具身會(huì)話代理在護(hù)理領(lǐng)域中應(yīng)用的研究進(jìn)展

Research progress on the application of embodied conversational agents in nursing field

CHEN Lanbo， WU Peixiang， YUAN Xiaomin， FENG Xiaoying， SUN Xueqi

School of Nursing， Shandong University of Traditional Chinese Medicine， Shandong 250013 China

Corresponding Author" WU Peixiang， E?mail： wpx080824@163.com

Keywords" embodied conversational agents； artificial intelligence； nursing； review

摘要" 綜述了具身會(huì)話代理的相關(guān)概念，總結(jié)了具身會(huì)話代理在提升病人健康素養(yǎng)及行為管理能力、促進(jìn)病人心理?社會(huì)健康以及臨床護(hù)理智能化建設(shè)方面的應(yīng)用，并分析該領(lǐng)域目前存在的不足與挑戰(zhàn)，以期為具身會(huì)話代理在我國(guó)護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞" 具身會(huì)話代理；人工智能；護(hù)理；綜述

doi：10.12102/j.issn.1009-6493.2024.16.018

《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[1]明確提出了建立快速精準(zhǔn)的智能醫(yī)療體系戰(zhàn)略目標(biāo)。近年來(lái)，隨著語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、對(duì)話管理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)字化健康干預(yù)技術(shù)在護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用也得到不斷提高。具身會(huì)話代理（embodied conversational agents，ECA）是一種計(jì)算機(jī)動(dòng)畫角色，能夠表現(xiàn)出一定程度的智能性和自主性，可以模擬人類面對(duì)面對(duì)話的社交技能，旨在與人類建立長(zhǎng)久社會(huì)情感關(guān)系[2]。目前該技術(shù)在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于提升病人健康素養(yǎng)及行為管理能力、促進(jìn)病人心理?社會(huì)健康以及臨床護(hù)理智能化建設(shè)等方面。本研究將從ECA的相關(guān)概念、ECA在護(hù)理領(lǐng)域中的應(yīng)用、目前該領(lǐng)域存在的不足與挑戰(zhàn)等方面進(jìn)行論述，旨在為我國(guó)開(kāi)展相關(guān)研究提供參考。

1" 概述

ECA在《Embodied conversational agents》一書(shū)中被首次提出，并被定義為計(jì)算機(jī)界面，主要通過(guò)虛擬人類或卡通角色體現(xiàn)，具有響應(yīng)生成語(yǔ)言及非語(yǔ)言（例如面部表情和隱喻性手勢(shì)）交流的能力[3]。ECA主要由3個(gè)組件組成[4]。第一，ECA是應(yīng)用程序接口，它允許用戶向ECA通信并提供信息，這些界面可以是預(yù)定義的多選項(xiàng)菜單，也可以是實(shí)時(shí)的語(yǔ)音和視頻輸入。第二，ECA被賦予了“心理”的能力，本質(zhì)上是編程知識(shí)，用于推理從界面“觀察”獲得的事實(shí)，從而做出不同的反應(yīng)。其核心原理主要包括3種技術(shù)：基于規(guī)則的技術(shù)，ECA只能根據(jù)預(yù)先教授的內(nèi)容回答問(wèn)題；基于檢索的技術(shù)，ECA可以從用戶輸入中學(xué)習(xí)，以隨著時(shí)間的推移改善他們的響應(yīng)；基于生成的技術(shù)，ECA使用高級(jí)深度學(xué)習(xí)或自然語(yǔ)言處理技術(shù)生成原始相應(yīng)。第三，ECA有一個(gè)輸出方式，允許與用戶進(jìn)行語(yǔ)言和同步的非語(yǔ)言交流。目前支持ECA運(yùn)行的設(shè)備主要包括臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本及移動(dòng)設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)）等[5]。

2" ECA在護(hù)理領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 提升病人健康素養(yǎng)及行為管理能力

