社会辅助型机器人在护理领域中的研究进展

白冰悦 朱火兰 魏 娜 张玉莲

随着智能技术和人文关怀理念的深入发展,如何为患者提供更为科学化、智能化、精细化的照护逐渐成为医护人员备受关注的问题。社会辅助型机器人(socially assistive robot,SAR)是集科技、心理、医疗服务于一体的多功能机器人,能够完全适应患者的照护需求,为处于不同环境中的老年人、自闭症患儿等提供支持和帮助[1]。美国、日本等发达国家SAR的应用已取得不错成效,我国此方面的研究尚处于初步探索阶段[2]。基于此,本文对SAR在护理领域中的应用现状进行综述,归纳总结不同受众群体的使用意愿以及目前存在的伦理问题,以期为今后SAR在国内护理领域的进一步研究提供借鉴。

1 SAR的概述

SAR是一种形状大小各异,或类似人形,或类似猫、狗、海豹等动物,可与人类交流,能够捕捉人类心理活动的机器人。它通过面对面或远程的人机互动方式,辅助使用者的日常生活活动并进行社会行为干预,以完成学习和康复的目标[3-4]。下文将从运作方式、角色分类、角色功能三方面对SAR进行介绍。

1.1 运作方式

SAR依靠不同的计算机视觉算法来识别使用者,并为其提供支持和帮助。目前以面部识别、跟踪和表达三种算法为主[5]。面部识别是基于人脸特征,应用热成像和深度相机(RGB-D相机)等算法,判断SAR是否在与正确的使用者进行交流[6]。面部跟踪是SAR根据使用者面部特征,使用VJ(Viola-Jones)等算法对其进行追踪定位或连续性生理监测[7]。面部表达是SAR依据使用者面部信息来确定其愤怒、厌恶、惊讶等情绪,以便对此做出充分恰当的反应[8]。

1.2 角色分类

根据SAR护理人群的需要,从身体、日常生活、心理三个层面大致分为复健机器人、服务机器人和陪伴机器人[1]。复健机器人侧重于协助患者进行身体上的康复与保健,如在游戏中为卒中患者开展上肢伸展、抓取等康复训练[9]。服务机器人的重点在于帮助患者完成基础的日常生活活动或任务,如准备膳食、提醒重要事宜等[10]。陪伴机器人旨在从心理健康角度出发,通过互动、陪伴为患者提供更多的社会情感支持,使其获得心理的舒适和情感的满足[11]。

1.3 角色功能

社会辅助型机器人在护理与康复中产生了三种角色功能[12-13]。(1)情感交流与陪伴者: SAR具有语音感知、对话交流等功能,主要为认知障碍者、自闭症谱系障碍患儿、老年人等提供帮助,以解决他们孤独、害怕社交等问题[14-15]。(2)指导与治疗者:SAR可为患者提供认知及步态训练、指导用药及体育锻炼、识别及避免危险等服务[16-17],还可通过互动或抚触在一定程度上降低老年人的血压和心率[13]。(3)为照护人员提供喘息者:长时间的照护会使照护者的情绪和精力过度消耗,产生不同程度的共情疲劳。SAR可协同照护者给予患者个性化、人性化的护理,减少患者对照护者的依赖,使其得到更多喘息机会[12]。

2 SAR在护理领域中的应用现状

目前,SAR在护理中的应用主要集中于阿尔茨海默病患者、老年抑郁症患者、孤独者、自闭症谱系障碍患儿。除此之外,在社交焦虑症、失语症、心脏康复等领域也有应用。

2.1 阿尔茨海默病患者

阿尔茨海默病是一种神经退行性疾病,主要临床特征为记忆力进行性下降、认知功能障碍、日常生活能力下降等[18]。机器人Silbot[19]带有头部触屏、摄像头和语音识别系统,具有六项日常护理活动设定:清晨唤醒患者、情绪及心理健康记录、督促体育锻炼及认知训练、安全风险检查、用药提醒、紧急呼救,旨在帮助居家的痴呆患者尽可能地摆脱全职护理,保持日常生活的独立性和自主性。另一款社会辅助型机器人LOVOT[20],其性格有内向或外向两种编程,与患者磨合的时间越久,双方契合度越高。LOVOT与丹麦一家养老院中的阿尔茨海默病患者相处4周,为他们带来欢声笑语,在此期间患者将其视作自己的孩子或亲人,以满足内心深处对家庭情感的渴望。阿尔茨海默病患者还可能因基础生活护理问题带来疼痛,如皮肤护理、穿衣如厕、压疮和伤口护理等。Demange等[21]使用Paro开展中重度阿尔茨海默病患者疼痛管理,动物型机器人Paro以幼年竖琴海豹为原型,表面覆盖白色人造毛皮,具备视觉、触觉、听觉及平衡觉四大感知系统和学习能力,能够对突然的刺激做出反应。Paro可在不中断护理治疗的前提下,通过与患者的社交互动来分散其注意力,这不仅可以减少患者止痛类药物的使用,也能很好地缓和护患之间的紧张氛围。

