医疗机器人在帕金森患者照护中的应用进展

李西， 王晓璐

（1.成都师范学院， 四川 成都， 611130；2.四川省成都市中西医结合医院， 四川 成都， 610000）

人口老龄化日趋严重，实施积极应对人口老龄化国家战略，发展养老事业和养老产业，是目前的主要任务［1］。2022年，十三届全国人大五次会议《政府工作报告》提出，积极应对人口老龄化，加快构建居家社区机构相协调、医养康养相结合的养老服务体系，促进健康老龄化的科技和产业发展。2022年，卫健委印发《全国护理事业发展规划（2021-2025年）》提出，“十四五”时期我国将有效增加老年、妇儿等领域护理服务供给，旨在解决养老之忧、破解养老难题。中国老龄化对照护人员的需求急剧上升，而相关人才的培养需要长期的投入，机器人技术越来越多地应用于解决照护短缺问题。

帕金森病是继阿尔茨海默病之后的第二大常见的神经系统退行性疾病，是继肿瘤、心脑血管疾病之后影响中老年人健康的第三大杀手，也是继糖尿病、高血压等常见中老年慢性病之后的另一种虽不会致命、但会影响患者生活质量的疾病。帕金森患者随着语言能力和认知能力（注意力、视觉空间能力和执行功能等）的下降，出现包括步态（行走模式）、灵活性（用手执行任务的技能）、震颤（非自愿肌肉收缩和放松）、平衡（姿势不稳定）等方面的障碍。目前，帕金森病仍缺乏有效的干预方法。因此，对帕金森患者的照护一直是维持其最大限度的活动能力和独立性、提高其生活质量的关键因素。本研究梳理国内外关于医疗机器人在帕金森患者照护方面的研究，以期为人工智能时代，中国脑计划与中国老龄化背景下的智慧照护提供借鉴与启发。

1 医疗机器人

自1920年捷克斯洛伐克科幻作家卡雷尔.恰佩克（Karel Capek），在科幻剧本《罗索姆的万能机器人》中首次使用了“Robota”（现在的“Robot"）一词，至今已有百年历史。机器人是一种自动机械装置，可以模拟人类行为、思想或模拟其他生物的机械，在无人参与的情况下自动完成多种操作。随着人工智能技术、卫生技术的发展，机器人技术作为当今最新兴的技术之一，已被广泛应用于医学影像、药物开发、临床诊疗、临床康复等领域。机器人技术的发展需要人工智能技术的支撑，同时又为人工智能技术的发展提供动力与应用场所。2015年，国务院发布《中国制造2025》提出，重点发展护理机器人等高性能诊疗设备，积极鼓励国内护理机器人的创新。2021年，工信部、国家发改委、科技部等15部委联合印发《“十四五”机器人产业发展规划》，推动我国机器人产业在“十四五”时期（2021年—2025年）迈向中高端水平，到2025年，我国将成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地。

随着人工智能、物联网（IoT）、可穿戴设备等的不断发展，大数据为机器人和医疗系统等应用积累了大量存储数据。物联网被嵌入了传感器、网络连接、电子设备和支持软件等来收集数据，可以增强机器人的感觉、移动性、自主性和智能。机器人实现了从感知到认知、推理、决策的智能化进阶，有待将云端大脑分布在从云到端的各个地方，充分利用边缘计算来提供性价比更高的服务，把要完成任务的记忆场景的知识和常识很好地组合起来，实现规模化部署［2］。医疗机器人指在医院或其他需要诊疗服务的场所中，用于辅助或自主完成医疗任务的智能机器人［3］。依据用途的不同，医疗机器人可划分为手术机器人、医疗辅助机器人、康复机器人和医院服务机器人四大类［4］。老龄服务和康复照护的需求日益突出，迫切需要开发支持老年人和残疾人的智慧系统，弥补目前康复照护医疗资源不足以及技术水平不足的现状，医疗机器人正在成为人工智能研究关键的应用平台。新研究、新成果、新产品和新应用也在国内外不断涌现，相关人群来自众多专业（医学、机器人技术、AI、图像处理、传感器、IT、VR/AR、遥操作等）和行业（医疗、康复、医疗设备等），涉及医疗机器人的使用（如医生、治疗师和非专业用户）、研究、开发、教学（专业教师和学生）、制造和维护等等。目前医疗机器人在照护行业的应用逐渐增多，由日本高级科学工业技术学院研制的机器人Paro（日语“pasonarorobotto”）能帮助老年人提高社会参与水平、减轻心理压力与焦虑、降低血压、减轻疼痛等［5］。现有的KSERA、DOMEO、COGNIRON、Companionable、SRS、Care-O-bot、Accompany、HERB、Hobbit、 Pearl、 Hector、 Huggable 等机器人，为支持老年人和相关医疗护理人员而开发，这些机器人可以在家中或护理机构中使用，主要用于监测身体与精神层面的健康状况，帮助老年人进行社会交流并协助执行取带任务［6］。医疗机器人在辅助帕金森患者康复、手术、沟通和服药等方面扮演着重要的角色。