作為一種電子健康干預(yù)方式，ECA使用簡(jiǎn)單語(yǔ)言、手勢(shì)及面部暗示等非語(yǔ)言行為模擬面對(duì)面咨詢，可以最大限度地提高信息理解，對(duì)文化程度及電子健康素養(yǎng)較低的病人更加友好，因此更適合為慢性病、傳染病和癌癥等病人講解疾病相關(guān)知識(shí)，提升病人知識(shí)儲(chǔ)備量。會(huì)話代理Esperanza通過(guò)預(yù)定義的腳本與用戶交互，提供關(guān)于女性生殖系統(tǒng)、人乳頭瘤病毒、宮頸癌及宮頸癌篩查的相關(guān)知識(shí)，在模塊轉(zhuǎn)換期間，用戶可以選擇跳過(guò)她們已經(jīng)熟悉或者不感興趣的內(nèi)容，在每個(gè)模塊教育之后，Esperanza還會(huì)提出問(wèn)題并根據(jù)用戶的知識(shí)掌握程度將用戶導(dǎo)向適當(dāng)?shù)哪K[6]。為解決家庭沖突在1型糖尿病青少年健康管理中的阻礙作用，Thompson等[7]研究中8名ECA扮演醫(yī)務(wù)工作者及家庭成員，演繹與疾病管理相關(guān)的家庭溝通場(chǎng)面（從理想到不理想），引導(dǎo)青少年及父母有效應(yīng)對(duì)血糖管理和相關(guān)的家庭溝通問(wèn)題。

目前，ECA在疾病管理中的最大作用是指導(dǎo)并監(jiān)督病人的健康行為，提高病人治療依從性。3D女性虛擬人victoria是一個(gè)基于規(guī)則的ECA，將自我行為監(jiān)控、行為反饋、社會(huì)支持及目標(biāo)設(shè)定等行為改變技術(shù)合并到對(duì)話流中，用于改善2型糖尿病病人的服藥、身體活動(dòng)和健康飲食行為管理[8]。Dworkin等[9]使用ECA為艾滋病病人提供個(gè)人提醒（如抽血檢查和服藥）以及用藥知識(shí)健康教育（如藥物用法、用藥禁忌和常見(jiàn)副作用），通過(guò)解釋健康行為的基本原理以及講述由其他艾滋病病人或醫(yī)生提供的激勵(lì)信息促進(jìn)病人的健康行為，還可根據(jù)病人的輸入動(dòng)態(tài)追蹤病毒載量，以潛在激勵(lì)病人行為改變。會(huì)話代理Sylvia可以指導(dǎo)慢性心力衰竭及慢性阻塞性肺疾病病人呼吸、放松和運(yùn)動(dòng)技能訓(xùn)練，通過(guò)與體重秤、跑步器和霧化吸入器連接監(jiān)測(cè)病人健康行為管理，并且可以將外部信息（病人自我癥狀報(bào)告情況）及內(nèi)部信息（系統(tǒng)內(nèi)病人個(gè)人常見(jiàn)癥狀記錄）比較，在癥狀惡化時(shí)啟動(dòng)決策系統(tǒng)[10]。但在該應(yīng)用領(lǐng)域中ECA提供的自我管理建議并不總是符合病人個(gè)人情況，降低了ECA的可靠性[10]。未來(lái)ECA應(yīng)在充分評(píng)估病人客觀健康資料以及主觀癥狀報(bào)告基礎(chǔ)上提出更具體的反饋，提高建議個(gè)性化。

隨著ECA的發(fā)展，其功能不僅局限于為病人提供疾病相關(guān)的健康知識(shí)及行為管理，還可以利用其優(yōu)勢(shì)協(xié)助用戶進(jìn)行日常生活管理，解決用戶核心需求。會(huì)話代理Mary具備基于攝像頭的視覺(jué)感知，可以安裝在墻壁上或家具頂端，用于識(shí)別老年人危險(xiǎn)狀態(tài)、幫助老年人找回被遺忘的物品以及根據(jù)面部表情識(shí)別老年人情緒狀態(tài)[2]。另外，該系統(tǒng)還可以儲(chǔ)存用戶個(gè)人興趣愛(ài)好、社會(huì)活動(dòng)安排及家人朋友的聯(lián)系方式，并在白天提供適當(dāng)提醒，滿足老年人日常活動(dòng)的自我管理及娛樂(lè)社交的需求。但在實(shí)際應(yīng)用中由于房間內(nèi)家具的遮擋和光線等問(wèn)題，使系統(tǒng)的人體檢測(cè)、跟蹤以及面部表情分析功能削弱，對(duì)用戶居住條件要求較為嚴(yán)格，未來(lái)還需提高ECA對(duì)日常生活中不可控因素的應(yīng)對(duì)能力。此外，ECA可利用循證知識(shí)（如社會(huì)認(rèn)知理論）促進(jìn)用戶身體活動(dòng)[11]及飲食健康[12]等，幫助用戶養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣。

