轉運護理機器人在護理實踐中的應用研究

苗姣娜，王元姣，何 葉

1.浙江中醫藥大學護理學院，浙江310053；2.浙江省人民醫院

人口老齡化問題是全球關注的嚴重問題，預計到2035年我國老年人口將達到4.12億人[1]。老齡化背景下護理人力資源與優質護理服務短缺等問題日益突出，傳統的護理技術已不能滿足老年人護理的需求。此外，護理人員因長期搬運病人而導致骨骼肌肉疼痛[2]。因此，越來越多研究者利用機器人來解決上述問題。轉運護理機器人是協助他人對失能或半失能的老人進行日常護理的一類機器人，可將病人在病床、輪椅、手術臺等之間移動，并且可進行一些勞動強度高的工作[3]。本研究對國內外搬運機器人的研究現狀、分類、功能等進行闡述，以期為轉運護理機器人在護理實踐中更好地應用提供參考。

1 轉運護理機器人研究現狀

1.1 升降機轉運護理機器人

該類轉運護理機器人利用安全帶和壓縮桿的升降原理將病人進行轉移，其結構簡單。MaxiMove 升降機是瑞典 ArjoHuntleigh 公司生產的一款能在病人平躺姿勢下進行轉移的轉運護理機器人，其主要結構包括支架、底部萬象輪、擺臂、吊架、專用轉移床單和電動推桿等[4]。日本安川電機研發了一款升降機轉運護理機器人，具有可上下移動和旋轉的機械臂、吊座和移動腳輪，可以幫助醫護人員將病人抱起，實現護理床與輪椅之間的轉移[5]。有研究表明天花板式升降機比地板式升降機更受歡迎，但升降機類轉運護理機器人對使用空間有一定的要求[6]。

1.2 電動移位機轉運護理機器人

該類機器人主要有美國英維康公司生產的電動移位機和日本豐田汽車公司研發的移位車等，可實現老年人在普通座椅、沙發、床之間的安全轉移，降低護理人員的工作強度[5]。其外觀類似推車，有兩個較長的扶手和安全帶，使用時將其推至老人床邊或輪椅邊，將小推車固定后老人上車坐到座板上，松開剎車，即可移動老人到其他位置。該類機器人外觀簡單，靈活性較高，主要用于行動不便的老年人。

1.3 智能輪椅

意大利設計師Kevin Halsall 研發的電動平衡輪椅Ogo，其內置陀螺儀，使用者可通過上半身來控制2個輪胎的移動，通過前傾、后傾改變重心的位置，Ogo 可以根據重心變化，預判使用者的運動意圖[6-7]。美國Smart Wheelchairs Limited 公司生產的電動輪椅科珀斯F5[8]，其采用前輪驅動，底盤使用懸掛系統，因此可在多種路況下平穩行駛，還能輔助病人直立。此外，其安裝的MagicDrive EC設備，不僅可以便捷地控制電動輪椅，還可以對電話、收音機等進行遠程操控[5]。美國匹茲堡大學研制的智能機器人輪椅PerMMA，可進行話筒語音、操縱桿或屏幕觸控等多種方式來操作交互界面[9]。較科珀斯F5相比其輪椅上的機械臂可幫助病人處理日常生活中的穿衣、購物、烹飪等事務，功能較為齊全。在舒適度方面，瑞典公司研制的智能電動輪椅 C350 Corpus，其完全按照人體結構設計輪椅系統，符合人體生理尺寸，貼合人體輪廓，適合長期行動不便的病人[10]。該類智能輪椅較傳統輪椅功能多樣，病人可自行操控，一定程度上降低照顧者的體力消耗和心理壓力。

1.4 床類轉運護理機器人

床類轉運機器人的研究較成熟，從外觀可將其分為板式轉運床、床椅結合型兩類。板式轉運床主要用于癱瘓、麻醉、昏迷等喪失自主行動能力的病患，床椅結合型轉運機器人適用無脊髓損傷和意識障礙的病人。燕山大學研發了一款轉運護理機器人，其床面可向一側進行移動具有方向性，因此在搬移前需先確認搬移方向，否則進屋后無法搬移，主要用于不同床之間的轉運[11]。日本大阪變壓器株式會社研發的雙邊轉運床 C-Pam(careful patient mover)整體結構輕盈緊湊，配備 RINGSERVO系統，可持續性監測轉運負載，按需切換控制模式，使系統安全可靠[12]。上海機電學院研發的一款多功能護理床，通過按鍵或語音控制床面，將病人從臥姿轉換成坐姿狀態，實現床與輪椅間的轉運[5]。該類機器人在國內研究廣泛，多用于重癥監護的病人在轉科、檢查時的轉運。圍繞老年人日常生活、交流和監測等護理需求，日本松下研發的Roboticbed[13]是一款床椅分離型轉運機器人，通過 I/F 操作手柄或送話器發布指令，實現病床與輪椅間的自動分離或對接[14]。多種功能累加導致該類轉運機器人結構笨重復雜，姿態轉變時貼合性不高，影響病人舒適度。

