社會輔助型機器人在護理領域中的研究進展

白冰悅 朱火蘭 魏 娜 張玉蓮

隨著智能技術和人文關懷理念的深入發(fā)展,如何為患者提供更為科學化、智能化、精細化的照護逐漸成為醫(yī)護人員備受關注的問題。社會輔助型機器人(socially assistive robot,SAR)是集科技、心理、醫(yī)療服務于一體的多功能機器人,能夠完全適應患者的照護需求,為處于不同環(huán)境中的老年人、自閉癥患兒等提供支持和幫助[1]。美國、日本等發(fā)達國家SAR的應用已取得不錯成效,我國此方面的研究尚處于初步探索階段[2]?；诖?本文對SAR在護理領域中的應用現狀進行綜述,歸納總結不同受眾群體的使用意愿以及目前存在的倫理問題,以期為今后SAR在國內護理領域的進一步研究提供借鑒。

1 SAR的概述

SAR是一種形狀大小各異,或類似人形,或類似貓、狗、海豹等動物,可與人類交流,能夠捕捉人類心理活動的機器人。它通過面對面或遠程的人機互動方式,輔助使用者的日常生活活動并進行社會行為干預,以完成學習和康復的目標[3-4]。下文將從運作方式、角色分類、角色功能三方面對SAR進行介紹。

1.1 運作方式

SAR依靠不同的計算機視覺算法來識別使用者,并為其提供支持和幫助。目前以面部識別、跟蹤和表達三種算法為主[5]。面部識別是基于人臉特征,應用熱成像和深度相機(RGB-D相機)等算法,判斷SAR是否在與正確的使用者進行交流[6]。面部跟蹤是SAR根據使用者面部特征,使用VJ(Viola-Jones)等算法對其進行追蹤定位或連續(xù)性生理監(jiān)測[7]。面部表達是SAR依據使用者面部信息來確定其憤怒、厭惡、驚訝等情緒,以便對此做出充分恰當的反應[8]。

1.2 角色分類

根據SAR護理人群的需要,從身體、日常生活、心理三個層面大致分為復健機器人、服務機器人和陪伴機器人[1]。復健機器人側重于協(xié)助患者進行身體上的康復與保健,如在游戲中為卒中患者開展上肢伸展、抓取等康復訓練[9]。服務機器人的重點在于幫助患者完成基礎的日常生活活動或任務,如準備膳食、提醒重要事宜等[10]。陪伴機器人旨在從心理健康角度出發(fā),通過互動、陪伴為患者提供更多的社會情感支持,使其獲得心理的舒適和情感的滿足[11]。

1.3 角色功能

社會輔助型機器人在護理與康復中產生了三種角色功能[12-13]。(1)情感交流與陪伴者: SAR具有語音感知、對話交流等功能,主要為認知障礙者、自閉癥譜系障礙患兒、老年人等提供幫助,以解決他們孤獨、害怕社交等問題[14-15]。(2)指導與治療者:SAR可為患者提供認知及步態(tài)訓練、指導用藥及體育鍛煉、識別及避免危險等服務[16-17],還可通過互動或撫觸在一定程度上降低老年人的血壓和心率[13]。(3)為照護人員提供喘息者:長時間的照護會使照護者的情緒和精力過度消耗,產生不同程度的共情疲勞。SAR可協(xié)同照護者給予患者個性化、人性化的護理,減少患者對照護者的依賴,使其得到更多喘息機會[12]。

2 SAR在護理領域中的應用現狀

目前,SAR在護理中的應用主要集中于阿爾茨海默病患者、老年抑郁癥患者、孤獨者、自閉癥譜系障礙患兒。除此之外,在社交焦慮癥、失語癥、心臟康復等領域也有應用。

2.1 阿爾茨海默病患者

阿爾茨海默病是一種神經退行性疾病,主要臨床特征為記憶力進行性下降、認知功能障礙、日常生活能力下降等[18]。機器人Silbot[19]帶有頭部觸屏、攝像頭和語音識別系統(tǒng),具有六項日常護理活動設定:清晨喚醒患者、情緒及心理健康記錄、督促體育鍛煉及認知訓練、安全風險檢查、用藥提醒、緊急呼救,旨在幫助居家的癡呆患者盡可能地擺脫全職護理,保持日常生活的獨立性和自主性。另一款社會輔助型機器人LOVOT[20],其性格有內向或外向兩種編程,與患者磨合的時間越久,雙方契合度越高。LOVOT與丹麥一家養(yǎng)老院中的阿爾茨海默病患者相處4周,為他們帶來歡聲笑語,在此期間患者將其視作自己的孩子或親人,以滿足內心深處對家庭情感的渴望。阿爾茨海默病患者還可能因基礎生活護理問題帶來疼痛,如皮膚護理、穿衣如廁、壓瘡和傷口護理等。Demange等[21]使用Paro開展中重度阿爾茨海默病患者疼痛管理,動物型機器人Paro以幼年豎琴海豹為原型,表面覆蓋白色人造毛皮,具備視覺、觸覺、聽覺及平衡覺四大感知系統(tǒng)和學習能力,能夠對突然的刺激做出反應。Paro可在不中斷護理治療的前提下,通過與患者的社交互動來分散其注意力,這不僅可以減少患者止痛類藥物的使用,也能很好地緩和護患之間的緊張氛圍。