2.2 老年抑郁症患者和孤独者

抑郁症是老年人群中最常见的精神疾病之一,孤独、悲伤、慢性病、认知障碍等被认为是老年抑郁症的主要致病因素,全球老年人重型抑郁症患病率约为13.3%[22]。老年抑郁症的治疗一般包括抗抑郁药物、认知行为治疗等,SAR被认为是一种辅助治疗老年抑郁症的新方法。Petersen 等[23]将61名患有抑郁症的老年痴呆患者作为研究对象,展开为期12周的干预训练。此研究的实验组每周有3 d时间与Paro进行20 min玩耍交谈,护士从旁协助,与Paro共同调动患者的参与热情,调节其心境,营造愉快和谐的互动氛围,患者抑郁评分有显著改善,但患者并不愿意减少或停止抗抑郁药物的使用,这可能与长期服用苯二氮卓类药物造成躯体依赖有关。

老年人的孤独感正在成为一个全球性问题,是抑郁和死亡的“催化剂”。受健康状况、家庭环境、居住方式等多因素影响,他们的社会融入感偏低,孤独感较高,以75岁以上老年人最为突出[24]。养宠物是不少老年人排解孤独的首选方法,但毕竟他们的照顾精力有限,这时SAR就可以充当活体宠物,成为老年人的理想选择。猫和狗是宠物型SAR的优选形态,设有黑白金三种不同的颜色,其在感受到光或声音的刺激后会发出犬叫或猫叫,头部、脸颊及上腹部均有触摸传感器,可对人类的爱抚做出回应,达到互动的效果。独居、丧偶、社会关系较少、生活方式单一的老年人将SAR视为“陪伴者”,为其起昵称并以此称呼。老年人通过与SAR互动交流来使其融入自己的生活,通过将其抱入怀中抚摸来获得平静舒适感,通过向他人展示分享来与外界建立新的社会联系[25]。

2.3 自闭症谱系障碍患儿

自闭症谱系障碍(autism spectrum disorders,ASD),是一种起自儿童时期的神经发育障碍,以语言系统发育迟缓、社会交流障碍、重复刻板行为为主要临床特征[26]。在1项随机对照实验中[27],应用社会辅助型机器人NAO,在游戏中对7名ASD患儿进行语言、情绪和行为干预。该类机器人具有监督控制装置,在问答环节可使用“通配符”提示患儿,并留足时间让患儿思考,随后给予正向反馈,帮助患儿有效提高社会认知能力。嵌入式迷你投影仪的社交辅助型机器人MARIA T21,可将“在绳索上行走”、“魔毯”、“让我们跳舞”等游戏投影于地板或桌子上,机器人作为引导者,鼓励ASD患儿积极参与游戏,并在游戏环节给予是否正确的反馈,并记录,以此来训练患儿的认知技能、注意力、运动协调性、本体感觉等[26]。形状类似花朵的社会辅助型机器人Daisy,眉眼处极具表现力,可在互动中与ASD患儿进行眼神接触、言语交流,并督促患儿写下个人心得体会,以此来改善他们坐立不安的表现,同时培养其同理心,增强其社交能力[28]。除此以外,SAR还为ASD患儿的教育提供了无限可能。传统的面对面指导教学并不能成功挖掘出ASD患儿的学习潜力。Shahab等[29]将社会辅助型机器人、虚拟现实技术、音乐教育课程三者结合起来,由机器人进行虚拟教学,患儿按照彩色的乐谱依次模仿演奏出7个基础音符和一些简单乐曲。在此过程中评估患儿的注意力集中度、识别和表达颜色的能力、重复和再现乐谱的能力。这种新颖有趣的互动方式极大地提高了患儿的学习兴趣和接受度,不但对他们的社会认知和交流互动能力产生积极影响,而且减轻了教育工作者繁重的工作任务。

