综述:数字健康系统中的自动化:一项系统性的范围审查

《Acta Astronautica》:Automation in Digital Health Systems: A Systematic Scoping Review

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月22日 来源:Acta Astronautica 3.7

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  摘要随着未来太空任务的距离地球越来越远,自动化的车载医疗能力将成为确保乘员健康和安全的关键。本研究回顾了当前的太空数字健康系统,并评估了它们在不同护理领域和信息处理阶段的自动化程度。该回顾遵循了《系统评价和荟萃分析首选报告项目》扩展版中的范围评价指南。所识别的系统被分为监测、诊断

  

摘要

随着未来太空任务的距离地球越来越远,自动化的车载医疗能力将成为确保乘员健康和安全的关键。本研究回顾了当前的太空数字健康系统,并评估了它们在不同护理领域和信息处理阶段的自动化程度。该回顾遵循了《系统评价和荟萃分析首选报告项目》扩展版中的范围评价指南。所识别的系统被分为监测、诊断和治疗三个护理领域,并对每个系统在获取、分析、决策和行动四个信息处理阶段的自动化程度进行了评估。结果表明,自动化程度在不同领域和阶段之间存在差异,这反映了临床任务可形式化的难易程度以及执行这些任务时的操作限制。未来的太空数字健康系统将需要差异化的自动化策略来有效支持乘员健康管理。

引言

在为期较长的月球和火星探索任务(LDEMs)中,由于长期暴露于太空危害(包括太空辐射、重力变化和孤立环境),乘员面临更大的健康风险[1], [2], [3]。太空的极端条件会损害多种人体系统,如心血管、呼吸、神经、肌肉骨骼和心理功能[2]。因此,美国国家航空航天局(NASA)已将这些健康风险的管理视为优先事项[1], [2], [3]。尽管乘员是根据严格的医疗标准选拔的,并接受了广泛的飞行前培训,但仍然存在前所未有的风险,而且太空暴露的长期累积效应尚未得到充分了解[4], [5]。因此,LDEMs期间的健康问题可能会危及乘员的安全和任务的成功。
在太空中管理医疗事件不仅需要车载医疗资源,还需要知识、技能和能力[6]。然而,太空任务特有的结构和操作限制使得医疗管理尤为复杂[1], [7], [8]。可以装载在航天器上的医疗设备和药品是有限的[9],而且乘员通常由非医疗人员组成,尽管他们接受了必要的医疗培训,但其临床能力仍然有限[6], [10]。在早期的低地球轨道任务中,这些限制通过从地球进行补给和地面医疗专家的实时指导得到了部分缓解[11], [12], [13]。然而,在深空任务中,随着距离的增加,这些方法变得不切实际。紧急补给变得昂贵且延迟,而且在传输过程中容易受损[11], [12],与地球的通信存在长达22分钟的单向延迟,火星任务期间还会有长达两周的年度通信中断,这使得实时医疗支持变得不可能[1], [14]。
因此,NASA已引入了数字健康技术(DHTs)来解决传统太空飞行医疗实践的局限性,以应对未来的LDEMs[15], [16], [17]。DHTs是指旨在促进健康发展的数字工具,配备了存储、共享和传输健康数据的软件、网络连接和基础设施[18], [19]。这些技术包括信息学、可穿戴设备、传感器和人工智能(AI),所有这些都可以通过自动化管理健康数据来支持乘员应对健康问题,而无需依赖地面的专业知识[15], [16], [17], [18], [19]。在医疗保健服务中,多个DHTs通常集成到数字健康系统(DHSs)中[18], [19],其自动化能力反映了其组成DHTs如何共同或单独处理健康信息,使DHS成为适当的分析单位。随着人类太空探索进入运营阶段,有必要评估已部署或验证用于太空任务的自化能力[1], [6], [8]。
自动化涉及部分或完全执行实现系统目标所需的人类信息处理(HIP)阶段,包括信息获取、信息分析、决策选择和行动实施[20], [21]。这些阶段中的每一个都可以在不同的自动化程度上实现自动化[20]。尽管提出了许多自动化水平(LOAs)方案,但它们普遍认为较低层次的自动化需要更多的人工参与和简单的基于规则的系统支持,而较高层次的自动化则系统的作用更大,人类主要担任监督角色[20], [21]。在LOA框架内,功能分配(即人类和系统之间的任务分配)能够在复杂要求和操作限制下实现有效协作,因为适当的LOA取决于功能如何动态分配以实现系统目标[21], [22]。
对于DHSs而言,这些原则应在它们所运行的特定医疗保健环境中加以考虑。DHSs提供的护理领域可以归类为健康状况的监测、诊断和治疗[19]。监测旨在收集健康数据以检测早期预警信号并减少不良健康事件的可能性[19]。诊断侧重于确定疾病的存在;治疗则通过适当的干预措施进行管理和治愈[19]。由于这些领域在目标、临床任务和风险特征上有所不同,自动化需求也可能有所不同。然而,迄今为止的自动化分析主要集中在太空飞行器或机器人技术上[23], [24], [25],对DHSs的关注较少,特别是哪些HIP阶段实现了自动化以及这些模式在不同护理领域中的差异。本研究旨在回顾当前太空任务中的DHSs,评估各阶段和领域的自动化水平,并为未来的太空医疗保健提出方向。

