协议驱动的床边数字会话代理支持护士团队和降低老年人住院风险:病例对照前后研究

简介

背景

2014年，19%的医疗保险受益人至少有一次医疗保险A部分所涵盖的住院时间[1］．除了需要紧急护理的疾病或损伤外，医院陌生和紧张的环境增加了这些患者孤独、抑郁、谵妄和摔倒的风险。孤独在老年人中很常见，有文献记载，它预示着健康状况不佳。美国三分之一的老年人报告孤独[2]，而美国退休人员协会(AARP)最近的一项调查发现，约有4,260万老年人长期遭受孤独之苦[3.];研究表明，孤独与多种负面健康结果有关，包括高血压。4]，残疾[5]，功能衰退[2]，抑郁[6]，以及认知能力下降[7］．这些合并症可能因此增加对卫生保健的需求，而这些合并症又与更高的卫生保健利用率有关[8］．

对于老年人来说，医院环境也是抑郁和失控症状的促发因素[9］．反过来，抑郁症可能阻碍康复，增加住院时间[10］．与此同时，最近一项国际研究发现，在住院的老年人中，非正式心理支持与抑郁症状呈负相关[10］．挑战仍然是找到方法，在快节奏的医院环境中纳入低成本的心理支持干预措施。

除了孤独和抑郁，谵妄和跌倒是住院老年人的不良事件。谵妄是一种严重但可预防的疾病，与发病率和死亡率有关，在所有住院的老年人中发生的频率高达50% [11］．由于住院患者对谵妄的认识有限，谵妄的存在与不适当使用镇静、坐垫和束缚物有关[12］．此外，谵妄可导致跌倒、认知能力下降、残疾、发病率和死亡率，估计美国每年的直接医疗费用超过1640亿美元[11，13，14］．

跌倒是与住院相关的常见不良事件，随着年龄的增长，跌倒的风险会增加。谵妄会大大增加在医院跌倒的风险[11，13，14］．在美国，所有这些风险在英语理解能力有限、健康素养较低和社会经济地位低下的患者中最大[15］．证据表明，预防跌倒的个性化多因素方法是有效的，包括警报腕带、房间标志、工作人员和患者教育、鞋类、如厕时间表、运动和运动警报。16］．对于认知障碍患者，加强护理监测也是一种有效的干预措施[17］．

鉴于这些不良事件与发病率之间的关系，以及生活质量下降、医疗保健使用增加和后续成本之间的关系，亟须找到能够降低住院老年人这些后果风险的干预措施。医院老年生活计划(HELP)是一个多领域的非药物干预，已被证明可以有效地降低这些不良事件的风险。14项介入性研究的荟萃分析证实了降低谵妄发生率的疗效[18]，瀑布[18]，以及功能状态[18］．另外，HELP还被证明可以改善患者的孤独症状[19］．HELP志愿者提供针对多种危险因素的方案，包括定向、动员、视觉、听觉、水合作用、营养和睡眠。HELP在全球200多家医院使用，它是降低和管理谵妄、认知和功能下降、跌倒和老年人1:1观察的风险的金标准非药物干预措施[18-20.］．尽管HELP项目具有成本效益，但它需要大量的培训和对一大群志愿者的监督，这可能成为采用的障碍，特别是在资源有限的安全网设施中，服务于高风险患者群体[21-23］．到目前为止，研究还没有确定人类驱动的虚拟陪伴是否可以接近住院老年人的物理志愿者的结果。

卫生技术文献是丰富的，并在继续增长;然而，缺乏关于使用技术作为老年人社会关系代理的信息。嵌入式会话代理(ECAs)是一种技术实体，可以通过语音对话与人进行交互。一些eca还发挥关系代理的作用，旨在利用这些对话交互来建立和维持与人的社会情感关系[24］．Care Coach化身是一个相关的ECA，主要通过语音与患者互动，以及它自己的视觉外观、数字图片和音频或音乐，可以通过平板扬声器播放，就像HELP志愿者在体内一样。“护理教练”的化身由一个“人在循环”软件系统提供动力，之所以这么说，是因为有一个全天候的健康倡导者团队在监视和控制每个化身。因此，化身与患者和护理团队的对话是通过自然语言进行的，允许有认知和功能障碍的复杂患者有效地参与，而不管他们的技术能力或倾向如何。听力严重受损的患者甚至可以通过阅读平板电脑屏幕上虚拟人物头部上方的说明文字来理解虚拟人物。