2.4 其他

社交焦虑症患者害怕自己暴露于社交场合,通常表现为脸红、出汗、口吃、身体姿势僵硬等。Rasouli等[30]将传统的认知行为疗法与SAR相结合,使SAR作为伙伴同患者一起练习社交技能,进行渐进性肌肉放松训练,为现实生活中的社交场景做好充分准备,以增加患者在社交中的舒适度。失语症是指与语言功能有关的脑组织发生病变,致使患者出现语言功能障碍。SAR会根据患者的状态不断调整互动方式和风格,激励患者积极参与训练并及时进行信息反馈,避免了患者与治疗师面对面训练的尴尬,更易使患者产生信任感,快速进入训练状态[31]。心血管疾病患者在日复一日的心脏康复训练中往往缺乏动力,依从性低。SAR可自主识别患者,在运动中直接监测患者的生理及运动参数,通过自带的人像拍照功能纠正不规范的动作,并持续追踪出勤情况,提高其依从性[32]。此外,SAR已被研究者提议应用于创伤后应激障碍患者,虽然此方案尚未实行,但为该人群的护理和治疗拓展了新思路[33]。

3 不同受众群体对SAR的使用意愿

3.1 患者

Dembovski等[34]对23例卒中患者进行了6次访谈后发现,有36%的患者对SAR给予高度评价,认为它灵活有趣、声音悦耳、态度积极,能激励他们坚持完成每日的康复训练并取得一定成效。28%的卒中患者拒绝使用SAR,认为它不能触碰到真实皮肤,更不能进行真正的同频对话。斯洛文尼亚的1项横断面调查[35]发现,患者对SAR的接受度与他们的年龄呈负相关,但爱尔兰学者Kodate等[36]却发现有75%的老年患者对SAR 展现出极大兴趣,并愿意让其参与自身的护理计划。这可能与不同国家及地区的文化背景、相关政策、经济发展水平、技术研发水平、市场普及度有关。

3.2 家庭照顾者

1项对残疾儿童母亲的质性研究[37]显示,残疾儿童母亲一致认为SAR可以减轻其照顾负担,使她们拥有更多可自由支配的时间,但SAR的技术并不十分成熟,这不免让人担忧其使用安全性。大部分卒中患者的家庭照顾者[34]对SAR的态度相当乐观且充满信心。因为它能无限次重复使用,降低训练成本,并且能随时给出正确的指导意见,有效减少家庭成员间的摩擦。但也有小部分照顾者对SAR的理解能力提出质疑,他们会因沟通时出现无法消除的误会而终止使用。还有部分阿尔茨海默病患者的照顾者考虑到花钱投资新兴机器人具有一定风险,提出先试后买或租赁使用[38]。

3.3 医护工作者

医护人员起初并不完全信任SAR,认为它是自己工作的潜在替代品。但随着SAR的临床应用成效,医护人员对其信任度得到极大提升[39]。受新型冠状病毒(简称新冠)疫情影响,医护人员并不能像往常一样和患者互动,此时,SAR就可以帮助他们对患者每日的训练任务及身体状况进行监测汇报。一方面可以提高医护人员的工作效率,另一方面可以保持双方社交距离,降低新冠感染率。此外,医护人员也会结合自身临床经验,对SAR提出功能性的建议,使其更有益于患者。另有5%的医护人员不推荐将SAR应用于临床,因为它不具备人类大脑的灵活性,不能妥善处理医护团队给出的建议,致使整个团队的工作秩序被打乱[40]。

4 SAR的伦理问题

首先,SAR的应用存在医学伦理问题。SAR可能会在捕获追踪患者信息时泄露患者隐私,或在患者不知情的情况下进行工作范围外的监测,侵犯患者隐私[41]。同时,SAR的不断优化升级可能会使医疗从业者产生惰性,丧失批判性思维,使其专业性和权威性受到挑战[42]。其次,存在法律伦理问题。目前国内外对SAR的应用在法律上均存在“监管真空”,鲜有法律明确规定如果SAR对患者造成伤害时,应由谁承担责任。Carter等[42]提出建立专门的监管制度,且要求监管机构与技术研究员通力合作,在保障患者合法权益的同时支持SAR的创新发展。再次,存在情感伦理问题。相较于人与人之间的交往,人机交往更加简单纯粹,但这种人机情感始终都是单向线,并且患者一直处于被动地位。随着时间推移患者可能会逐渐习惯SAR并对其产生依赖,把它当作至朋亲友甚至精神寄托,一旦将SAR突然抽离他们的生活,对患者是致命的打击[43]。

5 小结

SAR以人机互动为基石,以辅助患者日常生活为导向,促使患者积极培养学习能力,坚持打卡康复训练,踊跃参与社交活动,保持生活的独立性与自主性,在减轻照顾者负担的同时也提高了医护人员的工作效率。虽然目前受众群体对SAR 的使用意愿总体处于较高水平,但其涉及的一系列医学、法律及情感伦理问题,无不在提示伦理学规范的重要性和必要性。未来,SAR的开拓应以人文护理为出发点,探索更多符合我国文化背景的,融合冰冷技术与伦理温度的,针对不同使用场景及人群的实际应用。