn)護(hù)理床與輪椅之間的轉(zhuǎn)移[5]。有研究表明天花板式升降機(jī)比地板式升降機(jī)更受歡迎，但升降機(jī)類轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人對使用空間有一定的要求[6]。

1.2 電動移位機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人

該類機(jī)器人主要有美國英維康公司生產(chǎn)的電動移位機(jī)和日本豐田汽車公司研發(fā)的移位車等，可實(shí)現(xiàn)老年人在普通座椅、沙發(fā)、床之間的安全轉(zhuǎn)移，降低護(hù)理人員的工作強(qiáng)度[5]。其外觀類似推車，有兩個較長的扶手和安全帶，使用時將其推至老人床邊或輪椅邊，將小推車固定后老人上車坐到座板上，松開剎車，即可移動老人到其他位置。該類機(jī)器人外觀簡單，靈活性較高，主要用于行動不便的老年人。

1.3 智能輪椅

意大利設(shè)計師Kevin Halsall 研發(fā)的電動平衡輪椅Ogo，其內(nèi)置陀螺儀，使用者可通過上半身來控制2個輪胎的移動，通過前傾、后傾改變重心的位置，Ogo 可以根據(jù)重心變化，預(yù)判使用者的運(yùn)動意圖[6-7]。美國Smart Wheelchairs Limited 公司生產(chǎn)的電動輪椅科珀斯F5[8]，其采用前輪驅(qū)動，底盤使用懸掛系統(tǒng)，因此可在多種路況下平穩(wěn)行駛，還能輔助病人直立。此外，其安裝的MagicDrive EC設(shè)備，不僅可以便捷地控制電動輪椅，還可以對電話、收音機(jī)等進(jìn)行遠(yuǎn)程操控[5]。美國匹茲堡大學(xué)研制的智能機(jī)器人輪椅PerMMA，可進(jìn)行話筒語音、操縱桿或屏幕觸控等多種方式來操作交互界面[9]。較科珀斯F5相比其輪椅上的機(jī)械臂可幫助病人處理日常生活中的穿衣、購物、烹飪等事務(wù)，功能較為齊全。在舒適度方面，瑞典公司研制的智能電動輪椅 C350 Corpus，其完全按照人體結(jié)構(gòu)設(shè)計輪椅系統(tǒng)，符合人體生理尺寸，貼合人體輪廓，適合長期行動不便的病人[10]。該類智能輪椅較傳統(tǒng)輪椅功能多樣，病人可自行操控，一定程度上降低照顧者的體力消耗和心理壓力。

1.4 床類轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人

床類轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人的研究較成熟，從外觀可將其分為板式轉(zhuǎn)運(yùn)床、床椅結(jié)合型兩類。板式轉(zhuǎn)運(yùn)床主要用于癱瘓、麻醉、昏迷等喪失自主行動能力的病患，床椅結(jié)合型轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人適用無脊髓損傷和意識障礙的病人。燕山大學(xué)研發(fā)了一款轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人，其床面可向一側(cè)進(jìn)行移動具有方向性，因此在搬移前需先確認(rèn)搬移方向，否則進(jìn)屋后無法搬移，主要用于不同床之間的轉(zhuǎn)運(yùn)[11]。日本大阪變壓器株式會社研發(fā)的雙邊轉(zhuǎn)運(yùn)床 C-Pam(careful patient mover)整體結(jié)構(gòu)輕盈緊湊，配備 RINGSERVO系統(tǒng)，可持續(xù)性監(jiān)測轉(zhuǎn)運(yùn)負(fù)載，按需切換控制模式，使系統(tǒng)安全可靠[12]。上海機(jī)電學(xué)院研發(fā)的一款多功能護(hù)理床，通過按鍵或語音控制床面，將病人從臥姿轉(zhuǎn)換成坐姿狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)床與輪椅間的轉(zhuǎn)運(yùn)[5]。該類機(jī)器人在國內(nèi)研究廣泛，多用于重癥監(jiān)護(hù)的病人在轉(zhuǎn)科、檢查時的轉(zhuǎn)運(yùn)。圍繞老年人日常生活、交流和監(jiān)測等護(hù)理需求，日本松下研發(fā)的Roboticbed[13]是一款床椅分離型轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人，通過 I/F 操作手柄或送話器發(fā)布指令，實(shí)現(xiàn)病床與輪椅間的自動分離或?qū)覽14]。多種功能累加導(dǎo)致該類轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)笨重復(fù)雜，姿態(tài)轉(zhuǎn)變時貼合性不高，影響病人舒適度。