现有研究一般评估了卫生技术的易用性和可接受性，并特别评估了社会因素作为减少老年人孤独和社会孤立的工具[25-29］．Khosravi等人进行了一项系统综述，综合研究了技术在解决老年人孤独和社会隔离方面的作用[29］．这些研究包括提供各种参与方式的不同技术模式，包括计算机/互联网使用、机器人、视频游戏、个人提醒信息和社会管理系统、社交网站、远程护理和3D虚拟环境。疗效数据包括减少孤独感、发展和维持社会关系、增加独立生活、减少社会隔离、陪伴、认知刺激和娱乐[29］．

在一项针对居家老年人的试点研究中，Chi等人对本文中提出的Care Coach虚拟形象的效用和舒适度进行了定性分析[26］．参与者在陪伴、社会支持和健康信息方面报告了积极的结果。然而，一些担忧包括互联网连接、隐私和成本。此外，一些参与者报告了虚拟化身对话质量的差异，这与操作虚拟化身的不同工作人员有关，突出了这种技术体验中人性化方面的重要性。Demiris等人利用Care Coach平台对患有轻度认知障碍的居家老年人进行了一项研究，并报告了认知和社会支持的改善，以及抑郁症状的减轻[30.］．

目标

先前试点研究的结果证明了护理教练平台在改善家庭患者护理的临床意义方面的可行性。考虑到住院的老年人在住院期间除了孤独和抑郁之外还会经历谵妄和跌倒的额外风险，通过相关ECA在HELP计划中包括的多领域干预措施的资源较少部署，可能为减轻不良事件提供一种有意义和可扩展的方法。本研究调查了一个人在循环，协议驱动的关系ECA的疗效，与住院老年人中自我报告的孤独，抑郁和临床医生报告的谵妄和跌倒发生率的对照参与者进行了比较。我们假设，使用这种干预措施将减少自我报告的孤独和抑郁，以及减少住院期间谵妄和跌倒的发生。

方法

实验干预

研究中使用的关系型ECA软件平台由加利福尼亚州的一家私人公司Care Coach提供，该软件平台包括一个基于互联网的通信系统，旨在通过综合的、以人为本的方法为患者提供24小时的心理社会和保健支持[31］．关系型ECA充当面向患者的界面，在平板电脑计算设备的显示屏上以动画狗或猫的形式出现(参见图1)．这种数字动物会对触摸做出反应，并表现出与对话或其他互动状态相适应的情绪，包括面部表情、对触摸和抚摸的身体反应、心形符号、眼泪、睡觉和打鼾。Care Coach平台代表了人与软件智能的实时融合，由一组实时健康倡导者提供支持，他们通过数字动物的化身看到、听到并与每位患者交谈。健康倡导者每天24小时待命，他们在软件算法的指导下实施临床协议。使用非人类角色扮演着几个重要角色。首先，之前的研究发现，与非人类化身相关的药剂具有独特的临床益处[32］．其次，化身关系代理在整个住院期间提供了更大的护理连续性，避免了覆盖缺口，以及在整个住院期间建立和重新建立护理关系的挑战。最后，使用非人类化身为患者提供了明确的角色区分。虚拟化身关系代理不是提供临床信息的医疗专业人员，使用非人类虚拟化身(相对于护士或临床医生虚拟化身)在视觉上澄清了这一区别。