2 医疗机器人在帕金森患者照护中的应用

2.1 辅助康复

早期体位不稳是帕金森病的的主要特征，同时还有静止性震颤、僵硬和运动迟缓，是一种高致残的疾病，也是帕金森患者生活质量下降的主要原因之一。步幅缩短、步高降低、步态缓慢和步态冻结是帕金森患者常见的步态问题。步态运动减退与步幅和步高减少、步频降低和双下肢支撑延长有关。步态自动性（指在没有认知努力或注意力的情况下行走的能力）降低是帕金森患者步态障碍的另一个重要原因［7］。在帕金森患者中，基底节感觉运动区多巴胺的丢失扰乱了习惯性控制［8］，步态冻结可能是脑功能网络改变的结果。

医疗机器人越来越多地被用于步态康复，特别是脑疾病如帕金森、中风和多发性硬化症等患者。医疗机器人用于评估步态速度、步态自动性、平衡功能、跌倒风险等，从而用于帕金森患者的康复护理［9］。美国心脏协会/美国中风协会（AHA/ASA）推荐机器人辅助步态训练（RAGT）改善运动功能和活动能力［10］。RAGT可通过促进脑可塑性来改善帕金森患者的平衡、步态冻结［11］、步态恢复［12］，改善帕金森患者的步态速度、双任务步态表现以及静止状态脑功能连接变化［13］。在帕金森患者的运动康复方面，RAGT的效果明显优于传统干预方法。

医疗机器人也用于预测帕金森患者的运动，并对患者进行身体训练。将传感器固定在机器人的手柄和患者的大腿上，当机器人与患者一起行走时，它可以感知到患者的步态长度，从而以正常的步长训练患者，并将感知到的信息发送给云服务提供商［14］。医疗机器人辅助步态通过重复运动训练促进神经可塑性，来恢复步态功能的一种训练方法，已被应用于各种神经疾病患者的步态训练中，有助于提高帕金森患者耐力和步态能力。医疗机器人模仿身体活动，帮助运动障碍的患者获得运动和力量，并使患者获得手势控制，并使用语音/语音识别和触觉传感器技术进行交流。

2.2 辅助手术

辅助手术是医疗机器人的又一典型的应用场景。手术机器人在医疗领域的应用得到了迅速的发展，具有定位精确、动作精细、避免疲劳的优点［15］。脑深部刺激（DBS）是帕金森病药物治疗的有效替代疗法，除了器械、治疗计划和手术方案等因素外，手术的成功在很大程度上取决于电极在最佳治疗目标内的准确放置，同时避免可能导致的手术并发症。尽管DBS的具体手术技术可能会有所不同，但医学成像介入指导对该手术的发展、结果和安全性做出了巨大贡献。随着新型成像技术、计算方法和手术导航软件的快速发展，以及对DBS的疾病和作用机制的日益深入的了解，现代图像引导有望进一步提高帕金森病治疗的能力和疗效。

