人工智能與機(jī)器人輔助護(hù)理工作的研究進(jìn)展

Research progress on artificial intelligence and robot-assisted nursing work

CHEN Meixuan，JIANG Lan，LIANG Shenghao*Faculty of Chinese Medicine Science，Guangxi University of Chinese Medicine，Guangxi 530222 China*Corresponding Author LIANG Shenghao，E-mail：1148328552@qq.com

Keywords artificial intelligence;robot;nursing;assistance;review

摘要 綜述了國(guó)內(nèi)外人工智能與機(jī)器人在輔助護(hù)理工作（導(dǎo)診、圍術(shù)期護(hù)理、康復(fù)護(hù)理、轉(zhuǎn)運(yùn)工作、老年護(hù)理）中的應(yīng)用現(xiàn)狀，旨在為我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 人工智能；機(jī)器人；護(hù)理；輔助；綜述

doi：10.12102/j.issn.2095-8668.2024.21.013

人工智能（artificial intelligence，AI）是一門涉及多個(gè)學(xué)科的綜合性新興學(xué)科，已經(jīng)引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，被許多國(guó)家視為國(guó)家戰(zhàn)略。2017年7月，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，目標(biāo)是推動(dòng)人工智能技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，大力支持護(hù)理與人工智能跨學(xué)科相結(jié)合，為護(hù)理行業(yè)帶來創(chuàng)新和改進(jìn)，并且促進(jìn)我國(guó)智能醫(yī)療體系的發(fā)展［1-3］。人工智能在我國(guó)護(hù)理領(lǐng)域的發(fā)展主要以智能機(jī)器人的形式呈現(xiàn)，目前已經(jīng)應(yīng)用于協(xié)助搬運(yùn)、樣本和藥品的傳送、協(xié)助病人飲食和生活、康復(fù)訓(xùn)練等［4］。國(guó)外人工智能在護(hù)理領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)90年代，已經(jīng)應(yīng)用于臨床和居家護(hù)理［5］。我國(guó)相關(guān)研究起步較晚，目前仍處于研究試驗(yàn)階段［6］。隨著我國(guó)人口老齡化的日趨嚴(yán)重，原本人員緊缺的護(hù)理隊(duì)伍面臨更大的挑戰(zhàn)，加之繁忙的工作、醫(yī)院和病人對(duì)優(yōu)質(zhì)護(hù)理的追求和各種技能考核和培訓(xùn)，使得在崗護(hù)士深感壓力重重。截至目前，護(hù)理從業(yè)者大部分是女性，其生理特性不適宜長(zhǎng)期進(jìn)行高強(qiáng)度、重體力勞動(dòng)［7］。因此，一些高效率、高科技的護(hù)理新技術(shù)、新手段急需被創(chuàng)造出來，以減輕護(hù)理從業(yè)者的工作壓力，提高護(hù)理服務(wù)質(zhì)量，提升病人滿意度［1］?，F(xiàn)綜述國(guó)內(nèi)外人工智能與機(jī)器人輔助護(hù)理工作的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，以期為我國(guó)使用人工智能與機(jī)器人緩解護(hù)理工作壓力的研究提供參考。

1 人工智能與機(jī)器人輔助護(hù)理工作應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 導(dǎo)診

門診護(hù)士的主要職責(zé)是接待和協(xié)助病人，但在日常工作中，需要應(yīng)對(duì)大量重復(fù)性問題，容易導(dǎo)致工作疲勞和效率下降［8］。為應(yīng)對(duì)這一問題，一些醫(yī)院引入了具有語音識(shí)別的智能導(dǎo)診機(jī)器人。這些機(jī)器人通過深度學(xué)習(xí)，能夠快速識(shí)別病人的問題并提供有效的解決方案，明顯提高了病人的就診效率，縮短了t0kyrPQo+oZ0zGVCaGLGvszVT8fMKZfnW/+YDxeAXMo=就診時(shí)間［9-10］。目前，北京市、浙江省和廣東省部分醫(yī)院的門診部已經(jīng)開始使用人工智能導(dǎo)診機(jī)器人［11］。西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院在新冠疫情防控期間啟用了智能化的預(yù)先診斷與分流信息系統(tǒng)，使病人就診效率提高了125%，減少了不必要的護(hù)患接觸，降低了交叉感染風(fēng)險(xiǎn)［12］，減輕了護(hù)士的導(dǎo)診工作負(fù)擔(dān)，提高了導(dǎo)診效率，為病人提供了更好的就醫(yī)體驗(yàn)［13］。