1.5 仿人雙臂型轉運護理機器人

為滿足在多種場景的轉運，日本理化技術研究所研發的 Robear機器人可將行動不便的老年人從床上抱起進行轉移，機身表面覆蓋有機材料，機械臂和軀體上設有傳感器，使其具有高精度的觸覺感知，機器人僅需觸摸病人即可迅速獲得被搬運對象的體重數據，充分考慮了老年人被搬運過程中的舒適度體驗，保證了搬運過程的安全[15]。美國 HStar 公司推出RoNA(Robot Nursing Assistant)[16]仿人雙臂型機器人，原理是基于仿人姿勢進行轉運，因而易被病人接受，其雙臂移動靈活可承受227 kg的重量，配有3D智能導航系統的全方位自由移動平臺[17]。具有多人多用、執行速度快等優點，但無法自動進行路線規劃，需要醫護人員協助，人機交互性不高。BEAR熊(戰場救護機器人)是美國軍方研制的一款轉運護理機器人，對非結構環境有非常強的適應性，可抱起近250 kg的重物，其機械手還能做出非常精細的護理任務，如對受傷人員進行簡單包扎、開門排爆等；履帶和腿的自由轉換讓其可以在不同的地形之間自由轉換，如果遇到不平整的地面，它保持類似半跪的姿態，壓低重心，以履帶形式穩定前進，而到了相對平整的地面，則轉換成快速模式迅速前進[18]。BEAR熊機器人采用三維視覺定位，強大的控制能力，自主規劃軌跡路線，具有一定的自主工作能力[19]。不同場景下搬運護理機器人的人性化要求不同，前兩種在舒適度方面可達到較高要求，而BEAR熊在速度轉換方面有較高優勢。

1.6 穿戴式轉運護理機器人

日本筑波大學研發的HAL-5[20]是世界上第一種用于商業化的全身穿戴式機器人，醫護人員穿戴HAL-5后，可將一個成年人輕松舉起。其利用電動機驅動系統并通過多種傳感器來獲取外骨骼和人體的運動狀態信息。此外，日本INNOPHYS Co.Ltd.開發的Muscle Suit(MS)也是一款可穿戴式機器人，使用氣動人造肌肉，進行人或物體轉移或保持中等高度姿勢等運動來支撐護理人員的身體[21]。該類穿戴機器人利用其收集的生物信號幫助護理人員運動并支撐他們的下背部以減少施加到他們腰部的壓力，進而達到緩解護理人員肌肉疲勞和疼痛的目的。Kato等[22]對兩款機器人的護理方案進行研究，表明MS主要用于早上協助病人進行如廁、轉移等情況，HAL機器人主要在上午使用，在如廁護理及膳食輔助方面有很大幫助，能夠有效地執行護理任務和操作。

2 轉運護理機器人的功能

2.1 轉運功能

美國護理聯合協會在2003年呼吁取消人工搬運，建議采用機械或機器人搬運病人[23]。Schoenfisch 等[24]研究中表明通過升降機等轉運裝置，可以實現病人在床和擔架等之間的快速轉運。軍事醫學科學院2010年推出的換乘轉運護理機器人[25]，主要運用在病床、檢查器械及手術臺之間，可以精準穩定地對病人進行轉移。Tatemoto 等[26]設計的一款橫向轉移輔助機器人(LTAR)是一款床椅分離式機器人，其扶手可以自動升降到與床面同高的位置來填充床和機器人之間的空隙，實現病床和輪椅間的自動轉換，達到對病人轉運的目的。雖然該類轉運護理機器人在臨床使用較多，但其主要在個別科室使用。

2.2 監測功能

急危重癥病人在轉運過程中醫務人員及時掌握其生命體征非常重要，便于醫務人員對病人病情作出預判，避免突發情況發生。2013 年北京航空航天大學研發的床椅分離型護理床e-Bed[27]具有檢測和報警系統，可以對病人的血壓、體溫和脈搏等進行監測，并在病人生命體征出現異常時發出警報。華南理工大學設計的多功能智能護理床通過機器人化語音操作和控制技術及其搭載的 ARM 多參數監察系統，可以準確地反映老年人的實時狀態[10]。自動監測系統可以將病人生命體征信息自動上傳到醫護人員的工作系統中，方便快捷減少數據錯誤。

