人工智能在跌倒中的研究進(jìn)展

仇小敏 肖廣輝

跌倒是指突然發(fā)生的、不自主的、非故意的體位改變,發(fā)生在地面或者更低的平面上[1],是一種常見(jiàn)的老年綜合征。老年人跌倒已經(jīng)是一個(gè)全球范圍的公共衛(wèi)生問(wèn)題[2]。如何預(yù)防、發(fā)現(xiàn)以及干預(yù)跌倒事件,降低跌倒發(fā)生率,減少因跌倒對(duì)老年人生活質(zhì)量的影響,減輕家庭、社會(huì)壓力,是目前醫(yī)養(yǎng)行業(yè)最為關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)65歲以上老年人超過(guò)1/3每年摔傷1次以上,85歲以上老年人超過(guò)2/3每年摔傷2次及以上[3]。跌倒不僅與老年人的患病率和死亡率有關(guān),而且與行動(dòng)不便、生活質(zhì)量下降、功能性依賴、提早進(jìn)入長(zhǎng)期照護(hù)機(jī)構(gòu)及醫(yī)療費(fèi)用增加有關(guān)。如果不能及時(shí)反饋和解決跌倒引發(fā)的問(wèn)題,將會(huì)造成更多的健康問(wèn)題和社會(huì)隱患,所以,積極應(yīng)對(duì)因跌倒給老年人帶來(lái)的影響關(guān)乎當(dāng)下和長(zhǎng)遠(yuǎn)[4]。

1 老年人跌倒的危險(xiǎn)因素

跌倒是國(guó)內(nèi)65歲以上老年人受傷的首要原因,大部分跌倒所造成的后果是非致命性的,可表現(xiàn)為骨折、顱腦傷、軟組織挫傷(瘀傷、撕裂傷)等,造成短期或者長(zhǎng)期行動(dòng)能力抑制。大多數(shù)跌倒引發(fā)的因素不是意外事件,而是可防、可控的[5]。

老年人跌倒的危險(xiǎn)因素有很多,大體可分為內(nèi)在原因和外在原因。內(nèi)在原因包括生理、病理、藥物、心理等因素。生理因素有視聽(tīng)觸前庭本體覺(jué)等感覺(jué)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、步態(tài)、平衡、骨骼肌肉系統(tǒng)的功能衰退等;病理因素如各種類型心臟病的突然發(fā)作、慢性病引發(fā)的低血糖休克、高血壓誘發(fā)的眩暈、影響視力的眼部疾病等;藥物因素包括降糖藥物、心血管系統(tǒng)藥物、多重用藥以及作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物等;心理因素包括情緒不佳、焦慮、抑郁及對(duì)護(hù)理及護(hù)理工具產(chǎn)生依賴情況。外在原因包括環(huán)境因素、社會(huì)因素。環(huán)境因素包括燈光昏暗、路面不平、障礙物、雨雪天氣和擁擠等;社會(huì)因素包括受教育水平、個(gè)人收入、醫(yī)療保障、社會(huì)服務(wù)途徑、是否獨(dú)居等情況。

2 老年人跌倒的干預(yù)措施

研究提示,多因素干預(yù)可能會(huì)降低老年人的跌倒發(fā)生率,并輕微降低1次或多次跌倒和反復(fù)跌倒的人數(shù)[6]。對(duì)于老年人,尤其是跌倒高風(fēng)險(xiǎn)的老年人實(shí)施積極有效的風(fēng)險(xiǎn)管理是非常必要的。

跌倒風(fēng)險(xiǎn)管理有多種途徑:(1)加強(qiáng)健康宣教、科普以提高老年人預(yù)防跌倒的認(rèn)知水平。(2)加強(qiáng)力量和平衡訓(xùn)練、鍛煉。研究發(fā)現(xiàn),跌倒與運(yùn)動(dòng)量呈U形關(guān)聯(lián),過(guò)多和過(guò)少的活動(dòng)量均為跌倒的危險(xiǎn)因素[7],因此,應(yīng)在相關(guān)專業(yè)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行個(gè)體化運(yùn)動(dòng)練習(xí)。(3)通過(guò)評(píng)估和干預(yù)居家環(huán)境、居住環(huán)境的危險(xiǎn)因素,審查鞋類、藥物、認(rèn)知和視力,提供輔助性改造等措施以降低跌倒發(fā)生概率。