使用专有的基于web的工作界面，健康倡导者可以连续监测和接触12名或更多的患者，他们可以同时监测和接触最多2名患者。健康倡导者通过虚拟化身设备发出的视听信息进行观察和收听，通过发送文本命令与每位患者进行实时交流，这些命令通过文本转语音引擎转换为虚拟化身的声音。因此，健康倡导者贡献他们的人类能力来理解英语和西班牙语的自然语言，以及社交、同情和对话反应，以帮助患者与化身建立个人关系。他们的人类能力通过嵌入到工作界面的软件驱动系统得到增强，该系统使用分支逻辑和规定的对话内容，通过基于证据的干预方案指导健康倡导者，如认知参与或评估、重新定位、如厕检查和摔倒预防(见图2)，如有任何可能需要立即采取行动的问题，可通过电话通知医院单位的护士站。

在这项研究中，对虚拟形象进行了特定的编程，每2天对每个患者重复一次(见多媒体附件1)．例如，护理教练系统被编程为主动询问舒适度和浴室使用需求，通过呼叫护理站代表患者寻求帮助。研究表明，医院里大约有一半的摔倒事故不是发生在浴室里，就是发生在去浴室的路上。33，34］．除了预定的协议外，每个虚拟形象都通过关于参与者兴趣、家庭和新闻的关系建立对话，以及通过展示图片、播放音乐、引导冥想/放松轨道，以及让患者参与脑力游戏，在不计划的、非正式的基础上提供参与。

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作为一个关系ECA，健康倡导者能够唤醒化身伴随着陪伴后噪音无论何时视听流开始，无论何时视听流停止，都会在视觉上让角色进入睡眠状态。由于Care Coach平台利用了“人在循环”的健康倡导者，所有患者信息都被视为受保护的健康信息，所有健康倡导者都接受了《健康保险可携带性和责任法案》培训。此外，患者可以在任何时候要求化身保护隐私，只要这种要求符合医疗保健提供者或代理人的安全监控要求。

研究设计

本临床研究采用病例对照准实验前后设计。参与者来自一家拥有600多张床位的社区医院的3个医疗外科单元。单位规模相似(34-37张床位)，平均每日普查(32例患者)，平均住院时间(3-6天)。1个单位作为对照单位，2个单位作为干预单位。患者由一组研究助理(RAs)登记和跟踪，包括本科生和研究生护理和计算机科学专业的学生。RAs接受了培训，他们遵循结构化的协议和脚本。项目管理，以及ra的调度，由一名护理研究生进行。

设置

这项研究是在纽约市的一家城市社区医院进行的，该医院的目标人群是服务不足的人群。该医院位于皇后区，这是世界上种族最多样化的城市地区之一。35］．该区的大部分人口被认为是非白人，黑人、亚裔和西班牙裔也有很强的代表性。36］．人均收入为28,814美元，19%的成年人受教育程度低于高中，11%的成年人没有医疗保险[36］．医院拥有408张病床，每年急诊人次约12万人次[37］．

参与者和程序

潜在参与者的初步筛选由各自护理单位的护士经理在日常查房期间进行。纳入标准为年龄超过65岁的患者，入住其中一个研究单位，能够知情同意或有代理人可以提供同意。排除标准为不能在无代理人情况下提供知情同意的患者，以及徘徊、表现出意图伤害自己或他人的攻击性战斗行为或正在经历酒精或药物戒断的患者。不善于交流或不会说英语的患者也被排除在研究之外。符合条件的患者被转诊到RA。RAs讨论了研究，获得了知情同意，并管理了包括人口统计问卷和评估工具在内的入组工具(详细内容见下文)。每位参与者的访视时间约为15分钟。

