環境智能在老年照護領域中的應用研究進展

肖 進,胡镕镕,吳美倩,李斐斐,楊舒嵐,劉彩霞*

1.浙江中醫藥大學護理學院,浙江 310053;2.浙江醫院

第七次全國人口普查公報顯示,我國60歲及以上老年人口占全國總人口的18.7%[1],已面臨嚴重的人口老齡化問題。由于傳統的老年照護功能逐漸弱化,獨居老年人比例增加[2],導致老年人可獲取的照護資源有限,生活質量下降。隨著信息化技術的發展,通過智慧養老,解決老年人照護問題成為老年護理領域研究的熱點話題。環境智能(ambient intelligence,AmI)通過無線技術、各種傳感器形成對人體有感應和反饋的電子環境,可在老年人熟悉的生活環境中提供實時監測與管理,并將老年人健康數據與家屬、醫療專業人員關聯,以便在緊急情況下發出警報,提醒相關人員,為輔助老年照護,實現老年人獨立生活提供可能[3]。國外環境智能在老年人群中的相關研究起步較早,國內尚處于起步階段,現對環境智能在老年照護中的應用現狀及挑戰進行綜述,旨在提高我國老年照護領域對環境智能的認識和關注,使科技、智能系統更好地服務于老年人群,提高老年照護質量,促進老年健康管理。

1 環境智能概述

環境智能的概念最早于1998年提出[4],目前該技術已日趨成熟,在智能家居、公共交通、醫療環境等場所的應用越來越受關注[5]。環境智能是信息技術領域的一種新型環境支持系統[6],通過在環境中放置無接觸式環境傳感器,人體的姿態、手勢、需求和行為均可進行識別,同時根據機器學習算法對實時信息、歷史數據進行融合挖掘,做出有利于該環境下用戶的決策。環境智能技術通常由家庭基本技術設備(如攝像機、深度傳感器、熱傳感器、無線電傳感器和聲傳感器)和技術第3方共同提供服務,形成可從各種傳感器傳遞信息的智能網絡[7],并由系統做出及時反饋,具有嵌入式、情境感知、個性化、適應性強和可預知5 個關鍵特征[8]。

2 環境智能在老年照護中的應用現狀

2.1 老年人健康問題智能監測與管理

老年人出現的各種健康問題逐漸成為影響社會經濟發展的公共衛生問題[9],環境智能具備的主動健康監測、連續評估功能可為老年人多種慢性健康問題提供智能照護[10],幫助護理人員、病人及家屬獲得實時健康信息,優化決策速度,并為早期干預提供依據。

2.1.1 早期識別并干預老年認知障礙

環境智能技術領域的最新發展為認知障礙老年人的病情管理、認知康復、居家照護等提供了可行的方法[11]。目前,認知障礙通常由護士采用量表進行評估,耗費時間長且對于早期認知障礙的檢出率低[12],Galambos等[13]基于紅外運動傳感器記錄的運動密度圖構建了能夠早期監測癡呆的模型,通過監測老年人活動模式的變化(如言語、行為變化等),可協助醫護人員早期識別老年認知障礙并跟蹤疾病進展,該模型下一步將進行前瞻性研究,以探索居家養老的可行性。對于認知障礙引起的空間定向力下降,Moreno等[14]通過IP多媒體子系統(IMS)構建設計能夠提供定位服務的位置感知服務器,該裝置一旦檢測到老年人離開安全范圍便及時提醒其家屬,同時根據采集到的位置評估潛在的危險,在降低認知障礙老年人走失風險中具有應用價值。認知訓練是認知障礙老年人重要的康復訓練,有研究利用環境智能技術對失智癥老年人實施認知訓練,結果表明這種技術的應用較傳統認知訓練方式更大程度地改善了失智癥老年人的認知功能[15]。Oliver等[16]將智能傳感器與執行器結合用于遠程陪伴老年人進行認知活動與身體鍛煉,已得到專家的肯定,但該智能設備還需更多大樣本研究來驗證其效果。為了認知障礙老年人能夠安全獨立進行居家活動,已開發出基于智能家居管理系統的傳感器,如可提供語音的認知輔助廚房和自動化櫥柜,幫助認知障礙老年人完成廚房的日常活動[17]。研究表明,老年人對此環境智能設備接受度高[17],有望進一步開發和使用來維持其生活獨立性。