1.2 圍術(shù)期的應(yīng)用

手術(shù)室護(hù)士是手術(shù)團(tuán)隊(duì)中不可或缺的成員，承擔(dān)著重要的職責(zé)。手術(shù)室護(hù)士在手術(shù)前應(yīng)仔細(xì)核對(duì)病人的信息，確保手術(shù)病人身份的準(zhǔn)確性；整理準(zhǔn)備手術(shù)所需的儀器、設(shè)備、藥品和手術(shù)器械；手術(shù)過程中與手術(shù)醫(yī)師保持緊密協(xié)作，準(zhǔn)確傳遞器械和藥品；術(shù)后還要進(jìn)行手術(shù)器械、藥品清理、核對(duì)。由于手術(shù)室護(hù)士工作繁忙且復(fù)雜，他們經(jīng)常面臨遺漏或差錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。為解決這些問題，一些學(xué)者開始探索將人工智能應(yīng)用于手術(shù)室護(hù)理工作中。

1.2.1 智能機(jī)器人分揀系統(tǒng)

梁鵬科［14］基于雙目視覺系統(tǒng)開發(fā)了手術(shù)器械智能分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用相機(jī)采集手術(shù)包的圖像信息后，通過計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)，對(duì)手術(shù)包中的器械進(jìn)行全局定位，借助機(jī)械臂完成對(duì)手術(shù)包中無序擺放的手術(shù)器械進(jìn)行清點(diǎn)分揀，以減少護(hù)理人員的工作量和分揀事故。Treat等［15］開發(fā)了一款名為“Penelope”的器械護(hù)士機(jī)器人，它可以根據(jù)口頭命令將手術(shù)器械傳遞給手術(shù)醫(yī)師，預(yù)測(cè)下一次需要的手術(shù)器械，并可以監(jiān)控器械的使用情況以避免器械遺留。

1.2.2 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2018年，Hatib等［16］研發(fā)出了低血壓預(yù)測(cè)指數(shù)，術(shù)中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)病人動(dòng)脈血壓波形，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)病人發(fā)生低血壓的風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)監(jiān)測(cè)者提出預(yù)警，其分值為0～100分，分值越大，提示發(fā)生低血壓的風(fēng)險(xiǎn)越高。

1.2.3 智能給藥系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種利用腦電小波算法進(jìn)行麻醉深度監(jiān)測(cè)并自動(dòng)調(diào)整給藥的系統(tǒng)［17］，該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)病人的小波指數(shù)、鎮(zhèn)痛指數(shù)、有創(chuàng)動(dòng)脈血壓和心率等指標(biāo)，能智能調(diào)節(jié)病人鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛藥物的輸注速度，并在病人出現(xiàn)低血壓時(shí)發(fā)出警報(bào)，幫助麻醉醫(yī)師維持病人麻醉效果，確保病人安全。

1.2.4 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型

國(guó)外有學(xué)者已經(jīng)將人工智能集成到電子健康記錄中。使用方法是監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)，輸入電子健康記錄數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)病人可能發(fā)生的不良事件及未記錄的并發(fā)癥［18］。病人從手術(shù)室或麻醉恢復(fù)室轉(zhuǎn)移到普通病房時(shí)殘余的鎮(zhèn)靜、疼痛、譫妄、疲勞和手術(shù)損傷會(huì)使手術(shù)室護(hù)士與病房護(hù)士之間的交接變得困難，利用人工智能模型識(shí)別病人類型和預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，避免了不良事件的發(fā)生，幫助護(hù)士作出決策。人工智能在手術(shù)室護(hù)理中的應(yīng)用展現(xiàn)了巨大的潛力和優(yōu)勢(shì)，不僅提高了護(hù)理服務(wù)的質(zhì)量和效率，還為病人帶來了更加安全、舒適的手術(shù)體驗(yàn)。同時(shí)，人工智能的引入也緩解了護(hù)理人員的工作壓力，使他們能夠更加專注于提供優(yōu)質(zhì)的護(hù)理服務(wù)［19］。