共有2个单元被用于实验干预，第三个单元被用作控制单元。所有从任一干预单位招募的患者都被纳入干预组。所有从对照组招募的患者被纳入对照组。由于招募的速度，第二个实验单元的招募大约在第一个实验单元后45天开始。参与干预的患者选择了一只狗或一只猫的化身。RAs演示了化身的工作原理，并在离开床边前验证了每个受试者都对该设备感到舒适。在整个住院期间，RAs每天都对每个受试者进行访问，以确认每个虚拟化身都能正常工作，并且在患者的视野内。24小时出院通知后，RAs使用后评估工具。出院回家或去其他机构的受试者可以选择带上他们的虚拟形象。研究人员收集了出院后使用虚拟化身的参与者的家庭数据，这将是另一项后续研究的重点。 Relational agent theory [38表明对话的多样性对于维持主体和虚拟角色之间的互动至关重要。延长协议集重复使用的时间可以促进持续的参与;因此，在患者预期住院时间约为4天的基础上，设计了2天的轮换周期，而不是每天重复。对照单元的入组患者接受了与干预参与者相同的预评估。在整个住院期间，RA每天都会访问每个对照组参与者，以提供与干预参与者所接受的类似的RA接触“剂量”。RAs使用舍入脚本(参见多媒体附件2)，以确保访问之间的一致性，并平衡人类接触对所测量结果的影响。在24小时出院通知后，RAs对对照组患者使用后评估仪器。在整个研究过程中，RAs使用观察清单记录了受试者对虚拟形象的反应。所有程序均经牙买加医院和佩斯大学机构审查委员会批准。

措施

在登记时收集了包括年龄、性别、教育程度、种族/民族和生活安排在内的人口统计学变量。出院前24小时收集出院目的地和生活安排。谵妄，孤独和抑郁评估使用仪器详细如下。所有药物均在入组和出院时使用。

精神错乱

采用混淆评估法(CAM)筛查谵妄[39］．CAM包括一种仪器和诊断算法，用于识别谵妄，评估9种谵妄特征的存在、严重程度和波动，包括以下:急性发作、注意力不集中、思维紊乱、意识水平改变、定向障碍、记忆障碍、知觉障碍、精神运动激动或迟钝，以及睡眠-觉醒周期改变。CAM诊断算法基于谵妄的4个基本特征:(1)急性起病和波动过程，(2)注意力不集中，(3)思维紊乱，(4)意识水平改变。利用CAM诊断谵妄需要出现特征1、2和3或4。CAM已广泛用于住院老年人谵妄的评估，它在老年人大样本和小样本中表现出优异的敏感性和特异性[39］．

孤独

研究人员使用加州大学洛杉矶分校孤独量表简表[40］．参与者对这3个问题进行了“1到3”的评分(“几乎从不”=1，“有时”=2，“经常”=3)，总分从3到9。分数越高表明越孤独。短形式已经证明了与长形式测量的可靠性[40］．

抑郁症

抑郁程度采用老年抑郁量表(GDS) 15项短表格[41］．在15个项目中，10个项目在正面回答时表示存在抑郁，而其余项目在负面回答时表示存在抑郁。从0到4分被认为是正常的，这取决于年龄、教育程度和抱怨情况;5到8分表示轻度抑郁，9到11分表示中度抑郁，12到15分表示重度抑郁。GDS被广泛用于测量老年人的抑郁症状[42］．

瀑布

关于跌倒的数据来自医院现有的基于单位的质量改进数据。发病率数据每季度记录在医院报告中，并以每1000个病人日跌倒次数的比率形式显示[43］．本研究的跌倒发生率数据收集了2个完整的日历季度，包括任何干预前的3个月，以及实施干预后的3个月。控制单元在这两个3个月期间都没有收到任何虚拟形象。其中一个干预单元在3个月的干预期间接受化身，并将所有纳入的患者作为受试者进行治疗。由于招聘的节奏，额外的干预单位在日历季度大约45天后开始了为期3个月的干预期。因此，第二个干预单元的跌倒数据是一个混合单元，季度跌倒数据的上半部分不包括接受干预的参与者。只有按单位和期间分列的季度下降率的汇总数据。因此，这些数据是根据基线数据和全国平均水平来解释的[44)(见多媒体)．