2.1.2 實現老年慢性病持續監測與管理

隨著老齡化進程的不斷推進,存在心血管疾病、糖尿病等慢性疾病的老年人常面臨醫療資源短缺的問題[18],就診時疾病多已發展到嚴重階段,故對老年慢性疾病的早期監測管理具有重要意義。多項環境智能技術已被設計用于監測老年人生命體征[19-20],進行慢性病老年人的長期管理,有效減輕了家屬和護理人員的照護負擔。Ahmed等[21]利用葡萄糖氧化物傳感器生成頻譜圖像持續監測糖尿病老年人的血糖水平,如檢測到異常葡萄糖水平即向護理人員發送警報,測試結果顯示該模型識別異常血糖水平的準確率為92.7%,這將有效減少傳統血糖檢測帶來的頻繁有創操作,提高老年糖尿病病人舒適度的同時也提高了自我管理質量。Malik等[22]基于測壓元件、生物數字信號設備等設計了一種便攜式坐墊用于長期監測心率,研究結果表明該設備檢出準確率為95.1%,且方便快捷,患有心臟疾病的老年人可實現自我管理,但該坐墊是在測試者坐著不動的條件下測量的,未來還需改進技術以獲取不同日常生活活動時的心率并提高計算的準確性。基于物聯網的環境智能還可對慢性心力衰竭老年人進行監測和隨訪,通過遠程醫療平臺,實時共享老年人病史,并將實時健康數據提供給衛生專業人員,為老年人提供線上咨詢服務,有效減少老年人不必要的就診,節省醫療成本,還可促進其自我管理并控制疾病進一步惡化[23]。此外,環境智能還可實現對血氧飽和度[24]、血壓[25]、體溫[25]的智能監測。目前,用于監測生命體征的復雜傳感器多已進入實驗階段,在老年人群中的實用性和應用潛力已得到證明[26],南京與深圳兩家公司聯合打造的DARMA 生命體征監測墊已在護養院中投入使用[27]。未來環境傳感器有望被廣泛用于智能住宅、養老機構的建設中,以輔助老年人進行慢性病管理。

2.1.3 保障感覺異常老年人環境舒適、安全

老年人由于細胞衰老和神經反應遲鈍,常出現不同程度的感覺障礙及聽力、視覺下降,嚴重影響老年人的生活質量。Shirali等[28]基于環境監測傳感器設計了一種溫度監測系統,可用于檢測環境溫度及空氣質量,并根據規定的溫度及空氣質量自動調整,以保持溫度感覺較差老年人的舒適度,預防疾病的發生。Oliveira等[29]為視力下降老年人創建了多智能體系統,根據視力下降老年人的特征,該系統的功能主要有環境控制(如識別控制燈或窗戶等的開關)、識別物體位置(如用戶與所需物品之間的距離)、檢測障礙物、報告時間及天氣情況等,通過語音及云代理了解老年人需求并以語音形式告知,可保障視力下降老年人的安全并提高日常生活能力,該系統將進一步配置改進,擬增加更多攝像頭和傳感器來提供圖像檢測,識別更多物體來幫助老年人獲得物品位置信息。

2.2 老年人健康行為智能監測與管理

健康行為是個體主動提高健康水平采取的一系列方法和行動[30],老年人擁有良好的健康行為能延緩疾病的發展,提高生活質量[31]。然而,老年人群中廣泛存在的健康行為問題(如活動障礙、睡眠紊亂、情緒異常等[32])給家庭和醫療服務系統均帶來沉重負擔。環境智能對老年人日常生活中的健康行為實時監測并反饋,可有效增強老年人的身體功能,提高生活質量。