1.3 康復(fù)護(hù)理

康復(fù)護(hù)理是一種多學(xué)科的個(gè)性化護(hù)理方法，護(hù)士在治療師、醫(yī)師的協(xié)同下，對(duì)疾病、傷害或者術(shù)后的病人實(shí)施運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，提高病人生活質(zhì)量。在我國(guó)，腦卒中已成為成人致死、致殘的主要原因［20］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球腦卒中發(fā)病率占總?cè)丝诘?%［21］，即便通過康復(fù)治療，也只有5%～20%的病人恢復(fù)全部功能［22］，其中25%～74%的病人仍需依靠護(hù)理人員的協(xié)助維持日常生活護(hù)理［23］。

1.3.1 康復(fù)輔助機(jī)器人

Rodgers等［24］進(jìn)行了一項(xiàng)研究，將770例病人隨機(jī)分為兩組，一組接受機(jī)器人輔助訓(xùn)練（專門針對(duì)腦卒中后上肢功能障礙的強(qiáng)化康復(fù)治療方法）。另一組則接受傳統(tǒng)康復(fù)護(hù)理。經(jīng)過3個(gè)月的護(hù)理，接受機(jī)器人輔助訓(xùn)練的病人在上肢功能、活動(dòng)能力和日常生活活動(dòng)方面均明顯改善。

1.3.2 生活輔助機(jī)器人

外動(dòng)力骨骼技術(shù)的研發(fā)為康復(fù)護(hù)理領(lǐng)域帶來了革命性的變革。外動(dòng)力骨骼是附著在身體上的剛性或柔性矯形器［25］，可以為病人康復(fù)訓(xùn)練提供支持，代替失去的部分肢體功能。此外，站立式輪椅能幫助病人身體直立［26］，安裝在輪椅上的輔助機(jī)械臂提供了強(qiáng)大的靈活性［27］，可為病人解決生活、工作上的難題，提高生活質(zhì)量。

人工智能/機(jī)器人的應(yīng)用，為康復(fù)護(hù)理領(lǐng)域帶來了前所未有的機(jī)遇。不僅加快了病人的康復(fù)進(jìn)度，提升其生活質(zhì)量，還為醫(yī)護(hù)人員提供了更加高效、便捷的護(hù)理手段，切實(shí)減輕了醫(yī)護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)。隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，相信未來康復(fù)護(hù)理領(lǐng)域?qū)⑷〉酶用黠@的成果。

1.4 轉(zhuǎn)運(yùn)工作

護(hù)理轉(zhuǎn)運(yùn)作為醫(yī)療流程中不可或缺的一環(huán)，主要依賴人力完成。這項(xiàng)工作涉及的重物搬運(yùn)、高強(qiáng)度及重復(fù)性勞動(dòng)，使得護(hù)理人員經(jīng)常面臨身體損傷、疲勞和工作壓力等挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，科技界和醫(yī)療界開始探索將人工智能和機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于護(hù)理轉(zhuǎn)運(yùn)工作中。這些技術(shù)的引入不僅有助于提升工作效率，減輕護(hù)理人員的壓力，還能在一定程度上降低因人為因素導(dǎo)致的錯(cuò)誤和事故。

1.4.1 床臂一體化設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人

床臂結(jié)合型轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人結(jié)合了床臂和轉(zhuǎn)運(yùn)功能，為病人提供了一個(gè)安全、高效且舒適的轉(zhuǎn)移解決方案。日本邏輯機(jī)器公司于2009年研制的護(hù)理機(jī)器人Yurina，標(biāo)志著機(jī)器人在護(hù)理轉(zhuǎn)運(yùn)中的初步應(yīng)用。Yurina不僅結(jié)構(gòu)緊湊、移動(dòng)自如，還通過觸摸屏、顯示器和語音識(shí)別等多種操控方式，實(shí)現(xiàn)了人性化的控制［28］。