2.2 促進(jìn)病人心理?社會(huì)健康

由于避免了與現(xiàn)實(shí)中醫(yī)生的直接接觸，ECA有可能病人的污名化擔(dān)憂[13]，也在一定程度上緩解了心理服務(wù)資源短缺的現(xiàn)狀。ECA語(yǔ)言材料庫(kù)豐富，聊天風(fēng)格趣味豐富且不帶有批判性，再加上其內(nèi)部嵌有情緒模型[14]（以情緒認(rèn)知理論為基礎(chǔ)），可根據(jù)病人的輸入產(chǎn)生特定的面部表情及身體動(dòng)作，增強(qiáng)了ECA的共情能力，更有利于收集病人內(nèi)心想法和情緒等敏感信息。目前ECA主要通過(guò)問(wèn)卷和量表等形式監(jiān)測(cè)病人心理及精神狀況，如交互系統(tǒng)Help4Mood內(nèi)置的ECA可以引導(dǎo)病人進(jìn)行思想、情緒、睡眠及行為的癥狀報(bào)告，并結(jié)合身體活動(dòng)的加速度計(jì)測(cè)量和語(yǔ)音的聲學(xué)分析幫助抑郁癥病人進(jìn)行自我監(jiān)測(cè)[15]。不僅如此，ECA還可以預(yù)防心理疾病病人的一些極端行為，如Martínez?Miranda等[14]發(fā)明的ECA可以根據(jù)病人的電子健康記錄、自殺意念量表以及在交互中病人提供的信息（如消極思想和推薦活動(dòng)的執(zhí)行情況）確定自殺風(fēng)險(xiǎn)，在必要時(shí)通過(guò)短信向親屬或?qū)＜遥ㄈQ于用戶的偏好）發(fā)出警報(bào)以尋求幫助。但該研究顯示，每天使用ECA監(jiān)測(cè)會(huì)給部分病人帶來(lái)不良體驗(yàn)。為了提高病人滿意度以及達(dá)到最好效果，建議根據(jù)病人疾病嚴(yán)重程度及個(gè)人喜好設(shè)定不同監(jiān)測(cè)頻率。

在心理?社會(huì)健康服務(wù)中，研究者還將多種心理療法與技巧嵌入到系統(tǒng)中，使ECA模仿人類決策、根據(jù)個(gè)人狀況對(duì)病人進(jìn)行治療，其中應(yīng)用最廣泛的為認(rèn)知行為療法[13?15]。Tielman等[13]利用3MR?2系統(tǒng)幫助創(chuàng)傷后應(yīng)激癥病人接受暴露療法，其中ECA作為系統(tǒng)和治療的向?qū)?，指?dǎo)病人通過(guò)數(shù)字日記（以文本、圖像、多媒體等形式體現(xiàn)）及3D World Builder重建記憶完成暴露療法，過(guò)程中還會(huì)針對(duì)記憶場(chǎng)景提出個(gè)性化問(wèn)題，幫助病人進(jìn)行回憶和思考，當(dāng)病人產(chǎn)生反芻性思維時(shí)，ECA會(huì)提醒病人不要逃避對(duì)記憶的深入思考，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的可用性良好。會(huì)話代理Gabby可以為病人提供有關(guān)壓力管理技術(shù)，例如呼吸冥想、身體掃描、正念瑜伽、引導(dǎo)圖像及自我按摩等，并基于用戶個(gè)人數(shù)據(jù)（如姓名、性別和互動(dòng)歷史）、使用動(dòng)機(jī)性訪談和共同決策與病人進(jìn)行互動(dòng)，有效提高了病人的壓力管理能力[12]。針對(duì)有睡眠障礙的心理疾病病人，ECA可通過(guò)收集病人睡眠相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合不良睡眠體驗(yàn)（如失眠、疲勞）提供個(gè)性化的行為建議（如睡眠衛(wèi)生知識(shí)、刺激控制療法），減輕病人焦慮、抑郁等情況[16]。另外，對(duì)于社交障礙病人，ECA還能充當(dāng)自動(dòng)化社交技能培訓(xùn)師[17]，通過(guò)定義目標(biāo)技能、建模、角色表演、反饋以及家庭作業(yè)等形式對(duì)病人進(jìn)行社交技能訓(xùn)練，著重培訓(xùn)病人語(yǔ)言和非語(yǔ)言能力，提高病人的口語(yǔ)技巧及自我效能。