2.2.1 日常活動監測

老年人希望保持獨立性的需求促進了環境智能日常活動監測的發展[33]。跌倒是導致老年人喪失功能獨立性的一個關鍵原因[34],為保證老年人日常活動的安全,跌倒檢測系統成為近年來的研究熱點[35]。通過安裝攝像、地板震動和紅外探測器等感應器,對老年人跌倒或長時間停留在某處均可做出監測和反饋[36],并產生警報通知親屬或急救人員[37-38],有效避免老年人因缺乏幫助而引起二次損傷,該系統已在養老院臨床環境及住宅環境中得到驗證,但由于算法的限制依然存在一些定位誤差。目前,基于3D 骨架的高級活動跟蹤系統還在探索中[36],以便精確識別身體活動姿勢。為了幫助護理人員遠程照護老年人,Fuentes等[39]基于一組低成本的物聯網傳感器開發了一種可監控老年人活動又保護隱私的環境嵌入式設備,既可識別老年人在屋內的位置和活動時的動態信息,又可創建日常運動記錄,形成的智能化運動日記極大地增強了老年人自主運動的積極性和安全性,該研究為遠程老年護理服務奠定了基礎。目前,活動識別大多利用加速度計或運動傳感器。為了更精確地識別某些活動,Lara等[40]將活動時的身體加速度與生命體征相結合,構建了身體活動識別系統,其可識別的活動包括步行、坐姿、跑步以及上下樓梯。研究表明,該系統總體識別準確率為95.7%,在跑步和坐姿情況下準確率為100.0%,不僅可發現老年人異常活動,還可監測其健康狀況。環境智能活動監測技術還支持定位跟蹤[3]、計算步行速度[41]等,未來有望讓更多活動異常的老年人從中獲益。

2.2.2 情緒監測

老年人由于中樞神經老化、自理能力和生活方式的變化等常出現心理、精神問題。為及時評估老年人的心理健康狀況及精神狀態,Kappeler-Setz等[42]基于生物傳感器和精神病學評定量表構建了個性化的網絡精神狀態檢測模型,其中生物傳感器通過無線通信協議連接收集。研究表明,該模型的預測準確率為83.03%,可實時評估老年人的精神狀態。Alam 等[43]使用皮膚電活動傳感器監測皮膚電導反應,確定用戶的壓力水平,在早期預測老年人心理健康狀態方面具有潛在應用價值。Lozano-Monasor等[44]利用網絡攝像頭程序構建了能夠從老年人的面部表情中識別情緒的智能檢測器,并把情緒簡單分為幸福、驚喜、消極情緒、中性情緒4種,用于檢測老年人是否產生負面情緒,從而為早期護理干預提供依據。一項研究通過對69 人進行30 min的半結構化訪談,并利用環境智能設備采集交流時的音頻和身體運動,研究結束后機器學習算法檢測到46例精神分裂癥病人,陽性預測值為95%,靈敏度為84%[45],該設備在情緒狀態的檢測中展現出巨大潛能。目前,環境智能在老年人情緒和心理狀態的識別和監測領域尚未推廣應用,未來還需進一步地臨床試驗驗證對老年人健康結局的影響。

2.2.3 睡眠監測

睡眠障礙在老年人群中極為常見[46],早期識別并干預睡眠問題對老年人的身心健康十分重要。Yue等[47]基于射頻技術開發能夠準確監測睡眠姿勢的環境智能系統,通過射頻信號可以識別睡眠姿勢并推斷睡眠質量,測試準確率達84%以上,該系統的開發不僅利于醫護人員早期干預睡眠問題,還可及時發現潛在的呼吸暫停、壓瘡等問題。Veiga等[48]基于物聯網設計了監測睡眠質量的智能枕頭,通過跟蹤溫度、濕度、亮度、聲音及振動,可以準確判斷睡眠質量,并根據算法尋找睡眠質量降低的原因,同時給出可執行的操作以改善睡眠質量。但由于老年人睡眠習慣存在差異性,未來還需加強研究,以探討其在老年人中個性化的應用,并驗證該系統的有效性。