1.4.2 床椅分離型護(hù)理床

2013年，北京航空航天大學(xué)推出了創(chuàng)新型的床椅分離式護(hù)理床e-Bed［29］，憑借其先進(jìn)的功能和設(shè)計(jì)，迅速成為國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的代表產(chǎn)品。e-Bed的一大亮點(diǎn)是其集成了血壓、脈搏、體溫等生理參數(shù)監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)。意味著護(hù)理人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)病人的生理狀態(tài)，一旦有異常情況發(fā)生，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出報(bào)警，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。這一設(shè)備不僅提高了護(hù)理的安全性，也減輕了護(hù)理人員的工作壓力。

1.4.3 雙臂仿人形轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人

美國(guó)HStar公司推出的RoNA機(jī)器人［30］，具備強(qiáng)大的雙臂，可安全靈活轉(zhuǎn)運(yùn)重達(dá)227 kg的病人。其3D智能導(dǎo)航系統(tǒng)確保平穩(wěn)移動(dòng)，減輕護(hù)理負(fù)擔(dān)，提高安全性。RoNA的推出，為醫(yī)療、護(hù)理帶來革命性變革。

1.4.4 護(hù)士助手機(jī)器人

哈爾濱工程大學(xué)發(fā)明的護(hù)士助手機(jī)器人由機(jī)械本體、控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)3部分組成，能按設(shè)定路線移動(dòng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境并避障［31］。其裝備機(jī)械手第一、四、六關(guān)節(jié)可做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二、三、五關(guān)節(jié)可做俯仰運(yùn)動(dòng)；串聯(lián)機(jī)械手能高效抓取藥品和標(biāo)本，為護(hù)士節(jié)省大量體力，助力醫(yī)療、護(hù)理更高效、便捷。

1.4.5 全身穿戴式護(hù)理機(jī)器人

日本筑波大學(xué)研發(fā)的HAL-5穿戴式機(jī)器人［32］，自重23 kg，最大負(fù)重70 kg，可持續(xù)工作2.5 h。通過混合控制系統(tǒng)，結(jié)合自愿和自主控制，幫助穿戴者輕松完成重物搬運(yùn)等任務(wù)。

人工智能和機(jī)器人技術(shù)在護(hù)理轉(zhuǎn)運(yùn)工作中的應(yīng)用正在不斷發(fā)展和完善。這些技術(shù)的引入不僅提高了護(hù)理工作效率和安全性，還有助于減輕護(hù)理人員的壓力和負(fù)擔(dān)。

1.5 老年護(hù)理

隨著全球人口老齡化的加劇，中國(guó)作為人口大國(guó)，老年人口數(shù)量不斷攀升，對(duì)醫(yī)療服務(wù)的需求也日益增長(zhǎng)。老年人常常面臨各種健康挑戰(zhàn)，如高血壓、高血脂、冠心病和阿爾茨海默病等，使得護(hù)理人員的工作壓力日益增大。傳統(tǒng)護(hù)理模式無法應(yīng)對(duì)失能老人全天候的護(hù)理需求，不僅耗費(fèi)護(hù)理人員大量時(shí)間和精力，還可能導(dǎo)致社會(huì)功能平衡失調(diào)。隨著科技的發(fā)展，人工智能機(jī)器人開始進(jìn)入這一領(lǐng)域，為老年人護(hù)理帶來新的可能性。

1.5.1 家庭保健機(jī)器人

家庭保健機(jī)器人是醫(yī)療科技領(lǐng)域的一大創(chuàng)新，能促進(jìn)病人與醫(yī)護(hù)人員之間的溝通，即使病人身在家中，健康管理人員也能有效監(jiān)測(cè)其健康安全。例如，Pearl和Wakamuru機(jī)器人［33］以及Skilligent機(jī)器人［5］，以各種形式為病人提供家庭保健服務(wù)。這些機(jī)器人具備監(jiān)測(cè)個(gè)人健康安全、管理藥物和時(shí)間安排、協(xié)助物理、認(rèn)知和職業(yè)治療等多樣化功能。此外，它們還能檢測(cè)血壓和臥床休息等關(guān)鍵健康指標(biāo)，確保病人在家中也能得到全面的醫(yī)療關(guān)懷。