3 人工智能在跌倒中的應(yīng)用

近幾年隨著人工智能與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的融合應(yīng)用,適用于醫(yī)療健康服務(wù)人工智能檢測(cè)設(shè)備及診療器械等的逐漸普及,人工智能在跌倒風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用成為醫(yī)療、醫(yī)養(yǎng)行業(yè)的熱點(diǎn)。人工智能通過(guò)大數(shù)據(jù)對(duì)跌倒風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和預(yù)警、對(duì)跌倒的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)和推斷[8]。同時(shí),人工智能的學(xué)習(xí)和自我糾正能力可提供個(gè)體化的指導(dǎo)方案。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn),人工智能在老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)管理中的作用效果顯著,能夠提高老年人預(yù)防跌倒的認(rèn)知水平,提高跌倒風(fēng)險(xiǎn)管理的依從性,減少或避免跌倒風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生。

3.1 跌倒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 《老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)專家共識(shí)》指出,對(duì)于老年人,特別是有跌倒史的老年人,均應(yīng)進(jìn)行跌倒風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估,對(duì)低跌倒風(fēng)險(xiǎn)老年人給予簡(jiǎn)要的篩查,高跌倒風(fēng)險(xiǎn)者給予更為全面、詳細(xì)的評(píng)估[9]。

目前可通過(guò)多種方式進(jìn)行跌倒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,醫(yī)療機(jī)構(gòu)多采用傳統(tǒng)的人工跌倒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法,包括日常生活活動(dòng)能力評(píng)估量表(Bathel指數(shù))、老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具(FRA)、Tinetti步態(tài)和平衡測(cè)試量表、計(jì)時(shí)的起走測(cè)試(TUG)、功能性伸展測(cè)試(FRT)、Berg平衡量表(BBS)、居家危險(xiǎn)因素評(píng)估工具和跌倒效能量表-國(guó)際版(FES-I)等。近年來(lái),隨著新技術(shù)的應(yīng)用,各種以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)的老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)、平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。人工智能跌倒評(píng)估系統(tǒng)可以使老年人及其看護(hù)人員自行完成定期跌倒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,它采用國(guó)際通用的Morse跌倒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系,同傳統(tǒng)的人工評(píng)估相比,其在成本、耗時(shí)、準(zhǔn)確性方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。

人工智能跌倒評(píng)估系統(tǒng)包括跌倒評(píng)估、綜合評(píng)估、個(gè)人中心3個(gè)模塊。用戶通過(guò)交互界面輸入個(gè)人信息,系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)嵌的評(píng)估算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)估,輸出用戶的跌倒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果[10]。輸出的結(jié)果以生動(dòng)、形象的人物化方式呈現(xiàn),通過(guò)交互和可視化設(shè)計(jì),以更易接受的形式將專業(yè)的健康醫(yī)學(xué)知識(shí)傳遞給老年人。

3.2 跌倒檢測(cè)技術(shù) 老年人群跌倒事件頻發(fā),跌倒后相應(yīng)的危害較大,越來(lái)越多的學(xué)者將目光聚焦于跌倒檢測(cè)技術(shù)的研究。精準(zhǔn)檢測(cè)技術(shù)能夠預(yù)測(cè)老年人的跌倒行為并發(fā)出警報(bào),采取防護(hù)措施,減少跌倒帶來(lái)的傷害。常見(jiàn)的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)包括可穿戴的跌倒檢測(cè)技術(shù)、環(huán)境感知的智能跌倒檢測(cè)技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)的跌倒檢測(cè)技術(shù)。

3.2.1 智能可穿戴的跌倒檢測(cè)技術(shù):智能可穿戴設(shè)備主要是指可以穿戴和隨身攜帶的智能感知設(shè)備,在設(shè)備中嵌入了各類行動(dòng)、位置感知器,通過(guò)檢測(cè)老年人的姿態(tài)、行動(dòng)、位置等數(shù)據(jù),對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析,以此判斷使用者的跌倒情況[11]。例如,智能手表、智能手環(huán)、智能可穿戴氣囊、自動(dòng)平衡智能鞋等,可在老年人發(fā)生跌倒時(shí)及時(shí)識(shí)別、預(yù)警,并采取防護(hù)措施;智能跌倒感知設(shè)備應(yīng)用“虛擬輕觸”的技術(shù),以增強(qiáng)老年人的平衡感[12],降低老年人跌倒發(fā)生率。

