醫(yī)療機(jī)器人在帕金森患者照護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)展

李西， 王曉璐

（1.成都師范學(xué)院， 四川 成都， 611130；2.四川省成都市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院， 四川 成都， 610000）

人口老齡化日趨嚴(yán)重，實(shí)施積極應(yīng)對(duì)人口老齡化國(guó)家戰(zhàn)略，發(fā)展養(yǎng)老事業(yè)和養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)，是目前的主要任務(wù)［1］。2022年，十三屆全國(guó)人大五次會(huì)議《政府工作報(bào)告》提出，積極應(yīng)對(duì)人口老齡化，加快構(gòu)建居家社區(qū)機(jī)構(gòu)相協(xié)調(diào)、醫(yī)養(yǎng)康養(yǎng)相結(jié)合的養(yǎng)老服務(wù)體系，促進(jìn)健康老齡化的科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2022年，衛(wèi)健委印發(fā)《全國(guó)護(hù)理事業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2025年）》提出，“十四五”時(shí)期我國(guó)將有效增加老年、婦兒等領(lǐng)域護(hù)理服務(wù)供給，旨在解決養(yǎng)老之憂、破解養(yǎng)老難題。中國(guó)老齡化對(duì)照護(hù)人員的需求急劇上升，而相關(guān)人才的培養(yǎng)需要長(zhǎng)期的投入，機(jī)器人技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于解決照護(hù)短缺問(wèn)題。

帕金森病是繼阿爾茨海默病之后的第二大常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，是繼腫瘤、心腦血管疾病之后影響中老年人健康的第三大殺手，也是繼糖尿病、高血壓等常見(jiàn)中老年慢性病之后的另一種雖不會(huì)致命、但會(huì)影響患者生活質(zhì)量的疾病。帕金森患者隨著語(yǔ)言能力和認(rèn)知能力（注意力、視覺(jué)空間能力和執(zhí)行功能等）的下降，出現(xiàn)包括步態(tài)（行走模式）、靈活性（用手執(zhí)行任務(wù)的技能）、震顫（非自愿肌肉收縮和放松）、平衡（姿勢(shì)不穩(wěn)定）等方面的障礙。目前，帕金森病仍缺乏有效的干預(yù)方法。因此，對(duì)帕金森患者的照護(hù)一直是維持其最大限度的活動(dòng)能力和獨(dú)立性、提高其生活質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本研究梳理國(guó)內(nèi)外關(guān)于醫(yī)療機(jī)器人在帕金森患者照護(hù)方面的研究，以期為人工智能時(shí)代，中國(guó)腦計(jì)劃與中國(guó)老齡化背景下的智慧照護(hù)提供借鑒與啟發(fā)。

1 醫(yī)療機(jī)器人

自1920年捷克斯洛伐克科幻作家卡雷爾.恰佩克（Karel Capek），在科幻劇本《羅索姆的萬(wàn)能機(jī)器人》中首次使用了“Robota”（現(xiàn)在的“Robot"）一詞，至今已有百年歷史。機(jī)器人是一種自動(dòng)機(jī)械裝置，可以模擬人類行為、思想或模擬其他生物的機(jī)械，在無(wú)人參與的情況下自動(dòng)完成多種操作。隨著人工智能技術(shù)、衛(wèi)生技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)作為當(dāng)今最新興的技術(shù)之一，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像、藥物開(kāi)發(fā)、臨床診療、臨床康復(fù)等領(lǐng)域。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展需要人工智能技術(shù)的支撐，同時(shí)又為人工智能技術(shù)的發(fā)展提供動(dòng)力與應(yīng)用場(chǎng)所。2015年，國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)制造2025》提出，重點(diǎn)發(fā)展護(hù)理機(jī)器人等高性能診療設(shè)備，積極鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)護(hù)理機(jī)器人的創(chuàng)新。2021年，工信部、國(guó)家發(fā)改委、科技部等15部委聯(lián)合印發(fā)《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，推動(dòng)我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在“十四五”時(shí)期（2021年—2025年）邁向中高端水平，到2025年，我國(guó)將成為全球機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新策源地、高端制造集聚地和集成應(yīng)用新高地。