部分摘录

审查问题

研究问题包括:(1)哪些DHTs已被集成到太空任务的DHSs中;(2)这些DHSs在HIP各阶段和护理领域中的自动化程度如何。

纳入和排除标准

根据PCC记忆法(指人群、概念和背景)制定了标准,作为范围评价的推荐指南[26]。为了保持选择过程的一致性,研究团队使用了一个纳入和排除标准表(表1)。

搜索策略

遵循首选……

结果

总共在七个数据库中发现了7,486项研究(图2)。去除重复项后,剩下5,100项研究进行标题和摘要筛选,其中4,784项被排除。随后对316项全文研究进行了评估,根据纳入和排除标准(表1)又排除了300项。最终,有16项研究符合标准并被纳入。通过对引用和参考文献列表的额外手动搜索,又发现了97项研究,其中5项符合条件

讨论

在不同护理领域和HIP阶段观察到了不同的自动化水平。虽然较高的自动化水平不一定能保证更好的结果,但对于未来的LDEMs来说,一定程度的自动化能力可能是必不可少的。在太空飞行中部署的操作系统以及在模拟或其他环境中验证的新兴系统被区分开来,以便讨论当前的研究成果和未来的展望。

局限性

这项范围评价具有几个局限性。为了保持与LDEMs期间医疗保健服务的操作相关性,本评价主要关注在太空医疗环境中表现出适用性的技术;因此,一些文献,特别是尚未在操作相关环境中得到验证的技术概念化或早期开发研究可能被遗漏。因此,目前正在开发的系统可能没有得到充分代表。

结论

本研究全面回顾了太空DHSs及其在LDEMs中的自动化水平。所评估的DHSs在HIP各阶段和护理领域的自动化水平各不相同,监测系统的自动化程度相对较高,诊断系统主要依赖医疗专业知识,而治疗系统的自动化程度变化最大,这取决于临床任务的性质。研究结果表明,太空DHSs的自动化设计应根据……

CRediT作者贡献声明

Zachary Hass:写作——审阅与编辑、验证、监督、正式分析、数据管理。Barrett Caldwell:写作——审阅与编辑、监督、资源管理、方法学。Dayeon Heo:写作——初稿撰写、可视化、方法学、调查、正式分析、数据管理、概念化

资金来源

本研究未获得公共、商业或非营利部门的任何特定资助。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
Dayeon Heo|Barrett S. Caldwell|Zachary Hass
普渡大学护理学院,美国印第安纳州西拉斐特市北大学街502号,邮编47907
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