动力分析

本研究的估计样本量利用了CAM、UCLA 3项孤独量表和GDS的发表结果。在住院老年人中使用CAM、UCLA 3项孤独量表和GDS的研究中观察到中到大的效应量[45，46］．样本量计算利用了预期的中等效应量(Cohend=0.60)， α设为.05，假设方差分析的幂为80%，预期样本量为90。研究样本的功率大于80%，以检测组间的中等效应。

数据分析

双尾学生t使用检验和卡方交叉表对参与者进行描述性分析。采用McNemar检验比较干预组和对照组谵妄发生频率的变化。用协方差分析分析干预组和对照组在孤独和抑郁测量上的差异。性别、基线自我报告孤独感和基线MiniCog评分作为孤独分析的协变量。抑郁分析包括性别、基线自我报告抑郁症状和基线MiniCog评分。干预和控制单位的季度下降率与基线数据和全国平均水平的关系进行了描述性的审查。本研究的分析使用SPSS版本25 (SPSS Inc)。

结果

描述性分析

总共95名参与者被纳入分析(干预组n=41;对照组n=54)。对照组和干预组在年龄、种族、居住地、出院地点或语言方面没有差异(P> . 05)。干预组(68%，28/41女性)的女性参与者多于对照组(44%，24/54女性;P= .02点)。在各个小组中，参与者主要是女性，讲英语的非裔美国人，平均年龄为76岁。他们住在家中，出院后出院(表1)．

平均而言，虚拟化身每天与干预组的参与者(健康倡导者启动音频/视频流，视觉上唤醒虚拟化身)进行71.3次检查。虚拟形象每天与干预参与者互动61分钟(包括平均使用11.5张图像或音频文件)，平均每天完成6.5项协议驱动的任务(表2)．

精神错乱

分析各组患者入组和出院时谵妄的存在情况。McNemar试验发现干预组从入学到出院的谵妄发生率显著降低(P<措施)。对照组出现谵妄的频率无变化(P=升至;表3)．

孤独

一个检验UCLA孤独量表的入院和出院背书的一般线性模型表明，拥有虚拟化身的参与者经历了孤独感的减少(P=.01)与对照组的参与者相比(见表3)．

抑郁症

一般线性模型检查入院和出院抑郁症症状支持的GDS组间显示，有和没有头像的参与者之间的抑郁症没有统计学上的显著差异(见表3)．

瀑布

在这3个单位中分别检查了每1000个患者日跌倒发生率的季度单位质量改善数据。在收集部分数据后，化身单位的掉落率降低了33%。在完整的数据收集下，化身单位的掉落率降低了82%。控制单元的跌倒频率增加了86%。

讨论

主要研究结果

这项研究以基于平板电脑的虚拟服务动物化身的形式，调查了一个人在循环中，关系ECA的功效。对市区社区医院95名65岁以上的住院成人进行病例对照研究，对谵妄、孤独、抑郁和跌倒进行了测量。入院和出院数据分析表明，干预参与者在出院时出现谵妄的频率较低(P<.001)和孤独症状的减轻(P= . 01)。每1000个病人日的季度单位下降表明控制单位的下降增加了86%。在延迟数据收集的干预单元上跌倒减少了33%。在数据收集完整的干预组中，跌倒率降低了82%。在自我报告的抑郁症状方面，两组之间没有差异。这些结果与之前的研究一致，这些研究调查了用于老年人特定需求的各种设备，包括安全和预防跌倒，协助日常生活活动的体力任务，预防住院和社会联系[28，29］．

化身干预导致出院时谵妄减少了91%，11名参与者在入院时符合CAM谵妄标准，1名参与者在出院时符合谵妄标准。尽管在研究开始后，对照组或干预组均无患者出现谵妄，但护理教练干预在短时间内帮助解决谵妄的能力与住院老年人中help干预报告的数据相当[21］．

关于跌倒，在各个干预单元观察到的减少可能归因于预编程的虚拟形象协议的性质，协助护理呼叫，以协助行动和如厕。在整个研究期间，跌倒的减少进一步验证了“人在循环”、基于平板电脑的干预，为住院的老年人提供了一种与医疗保健提供者沟通的手段。考虑到警报疲劳在医疗保健服务提供中可能发挥的作用，这一点很重要[47］．控制单元下降率增加的原因尚不清楚。