1.5 仿人雙臂型轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人

為滿足在多種場景的轉(zhuǎn)運(yùn)，日本理化技術(shù)研究所研發(fā)的 Robear機(jī)器人可將行動不便的老年人從床上抱起進(jìn)行轉(zhuǎn)移，機(jī)身表面覆蓋有機(jī)材料，機(jī)械臂和軀體上設(shè)有傳感器，使其具有高精度的觸覺感知，機(jī)器人僅需觸摸病人即可迅速獲得被搬運(yùn)對象的體重數(shù)據(jù)，充分考慮了老年人被搬運(yùn)過程中的舒適度體驗(yàn)，保證了搬運(yùn)過程的安全[15]。美國 HStar 公司推出RoNA(Robot Nursing Assistant)[16]仿人雙臂型機(jī)器人，原理是基于仿人姿勢進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，因而易被病人接受，其雙臂移動靈活可承受227 kg的重量，配有3D智能導(dǎo)航系統(tǒng)的全方位自由移動平臺[17]。具有多人多用、執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，但無法自動進(jìn)行路線規(guī)劃，需要醫(yī)護(hù)人員協(xié)助，人機(jī)交互性不高。BEAR熊(戰(zhàn)場救護(hù)機(jī)器人)是美國軍方研制的一款轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人，對非結(jié)構(gòu)環(huán)境有非常強(qiáng)的適應(yīng)性，可抱起近250 kg的重物，其機(jī)械手還能做出非常精細(xì)的護(hù)理任務(wù)，如對受傷人員進(jìn)行簡單包扎、開門排爆等；履帶和腿的自由轉(zhuǎn)換讓其可以在不同的地形之間自由轉(zhuǎn)換，如果遇到不平整的地面，它保持類似半跪的姿態(tài)，壓低重心，以履帶形式穩(wěn)定前進(jìn)，而到了相對平整的地面，則轉(zhuǎn)換成快速模式迅速前進(jìn)[18]。BEAR熊機(jī)器人采用三維視覺定位，強(qiáng)大的控制能力，自主規(guī)劃軌跡路線，具有一定的自主工作能力[19]。不同場景下搬運(yùn)護(hù)理機(jī)器人的人性化要求不同，前兩種在舒適度方面可達(dá)到較高要求，而BEAR熊在速度轉(zhuǎn)換方面有較高優(yōu)勢。

1.6 穿戴式轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人

日本筑波大學(xué)研發(fā)的HAL-5[20]是世界上第一種用于商業(yè)化的全身穿戴式機(jī)器人，醫(yī)護(hù)人員穿戴HAL-5后，可將一個成年人輕松舉起。其利用電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)并通過多種傳感器來獲取外骨骼和人體的運(yùn)動狀態(tài)信息。此外，日本INNOPHYS Co.Ltd.開發(fā)的Muscle Suit(MS)也是一款可穿戴式機(jī)器人，使用氣動人造肌肉，進(jìn)行人或物體轉(zhuǎn)移或保持中等高度姿勢等運(yùn)動來支撐護(hù)理人員的身體[21]。該類穿戴機(jī)器人利用其收集的生物信號幫助護(hù)理人員運(yùn)動并支撐他們的下背部以減少施加到他們腰部的壓力，進(jìn)而達(dá)到緩解護(hù)理人員肌肉疲勞和疼痛的目的。Kato等[22]對兩款機(jī)器人的護(hù)理方案進(jìn)行研究，表明MS主要用于早上協(xié)助病人進(jìn)行如廁、轉(zhuǎn)移等情況，HAL機(jī)器人主要在上午使用，在如廁護(hù)理及膳食輔助方面有很大幫助，能夠有效地執(zhí)行護(hù)理任務(wù)和操作。