3.2.2 環(huán)境感知的智能跌倒檢測(cè)技術(shù):環(huán)境感知設(shè)備的跌倒檢測(cè)技術(shù)主要是在老年人生活情境下安裝各類數(shù)據(jù)感知終端,如地面壓力感知器、行動(dòng)感知器、空氣環(huán)境感知器、聲音感知器、燈光感知器等[13-14],通過(guò)感知終端采集多維度信息數(shù)據(jù)以此判斷老年人是否發(fā)生跌倒等。環(huán)境感知的智能跌倒檢測(cè)技術(shù)能準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù),更為全面地感知老年人生活場(chǎng)景中的各類信息,對(duì)老年人的日常生活和行為全面建模,目前已經(jīng)應(yīng)用到醫(yī)院、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)等場(chǎng)所。

3.2.3 機(jī)器視覺(jué)的跌倒檢測(cè)技術(shù):機(jī)器視覺(jué)的跌倒檢測(cè)技術(shù)主要是指利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法,對(duì)基于攝像頭所感知的大量實(shí)時(shí)視頻、圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行建模、分析和計(jì)算,進(jìn)而對(duì)老年人的跌倒行為進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。機(jī)器視覺(jué)的老年人跌倒實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是較為主流的跌倒檢測(cè)技術(shù)[15]。

3.3 跌倒相關(guān)的康復(fù)應(yīng)用 在人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的大環(huán)境下,各種智能康復(fù)應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品逐步進(jìn)入大眾視野,如康復(fù)機(jī)器人、家庭服務(wù)機(jī)器人、老年人移動(dòng)輔助智能產(chǎn)品等。

康復(fù)機(jī)器人以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ),幫助老年人完成步行訓(xùn)練、平衡訓(xùn)練/評(píng)定、游戲訓(xùn)練、虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景訓(xùn)練等。可使病人在后期康復(fù)治療過(guò)程中從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及觸覺(jué)等多方面優(yōu)化人機(jī)交互,從而最大程度改善康復(fù)體驗(yàn),提高康復(fù)效果[16]。

家庭服務(wù)機(jī)器人能夠根據(jù)不同場(chǎng)景提供安全防護(hù)、照護(hù)服務(wù)、健康服務(wù)、情感關(guān)愛(ài)[17]。例如:防摔倒機(jī)器人、床旁機(jī)器人、虛擬人和陪伴機(jī)器人。

移動(dòng)輔助智能產(chǎn)品亦可以是康復(fù)訓(xùn)練助手,即針對(duì)行動(dòng)不便和需要進(jìn)行康復(fù)的老年人提供輔助產(chǎn)品,如智能假肢、外骨骼機(jī)器人、機(jī)械手臂、護(hù)理機(jī)器人等。再譬如,全能拐杖機(jī)器人不僅能為老年人提供穩(wěn)固支撐,還能根據(jù)老年人正在行走的道路情況感知障礙物,及時(shí)做出調(diào)整。智能馬桶可以自動(dòng)沖洗、輔助站立,如果是喪失行動(dòng)力的失能老年人,還有“大小便智能護(hù)理機(jī)器人”可以全程自動(dòng)化處理二便護(hù)理問(wèn)題,這樣既能減少二次感染,還能保護(hù)老年人的隱私等。

4 總結(jié)

隨著老齡化社會(huì)進(jìn)程的加快,老年人跌倒的風(fēng)險(xiǎn)和影響將持續(xù)增加,人工智能在跌倒研究領(lǐng)域有巨大發(fā)展和應(yīng)用前景,可以簡(jiǎn)化一些繁瑣的人工評(píng)定方法,還可以對(duì)一些難以在臨床進(jìn)行量化評(píng)定的參數(shù)進(jìn)行精確化評(píng)估和預(yù)測(cè),節(jié)約了臨床診療時(shí)間,減輕了臨床治療師的工作量。但是,我們不得不面對(duì)一些亟待解決的問(wèn)題,如用戶隱私、倫理等方面所涉及的敏感問(wèn)題尚未有完備的理論支持。所以,人工智能在跌倒中的應(yīng)用是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并行,不應(yīng)操之過(guò)急。