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、可穿戴設(shè)備等的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)為機(jī)器人和醫(yī)療系統(tǒng)等應(yīng)用積累了大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)被嵌入了傳感器、網(wǎng)絡(luò)連接、電子設(shè)備和支持軟件等來(lái)收集數(shù)據(jù)，可以增強(qiáng)機(jī)器人的感覺(jué)、移動(dòng)性、自主性和智能。機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了從感知到認(rèn)知、推理、決策的智能化進(jìn)階，有待將云端大腦分布在從云到端的各個(gè)地方，充分利用邊緣計(jì)算來(lái)提供性價(jià)比更高的服務(wù)，把要完成任務(wù)的記憶場(chǎng)景的知識(shí)和常識(shí)很好地組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；渴穑?］。醫(yī)療機(jī)器人指在醫(yī)院或其他需要診療服務(wù)的場(chǎng)所中，用于輔助或自主完成醫(yī)療任務(wù)的智能機(jī)器人［3］。依據(jù)用途的不同，醫(yī)療機(jī)器人可劃分為手術(shù)機(jī)器人、醫(yī)療輔助機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人和醫(yī)院服務(wù)機(jī)器人四大類［4］。老齡服務(wù)和康復(fù)照護(hù)的需求日益突出，迫切需要開(kāi)發(fā)支持老年人和殘疾人的智慧系統(tǒng)，彌補(bǔ)目前康復(fù)照護(hù)醫(yī)療資源不足以及技術(shù)水平不足的現(xiàn)狀，醫(yī)療機(jī)器人正在成為人工智能研究關(guān)鍵的應(yīng)用平臺(tái)。新研究、新成果、新產(chǎn)品和新應(yīng)用也在國(guó)內(nèi)外不斷涌現(xiàn)，相關(guān)人群來(lái)自眾多專業(yè)（醫(yī)學(xué)、機(jī)器人技術(shù)、AI、圖像處理、傳感器、IT、VR/AR、遙操作等）和行業(yè)（醫(yī)療、康復(fù)、醫(yī)療設(shè)備等），涉及醫(yī)療機(jī)器人的使用（如醫(yī)生、治療師和非專業(yè)用戶）、研究、開(kāi)發(fā)、教學(xué)（專業(yè)教師和學(xué)生）、制造和維護(hù)等等。目前醫(yī)療機(jī)器人在照護(hù)行業(yè)的應(yīng)用逐漸增多，由日本高級(jí)科學(xué)工業(yè)技術(shù)學(xué)院研制的機(jī)器人Paro（日語(yǔ)“pasonarorobotto”）能幫助老年人提高社會(huì)參與水平、減輕心理壓力與焦慮、降低血壓、減輕疼痛等［5］?，F(xiàn)有的KSERA、DOMEO、COGNIRON、Companionable、SRS、Care-O-bot、Accompany、HERB、Hobbit、 Pearl、 Hector、 Huggable 等機(jī)器人，為支持老年人和相關(guān)醫(yī)療護(hù)理人員而開(kāi)發(fā)，這些機(jī)器人可以在家中或護(hù)理機(jī)構(gòu)中使用，主要用于監(jiān)測(cè)身體與精神層面的健康狀況，幫助老年人進(jìn)行社會(huì)交流并協(xié)助執(zhí)行取帶任務(wù)［6］。醫(yī)療機(jī)器人在輔助帕金森患者康復(fù)、手術(shù)、溝通和服藥等方面扮演著重要的角色。

2 醫(yī)療機(jī)器人在帕金森患者照護(hù)中的應(yīng)用

2.1 輔助康復(fù)

早期體位不穩(wěn)是帕金森病的的主要特征，同時(shí)還有靜止性震顫、僵硬和運(yùn)動(dòng)遲緩，是一種高致殘的疾病，也是帕金森患者生活質(zhì)量下降的主要原因之一。步幅縮短、步高降低、步態(tài)緩慢和步態(tài)凍結(jié)是帕金森患者常見(jiàn)的步態(tài)問(wèn)題。步態(tài)運(yùn)動(dòng)減退與步幅和步高減少、步頻降低和雙下肢支撐延長(zhǎng)有關(guān)。步態(tài)自動(dòng)性（指在沒(méi)有認(rèn)知努力或注意力的情況下行走的能力）降低是帕金森患者步態(tài)障礙的另一個(gè)重要原因［7］。在帕金森患者中，基底節(jié)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)多巴胺的丟失擾亂了習(xí)慣性控制［8］，步態(tài)凍結(jié)可能是腦功能網(wǎng)絡(luò)改變的結(jié)果。

醫(yī)療機(jī)器人越來(lái)越多地被用于步態(tài)康復(fù)，特別是腦疾病如帕金森、中風(fēng)和多發(fā)性硬化癥等患者。醫(yī)療機(jī)器人用于評(píng)估步態(tài)速度、步態(tài)自動(dòng)性、平衡功能、跌倒風(fēng)險(xiǎn)等，從而用于帕金森患者的康復(fù)護(hù)理［9］。美國(guó)心臟協(xié)會(huì)/美國(guó)中風(fēng)協(xié)會(huì)（AHA/ASA）推薦機(jī)器人輔助步態(tài)訓(xùn)練（RAGT）改善運(yùn)動(dòng)功能和活動(dòng)能力［10］。RAGT可通過(guò)促進(jìn)腦可塑性來(lái)改善帕金森患者的平衡、步態(tài)凍結(jié)［11］、步態(tài)恢復(fù)［12］，改善帕金森患者的步態(tài)速度、雙任務(wù)步態(tài)表現(xiàn)以及靜止?fàn)顟B(tài)腦功能連接變化［13］。在帕金森患者的運(yùn)動(dòng)康復(fù)方面，RAGT的效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)干預(yù)方法。

