護理機器人的應用研究進展

趙家君，孫雪峰，王一丹，張紅石

近年來，科學技術的進步及人們對高質量醫療的需求，促使機器人技術逐漸走向成熟。越來越多的研究者開始研發護理機器人，協助護理人員完成危險、繁重、瑣碎的護理任務，減輕護理人員的照護負擔和壓力。護理機器人是醫療服務型機器人的一種，其中又包括康復護理類機器人、排泄類護理機器人、轉運類護理機器人、護士助手機器人等。本文通過查閱相關文獻，圍繞護理機器人的國內外發展現狀，護理機器人的種類和應用情況進行綜述，旨在為護理機器人的研發提供參考，促進推廣護理機器人的應用。

1 護理機器人概述

1.1國外發展現狀 縱觀國外護理機器人發展，其面向的對象以老年人和殘障人士為主。例如，早在20世紀80年代美國Tingley Rubber Corporation公司研發的護理機器人HelpMate，其擁有傳感器與導航系統可以躲避障礙物實現在醫院中自主行走，替代護士完成食物和藥物的發放。之后，德國Stuttgart的自動化研究院在HelpMate的基礎上設計出了2代機器人家庭助理Care-O-Bot Ⅱ,以及自主移動護理機器人ARTOS。1987年英國MikeTopping公司成功研制出一款用于日常生活照護的機器人Handyl[1]，在當時被稱為是世界上最成功的機器人，腦癱、中風、肌營養不良、多發性硬化疾病的殘疾人以及意外事故受傷者可以方便地操作該款機器人完成進食，但由于其穩定性差隨后逐漸退出市場。2009年，美國又開發出一款護理機器人Meal Buddy，改進了以往靈活度和穩定性差的問題，技術也日漸成熟。國情和政策的支持，推動日本成為世界公認的機器人大國。如，20世紀80年代，日本研制出MEIKONG機器人可以將老人抱至輪椅、澡盆，減輕護理人員的體力負擔。日本高級科學工業技術學院2004年上市的Paro機器人，能夠幫助老年人情感表達、提高社交互動能力，現已應用到養老機構[2]。2017年，日本豐田公司推出了自動助手類護理機器人(HSR)，主要用于照顧老齡化人群。總之，由于每個國家國情和社會需求的不同所研發的機器人也有各自的特色和側重，越來越多的國家擴大對護理機器人的資金投入和技術支持,機器人的研發種類也越來越細化。應用領域逐漸從臨床走進家庭，功能逐漸從輔助護理工作到照護日常生活。

1.2國內發展現狀 研究顯示，我國2035年老年人口比例將達29.8%以上，2050年老年人口比例將達到37.8%左右[3]。老齡化的速度逐漸加快促使市場對老年智能護理產品的需求逐漸增加，為機器人研發和投入提供市場。2012年，中國科學院合肥研究所研制出了一款選材輕量化的老人服務機器人，有遞送物品，跌倒檢測和遠程報警等功能[4]。2018年重慶理工大學[5]針對老年人錯誤服藥、忘記服藥等問題研發出一款智能藥箱，既能夠將老年人用藥信息發送到監護人手機上，還可以提醒患者服藥。總體來講，與國外相比我國的護理機器人智能化程度偏低，靈活度與實用度欠佳，且成本高，市場普及率低。未來護理機器人的發展應結合臨床或家庭的護理需求，滿足護理工作的需要。

2 護理機器人的種類及其應用

2.1康復類護理機器人

2.1.1陪伴機器人 由于社會經濟壓力的增加以及家庭結構的變化，致使獨居老人的數量逐漸增加。缺少社會和家庭關心而導致的心理問題是獨居老人面臨的主要問題。為解決空巢老人心理健康問題，增加空巢老人的生活樂趣，研究人員設計出不同功能與形狀的陪伴機器人。主要有動物陪伴機器人、人形社交機器人。動物形機器人有Paro機器人[2]、AIBO機器人[6]等；人形社交機器人有Kabochan機器人等[7]。此類機器人主要應用在養老院以及家庭中有認知功能障礙的老年人，為老年人提供娛樂服務。調查顯示，發達國家和地區都在醫院和養老機構使用Paro機器人，證實其能改善老年人生活質量、提高社交互動能力、幫助老年人表達情感、減少神經精神藥物使用[8]。Kabochan機器人具有人的特征,可以模仿人互動交流,可以很好地滿足患者的情感需求。研究證明,Kabochan可有效改善獨居老年女性的認知功能,緩解阿爾茲海默癥患者的焦慮[9]。目前，陪伴機器人的應用人群逐漸從阿爾茲海默癥患者擴展到老年腦卒中、抑郁癥和健康老年人,并發現可以有效地減輕焦慮、減少孤獨感，提高社交參與度[10]。