DBS涉及将电极双侧植入特定的中枢脑结构丘脑底核（STN），以治疗帕金森病［16］。但传统的DBS是在患者清醒的情况下进行的，并利用微电极记录进行反馈，这会产生很长的手术时间。医疗机器人辅助的DBS比基于框架的立体定向（FSS）DBS，治疗帕金森病的临床效果更好、放置电极的准确性更高［17］、手术时间更短［18］，可改善患者症状，减少术后并发症。

2.3 辅助沟通

人们通过各种方式交流情感，进行社会互动，比如通过动觉（面部表情、身体姿势和手势）、听觉（语音的声学特征）和语义（所说的内容）等。然而，由于帕金森病会影响面部、手势和言语情感表达，护理人员很难判断帕金森患者是如何应对病情的。帕金森患者可表现出冷酷无情、漠不关心、悲伤或充满敌意，人们对其真实内心状态的误解可能会导致抑郁症。

医疗机器人可以使用情境情感表达框架在一种模态中检测情感，特别是在语音中，然后通过手势或面部表情在另一种模态中表达情感；还可用于帕金森患者的社会自我管理，补偿了自然语言中的歧义、帕金森患者语音中经常出现的不流畅以及自动语音识别系统中的错误［19］。

2.4 辅助服药

帕金森患者在管理自己的健康、坚持服药方面遇到挑战，他们必须遵循每天的药物治疗方案，需要“药物管理”——制定、安排和实施服药计划的能力，并知道药物是否已经服用过，遵守药物管理计划对于管理和延缓慢性疾病的进展至关重要。在智能医院环境中，医疗机器人通过制定有效的机器人路径规划，向患者输送药物，通过传感器测量患者的身体参数，通过基于语音的模块与患者交互并告知患者医生就诊时间表、患者的身体参数等信息［20］。

医疗机器人能够像护士一样执行基本护理功能，提醒他们及时服药，帮助帕金森患者管理和分类药物。医疗机器人不是直接为患者提供身体支持，而是为分拣药物的人提供认知和社会支持，使患者能够采取正确的行动成功分拣药物。医疗机器人提供的协助主要是口头协助，但也可以通过改变视线看人，并做出简单的手势，如指点。医疗机器人能够通过视觉监控任务并聆听人的讲话来完成任务。未来期待帕金森患者参与全自动机器人（a Fully Autonomous Robot）的设计过程，来提高其用户满意度［21］。

3 小结

全球人口老龄化加剧促使市场对老年智能护理产品的需求逐渐增加。医疗机器人在帕金森患者的照护方面取得了较好的效果，但尚处于起步阶段，仍存在一定的局限性。从理论层面看，大多数机器人学的研究还是以控制理论的反馈控制为基础的。但是反馈控制本身并非建立在人工智能的基础上，而是属于传统控制理论的范畴。从技术层面看，不稳定的互联网平台和偏远地区的网络覆盖问题，会导致机器人技术出现运行问题。从应用层面看，临床医生、护士、患者和普通公众等用户，对机器人的操作和监控的有一定的难度，还没完全习惯或接受医疗保健行业中的机器人［22］。同时，机器人缺乏人类照护的人性化、观察力、判断力和应变力。从实践层面，研究者缺少被照护者和照护人员的真实需求的经验积累，机器人的开发、部署、运行和维护所需要的开销也十分高昂。

目前，国家养老照护行业迎来了新的机遇与挑战。随着机器人的快速发展和应用，可能带来照护关系的变革［23］。未来，有必要充分运用互联网、物联网、大数据、5G、传感器、自动控制、人机交互、机器视觉等信息技术手段，推动中国适老辅具技术的发展，开发仿人机器人、关爱机器人能按照患者的期望执行基本护理功能，研发老年人医疗辅助、残障辅助、情感陪护、康复辅具等智能产品。各行各业均要积极应对人工老龄化，推动预防、治疗、照护、康复有机衔接，推动老龄事业和产业高质量发展，发展慢性病管理、生活护理等智慧健康养老服务，提升精准化、自动化、智能化与人性化的老年健康服务质量和效率。