醫(yī)療機(jī)器人也用于預(yù)測(cè)帕金森患者的運(yùn)動(dòng)，并對(duì)患者進(jìn)行身體訓(xùn)練。將傳感器固定在機(jī)器人的手柄和患者的大腿上，當(dāng)機(jī)器人與患者一起行走時(shí)，它可以感知到患者的步態(tài)長(zhǎng)度，從而以正常的步長(zhǎng)訓(xùn)練患者，并將感知到的信息發(fā)送給云服務(wù)提供商［14］。醫(yī)療機(jī)器人輔助步態(tài)通過(guò)重復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練促進(jìn)神經(jīng)可塑性，來(lái)恢復(fù)步態(tài)功能的一種訓(xùn)練方法，已被應(yīng)用于各種神經(jīng)疾病患者的步態(tài)訓(xùn)練中，有助于提高帕金森患者耐力和步態(tài)能力。醫(yī)療機(jī)器人模仿身體活動(dòng)，幫助運(yùn)動(dòng)障礙的患者獲得運(yùn)動(dòng)和力量，并使患者獲得手勢(shì)控制，并使用語(yǔ)音/語(yǔ)音識(shí)別和觸覺(jué)傳感器技術(shù)進(jìn)行交流。

2.2 輔助手術(shù)

輔助手術(shù)是醫(yī)療機(jī)器人的又一典型的應(yīng)用場(chǎng)景。手術(shù)機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展，具有定位精確、動(dòng)作精細(xì)、避免疲勞的優(yōu)點(diǎn)［15］。腦深部刺激（DBS）是帕金森病藥物治療的有效替代療法，除了器械、治療計(jì)劃和手術(shù)方案等因素外，手術(shù)的成功在很大程度上取決于電極在最佳治療目標(biāo)內(nèi)的準(zhǔn)確放置，同時(shí)避免可能導(dǎo)致的手術(shù)并發(fā)癥。盡管DBS的具體手術(shù)技術(shù)可能會(huì)有所不同，但醫(yī)學(xué)成像介入指導(dǎo)對(duì)該手術(shù)的發(fā)展、結(jié)果和安全性做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著新型成像技術(shù)、計(jì)算方法和手術(shù)導(dǎo)航軟件的快速發(fā)展，以及對(duì)DBS的疾病和作用機(jī)制的日益深入的了解，現(xiàn)代圖像引導(dǎo)有望進(jìn)一步提高帕金森病治療的能力和療效。

DBS涉及將電極雙側(cè)植入特定的中樞腦結(jié)構(gòu)丘腦底核（STN），以治療帕金森病［16］。但傳統(tǒng)的DBS是在患者清醒的情況下進(jìn)行的，并利用微電極記錄進(jìn)行反饋，這會(huì)產(chǎn)生很長(zhǎng)的手術(shù)時(shí)間。醫(yī)療機(jī)器人輔助的DBS比基于框架的立體定向（FSS）DBS，治療帕金森病的臨床效果更好、放置電極的準(zhǔn)確性更高［17］、手術(shù)時(shí)間更短［18］，可改善患者癥狀，減少術(shù)后并發(fā)癥。

2.3 輔助溝通

人們通過(guò)各種方式交流情感，進(jìn)行社會(huì)互動(dòng)，比如通過(guò)動(dòng)覺(jué)（面部表情、身體姿勢(shì)和手勢(shì)）、聽(tīng)覺(jué)（語(yǔ)音的聲學(xué)特征）和語(yǔ)義（所說(shuō)的內(nèi)容）等。然而，由于帕金森病會(huì)影響面部、手勢(shì)和言語(yǔ)情感表達(dá)，護(hù)理人員很難判斷帕金森患者是如何應(yīng)對(duì)病情的。帕金森患者可表現(xiàn)出冷酷無(wú)情、漠不關(guān)心、悲傷或充滿敵意，人們對(duì)其真實(shí)內(nèi)心狀態(tài)的誤解可能會(huì)導(dǎo)致抑郁癥。