2 轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人的功能

2.1 轉(zhuǎn)運(yùn)功能

美國護(hù)理聯(lián)合協(xié)會在2003年呼吁取消人工搬運(yùn)，建議采用機(jī)械或機(jī)器人搬運(yùn)病人[23]。Schoenfisch 等[24]研究中表明通過升降機(jī)等轉(zhuǎn)運(yùn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)病人在床和擔(dān)架等之間的快速轉(zhuǎn)運(yùn)。軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院2010年推出的換乘轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人[25]，主要運(yùn)用在病床、檢查器械及手術(shù)臺之間，可以精準(zhǔn)穩(wěn)定地對病人進(jìn)行轉(zhuǎn)移。Tatemoto 等[26]設(shè)計的一款橫向轉(zhuǎn)移輔助機(jī)器人(LTAR)是一款床椅分離式機(jī)器人，其扶手可以自動升降到與床面同高的位置來填充床和機(jī)器人之間的空隙，實(shí)現(xiàn)病床和輪椅間的自動轉(zhuǎn)換，達(dá)到對病人轉(zhuǎn)運(yùn)的目的。雖然該類轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人在臨床使用較多，但其主要在個別科室使用。

2.2 監(jiān)測功能

急危重癥病人在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中醫(yī)務(wù)人員及時掌握其生命體征非常重要，便于醫(yī)務(wù)人員對病人病情作出預(yù)判，避免突發(fā)情況發(fā)生。2013 年北京航空航天大學(xué)研發(fā)的床椅分離型護(hù)理床e-Bed[27]具有檢測和報警系統(tǒng)，可以對病人的血壓、體溫和脈搏等進(jìn)行監(jiān)測，并在病人生命體征出現(xiàn)異常時發(fā)出警報。華南理工大學(xué)設(shè)計的多功能智能護(hù)理床通過機(jī)器人化語音操作和控制技術(shù)及其搭載的 ARM 多參數(shù)監(jiān)察系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確地反映老年人的實(shí)時狀態(tài)[10]。自動監(jiān)測系統(tǒng)可以將病人生命體征信息自動上傳到醫(yī)護(hù)人員的工作系統(tǒng)中，方便快捷減少數(shù)據(jù)錯誤。

2.3 避障功能

自主避障功能體現(xiàn)了機(jī)器人的轉(zhuǎn)運(yùn)自動化，搬運(yùn)機(jī)器人根據(jù)設(shè)定的規(guī)劃路線和自主導(dǎo)航系統(tǒng)可以將病人安全轉(zhuǎn)移。2013 年河北工業(yè)大學(xué)推出的“白澤”[28]機(jī)器人是一種仿人背抱式搬運(yùn)護(hù)理機(jī)器人，其通過聲源定位、視覺識別來確認(rèn)病人的位置和姿態(tài)，對病人的姿態(tài)進(jìn)行判斷后開始轉(zhuǎn)運(yùn)，并能自動避開障礙物。通過設(shè)定行走路線和導(dǎo)航系統(tǒng)，智能搬運(yùn)護(hù)理機(jī)器人可進(jìn)行物品的傳送，如為病人送藥、送生活用品，為醫(yī)護(hù)人員送化驗(yàn)標(biāo)本、設(shè)備等。上海交通大學(xué)研發(fā)的“交龍”智能輪椅，采用了多傳感器信息融合技術(shù)，具有語音識別、自動記憶環(huán)境地圖的功能，此外,還具有手動模式、半自主模式、PC 3種模式，可以在人員流動復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行避障、路徑規(guī)劃、自主導(dǎo)航和目標(biāo)物跟蹤導(dǎo)航[29]。

2.4 人機(jī)交互功能

深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研制了一款具有交互功能的機(jī)器人輪椅,可通過交互功能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，還具有口令識別、語音合成、動態(tài)隨機(jī)避障、機(jī)器人自動定位、實(shí)時自適應(yīng)導(dǎo)航控制及多傳感信息融合等特點(diǎn)[10]。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院推出一款通過腦電操控的新型輪椅通過戴在病人頭部的電極帽發(fā)送的腦電信號來執(zhí)行病人大腦的命令，從而讓肢體癱瘓的病人重新獲得行動能力[30]。人機(jī)交互功能給老年殘障病人的生活帶來便利，減少了病人自卑、失落等不良心理狀態(tài)。

3 轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人對護(hù)理人員的作用與意義

3.1 減輕護(hù)理人員體力消耗、提高工作效率

在老年人日常護(hù)理工作中，移乘搬運(yùn)是護(hù)理工作中最重要的部分，傳統(tǒng)的搬運(yùn)方式需要多人完成，不僅費(fèi)時、費(fèi)力，而且也無法確保老年人的安全與舒適。美國海視達(dá)科技公司研制的RoNA仿人轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人可輔助護(hù)理人員完成相應(yīng)的護(hù)理工作[31]。如其胸前設(shè)計有人機(jī)交互顯示屏，可以與病房中的病人進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，利于護(hù)理人員及時了解病人的思想狀態(tài)，便于對病人心理進(jìn)行及時調(diào)節(jié)以及處理一些突發(fā)情況。德國的一項研究表明,每臺轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人在病房中平均每天可以為醫(yī)護(hù)人員節(jié)省至少2 h的工作時間[32]。

