戰(zhàn)傷急救技能虛擬交互訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮逸飛,徐海洲,張 義*

(1.海軍軍醫(yī)大學(xué)衛(wèi)生勤務(wù)學(xué)系衛(wèi)生勤務(wù)學(xué)教研室，上海 200433；2.海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)海醫(yī)院急診科，上海 200433)

戰(zhàn)傷急救六項(xiàng)技能包括戰(zhàn)傷止血、戰(zhàn)傷包扎、骨折固定、傷員搬運(yùn)、氣道管理、心肺復(fù)蘇，是戰(zhàn)場(chǎng)一線救護(hù)人員的基本急救技能，一線救護(hù)人員的急救技能水平直接影響著戰(zhàn)場(chǎng)傷員的傷死率和傷殘率[1]。開(kāi)展戰(zhàn)傷急救六項(xiàng)技能虛擬交互技術(shù)研究，真實(shí)呈現(xiàn)不同作戰(zhàn)樣式下的戰(zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)景，濃厚戰(zhàn)場(chǎng)一線傷員急救訓(xùn)練“實(shí)戰(zhàn)化”氛圍；通過(guò)建立多樣化戰(zhàn)場(chǎng)傷員模型，為急救訓(xùn)練展示真實(shí)的傷情特點(diǎn)；研制戰(zhàn)傷急救技能虛擬交互方案并研制相應(yīng)的訓(xùn)練系統(tǒng)，便于推廣應(yīng)用，為一線傷員急救訓(xùn)練提供便捷有效的手段和工具[2]。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1國(guó)外戰(zhàn)傷急救技能訓(xùn)練現(xiàn)況戰(zhàn)場(chǎng)一線傷員急救技能訓(xùn)練一直備受世界各國(guó)軍隊(duì)的重視，近年來(lái)使用“模擬人”、“模擬訓(xùn)練系統(tǒng)”等手段開(kāi)展戰(zhàn)傷急救技能訓(xùn)練，已經(jīng)成為國(guó)外軍事強(qiáng)國(guó)的主流訓(xùn)練模式，并建立了成熟的模擬訓(xùn)練課程體系；利用虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)仿真等高新技術(shù)手段開(kāi)展戰(zhàn)傷急救技能訓(xùn)練逐步興起，根據(jù)訓(xùn)練對(duì)象研究制定比較全面科學(xué)的戰(zhàn)傷急救技能虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)與工具，積累一定的技術(shù)基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上積極開(kāi)展訓(xùn)練取得預(yù)期效益[3-4]。

1.2國(guó)內(nèi)戰(zhàn)傷急救技能訓(xùn)練現(xiàn)況國(guó)內(nèi)部分單位開(kāi)始進(jìn)行“模擬訓(xùn)練”研究，在“實(shí)戰(zhàn)化”訓(xùn)練的方法、手段與模式上不斷創(chuàng)新，大多以衛(wèi)勤分隊(duì)的勤務(wù)與急救流程訓(xùn)練考核為主；部分單位嘗試使用戰(zhàn)傷急救模擬訓(xùn)練器材進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)預(yù)設(shè)各類傷情和不同處置模式，進(jìn)行基礎(chǔ)性戰(zhàn)傷急救技能的模擬訓(xùn)練，往往存在“實(shí)戰(zhàn)化”氛圍不濃，傷員傷情“不真實(shí)”等問(wèn)題，“有創(chuàng)”急救操作訓(xùn)練難以展開(kāi)等問(wèn)題[5]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、虛擬人體等方面應(yīng)用主要集中在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、遠(yuǎn)程手術(shù)和臨床教學(xué)等方面，并且產(chǎn)生效益，而將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到戰(zhàn)傷急救技能訓(xùn)練方面進(jìn)行系統(tǒng)研究，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行一線傷員急救訓(xùn)練，尚未受到重視[6-7]。

