护理机器人的临床应用研究进展

王娟娟，薛召，马锋，田文洁，吕毅，

（1.西安交通大学第一附属医院a.精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心；b.肝胆外科，陕西 西安 710061；2.西安交通大学医学部 护理学院，陕西 西安 710061）

护理机器人作为医疗服务机器人的一个重要分支，在全球护理人力资源短缺、人口老龄化以及新冠肺炎疫情蔓延的背景下， 其研究引起了世界各国的重视。 2021 年发布的《“十四五”机器人产业发展规划》中提出重点推进手术、护理、检查、康复等医疗康复类服务机器人重点产品的研制及应用， 推动产品高端化智能化发展[1]。 截止到目前，国内外已经出现多种类型的护理服务机器人，服务对象涉及老年人、儿童、残疾人、痴呆患者、视力障碍人群等，应用的场所有医院、养老机构、医疗保健中心、家庭等[2]。 结合我国国情， 本研究主要对护理机器人在临床领域专业护理工作和基础护理工作中的应用进行综述，为推动国内护理机器人的发展以及缓解护理资源短缺贡献新的思路。

1 护理机器人的由来及相关定义

“机器人”是20 世纪出现的新名词，英文单词robot 的起源是来自捷克语robota，robota 的意思是强制劳动[3]。 20 世纪20 年代初期，捷克剧作家Capek在一个科幻话剧中虚构了一种称为robota 的人形机器，可以听从主人的命令任劳任怨地从事各种劳动。Capek 在20 世纪第4 次工业革命后技术和生产快速发展的背景下， 造出具有奴隶机器含义的新词robot，它反映着人类希望制造出像人一样会思考、会劳动的机器代替自己工作的愿望。韦氏词典将“机器人”定义为“一个像机器一样似乎能自动运转或缺乏正常的感觉或情绪的人”[4]。 中国科学家对其的定义是：“机器人是一种自动化的机器， 所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力， 如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”[5]。 美国、日本等国家对于“机器人”也都有相应的定义，但至今尚未形成统一的、严格而准确的定义。

机器人家族可以分为3 大类：工业机器人、服务机器人和特种机器人。特种机器人发展最早，且体系庞大；工业机器人在各个工业领域已大展身手；服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员， 当前世界服务机器人的市场化程度仍处于起步阶段， 但受简单劳动力不足及老龄化等刚性驱动和科技发展促进的影响增长很快， 并在世界范围内都具有巨大的发展潜力。护理机器人属于服务机器人的医用机器人，世界机器人学联盟对服务机器人的定义是：能够自主或者半自主地为人类或其使用的工具提供有益的帮助（不包括制造操作）。

2 护理机器人在临床领域中的应用

2.1 专业性护理工作

2.1.1 体征监测 Guide 和Cafero 机器人能够监测患者的重要生命体征，包括血压、心率、脉搏、血氧饱和度，但不足的是无法进行移动[6]。 波士顿动力公司生产的机器狗Spot[7]被应用于疫情防控中，在其头部安装平板电脑就可以与患者进行交流， 通过机器狗配备的4 个摄像头， 可以在2 m 远的地方测量患者的皮肤温度、呼吸频率、脉搏和血氧饱和度。 国内薛召等[8]学者研发了一套可用于肝移植受者延续护理的远程随访管理系统， 其中患者端为具备生理参数（体温、血压、血氧、脉搏、心率）远程监测功能的智能服务机器人，具有生理参数自动采集与传输、在线视频交流等功能。 在全球新冠肺炎疫情反复的背景下， 新加坡国立大学苏州研究院智慧医疗技术卓越研究中心郭永新教授团队整合过往研究成果， 不断优化升级， 推出契合医疗需求的全自动智能生命体征检测机器人[9]，该机器人使用多种非接触传感器，无需接触即可在15～20 s 内测量患者的呼吸、心率、血压、脉搏、血氧、体温等生命体征，并且支持定时巡航和用户测量记录管理， 其中突破性的创举是实现了无接触测量血压，具有使用便捷、测量速度快等优点， 可大幅节省人力及简化传统检测流程。 综上可知， 现有的体征监测机器人可以测量出基本生命体征体温、脉搏、呼吸、血压以及心率和血氧饱和度6种体征数值结果， 其使用减少了护士在疫情特殊时期与患者的近距离接触次数， 从而降低交叉感染的风险。 推荐此类机器人也应用于科室患者的日常体征测量，既能使患者积极配合测量，又能为护士节省更多时间用于人文关怀。