3.2 降低護(hù)士離職意愿、減少護(hù)士職業(yè)損傷

護(hù)士短缺與護(hù)士整體工作滿意度低和健康狀況有關(guān)[33]。轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人可替代護(hù)士完成一些護(hù)理操作，減輕護(hù)士工作量，使護(hù)士有更多的時間從事專業(yè)護(hù)理操作、與病人進(jìn)行深入交流并了解其心理狀態(tài)。研究表明，繁重的護(hù)理工作使護(hù)士執(zhí)行許多非必要的護(hù)理任務(wù)，而一些重要的護(hù)理任務(wù)未能更好地完成，因此，導(dǎo)致護(hù)士對工作產(chǎn)生不滿[34]。傳統(tǒng)的搬運(yùn)模式增加護(hù)士骨骼肌肉損傷的風(fēng)險，使用轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人對病人進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，能降低護(hù)士骨骼肌肉疾患的發(fā)生[35]。如今各種烈性傳染病先后肆虐全球，導(dǎo)致職業(yè)危險因素進(jìn)一步增加。在傳染病房護(hù)士需要穿厚重的防護(hù)服來降低被感染的危險。然而通過對轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，可實(shí)現(xiàn)對物品和病人的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移，降低護(hù)士被感染的風(fēng)險[36]。

3.3 促進(jìn)病人疾病康復(fù)、提高就醫(yī)體驗(yàn)

病人長期臥床容易發(fā)生墜積性肺炎、壓力性損傷和泌尿系統(tǒng)感染等嚴(yán)重并發(fā)癥，這些并發(fā)癥導(dǎo)致病人病情加重、醫(yī)療費(fèi)用增多。轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理搬運(yùn)機(jī)器人可以協(xié)助護(hù)理人員為病人進(jìn)行翻身，減少病人與床面的摩擦次數(shù)，避免病人發(fā)生二次傷害。此外，將疾病宣教內(nèi)容導(dǎo)入轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)，機(jī)器人可到床邊對病人進(jìn)行健康宣教，使病人健康受教育的程度提高，利于疾病恢復(fù)。麻省理工學(xué)院研發(fā)的RHOMBUS(Recodigurable Holonimic Omnidirectional Mobile Bed with Unified Seating)護(hù)理床安裝有遠(yuǎn)程通信設(shè)備，因而醫(yī)護(hù)人員及家屬可與病人進(jìn)行遠(yuǎn)程交互[37]。

4 小結(jié)與展望

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人有巨大的發(fā)展?jié)摿?。轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人的應(yīng)用有助于緩解護(hù)理人員工作壓力，解決老齡化社會的護(hù)理需求，提高護(hù)理人員工作效率和病人就醫(yī)體驗(yàn)，具有深遠(yuǎn)的社會意義和巨大的應(yīng)用價值。但是，轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人的研究主要以美國和日本等國家為主，我國仍處于初步研究階段，其發(fā)展仍面臨著許多挑戰(zhàn)。為更符合老年人等生活需求轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人要融合更多的功能，需要研發(fā)人員在技術(shù)上不斷創(chuàng)新。此外，隨著轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人的不斷研發(fā)，其將面臨在護(hù)理領(lǐng)域應(yīng)用時的管理等問題，如設(shè)置相應(yīng)的管理部門來解決機(jī)器人的使用培訓(xùn)、意見收集、相關(guān)儀器設(shè)備檢查和維修等問題。而且，使用搬運(yùn)護(hù)理機(jī)器人將構(gòu)成新的護(hù)患關(guān)系(護(hù)理人員-病人-機(jī)器人)[38]，在新的護(hù)患關(guān)系下，如何平衡護(hù)理人員與病人之間的情感溝通問題，故需要構(gòu)建新的護(hù)患關(guān)系模式。最后，管理者應(yīng)重視轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人對護(hù)理人員及病人的應(yīng)用價值，引領(lǐng)護(hù)理人員轉(zhuǎn)變以往的護(hù)理模式、不斷學(xué)習(xí)并參與到轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人的研究和設(shè)計中，促使轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人在護(hù)理領(lǐng)域更好地應(yīng)用。