醫(yī)療機(jī)器人可以使用情境情感表達(dá)框架在一種模態(tài)中檢測(cè)情感，特別是在語(yǔ)音中，然后通過(guò)手勢(shì)或面部表情在另一種模態(tài)中表達(dá)情感；還可用于帕金森患者的社會(huì)自我管理，補(bǔ)償了自然語(yǔ)言中的歧義、帕金森患者語(yǔ)音中經(jīng)常出現(xiàn)的不流暢以及自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)中的錯(cuò)誤［19］。

2.4 輔助服藥

帕金森患者在管理自己的健康、堅(jiān)持服藥方面遇到挑戰(zhàn)，他們必須遵循每天的藥物治療方案，需要“藥物管理”——制定、安排和實(shí)施服藥計(jì)劃的能力，并知道藥物是否已經(jīng)服用過(guò)，遵守藥物管理計(jì)劃對(duì)于管理和延緩慢性疾病的進(jìn)展至關(guān)重要。在智能醫(yī)院環(huán)境中，醫(yī)療機(jī)器人通過(guò)制定有效的機(jī)器人路徑規(guī)劃，向患者輸送藥物，通過(guò)傳感器測(cè)量患者的身體參數(shù)，通過(guò)基于語(yǔ)音的模塊與患者交互并告知患者醫(yī)生就診時(shí)間表、患者的身體參數(shù)等信息［20］。

醫(yī)療機(jī)器人能夠像護(hù)士一樣執(zhí)行基本護(hù)理功能，提醒他們及時(shí)服藥，幫助帕金森患者管理和分類藥物。醫(yī)療機(jī)器人不是直接為患者提供身體支持，而是為分揀藥物的人提供認(rèn)知和社會(huì)支持，使患者能夠采取正確的行動(dòng)成功分揀藥物。醫(yī)療機(jī)器人提供的協(xié)助主要是口頭協(xié)助，但也可以通過(guò)改變視線看人，并做出簡(jiǎn)單的手勢(shì)，如指點(diǎn)。醫(yī)療機(jī)器人能夠通過(guò)視覺(jué)監(jiān)控任務(wù)并聆聽(tīng)人的講話來(lái)完成任務(wù)。未來(lái)期待帕金森患者參與全自動(dòng)機(jī)器人（a Fully Autonomous Robot）的設(shè)計(jì)過(guò)程，來(lái)提高其用戶滿意度［21］。

3 小結(jié)

全球人口老齡化加劇促使市場(chǎng)對(duì)老年智能護(hù)理產(chǎn)品的需求逐漸增加。醫(yī)療機(jī)器人在帕金森患者的照護(hù)方面取得了較好的效果，但尚處于起步階段，仍存在一定的局限性。從理論層面看，大多數(shù)機(jī)器人學(xué)的研究還是以控制理論的反饋控制為基礎(chǔ)的。但是反饋控制本身并非建立在人工智能的基礎(chǔ)上，而是屬于傳統(tǒng)控制理論的范疇。從技術(shù)層面看，不穩(wěn)定的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和偏遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人技術(shù)出現(xiàn)運(yùn)行問(wèn)題。從應(yīng)用層面看，臨床醫(yī)生、護(hù)士、患者和普通公眾等用戶，對(duì)機(jī)器人的操作和監(jiān)控的有一定的難度，還沒(méi)完全習(xí)慣或接受醫(yī)療保健行業(yè)中的機(jī)器人［22］。同時(shí)，機(jī)器人缺乏人類照護(hù)的人性化、觀察力、判斷力和應(yīng)變力。從實(shí)踐層面，研究者缺少被照護(hù)者和照護(hù)人員的真實(shí)需求的經(jīng)驗(yàn)積累，機(jī)器人的開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)行和維護(hù)所需要的開(kāi)銷也十分高昂。

目前，國(guó)家養(yǎng)老照護(hù)行業(yè)迎來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。隨著機(jī)器人的快速發(fā)展和應(yīng)用，可能帶來(lái)照護(hù)關(guān)系的變革［23］。未來(lái)，有必要充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G、傳感器、自動(dòng)控制、人機(jī)交互、機(jī)器視覺(jué)等信息技術(shù)手段，推動(dòng)中國(guó)適老輔具技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)仿人機(jī)器人、關(guān)愛(ài)機(jī)器人能按照患者的期望執(zhí)行基本護(hù)理功能，研發(fā)老年人醫(yī)療輔助、殘障輔助、情感陪護(hù)、康復(fù)輔具等智能產(chǎn)品。各行各業(yè)均要積極應(yīng)對(duì)人工老齡化，推動(dòng)預(yù)防、治療、照護(hù)、康復(fù)有機(jī)銜接，推動(dòng)老齡事業(yè)和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)展慢性病管理、生活護(hù)理等智慧健康養(yǎng)老服務(wù)，提升精準(zhǔn)化、自動(dòng)化、智能化與人性化的老年健康服務(wù)質(zhì)量和效率。