2.2 老年抑郁癥患者和孤獨者

抑郁癥是老年人群中最常見的精神疾病之一,孤獨、悲傷、慢性病、認知障礙等被認為是老年抑郁癥的主要致病因素,全球老年人重型抑郁癥患病率約為13.3%[22]。老年抑郁癥的治療一般包括抗抑郁藥物、認知行為治療等,SAR被認為是一種輔助治療老年抑郁癥的新方法。Petersen 等[23]將61名患有抑郁癥的老年癡呆患者作為研究對象,展開為期12周的干預訓練。此研究的實驗組每周有3 d時間與Paro進行20 min玩耍交談,護士從旁協(xié)助,與Paro共同調動患者的參與熱情,調節(jié)其心境,營造愉快和諧的互動氛圍,患者抑郁評分有顯著改善,但患者并不愿意減少或停止抗抑郁藥物的使用,這可能與長期服用苯二氮卓類藥物造成軀體依賴有關。

老年人的孤獨感正在成為一個全球性問題,是抑郁和死亡的“催化劑”。受健康狀況、家庭環(huán)境、居住方式等多因素影響,他們的社會融入感偏低,孤獨感較高,以75歲以上老年人最為突出[24]。養(yǎng)寵物是不少老年人排解孤獨的首選方法,但畢竟他們的照顧精力有限,這時SAR就可以充當活體寵物,成為老年人的理想選擇。貓和狗是寵物型SAR的優(yōu)選形態(tài),設有黑白金三種不同的顏色,其在感受到光或聲音的刺激后會發(fā)出犬叫或貓叫,頭部、臉頰及上腹部均有觸摸傳感器,可對人類的愛撫做出回應,達到互動的效果。獨居、喪偶、社會關系較少、生活方式單一的老年人將SAR視為“陪伴者”,為其起昵稱并以此稱呼。老年人通過與SAR互動交流來使其融入自己的生活,通過將其抱入懷中撫摸來獲得平靜舒適感,通過向他人展示分享來與外界建立新的社會聯系[25]。

2.3 自閉癥譜系障礙患兒

自閉癥譜系障礙(autism spectrum disorders,ASD),是一種起自兒童時期的神經發(fā)育障礙,以語言系統(tǒng)發(fā)育遲緩、社會交流障礙、重復刻板行為為主要臨床特征[26]。在1項隨機對照實驗中[27],應用社會輔助型機器人NAO,在游戲中對7名ASD患兒進行語言、情緒和行為干預。該類機器人具有監(jiān)督控制裝置,在問答環(huán)節(jié)可使用“通配符”提示患兒,并留足時間讓患兒思考,隨后給予正向反饋,幫助患兒有效提高社會認知能力。嵌入式迷你投影儀的社交輔助型機器人MARIA T21,可將“在繩索上行走”、“魔毯”、“讓我們跳舞”等游戲投影于地板或桌子上,機器人作為引導者,鼓勵ASD患兒積極參與游戲,并在游戲環(huán)節(jié)給予是否正確的反饋,并記錄,以此來訓練患兒的認知技能、注意力、運動協(xié)調性、本體感覺等[26]。形狀類似花朵的社會輔助型機器人Daisy,眉眼處極具表現力,可在互動中與ASD患兒進行眼神接觸、言語交流,并督促患兒寫下個人心得體會,以此來改善他們坐立不安的表現,同時培養(yǎng)其同理心,增強其社交能力[28]。除此以外,SAR還為ASD患兒的教育提供了無限可能。傳統(tǒng)的面對面指導教學并不能成功挖掘出ASD患兒的學習潛力。Shahab等[29]將社會輔助型機器人、虛擬現實技術、音樂教育課程三者結合起來,由機器人進行虛擬教學,患兒按照彩色的樂譜依次模仿演奏出7個基礎音符和一些簡單樂曲。在此過程中評估患兒的注意力集中度、識別和表達顏色的能力、重復和再現樂譜的能力。這種新穎有趣的互動方式極大地提高了患兒的學習興趣和接受度,不但對他們的社會認知和交流互動能力產生積極影響,而且減輕了教育工作者繁重的工作任務。

2.4 其他

社交焦慮癥患者害怕自己暴露于社交場合,通常表現為臉紅、出汗、口吃、身體姿勢僵硬等。Rasouli等[30]將傳統(tǒng)的認知行為療法與SAR相結合,使SAR作為伙伴同患者一起練習社交技能,進行漸進性肌肉放松訓練,為現實生活中的社交場景做好充分準備,以增加患者在社交中的舒適度。失語癥是指與語言功能有關的腦組織發(fā)生病變,致使患者出現語言功能障礙。SAR會根據患者的狀態(tài)不斷調整互動方式和風格,激勵患者積極參與訓練并及時進行信息反饋,避免了患者與治療師面對面訓練的尷尬,更易使患者產生信任感,快速進入訓練狀態(tài)[31]。心血管疾病患者在日復一日的心臟康復訓練中往往缺乏動力,依從性低。SAR可自主識別患者,在運動中直接監(jiān)測患者的生理及運動參數,通過自帶的人像拍照功能糾正不規(guī)范的動作,并持續(xù)追蹤出勤情況,提高其依從性[32]。此外,SAR已被研究者提議應用于創(chuàng)傷后應激障礙患者,雖然此方案尚未實行,但為該人群的護理和治療拓展了新思路[33]。