1.3戰(zhàn)傷急救技能虛擬訓(xùn)練發(fā)展前景通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立真實(shí)的戰(zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)景、武器裝備、火力配置等戰(zhàn)爭(zhēng)效果，設(shè)置不同傷員模型、真實(shí)搭建模擬人訓(xùn)練平臺(tái)，將學(xué)員帶到“實(shí)戰(zhàn)”現(xiàn)場(chǎng)，為使用者創(chuàng)造一種險(xiǎn)象環(huán)生、逼近真實(shí)的立體戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，彌漫著緊張危險(xiǎn)的氣氛，以增強(qiáng)其臨場(chǎng)感受與戰(zhàn)爭(zhēng)壓力感，提高實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練質(zhì)量[8]。借助虛擬仿真系統(tǒng)開(kāi)展訓(xùn)練，以較小的代價(jià)、較短的時(shí)間實(shí)施各類型、高頻次、多種方案演練，發(fā)現(xiàn)并解決戰(zhàn)傷急救中可能出現(xiàn)的問(wèn)題[9]；結(jié)合衛(wèi)勤實(shí)兵演練，構(gòu)建虛擬作戰(zhàn)背景，實(shí)現(xiàn)虛擬手段練決策、練技術(shù)，實(shí)兵演練練能力、練實(shí)戰(zhàn)，根據(jù)不同的作戰(zhàn)樣式和衛(wèi)勤保障任務(wù)，靈活設(shè)置救治場(chǎng)景與救治內(nèi)容，教學(xué)設(shè)計(jì)靈活，創(chuàng)新我軍戰(zhàn)傷救治“實(shí)戰(zhàn)化”訓(xùn)練的方法與手段[10]。

2 方案設(shè)計(jì)

結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理論與方法，以戰(zhàn)傷急救六項(xiàng)技能為研究對(duì)象，開(kāi)展戰(zhàn)傷急救六項(xiàng)技能虛擬交互技術(shù)研究，按照“模型建立—流程規(guī)劃—系統(tǒng)開(kāi)發(fā)”的研究思路，通過(guò)3個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容開(kāi)展虛擬交互訓(xùn)練方案設(shè)計(jì)，為戰(zhàn)傷急救技能訓(xùn)練提供創(chuàng)新性的訓(xùn)練手段與方法。

2.1戰(zhàn)傷急救技能虛擬交互模型建立分析我軍未來(lái)面臨的主要作戰(zhàn)樣式，重點(diǎn)研究山地、叢林、城市巷戰(zhàn)、近遠(yuǎn)海等作戰(zhàn)條件下戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與傷員傷情特點(diǎn)，建立戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與對(duì)應(yīng)傷員傷情數(shù)據(jù)庫(kù)，以3D建模、圖像渲染、流體力學(xué)模擬技術(shù)為創(chuàng)作工具，建立虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境庫(kù)和傷員庫(kù)，為戰(zhàn)傷急救虛擬交互研究提供場(chǎng)景和傷情演示；通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析當(dāng)前我軍開(kāi)展戰(zhàn)傷急救六項(xiàng)技能訓(xùn)練主要應(yīng)用的裝備與器材，采用計(jì)算機(jī)建模等技術(shù)建立急救訓(xùn)練裝備模型庫(kù)，為戰(zhàn)傷急救虛擬交互研究提供訓(xùn)練工具(圖1)。