由于陪伴機器人注重開發娛樂與互動功能，難以輔佐臨床護理工作，使陪伴機器人的臨床使用率低。目前，實施健康教育已經成為醫院整體護理相當重要的組成部分，貫穿于整體護理工作的全過程[11]，但由于護理人員的缺乏和工作的繁重難以落實對患者的健康教育。陪伴護理機器人可將醫療健康教育以及知識普及作為臨床應用的研發重點，根據患者疾病所處階段提供相應的注意事項，提高患者對疾病的了解程度，促進疾病的早日康復。

2.1.2照護機器人 許多國家在經歷老齡化，隨著老年人對專科醫療和日常護理需求的增加，照護機器人應運而生。目前，照護機器人大部分具備遠程監測功能，時刻監測老年人的生命體征與活動狀態，并且在發生意外時向家人和社區護理人員發送警報；輔助日常照料功能，提示老年人進食、服藥，幫助老年人拿取物品等。如Zhou等[12]在原有移動機器人的基礎上設計研發了一款新型居家遠程檢測機器人TurtleBot，美國研發的Qorvo-Sensar機器人[13]，Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation(IPA)研發的機器人Care-O-Bot[14]。照護機器人的使用不僅可以輔助居家老人的日常生活，還可以減輕家庭照護壓力。目前，照護機器人的臨床應用場景和人群較為單一，體征監測欠缺針對性，難以形成完整的數據記錄。照護機器人的適用人群可從獨居老人擴大到慢性病患者。老年慢性病是威脅生命健康的重要因素，準確的體征監測和定期復查是掌握疾病動向的重要方式。由于老年人的記憶力衰退，復診時難以準確回憶身體狀況，或者僅憑目前感覺回答醫生詢問，增加診療難度[15]。照護機器人可根據患者的疾病類型制訂重點監測項目和健康管理計劃，監測患者每天的活動強度并給予指導，記錄不同活動狀態下的數據并且將異常數據發送到醫院云端、醫護人員，并通知家屬，以此縮短救治時間，提高患者生存率，降低疾病的復發率。

2.2排泄類護理機器人 排泄問題主要發生在老年、腦卒中后遺癥、癱瘓導致的殘疾、智力障礙、長期臥床的人群中。排泄物若處理不及時對患者的皮膚會造成傷害，嚴重者威脅生命。解決排泄問題護理人員及家屬需耗費較多的精力。目前，智能排泄護理類機器人大部分與床或凳子結合，感應排泄物后自動完成清理、沖洗、烘干、計量等工作。如武漢浩潤醫療科技有限公司研發的一款能與床相結合且具有排泄清洗控制系統的排泄護理機器人[16]，Wang等[17]發明的可移動式Excretion Care Support Robot(ECSR)機器人，深圳作為科技有限公司研究設計自動排放排泄物的護理機器人[18]等，都可以根據老年人的姿勢調整角度，滿足使用者的排泄需求。智能排泄類機器人輔助臥床病患進行排泄護理，可以解決臥床排泄帶來的諸多問題，如連續高昂的護理費用、隱私暴露帶來的心理不適、排泄物清理不及時對皮膚的損害等。排泄類護理機器人的出現能夠提高護理質量，明顯降低護理工作量，緩解患者的精神壓力。但是，排泄類護理機器人的臨床應用率低，主要可能與臨床護士不了解儀器的應用特點，擔憂儀器價格昂貴、有可能損傷皮膚造成患者不舒適而引發醫療糾紛有關[19]。作為護理人員，智能排泄類機器人在投入臨床應用前，應先學習排泄類機器人的應用知識和注意事項，熟練地應用排泄類護理機器人，向家庭陪護人員普及護理機器人的相關知識，講解使用方法和注意事項，提高患者及家屬對排泄類護理機器人的認可度。