2.3 臨床護(hù)理智能化建設(shè)

隨著社會(huì)對(duì)醫(yī)療服務(wù)需求的持續(xù)增加，護(hù)理資源短缺的問(wèn)題愈加嚴(yán)重，急需發(fā)展人工智能技術(shù)輔助護(hù)理工作者處理繁雜的臨床任務(wù)。而ECA作為面對(duì)面交流的補(bǔ)充，與病人的溝通不受時(shí)間限制，可以幫助醫(yī)護(hù)人員執(zhí)行簡(jiǎn)單重復(fù)的工作，提高臨床工作效率。Bickmore等[18]將ECA用于病人的出院教育，包括用藥、鍛煉、隨訪預(yù)約和飲食方案等，宣教過(guò)程中ECA還會(huì)模仿醫(yī)務(wù)人員做出指向手勢(shì)，以闡明文件的結(jié)構(gòu)和布局。Gunn等[19]開(kāi)發(fā)了一款虛擬代理Danya，向接受乳腺X線檢查的女性報(bào)告結(jié)果，并使用圖片解釋乳腺密度信息，幫助病人更好地理解乳腺密度知識(shí)。但有時(shí)機(jī)器傳達(dá)的專業(yè)術(shù)語(yǔ)對(duì)病人來(lái)說(shuō)太過(guò)抽象和陌生，會(huì)使病人感到疑惑和緊張。建議ECA通過(guò)增加解釋、澄清及動(dòng)畫等內(nèi)容輔助傳遞專業(yè)知識(shí)，提高病人理解度。Azevedo等[20]在ECA內(nèi)部嵌入機(jī)器翻譯系統(tǒng)，將復(fù)雜的專業(yè)醫(yī)學(xué)術(shù)語(yǔ)轉(zhuǎn)換為通俗易懂的自然語(yǔ)言，用于向老年人介紹用藥說(shuō)明（如藥物作用機(jī)制、服用藥物好處及藥物不依從危害），顯著提高了老年人對(duì)藥物信息的理解及記憶。在實(shí)際臨床工作中，當(dāng)病人對(duì)文件有疑惑或遇到不明白的地方時(shí)，可以按暫停鍵或要求ECA再解釋1次，解決了病人考慮醫(yī)護(hù)人員時(shí)間緊張而不敢反復(fù)詢問(wèn)的尷尬問(wèn)題[21]，這也是ECA臨床應(yīng)用的一大優(yōu)勢(shì)。