圖1 戰(zhàn)傷急救虛擬交互訓(xùn)練模型庫(kù)構(gòu)成

2.2戰(zhàn)傷急救技能虛擬交互方案設(shè)計(jì)依據(jù)戰(zhàn)傷急救規(guī)則和戰(zhàn)傷急救技能，分解并優(yōu)化六項(xiàng)急救技能(戰(zhàn)傷包扎、戰(zhàn)傷止血、骨折固定、傷員搬運(yùn)、氣道管理、心肺復(fù)蘇)操作步驟；通過(guò)查詢相關(guān)戰(zhàn)傷急救技術(shù)資料，梳理并采集相關(guān)急救訓(xùn)練器材標(biāo)準(zhǔn)與操作技術(shù)參數(shù)，建立虛擬交互訓(xùn)練器材使用標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)技術(shù)調(diào)研與專家咨詢，制定戰(zhàn)傷急救虛擬訓(xùn)練預(yù)期效果與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；最后，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互技術(shù)，研制戰(zhàn)傷急救技能虛擬交互實(shí)施流程方案，為戰(zhàn)傷急救虛擬交互研究提供可操作性的訓(xùn)練流程規(guī)范和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。以戰(zhàn)傷包扎中面部包扎為例，設(shè)計(jì)虛擬交互流程(圖2)。

圖2 戰(zhàn)傷急救技能虛擬交互方案設(shè)計(jì)

2.3戰(zhàn)傷急救技能虛擬交互系統(tǒng)研制根據(jù)戰(zhàn)傷急救技能虛擬交互方案，利用虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)建模技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等手段開(kāi)發(fā)戰(zhàn)傷急救技能虛擬交互系統(tǒng)。對(duì)于部分注重訓(xùn)練操作流程與理論知識(shí)考查的急救技能，如固定、包扎、止血，開(kāi)發(fā)桌面式虛擬交互系統(tǒng)，通過(guò)三維畫(huà)面演示與人機(jī)交互進(jìn)行操作流程與基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)訓(xùn)練；對(duì)于重點(diǎn)進(jìn)行技能操作手法與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識(shí)考核的急救技能，如氣道管理、心肺復(fù)蘇、傷員搬運(yùn)，開(kāi)發(fā)交互式虛擬裝備系統(tǒng)，通過(guò)沉浸式畫(huà)面渲染與交互式穿戴設(shè)備進(jìn)行“有創(chuàng)”、力反饋、運(yùn)動(dòng)反饋等技能操作訓(xùn)練。急救技能虛擬交互系統(tǒng)一經(jīng)開(kāi)發(fā)，教員主要通過(guò)案例設(shè)計(jì)與督導(dǎo)講評(píng)開(kāi)展教學(xué)，學(xué)員通過(guò)操作訓(xùn)練與考核分析進(jìn)行急救技能全面提高，將為一線傷員急救訓(xùn)練提供高效實(shí)用的訓(xùn)練工具與手段(圖3)。

圖3 戰(zhàn)傷急救虛擬交互訓(xùn)練系統(tǒng)

3 小 結(jié)

利用虛擬交互系統(tǒng)開(kāi)展戰(zhàn)傷急救技能訓(xùn)練，虛擬戰(zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)景與傷員模型為學(xué)員提供“臨戰(zhàn)狀態(tài)”下的戰(zhàn)場(chǎng)感受與傷情呈現(xiàn)，虛擬交互系統(tǒng)可以進(jìn)行真實(shí)的急救技能操作，全面提升受訓(xùn)人員的一線傷員急救技能訓(xùn)練水平。開(kāi)展戰(zhàn)傷急救技能虛擬交互訓(xùn)練研究與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，技術(shù)手段先進(jìn)、實(shí)用性強(qiáng)、易于復(fù)制、應(yīng)用成本低，研究成果可集成于PC端、PAD端等作為多媒體教材，便于大范圍推廣，應(yīng)用于院校教育中針對(duì)軍醫(yī)、護(hù)理本科、預(yù)選衛(wèi)生士官、國(guó)防生等學(xué)員開(kāi)展教學(xué)訓(xùn)練工作；應(yīng)用于基層衛(wèi)生部門(mén)針對(duì)一線軍醫(yī)、衛(wèi)生士官、衛(wèi)生員等展開(kāi)戰(zhàn)傷急救訓(xùn)練工作；應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)媒體、在線教育、MOOC教學(xué)等開(kāi)展遠(yuǎn)程教育[11]。