3 不同受眾群體對SAR的使用意愿

3.1 患者

Dembovski等[34]對23例卒中患者進行了6次訪談后發(fā)現,有36%的患者對SAR給予高度評價,認為它靈活有趣、聲音悅耳、態(tài)度積極,能激勵他們堅持完成每日的康復訓練并取得一定成效。28%的卒中患者拒絕使用SAR,認為它不能觸碰到真實皮膚,更不能進行真正的同頻對話。斯洛文尼亞的1項橫斷面調查[35]發(fā)現,患者對SAR的接受度與他們的年齡呈負相關,但愛爾蘭學者Kodate等[36]卻發(fā)現有75%的老年患者對SAR 展現出極大興趣,并愿意讓其參與自身的護理計劃。這可能與不同國家及地區(qū)的文化背景、相關政策、經濟發(fā)展水平、技術研發(fā)水平、市場普及度有關。

3.2 家庭照顧者

1項對殘疾兒童母親的質性研究[37]顯示,殘疾兒童母親一致認為SAR可以減輕其照顧負擔,使她們擁有更多可自由支配的時間,但SAR的技術并不十分成熟,這不免讓人擔憂其使用安全性。大部分卒中患者的家庭照顧者[34]對SAR的態(tài)度相當樂觀且充滿信心。因為它能無限次重復使用,降低訓練成本,并且能隨時給出正確的指導意見,有效減少家庭成員間的摩擦。但也有小部分照顧者對SAR的理解能力提出質疑,他們會因溝通時出現無法消除的誤會而終止使用。還有部分阿爾茨海默病患者的照顧者考慮到花錢投資新興機器人具有一定風險,提出先試后買或租賃使用[38]。

3.3 醫(yī)護工作者

醫(yī)護人員起初并不完全信任SAR,認為它是自己工作的潛在替代品。但隨著SAR的臨床應用成效,醫(yī)護人員對其信任度得到極大提升[39]。受新型冠狀病毒(簡稱新冠)疫情影響,醫(yī)護人員并不能像往常一樣和患者互動,此時,SAR就可以幫助他們對患者每日的訓練任務及身體狀況進行監(jiān)測匯報。一方面可以提高醫(yī)護人員的工作效率,另一方面可以保持雙方社交距離,降低新冠感染率。此外,醫(yī)護人員也會結合自身臨床經驗,對SAR提出功能性的建議,使其更有益于患者。另有5%的醫(yī)護人員不推薦將SAR應用于臨床,因為它不具備人類大腦的靈活性,不能妥善處理醫(yī)護團隊給出的建議,致使整個團隊的工作秩序被打亂[40]。

4 SAR的倫理問題

首先,SAR的應用存在醫(yī)學倫理問題。SAR可能會在捕獲追蹤患者信息時泄露患者隱私,或在患者不知情的情況下進行工作范圍外的監(jiān)測,侵犯患者隱私[41]。同時,SAR的不斷優(yōu)化升級可能會使醫(yī)療從業(yè)者產生惰性,喪失批判性思維,使其專業(yè)性和權威性受到挑戰(zhàn)[42]。其次,存在法律倫理問題。目前國內外對SAR的應用在法律上均存在“監(jiān)管真空”,鮮有法律明確規(guī)定如果SAR對患者造成傷害時,應由誰承擔責任。Carter等[42]提出建立專門的監(jiān)管制度,且要求監(jiān)管機構與技術研究員通力合作,在保障患者合法權益的同時支持SAR的創(chuàng)新發(fā)展。再次,存在情感倫理問題。相較于人與人之間的交往,人機交往更加簡單純粹,但這種人機情感始終都是單向線,并且患者一直處于被動地位。隨著時間推移患者可能會逐漸習慣SAR并對其產生依賴,把它當作至朋親友甚至精神寄托,一旦將SAR突然抽離他們的生活,對患者是致命的打擊[43]。

5 小結

SAR以人機互動為基石,以輔助患者日常生活為導向,促使患者積極培養(yǎng)學習能力,堅持打卡康復訓練,踴躍參與社交活動,保持生活的獨立性與自主性,在減輕照顧者負擔的同時也提高了醫(yī)護人員的工作效率。雖然目前受眾群體對SAR 的使用意愿總體處于較高水平,但其涉及的一系列醫(yī)學、法律及情感倫理問題,無不在提示倫理學規(guī)范的重要性和必要性。未來,SAR的開拓應以人文護理為出發(fā)點,探索更多符合我國文化背景的,融合冰冷技術與倫理溫度的,針對不同使用場景及人群的實際應用。