2.1.2 药物配置 加拿大ARxIUM 公司的RIVA 配药机器人可以高效率完成静脉配药工作， 并且通过科多尼克安全用药标签系统 （Codonics safe lable system, Codonics SLS）安全标签保证配药精准率，此外，还具备电子审核追踪功能以监管药品的踪迹[10]。深圳市卫邦科技有限公司推出的国内首台静脉用药配置机器人WEINAS 只需1 min 便可完成一次化疗药物的配置，针剂、粉剂都能配，还可以与医院信息实现完美对接。 Hao 等[11]中国学者的研究中指出，国内医院常用的化疗药品在出厂的原包装上就普遍存在表面残留污染，使用WEINAS 机器人显著减少了化疗药物的表面残留污染，尤其是成品输液袋上，有效降低护士受到危害的概率。 国内另一家医疗机器人公司桑谷经过不断研发和创新， 现已推出第7 代智能配药机器人IDolphin7（海豚7），既能满足大剂量处方调配要求， 支持临床使用的多品规溶媒和安瓿瓶、 西林瓶包装药品， 又能在静脉用药调配中心（pharmacy intravenous admixture services，PIVAS）、日间化疗、普通科室等不同场景进行使用。静脉用药调配机器人是集机械、电子、自动化、计算机软件技术、人工智能技术、医学等多学科技术为一体的研发产物，随着不断更新迭代，其适配的药物类型也由单一的化疗药物逐渐到多种类多剂型药物， 配药的速度和智能化也在逐步提升。 配药机器人能大大提高调配的准确率及效率， 且显著降低护士的职业损伤风险，但由于成本等原因其推广和普及程度较低，还需要研发者不断攻关， 将其尽早广泛应用于临床实践中。

2.1.3 静脉采血 VeeBot 是第一个通过图像引导能自动完成静脉穿刺的机器人设备， 它具有一个工业机械臂手臂， 其成像系统和扎针系统安装在末端执行器上， 利用二维近红外进行成像和激光测距进行深度感知， 然后在最终执行静脉穿刺之前在目标点上使用多普勒超声扫描仪以确认血流[12]。报告表明该装置可以大约83%的准确率找到合适的静脉[13]。Josh[14]等设计了一种手持式机器人静脉穿刺设备，该设备将超声成像与小型机器人相结合， 以识别要插入的血管并将采血针准确地插入目标血管。 对该设备在31 名健康成年人志愿者身上进行了实验，发现设备的总体成功率为87%， 非困难静脉穿刺（nondifficult venous access, non-DVA）组的成功率为97%，均高于人工静脉穿刺。 不足的地方是该设备不能实现完全自动化， 仍需要医护人员辅助消毒皮肤和选择静脉， 但相比全自动机器人这种人工辅助操作会给患者带来安慰。 国内同济大学齐鹏师生团队设计研发了基于深度学习的多模态图像引导静脉穿刺机器人系统， 通过自动采血和放置外周血管导管来减少静脉穿刺相关不良事件， 该机器人有望彻底解决人工静脉穿刺难题[15]。 结合以上几种静脉穿刺机器人的介绍可以发现， 此类机器人的核心是成像技术，从红外成像、超声成像再到多模态成像，随着成像技术的不断发展，穿刺难题也会得到解决。相对于医护人员手工穿刺， 穿刺机器人设备具有更加精确、标准化、稳定等优势，同时可以有效降低护士职业暴露的风险， 但是其一次穿刺成功率未达到很理想状态，此外，静脉穿刺本身是一项有创操作，患者对其会产生恐惧，穿刺机器人无法提供人文关怀，会使患者较难以接受。 目前该类型机器人还未真正应用于临床， 仍需研究人员针对以上指出的问题不断进行技术攻关。

