人工智能技術應用于癡呆病人照護的研究進展

鄧雨芳，鄭改改，殷 月，孔天東，黃志紅*，付朝紅，李金英，彭月香

1.河南大學護理與健康學院，河南450000；2.河南省人民醫院；3.鄭州市第三人民醫院；4.鄭州大學第一附屬醫院

癡呆是全球常見的慢性病之一，目前，全世界約有5 000萬人患有癡呆癥，預計到2050年將達到1.52億人。其中，步入人口老齡化的發展中國家是患病人數持續增長的主力軍[1]。阿爾茨海默病（Alzheimer′s disease,AD）是導致癡呆的最常見原因，最初癥狀是短期記憶喪失，隨后是長期記憶、語言、解決問題和認知功能的下降，病人最初需要在與方向識別、近事記憶相關方面得到幫助，隨著疾病的發展，其日常生活的所有活動都需要協助。然而，由于癡呆無法治愈且患病人數持續增加，目前缺乏足夠的人力資源為病人提供照護，人工智能技術的出現推動了輔助護理技術的發展，在加強現有護理技術的同時，可使病人在居家、社區中保持舒適，能最大限度地提高個人自主能力，促進社會參與，防止虐待和社會隔離。本研究概述了“將人工智能技術應用于癡呆病人照護的前景”[2]中目前可用的一些人工智能輔助護理技術，整合了這些技術面臨的諸多挑戰，并對癡呆癥護理新技術的開發和實施提出了指導意見，提出了癡呆護理技術的發展和實施指南。

1 人工智能技術概述

人工智能是能夠模擬人類思維、識別復雜情況、獲得學習能力及知識，并能解決問題的智能系統[3]，其應用范圍較廣，尤其在醫療健康領域的應用備受重視，主要研究領域是老年癡呆照護技術[4]。2015 年，我國自主研發的全自動護理機器人問世，可自動識別并處理失能病人的大小便，還可通過無線網絡將病人病情信息傳送至護士站，現已在部分養老院投入使用[3]。2019 年，國務院在《新一代人工智能發展規劃》中指出要推動智慧醫療發展、開發人機協同醫療機器人、拓展智能養老，但我國在專門針對老年癡呆病人中應用寵物機器人的研究較少。目前，國外的智能輔助技術總體上處于開發和探索階段，部分智能輔助技術進入循證實踐階段，部分技術處于早期開發階段，大部分技術適用的癥狀比較單一，綜合輔助護理能力有待提升。其功能模塊包括評估和監測、輔助設備、治療設備和護理支持技術，使病人在無人照護的情況下仍能保證生活質量。主要適用于早期居家癡呆病人的護理，用以監測病人的安全行為和生理狀態，幫助病人維持日常生活中的自我護理能力、提高社會參與度、改善負性情緒。目前，國外用來支持癡呆病人和護理人員的智能輔助技術見表1。

表1 國外支持癡呆病人和護理人員的人工智能輔助技術[5]

2 人工智能技術應用于癡呆病人照護的主要功能

2.1 評估和監測 癡呆病人常面臨著安全、生理和心理健康方面的問題，而人工智能技術能夠評估病人的身心狀況，并監測病人部分生命體征，識別早期風險。早期的智能家居技術，如Google Home，可播報天氣、提醒病人日期、居家遠程控制等，尤其適用于早期癡呆病人，可幫助病人保持生活獨立。另外，由于癡呆病人平衡能力下降，跌倒事件時有發生，尤其帕金森病病人1 年內跌倒發生率高達68%[6]，而新興的人工智能輔助技術，包括物聯網等技術則能通過物聯網連接的可穿戴設備使醫務人員能實時監測病人的周圍環境、健康狀況，并可在其出現不良事件(如跌倒或嚴重疾病)之前提醒病人。此外，由于獨居老年癡呆病人容易發生意外，在家中安裝智能傳感器可以提供一種有效的手段來監測病人健康狀況、身體活動度和社會參與度。

如監測癡呆病人在家中特定房間里待的時間、趴在地上的時間、白天和晚上睡覺的時間以及外出的時間。如果檢測到任何潛在的問題，傳感器可向護理人員或緊急服務人員發出警報[7]。