1.5.2 輔助行走裝置

輔助行走裝置對(duì)行走不便的老年人來說是一項(xiàng)振奮人心的科技創(chuàng)新。Hwang-Jae等開發(fā)了一種基于主動(dòng)輔助算法的可穿戴髖關(guān)節(jié)輔助機(jī)器人——步態(tài)增強(qiáng)機(jī)電系統(tǒng)（GEMS）［34］。這款機(jī)器人由三星高級(jí)技術(shù)研究所開發(fā)，旨在改善老年人的步態(tài)功能和代謝效率。研究結(jié)果表明，GEMS機(jī)器人能夠有效減少步行過程中的能量消耗，改善步態(tài)模式，降低軀干和下肢的肌肉力量。更重要的是，盡管GEMS主要針對(duì)髖關(guān)節(jié)提供支持，但研究還發(fā)現(xiàn)它也能減少膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的肌肉活動(dòng)，并能提高老年人行走時(shí)軀干的穩(wěn)定性。這一發(fā)現(xiàn)為未來步態(tài)康復(fù)設(shè)備的研發(fā)提供了新的方向。

1.5.3 寵物機(jī)器人

在心理照護(hù)領(lǐng)域，寵物機(jī)器人正逐漸嶄露頭角。PARO機(jī)器寵物人［35］就是一個(gè)典型的例子，它覆蓋著人造毛皮，擁有堅(jiān)硬的內(nèi)部骨骼和雙處理器，能夠模擬動(dòng)物的行為并對(duì)光線、聲音、溫度、觸摸和姿勢(shì)做出反應(yīng)。隨著時(shí)間的推移，PARO還能與互動(dòng)者建立深厚的情感聯(lián)系。PARO能夠促進(jìn)與其互動(dòng)的人的心理、生理和社會(huì)治療效果，有助于減輕壓力、改善抑郁和減少焦慮。對(duì)于需要心理支持的老年人來說，PARO無疑是一個(gè)寶貴的伴侶。

1.5.4 人形機(jī)器人

人形機(jī)器人是老年護(hù)理領(lǐng)域的一大創(chuàng)新。這類機(jī)器人能識(shí)別老年人的需求，并將聲光信息傳遞給護(hù)理人員，同時(shí)具備監(jiān)測(cè)生命體征的能力。iCub機(jī)器人和Nao機(jī)器人的主要功能是提供用藥提醒、監(jiān)測(cè)健康、協(xié)助老年人進(jìn)行日?；顒?dòng)［21］。它們的目標(biāo)是提供全方位的照護(hù)服務(wù)，確保老年人的生活質(zhì)量和安全。

人工智能機(jī)器人在老年護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用正逐漸改變著傳統(tǒng)的護(hù)理模式，通過提供全方位的照護(hù)服務(wù)減輕護(hù)理人員的工作壓力，為老年人帶來更多的健康保障和心理支持，為應(yīng)對(duì)全球人口老齡化的挑戰(zhàn)提供了新的解決方案。

2 啟示

隨著人工智能和健康大數(shù)據(jù)的發(fā)展，人工智能與機(jī)器人在醫(yī)療保健中發(fā)揮著重要作用，能夠提升護(hù)理工作效率、緩解人力資源緊張，推動(dòng)護(hù)理行業(yè)的智能化與數(shù)字化。然而，人工智能與機(jī)器人仍存在以下局限：1）在語言識(shí)別、情感理解、創(chuàng)造力及知識(shí)深度等方面遠(yuǎn)不及人類；2）機(jī)器人在處理復(fù)雜醫(yī)療情況時(shí)仍顯不足，仍需結(jié)合人類專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)；3）當(dāng)前多數(shù)人工智能系統(tǒng)仍處于開發(fā)階段，技術(shù)、倫理等問題亟待解決；4）我國(guó)護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)尚淺，仍需深入研究。因此，醫(yī)護(hù)人員的配合與學(xué)習(xí)對(duì)人工智能的發(fā)展至關(guān)重要，科研人員與醫(yī)護(hù)人員的緊密合作，以及在法律與倫理框架內(nèi)應(yīng)用人工智能機(jī)器人，有望實(shí)現(xiàn)人工智能與機(jī)器人在護(hù)理領(lǐng)域的全面應(yīng)用，推動(dòng)醫(yī)療、護(hù)理行業(yè)的數(shù)字化與智能化。

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（收稿日期：2024-04-27；修回日期：2024-07-15）

（本文編輯張建華）