隨著內(nèi)部算法不斷精確，ECA逐漸被用于執(zhí)行技術(shù)含量更高的復(fù)雜工作，如對(duì)病人進(jìn)行信息采集、疾病診斷以及安全監(jiān)測(cè)等，加強(qiáng)了醫(yī)院的智能化建設(shè)。Bott等[22]發(fā)明的床邊ECA（一只狗或一只貓）可以根據(jù)其算法主動(dòng)詢問(wèn)老年病人的護(hù)理需求，包括臥床舒適度、如廁需求及活動(dòng)安全度，必要時(shí)幫助病人呼叫護(hù)士站尋求幫助，一定程度上實(shí)現(xiàn)了臨床護(hù)理的連續(xù)性。醫(yī)護(hù)人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)界面同時(shí)巡視多名病人，通過(guò)發(fā)送文字或語(yǔ)音與病人進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)。此外，ECA還會(huì)向老年人展示圖片、播放音樂(lè)、引導(dǎo)冥想以及鼓勵(lì)病人參與游戲，有效減少住院老年人發(fā)生孤獨(dú)、譫妄和跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。Philip等[23]發(fā)明的ECA中內(nèi)含一個(gè)基于決策樹(shù)建立的二分類系統(tǒng)，可依據(jù)精神疾病診斷與統(tǒng)計(jì)手冊(cè)（DSM?5）標(biāo)準(zhǔn)將病人的回答進(jìn)行分類，從而對(duì)抑郁癥病人做出診斷。以臨床醫(yī)生訪談為金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在輕、中、重3種程度抑郁癥診斷上，ECA的特異性都保持95%以上，而敏感性會(huì)隨著抑郁癥的嚴(yán)重程度逐漸增加。未來(lái)可增加ECA非語(yǔ)言識(shí)別技能（如對(duì)病人面部表情和聲音特征的識(shí)別），提高心理疾病診斷準(zhǔn)確率。會(huì)話代理VICKY可以向文化程度較低的病人收集家庭健康史（例如心血管疾病、癌癥及心理疾病等），用戶通過(guò)選擇觸摸屏上的多種選項(xiàng)來(lái)回答VICKY的問(wèn)題[24]。VICKY可以有效確定一級(jí)及二級(jí)親屬的健康問(wèn)題，但對(duì)于某些疾病VICKY沒(méi)有向病人進(jìn)行詳細(xì)的解釋，導(dǎo)致了錯(cuò)誤信息的收集。因此，在實(shí)際臨床應(yīng)用中需要考慮病人健康素養(yǎng)水平，使病人全面、充分理解交流內(nèi)容，確保數(shù)據(jù)收集準(zhǔn)確性，降低錯(cuò)誤發(fā)生率。

3" ECA在護(hù)理領(lǐng)域中應(yīng)用的不足與挑戰(zhàn)

3.1 技術(shù)仍不完善

目前大部分ECA產(chǎn)品還處于開(kāi)發(fā)和測(cè)試階段，其存在的技術(shù)問(wèn)題主要包括以下3點(diǎn)：首先，是由于噪音干擾、口音和方言、多語(yǔ)種識(shí)別、語(yǔ)法輸入錯(cuò)誤及語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)精度較低等原因造成的語(yǔ)音識(shí)別及語(yǔ)義理解錯(cuò)誤，從而使ECA做出錯(cuò)誤反應(yīng)[2，25]，導(dǎo)致病人信任度降低。建議今后建立更復(fù)雜的聲學(xué)模型和語(yǔ)言模型以適應(yīng)病人的日常習(xí)慣及文化背景，實(shí)現(xiàn)交互自適應(yīng)。在需要精確輸入的背景下建議使用圖形界面與病人進(jìn)行交互，使ECA反應(yīng)穩(wěn)定性更高。其次，是語(yǔ)音合成質(zhì)量問(wèn)題，主要表現(xiàn)為聲音過(guò)于機(jī)械、語(yǔ)速太慢[12]或者一直使用相同的頻率及音調(diào)[26]，未來(lái)需要提高ECA聲音的擬人化程度，使聲音更加生動(dòng)自然。第三，是在動(dòng)畫合成方面，有些ECA在互動(dòng)時(shí)嘴巴形狀和肢體動(dòng)作看起來(lái)不自然，甚至沒(méi)有與語(yǔ)言內(nèi)容保持同步，很可能會(huì)分散病人的注意力[27]。針對(duì)這一問(wèn)題，Mo?nik等[28]利用動(dòng)作捕捉技術(shù)從視頻中捕獲大量的手勢(shì)動(dòng)作，建立豐富的ECA非語(yǔ)言表達(dá)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)ECA動(dòng)作的多樣性及自然性，提高人機(jī)交互的質(zhì)量。