2.2 健康照護技術 一些智能機器人能通過健康照護功能為病人提供身體護理和社會支持，提高病人自護能力，并減輕照護者負擔。如智能機器人可提供預約治療、用藥提醒和飲食指導的服務，并提醒病人注意跌倒或脫水的風險，重要的是，機器人不具有社會屬性，也不會評判、虐待病人[8-9]。最近由歐盟2020 地平線項目研發的RAMCIP 服務機器人[10]，用于輕度認知障礙病人家庭護理，RAMCIP 的任務包括預測跌倒風險、開燈、監控個人行為、送藥和水、撿東西以及通過視頻會議系統將病人與家人聯系起來，迄今為止，已在10個家庭中進行了RAMCIP 的試點試驗。Care-O-Bot 是德國弗勞恩霍夫制造工程和自動化研究所開發的移動助手，旨在支持癡呆病人的日常生活[11]，與大多數機器人不同，Care-O-Bot能履行一系列的角色，由一個模塊化的控制系統針對使用者的具體情況進行配置。Care-O-Bot的角色包括購物助理、博物館導覽、個人護理助理；在個人護理模式下，會執行抓取、搬運等任務，保證病人充分的水分補充和提醒，更重要的是它能使用人工智能系統評估病人的情緒，并利用這些情緒信息修改溝通反應。此外，新開發的聲控服務機器人可以承擔單一的任務，如功能鍛煉指導和幫助以及舉起個體。日本已經研發出能在移動時避開障礙物的機器人輪椅[12]，在被診斷為癡呆癥后，病人面臨的最大挑戰之一就是失去獨立性，因為他們的駕駛執照會因認知障礙而被吊銷，未來有機會通過自動駕駛汽車的引入來保持這些個體的獨立性，病人將能叫一輛自動駕駛汽車帶他們去診所、超市、見家人和朋友，而不用擔心迷路或因迷路造成事故[13]。

2.3 緩解不良心理情緒 癡呆病人多伴隨有負性情緒，如孤獨感、抑郁、恐懼和憤怒等，通過人工智能技術研發的機器人能緩解病人不良心理癥狀[14]。目前，已有幾種不同版本的治療機器人用于幫助癡呆病人緩解負性情緒[15]。例如，網真機器人是遠程控制的移動視頻會議系統，可通過與家人和朋友進行視頻會議來提高社會參與度，減少病人不良情緒，其他機器人系統可以提供刺激的娛樂，而虛擬仿真技術可以刺激病人產生新的體驗并減少恐懼心理[16-17]。另外，治療型寵物機器人，如日本研發的帕羅機器人，是以一只名叫豎琴的海豹為原型，這種動物機器人鼓勵病人參與社交，在不同類型的證據支持中，機器海豹擁有緩解老年癡呆病人心理癥狀的最佳證據，類似的寵物機器人如CuDDler，在對輕度癡呆病人進行5 周的心理護理干預之后，大部分病人認為其情緒得到明顯改善、生活樂趣增加[18]。

2.4 提供照顧者支持 國外的癡呆病人大多生活在福利院、養老院等地方，受傳統孝道思想影響，國內的癡呆病人以家庭照護為主，約90%的癡呆病人都采取家庭照護形式[19-20]，然而，無論采取何種照護形式，癡呆病人都給照護者帶來了較重的照護負擔，而人工智能的出現減輕了癡呆病人對人力資源的占用，緩解了人力資源緊張的壓力。如RIBA Ⅱ搬運機器人可以使體重達80 kg 的病人從地板或床上安全地轉移到椅子或輪椅上，極大地減輕了照護者負擔；像Obi 進食機器人有勺子這樣的輔助設備，能夠輔助病人在不灑出食物的情況下進食，無須專門的照護者為癡呆病人喂食，幫助病人保持獨立并緩解醫護資源短缺狀況，減輕照護者負擔。

3 障礙與挑戰

3.1 公眾對人工智能機器人的接受度 盡管在過去的10 年中，人工智能技術發展迅猛，但作為人工智能主要載體的機器人，公眾對其態度卻褒貶不一[21]。對機器人的接受程度取決于機器人是被視為與護理人員并肩工作的技術，還是作為護理人員的補充，抑或作為受雇人的替代品。支持者認為，與人類護理相比，機器人有許多潛在的優勢，他們可以被安排以一種情感支持的方式提供護理，與機器人相比，人提供照料的質量取決于照護者的工作量以及他們對受護者的感覺，而機器人卻不存在這種情況，這就可以避免照護者濫用個人權利。然而，反對者認為機器人不應該提供護理，除非它們能識別受護人的情緒變化并能做出情感互動，雖然在這一領域已取得進展，但目前大多數可用的技術都不能恰當地識別或反映人類的情緒[22]。此外，還有部分醫護人員認為將人工智能應用于醫療行業是對其權威的挑戰。關于機器人對社會是好是壞的爭論較多，國外一項關于公眾對機器人態度的調查發現[23]，歐盟公民對機器人表現出積極的態度，并且愿意讓機器人協助他們工作，但是，這些受訪者也多數(60%)認為機器人不應該照顧孩子、老人或殘疾人；國內一些研究者調查發現，病人對人工智能機器人的接受度尚處于淺層次，但病人對將機器人應用于醫療輔助環節的接受度高于將其應用于醫療核心環節[24]。