2.2.4 服藥監測

老年人多病共患和多重用藥現象普遍,智能藥物管理有效提高了老年人合理用藥自我效能[49]。Keum等[41]基于顏色傳感器、蜂鳴器等智能設備開發了一種智能藥箱,根據設置的用藥時間,蜂鳴器可提醒老年人用藥。此外,老年人拿取藥物種類、攝入量均可進行監測,并將用藥結果傳遞到監護人綁定的顯示器,該設備對提高老年人用藥依從性有很大幫助。老年人的用藥安全和用藥依從性是社會廣泛關注的問題。目前,環境智能在老年人用藥管理方面尚處于起步階段,未來可廣泛擴展環境智能在該領域的設計與應用。

3 環境智能在老年照護方面應用的挑戰及解決策略

3.1 技術要求高,成本較大

從簡單的物聯網設備到由環境傳感器、智能設備、攝像機等組成的復雜傳感器網絡,技術的多樣性意味著將面臨更復雜的數據處理、安全控制等問題;由于技術原因,部分系統存在數據融合不流暢、交互性不強、準確度不高等問題[50];對于居家場景或醫院場景的應用,如何避免環境中人流量帶來的干擾還需技術上的進一步改進[51]。其次,實現環境智能的應用也面臨資金支持的問題,初始運行成本較高,推廣受限。對此,需加強醫療部門與相關技術領域的合作[52],對于已在實驗室內完成測試的智能系統盡快開展大量真實世界研究,以確保系統應用時的可靠性和準確性;政府應出臺相應扶持政策,提高研究經費支持,同時鼓勵研發人員不斷提高環境智能的自我研發能力,以降低軟硬件成本。

3.2 隱私與倫理問題

環境智能采集、傳輸及存儲的敏感數據涉及隱私,存在一定的信息安全隱患[26],且目前相關隱私保護的法律法規還不夠完善。此外,由于老年人直接與環境進行交互,與醫護人員及家屬的溝通互動減少,一定程度上也不利于老年人的身心健康[53]。為了環境智能的安全使用,國家司法部門需制定針對性的數據安全法規,充分保護老年人個人信息及隱私安全;數據收集過程加強非侵入式環境傳感器的使用[54];對于獨居老年人,醫護人員需做好定期隨訪工作,及時評估和了解老年人在環境智能協助下的心理感受。

3.3 缺乏信任與支持

老年人對新事物及新技術的理解能力有限,常對高科技產品存在恐懼和抵觸心理[55],主觀經驗的影響限制了環境智能的應用。目前,環境智能開發的目的多是為老年人提供健康監測,少有研究關注老年人的娛樂需求,不能滿足老年人的用戶體驗感。未來環境智能的推廣及應用需堅持以人為本的理念,充分考慮老年人的個人需求,使老年人及照護者、醫護人員參與到環境智能設計開發過程的所有階段,充分了解其應用感受并及時完善反饋的問題,以此提高老年人及照護者對其的信任[56]。此外,對醫護人員進行環境智能機制與應用的培訓,鼓勵醫護人員與技術人員加強協作,制定專業、統一的技術路線,以便在使用過程中及時發現檢測數據存在的問題并采取進一步的應對策略,增強醫護人員對環境智能使用的信心,從而提高社會對其的信任;醫療機構及政府相關部門應加大宣傳力度,向大眾普及環境智能領域的研究進展。

4 小結

環境智能在老年人群中的應用具有廣闊前景,可用來輔助傳統老年照護,既可緩解照護人員的壓力,又可滿足老年人健康需求,是未來老年健康管理的發展趨勢。目前,受技術研究、經費支持、倫理隱私等問題的影響,環境智能尚需開展更多在真實場景中的應用研究,以探討其對老年人及護理人員的整體效益。建議醫護人員加強老年照護的同時,關注智能化領域,積極學習環境智能相關知識,增強跨學科合作意識,將環境智能引入老年人生活,促使老年人融入信息化時代,提高老年人生活質量,推動智慧老齡化社會的構建。