3.2 用戶接受度與粘性有待提高

目前主要通過(guò)記錄用戶登錄次數(shù)、與ECA聊天次數(shù)和總時(shí)長(zhǎng)以及半結(jié)構(gòu)式訪談的方法了解用戶接受度與粘性[2，10，12，14?15]，結(jié)果表明大部分用戶對(duì)于ECA的使用持積極態(tài)度[2，23，29]，但仍有部分影響因素需進(jìn)一步改進(jìn)。首先，在語(yǔ)言交流方面，目前大部分研究仍使用基于規(guī)則的ECA，這使ECA只能處理規(guī)定范圍內(nèi)的問(wèn)題，并且在回答內(nèi)容方面簡(jiǎn)單重復(fù)，限制了人與機(jī)器之間的深層次互動(dòng)及情感交流[14?15]。建議在今后的研究中采用自然語(yǔ)言處理及高級(jí)深度學(xué)習(xí)技術(shù)，使ECA反應(yīng)更加全面自然。其次，在外形設(shè)計(jì)方面，由于病人的主觀原因，使不同病人在ECA外貌偏好方面產(chǎn)生差異，主要體現(xiàn)在ECA擬人化程度[10，26，30]、性別[20，26]、年齡[30?31]、種族[32]以及穿著方面[10，33]。通常情況下穿著白大褂、佩戴聽(tīng)診器以及年長(zhǎng)的男性代理被認(rèn)為更有權(quán)威，而女性ECA則看起來(lái)更加友好[34]。提示今后ECA的外貌設(shè)計(jì)上要以用戶為中心，允許病人定制會(huì)話代理外觀，如頭發(fā)和衣服等。最后，是病人因素方面，研究發(fā)現(xiàn)，鄉(xiāng)村認(rèn)同感低、文化程度高以及較年輕的病人相比較而言對(duì)ECA的接受度及信任程度更低[32，35?36]，這在一定程度上阻礙了ECA的應(yīng)用推廣。針對(duì)這部分人群，建議向其說(shuō)明ECA研發(fā)背景（如研發(fā)支持的大學(xué)或醫(yī)院）以獲取用戶信任。未來(lái)要進(jìn)一步探究用戶的其他特征（如性別、經(jīng)濟(jì)狀況和健康狀況等）對(duì)ECA使用意愿的影響，為以后選擇推廣的目標(biāo)人群以及針對(duì)不同人群選擇溝通策略提供參考。

3.3 倫理與隱私安全問(wèn)題

雖然ECA具有類似人類的外表以及溝通和治療的能力，但在一定程度上也引起了倫理及隱私問(wèn)題。在一項(xiàng)為退休老年人提供服務(wù)的ECA研究中，部分用戶認(rèn)為ECA可能會(huì)影響他們的獨(dú)立及決策能力，甚至?xí)晃勖麨椤袄稀保@使他們產(chǎn)生了抗拒心理[33]；相反，如果用戶與ECA建立了較強(qiáng)的情感聯(lián)結(jié)，對(duì)ECA過(guò)于依賴，很可能會(huì)導(dǎo)致用戶嚴(yán)重的社會(huì)隔離[37]。而對(duì)于一些為精神疾病病人服務(wù)的ECA，可能會(huì)使病人認(rèn)為自己在與真人互動(dòng)，產(chǎn)生被人類監(jiān)視的感覺(jué)[38]。針對(duì)這些情況，使用一種更加卡通化的ECA或者定時(shí)告知病人他們只是在與一個(gè)電腦程序互動(dòng)更為合適。與其他人工智能產(chǎn)品相同，ECA在數(shù)據(jù)安全與隱私問(wèn)題方面引起了廣泛用戶的質(zhì)疑，特別是針對(duì)具有基于攝像頭視覺(jué)感知的ECA[2]。建議今后在數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)保存方面提高其透明度，或者允許病人采用匿名方式使用ECA，相關(guān)部門還要建立明確的事故責(zé)任認(rèn)定和法律監(jiān)管體系，使ECA的應(yīng)用更加規(guī)范合理化。

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（收稿日期：2023-08-16；修回日期：2024-08-03）

（本文編輯 蘇琳）