2.3 避障功能

自主避障功能體現了機器人的轉運自動化，搬運機器人根據設定的規劃路線和自主導航系統可以將病人安全轉移。2013 年河北工業大學推出的“白澤”[28]機器人是一種仿人背抱式搬運護理機器人，其通過聲源定位、視覺識別來確認病人的位置和姿態，對病人的姿態進行判斷后開始轉運，并能自動避開障礙物。通過設定行走路線和導航系統，智能搬運護理機器人可進行物品的傳送，如為病人送藥、送生活用品，為醫護人員送化驗標本、設備等。上海交通大學研發的“交龍”智能輪椅，采用了多傳感器信息融合技術，具有語音識別、自動記憶環境地圖的功能，此外,還具有手動模式、半自主模式、PC 3種模式，可以在人員流動復雜的環境中進行避障、路徑規劃、自主導航和目標物跟蹤導航[29]。

2.4 人機交互功能

深圳先進技術研究院研制了一款具有交互功能的機器人輪椅,可通過交互功能實現人機對話，還具有口令識別、語音合成、動態隨機避障、機器人自動定位、實時自適應導航控制及多傳感信息融合等特點[10]。瑞士洛桑聯邦理工學院推出一款通過腦電操控的新型輪椅通過戴在病人頭部的電極帽發送的腦電信號來執行病人大腦的命令，從而讓肢體癱瘓的病人重新獲得行動能力[30]。人機交互功能給老年殘障病人的生活帶來便利，減少了病人自卑、失落等不良心理狀態。

3 轉運護理機器人對護理人員的作用與意義

3.1 減輕護理人員體力消耗、提高工作效率

在老年人日常護理工作中，移乘搬運是護理工作中最重要的部分，傳統的搬運方式需要多人完成，不僅費時、費力，而且也無法確保老年人的安全與舒適。美國海視達科技公司研制的RoNA仿人轉運護理機器人可輔助護理人員完成相應的護理工作[31]。如其胸前設計有人機交互顯示屏，可以與病房中的病人進行遠程監測，利于護理人員及時了解病人的思想狀態，便于對病人心理進行及時調節以及處理一些突發情況。德國的一項研究表明,每臺轉運護理機器人在病房中平均每天可以為醫護人員節省至少2 h的工作時間[32]。

3.2 降低護士離職意愿、減少護士職業損傷

護士短缺與護士整體工作滿意度低和健康狀況有關[33]。轉運護理機器人可替代護士完成一些護理操作，減輕護士工作量，使護士有更多的時間從事專業護理操作、與病人進行深入交流并了解其心理狀態。研究表明，繁重的護理工作使護士執行許多非必要的護理任務，而一些重要的護理任務未能更好地完成，因此，導致護士對工作產生不滿[34]。傳統的搬運模式增加護士骨骼肌肉損傷的風險，使用轉運護理機器人對病人進行轉運，能降低護士骨骼肌肉疾患的發生[35]。如今各種烈性傳染病先后肆虐全球，導致職業危險因素進一步增加。在傳染病房護士需要穿厚重的防護服來降低被感染的危險。然而通過對轉運護理機器人進行遠程操控，可實現對物品和病人的準確轉移，降低護士被感染的風險[36]。

3.3 促進病人疾病康復、提高就醫體驗

病人長期臥床容易發生墜積性肺炎、壓力性損傷和泌尿系統感染等嚴重并發癥，這些并發癥導致病人病情加重、醫療費用增多。轉運護理搬運機器人可以協助護理人員為病人進行翻身，減少病人與床面的摩擦次數，避免病人發生二次傷害。此外，將疾病宣教內容導入轉運護理機器人系統，機器人可到床邊對病人進行健康宣教，使病人健康受教育的程度提高，利于疾病恢復。麻省理工學院研發的RHOMBUS(Recodigurable Holonimic Omnidirectional Mobile Bed with Unified Seating)護理床安裝有遠程通信設備，因而醫護人員及家屬可與病人進行遠程交互[37]。

4 小結與展望

隨著科學技術不斷發展轉運護理機器人有巨大的發展潛力。轉運護理機器人的應用有助于緩解護理人員工作壓力，解決老齡化社會的護理需求，提高護理人員工作效率和病人就醫體驗，具有深遠的社會意義和巨大的應用價值。但是，轉運護理機器人的研究主要以美國和日本等國家為主，我國仍處于初步研究階段，其發展仍面臨著許多挑戰。為更符合老年人等生活需求轉運護理機器人要融合更多的功能，需要研發人員在技術上不斷創新。此外，隨著轉運護理機器人的不斷研發，其將面臨在護理領域應用時的管理等問題，如設置相應的管理部門來解決機器人的使用培訓、意見收集、相關儀器設備檢查和維修等問題。而且，使用搬運護理機器人將構成新的護患關系(護理人員-病人-機器人)[38]，在新的護患關系下，如何平衡護理人員與病人之間的情感溝通問題，故需要構建新的護患關系模式。最后，管理者應重視轉運護理機器人對護理人員及病人的應用價值，引領護理人員轉變以往的護理模式、不斷學習并參與到轉運護理機器人的研究和設計中，促使轉運護理機器人在護理領域更好地應用。