目前有1200万65岁以上的美国人独自生活。48］．在一项针对3000名老年人孤独频率的调查中，35%的人被归类为孤独[49］．化身干预对孤独症状的影响表明，这种人在圈中的虚拟参与形式是成年人住院期间对抗孤独问题的有效手段。这是值得注意的，考虑到没有虚拟化身的参与者每个医院每天接受约15分钟的私人访问。与我们的假设相反，与对照组相比，化身干预并没有显示出抑郁症状的减轻。这可能是由于老年人抑郁症的顽固，以及住院期间相对较短的虚拟形象暴露时间(平均4天)。这也可能是因为两组参与者在基线时所认可的抑郁症状数量相对较少。

这项研究的一个重要意义是大规模部署的可行性。作为一种低成本和可持续的干预措施，部署这种人在循环中的化身干预模型所需的边际资源将包括边际人力资源和最小的技术组件，包括健康倡导者的人力资源(可以利用丰富的远程工作人员)，注册护士助理设置/消毒设备的工作(< 1美元/患者日)，平板设备和相关硬件的磨损(< 1美元/患者日)，互联网连接和服务器费用(蜂窝数据约为1美元/人每天，使用可靠的Wi-Fi网络约为0美元/人每天)。此外，参与者的学习曲线是最小的，因为Care Coach技术平台不需要之前的信息技术流利性或使用。行动不便的参与者可以使用这项技术，因为患者只需要与化身交谈，不需要手动操作。数字动物化身还解决了诸如照顾宠物的成本和潜在的动物相关过敏等问题。最后，本文提出的初步证据表明，在降低谵妄和跌倒的风险方面，化身可能是一种优于坐诊患者的干预措施。目前的证据并不支持患者坐诊对减少跌倒的疗效，尽管缺乏关于患者坐诊和谵妄的证据，但患者病房的被动临床护理人员对谵妄风险的影响可能微乎其微。

还需要进一步的研究来确定化身对患者健康和自我护理能力的长期影响。在这项研究中，使用化身的患者比没有使用化身的患者经历更少的谵妄和摔倒。考虑到谵妄和跌倒在老年人中都有显著的发病率和死亡率，并代表着医疗保健系统的主要经济负担，该技术的使用可能会改善住院老年人的结果。这种干预的费用明显低于摔伤的费用(摔伤的平均住院费用超过30,000美元)[50]或因谵妄而增加住院时间的潜在费用，即每例偶发谵妄平均增加7.78天[51］．

限制

这项临床研究受到几个因素的限制。虽然样本量足够，但干预组包括方便抽样和护士经理转诊过程中的潜在偏差。考虑到在现实世界的护理点环境中部署这种干预措施，无法控制各单位护理模式和参与者对护理的暴露程度的潜在差异。此外，只有能够理解和说英语的患者被纳入研究。在一个种族非常多样化的环境中，有许多不讲英语的患者，许多潜在的参与者被排除在外。然而，研究地点和人群为招募多样化的人群提供了条件。瀑布数据仅按季度按单位提供。这项研究将瀑布数据限制在单位内的百分比变化。第二个试验单位的征聘节奏较慢，加上季度下降数据，导致该单位的部分下降数据。最后，没有关于个别患者的更详细的数据，这阻碍了对与特定患者医疗合并症相关的潜在影响的调查。

结论

总之，本研究为Care Coach虚拟形象平台对住院老年人的临床疗效提供了额外的定量支持。作为一种“人在回路”、基于平板电脑的干预，该技术提供了一种新颖、可扩展的解决方案，以减轻各种住院老年人谵妄、孤独和跌倒的风险。Care Coach平台的未来研究，包括一项随机对照试验(NCT03832192)，将允许在特征良好的随机患者群体中测试这些发现的可重复性。