2.1.4 吸痰和咽拭子采样 临床工作中危重症患者吸痰频率高，极大增加了护理工作负担。西安交通大学第一附属医院吕毅等[16]团队发明了一款智能吸痰机器人，在团队通力合作下，对吸痰机器人进行不断的更新换代，现已研发出第四代样机，目前版本的智能吸痰机器人在检测到患者的吸痰需求后， 可自动进行吸痰操作，保证时效性，避免因吸痰不及时对患者造成危险。 在新型冠状病毒肺炎 （Corona Virus Disease 2019, COVID-19）流行期间，口咽拭子采样通常用于病毒核酸检测以诊断COVID-19， 人工采样会使医护人员面临很高的感染风险。 钟南山团队与中国科学院沈阳自动化研究所联合研发了一款新型智能化咽拭子采样机器人， 可以实现远程智能采样，并且已经在临床进行试验，结果表明，咽拭子采样机器人的采样成功率高达95%， 与人工采样的咽拭子的质量和病原体的检出率无明显差异， 但可以有效避免医护人员的交叉感染[17]。 在第1 代咽拭子采样机器人的基础上， 该团队研发了第2 代智能采样机器人，可以实现智能运动，自动更换咽拭子和防护罩，进一步提高了流程的智能化，降低了人工参与的程度。

2.2 基础性护理工作

2.2.1 医院导诊 国内已研发出多种模式的导诊机器人并在部分医院得到应用。 医院导诊服务机器人目前没有固定的、统一的模式，但一般都会包含激光导航、自主定位、预设范围内自动化运动、人脸识别、语音识别与人机对话等功能， 以满足患者就诊时的各种需求[18]。 中国人民解放军总医院与科大讯飞联合研发的一款智能导诊机器人在该院应用后获得较高的满意度，不仅改善了患者的就医体验，优化导诊工作，更加提升了医院门诊的整体服务质量[19]。 银川市第一人民医院所成立的“互联网+医疗健康研究中心” 基于KANO 模型的功能属性分析设计了一款智能导诊机器人，既能满足智能问答、预约挂号、院内地图导航、隐私保护4 大必备属性功能，还可实现最佳科室匹配、 就诊百科、 方言识别3 大魅力属性功能，此外还具备主动迎宾、娱乐聊天、交通查询、专家查询等共计14 大功能[20]。 目前导诊机器人的功能较为完善， 但需要考虑到该机器人面向的用户是就诊患者， 而患者的文化水平和对新事物的接受度参差不齐，因此，在今后的更新迭代中应更加关注操作界面的普适性和简洁性。

2.2.2 消毒杀菌 截至目前， 国内外多家公司已推出不同类型的消毒机器人，并在医院进行应用。现有类型主要包括紫外线消毒机器人、 消毒剂喷雾机器人以及合并功能机器人。 美国Xenex 消毒服务公司设计的LightStrike 机器人[21]可以快速有效消杀冠状病毒、 流感病毒、 埃博拉病毒及抗药性细菌MRSA（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）等多种危险的病原体，已经获得全球数百家医疗机构的应用和验证。 此外，针对导致COVID-19 疾病的冠状病毒SARS-CoV-2，Xenex 公司推出升级版LightStrike 6 机器人[22]，和原有款型相比更耐用、更快、更智能，可以在2 min 内使SARS-CoV-2 失活。 国内多家机器人和人工智能科技公司在新冠疫情期间纷纷研发和调试消毒机器人，并捐赠给湖北及其他疫情严重地区的医院，其中有钛米智能消毒机器人TmiRob、高仙智能清洁机器人Ecobot Scrubber、“创创”杀菌消毒机器人等，获得医院相关人员的一致好评[23]。 消毒杀菌类机器人可以精准、高效完成消杀任务，节省大量人力资源，避免了人工消毒时出现的消毒质量参差不齐、 消毒不彻底等问题，在新冠疫情期间发挥了巨大的作用。

2.2.3 患者转运 护士在临床工作中经常要面临搬运患者等体力活动， 日积月累会增加腰背部肌肉骨骼和软组织损伤的风险[24]。 在此背景下，日、美等国家较早时间开始尝试在医疗领域用机械代替手工搬运，并处于领先地位。大阪变压器株式会社推出的基于RINGSERVO系统的C-Pam （careful patient mover）双边转运床[25]利用传送带可以将麻醉、昏迷等患者整体进行病床与转运床之间的转移。 为了进一步满足多场景、多样化的护理转运要求，日、美国家研发出RI-MAN[26]、RIBA[27-28]、RoNA[29]（Robot Nursing Assistant）、Robear[30]等仿人双臂型转运护理机器人。机器人双臂具有强大的支撑力和灵敏的活动性，同时配备多种可以对外部环境达到快速感知的智能传感器，从而帮助护士轻松且安全地在不同场景下转运患者。 其中Robear[31]是由日本名古屋RIKEN-SRK 人类互动机器人研究协作中心在RIBA 和RIBAⅡ基础上改进研制而成，重量相比以前更轻，但更稳定，除了可以搬运患者， 还可以辅助翻身以防止褥疮发生。国内Liu（刘玉鑫）等[32]研发了一款仿人背抱式转移护理机器人， 可以模仿人背人的动作将转移对象从一个位置转运到目标位置， 机器人还可以灵活调节自身高度以适应不同高度和重量的转移对象。 综上， 患者转运机器人可以承担护理工作中最繁重的体力活动，对提高护理工作效率、减少护士工作负担给予了极大帮助。