3.2 倫理問題 人工智能技術已成為當代及未來發展的驅動力之一，但對其涉及倫理問題的爭論從未間斷。歐盟委員會支持開發人工智能機器人，以改善老年人的照護現狀[25]，但倫理問題仍然突出，主要爭論是部分人認為這些技術可能欺騙病人的情感與尊嚴[26]。例如，癡呆病人可能會把動物機器人當成真正的動物作為情感陪伴，如果機器人發生故障，沒有專門的機構進行維修，病人可能會因對機器人傾注過多感情受到嚴重的心理打擊，進而引發新的心理問題[27-28]。除此之外，隱私問題也是關注的重點，目前，人工智能收集、存儲和上傳病人數據技術方面的法律尚不健全，因此，可能發生病人個人信息被泄露的風險[29]。總的來說，當前的醫療人工智能仍處于初級階段，應用之初可能因技術不足、程序漏洞或管理不善而引發設備故障、醫療事故等問題，這就會產生醫療責任難以劃分的問題，因此，人工智能產生的倫理問題必須引起重視,增強研發主體的道德責任感，積極推進人工智能發展規范化、法律化是走出人工智能倫理困境的關鍵一步[30]。

3.3 價格和維修問題 盡管一些人工智能輔助機器人很有發展前景，但這類產品往往因無法批量生產造成價格高昂，目前僅有少量人工智能機器人用于商業用途[31]，可能與它們在研發機構或在大學內研發有關，這些機構不一定尋求產品商業化的機會，也可能與完成指定的技術任務有關。另外，由于人工智能從產品的概念化到測試和商業化耗時之長會產生高昂的生產成本，盡管帕羅公司于2009 年在美國獲得了醫療設備的地位，這使得客戶可通過醫療保險、政府資助的家庭護理計劃和一些私人保險公司對帕羅的處方治療進行報銷[32]，但其高昂的費用仍令許多病人望而卻步。此外，維修成本過高也限制了其適用性，由于全球服務合同尚未簽訂，機器人一旦發生故障，需要返回原產國進行維修，維修費用、跨國郵費、維修時間等問題都有待解決。

3.4 研發技術問題 在研發智能輔助設備時，注意事項較多。國外針對癡呆癥護理技術研發指南見表2。

表2 國外針對癡呆癥護理技術研發指南[2]

3.5 審批過程復雜 目前國外的審批機構主要包括美國食品和藥品管理局、澳大利亞藥品管理局和歐洲委員會等[33]，批準用于特定醫療適應證的技術。這些機構旨在確保作為醫療設備或涉及診斷、預防、監測、治療或減輕疾病技術的安全性和有效性。目前，國外只有帕羅公司通過了監管部門復雜的批準流程[2]，審批過程復雜、審批周期長，均阻礙了創新，延誤了新技術的可用性。因此，提高審批效率與質量、簡化審批過程，對推進人工智能技術在醫療領域的發展尤為重要。

4 小結

本研究闡述了人工智能技術對未來癡呆病人護理的貢獻，提出了人工智能技術面臨的困境與挑戰。由于全球癡呆病人的數量預計在未來還會持續增長，故將人工智能技術與護理結合起來照護癡呆病人是大勢所趨，盡管倫理問題持續引起關注，但如若要擴大以家庭為基礎的癡呆病人的護理規模，就應把人工智能技術視為社會的一部分。參與研發人員應是有醫療健康相關專業背景的復合型人才，還應增強研發主體的道德責任感，避免觸及法律底線。此外，相關審批部門應簡化審批流程，相關生產部門必須堅持以醫務人員為主導、人工智能為輔助的原則，同時做好智能設備的維修工作，進而推動人工智能技術與醫療健康領域的融合。