2.3轉運類護理機器人 搬運患者是臨床護理工作中最常見的操作，但由于患者病情和體質量等原因會加劇搬運的困難。轉運類護理機器人是協助醫護人員對行動不便或者臥床的病患進行日常護理的一類機器人，可以實現患者病床、輪椅、手術臺之間的移動，代替醫護人員完成搬運、轉移等勞動強度高的工作[20]。如汪梅花[21]發明了一種重癥患者轉運機器人，該機器人具有良好的承載能力且具有自動化功能，可以在不中斷治療的情況下實現轉移，有效地降低患者的轉運風險和痛苦。Wang等[22]研發了一種適用于脊髓損傷等不宜隨便改變患者體位的轉運機器人，轉移裝置移動到患者的身下實現患者在擔架和床之間無縫轉接。此類機器人能減輕護理人員的體力消耗，降低患者精神壓力和轉運風險。Tatemoto等[23]研發一款可以從輪椅向床轉運的新型橫向轉移輔助機器人Lateral Transfer Assist Robot(LTAR)，該裝置可以在患者不站起的情況下完成橫向轉移，防止在轉運過程中發生跌倒。目前，轉運類護理機器人的使用并不能替代護理工作，護理人員在轉運過程最重要的任務是要及時應對轉運過程中出現的突發狀況，保證患者的轉運安全。

2.4護士助手機器人 護士助手機器人有別于之前的康復類、轉運類、排泄類機器人，其主要在隔離病區擔任保護醫務人員，避免交叉感染。新型冠狀病毒性肺炎的傳播方式和癥狀特點,要求醫護人員對患者進行測溫、吸氧、吸痰、搶救等近距離的高風險操作。新型冠狀病毒性肺炎的高度傳染性、防護物資的短缺、患者病情變化等都給醫護工作人員增加巨大的壓力。為了達到傳染性疾病防控的防疫要求，緩解醫護人員的壓力而開發應用的機器人在疫情中發揮了重要作用。由生物采樣、醫療觀察、藥物配送到臨床護理；由醫院診所、公共場所到個人住宅，機器人都發揮了特殊的功能[24]。如硅步機器人公司在原有基礎上推出一款可以邊移動邊消毒全過程無需值守的機器人[25]。創澤機器人公司向山東省醫療救治定點醫院、日照市人民醫院捐獻殺菌消毒機器人“創創”，可針對患者、醫護人員、醫療廢物的高頻活動區域進行自動高水平消毒[26]。普渡等科技公司為各地疫區提供免接觸機器人配送技術方案，代替醫護人員完成部分簡單耗力且高風險的工作，在一定程度上減輕醫務人員的工作壓力，讓其能夠更加安全，高效地投入到工作當中。

目前，為防止傳染病擴散蔓延，減少交叉感染，入院掃碼、測體溫、預檢分診是進入醫院重要項目，人員的缺乏將會增加原有的工作任務和感染風險。未來，護士助手機器人的研發要將測體溫、個人旅居史等流調詢問、預檢分診等功能相結合，改良以往的固定輸出模式，與就診人近距離溝通詢問，及時記錄就診人員情況和個人信息，將異常情況及時發送到護理人員的設備，及時啟動應急預案降低感染的風險。

3 小結與展望

隨著科學技術的發展以及人口老齡化速度的加快，與科技結合的智能護理技術將會越來越多，對于康復患者以老年人群的照護將會更加精細。前述康復、陪護、轉運、護士助手機器人的出現，很大程度上緩解了護理人員以及家屬的照護壓力。但就總體而言，國內護理機器人發展速度落后于西方國家，護理機器人在技術研發、市場普及認可、倫理方面存在問題。首先，大部分護理機器人都注重遠程監控使用者的動態、口令式執行任務的研發，忽視了使用者與護理機器人之間互動與適應方面的研究，導致護理機器人的適用性和靈活度較差。其次，護理機器人體積大、研制成本高、護理人員在臨床對智能護理機器人的普及少，民眾對新興技術陌生且認可度低導致難以在市場普及。最后，護理機器人全面實時照護使用者生活起居過程中隱私暴露的概率增加，泄露的風險也隨之而來，同時也會給使用者造成不好的體驗，傷及自尊。

未來，臨床護理人員應組建科研團隊，在工作中負責查找護理工作及患者的恢復痛點，聽取患者的內心需求，制定問題的解決方案創造出有針對性的護理機器人。醫院同時也要重視對護理機器人的引進與使用，提高護理機器人在臨床的使用度，讓更多的患者在臨床中接觸護理機器人，促使其從臨床逐步走進社區和家庭。高校在護理專業學生的教學過程中要注重護理專業學生科研思維能力的培養，聯合各大研究院、企業舉辦創新創業活動，激勵護理專業學生對護理機器人的研發。針對其開發的倫理問題，國家需要制定相關的法律制度，保護使用者的隱私。護理機器人在未來將會大規模應用臨床，讓護理工作更加高效，護理人員將有更多的時間與患者進行溝通交流，使護理更加有溫度。