2.2.4 物流运输 国外研发出HelpMate[33]、Moxi[34]、TUG 等机器人，其中最有代表性的是美国费城匹兹堡市的Aethon 公司开发的TUG[35]移动机器人，不仅能在整个医院中自主行驶， 还可以乘坐电梯到达所需楼层，避开路上的障碍，甚至在有人挡住它的去路或需要在正确的楼层离开电梯时， 它会通知人们站到一边，当其电池电量不足时自动返回充电站，每次充电完成可持续长达10 h 的正常运行。 目前TUG已经在多家医院投入使用， 医院反馈使用效果非常好，既可以提高物流运输效率，又可以帮助护士节省时间，同时为医院节省巨额人力工资和福利[35]。 而国内新近推出的可以搭电梯、送药品、送器械的5G 物流机器人[36]同样备受关注，这台机器人由底盘和3层抽屉式货柜组成，可一次送货300 kg，行驶速度为1 m/s，是由武汉亚心总医院、诺亚机器人科技(上海)有限公司、华为技术有限公司、联通湖北分公司联合研制，已在亚心总院和武汉多家医院使用，可以零失误满足医院内全部药品的配送。 目前的物流机器人在多项先进技术的支持下可以自由“行走”于医院的各个角落，医疗机构物流运输的需求非常大，将来可以在标本、 餐食等涉及物流的各个方面应用物流机器人，以搭建医院全智能配送场景。

3 护理机器人在临床领域应用面临的挑战及伦理问题

当护理机器人走进医疗环境中的护理领域提供新型服务时，许多挑战和伦理问题也随之而来。从医院角度出发，引进护理机器人的成本颇高，后续仍需承担检修和维护费用， 这也是机器人目前未得到大范围普及只在部分大型医院出现的重要原因； 从护士角度考虑，使用机器人辅助工作，一定程度上减轻了工作量，但是需要学习机器人的操作和控制系统，还会担心设备故障以及与患者关系疏远的问题[37]；立足于患者角度， 机器人所提供操作的安全性备受关注，此外，机器人收集的数据会关系到患者的个人隐私，同样也备受争议[2]；站在护理理论和伦理的角度， 在临床中应用护理机器人无法满足现有的理论和伦理要求，护理需要关怀、沟通、理解、同情心等等， 尽管护理理论家已经在探索适合有护理机器人从事护理活动的新护理理论或模型， 机器人研发者也在努力使机器人具备像人类一样的同理心或预测能力， 但目前机器人只能按照已编程好的程序完成特定的任务， 并不能实现以上人类思维和情感的活动[38]。 从法律层面思考，假如护理机器人在为患者进行操作时出现问题，对患者造成了伤害，责任应如何划分，机器人本身是否能承担责任，机器人的设计者和使用者是否应替其承担责任， 而这一系列问题都需要有一个明确定义机器人责任的法律框架[39]， 目前国内尚未有相关法律。

综上所述， 护理机器人已经在临床领域中承担了多种角色，不仅可以节省护理人力资源，降低护士的工作压力，还使护理服务趋于智能化，顺应时代的发展。但是护理机器人的类型还有待不断完善，尤其是专业护理操作方面， 需要临床护士积极参与设计和研发。 国家在医疗健康大产业方面的布局以诊疗装备为主， 护理相关的国之重器也应受到重视。 此外， 虽然护理机器人在应用时会面临各种挑战和伦理问题，但是已经被大家逐渐认识到，相信在不久的未来，这些问题会陆续被解决，护理机器人会在医疗环境中发挥巨大的潜能， 更好地服务于临床护理领域。