智能化高级生命支持电子标准化病人的研制

武兴权，徐君英，李长吉，秦 永，牛 斌，马 技

1第四军医大学白求恩军医学院内科教研室，石家庄 050081;2石家庄裕华区医院内科，石家庄 050031;3营口市巨成教学科技开发有限公司研发中心，辽宁 营口 115004;4河北医科大学医学影像教研室，石家庄 050200;5辽宁大学信息学院，沈阳 110036;6辽宁大学信息学院电子信息教研室，沈阳 110036

心脏性猝死严重地威胁着全人类健康，现代心肺复苏技术［1］是抢救心脏性猝死最关键的措施，它直接关系到病人的安危与抢救的成败。为此，每名医务人员都必须熟练地掌握。现今情况并不乐观，因为现代心肺复苏术是一项难度很大的临床技能，医务人员必须在临床上长期反复地进行抢救训练才能真正地掌握。为此，营口巨成教学科技开发有限公司组织与实施校企合作，建立了“研制智能化高级生命支持电子标准化病人”课题小组，经过一年多辛勤努力，成功研制出智能化高级生命支持电子标准化病人，为广大医务人员建立了一个“现代心肺复苏术实训基地”。

该课题由以下两部分组成:高级生命支持电子标准化病人与教学软件。

1 电子标准化病人的研制

1．1 高级生命支持电子标准化病人的外形及内腔结构

首先根据课题整体设计方案，广泛搜集与该课题有关的医学素材与多媒体资料，建立智能化高级生命支持电子标准化病人及教学软件素材库，对该电子标准化病人外形及内部结构进行三维造型。应用国内、国际最先进的制造技术制作各个部件的物理原件，根据课件整体设计要求对每个原件反复测试、修改，当物理原件达到整体设计要求后，再应用国内、国际最先进的制作模具技术［2］，制作电子标准化病人外形及内腔结构的模具，最后组装成符合设计要求的智能化高级生命支持电子标准化病人。

1．2 高级生命支持电子标准化病人的功能

我们在研制高级生命支持电子标准化病人功能时，采用了机电传动装置［3］、电子技术［4］与嵌入式控制系统技术［5］相结合的方法，使电子标准化病人具有各种生命体征，如呼吸、脉搏、血压、瞳孔改变、心电图等。并可根据电子标准化病人的病情演变，上述生命体征均可客观地随之变化。当病人病情加重需要抢救时，抢救者可随时进行心脏按压、口对口人工呼吸、电击除颤［6-8］等。当上述抢救符合临床抢救要求时，电子标准化病人可转危为安(如图1所示)。

图1 应用电子标准化病人培训场景

电子标准化病人具有以下功能特点:

1．2．1 具有完全仿真性仿真的头颈部，材质柔软、手感真实，具有逼真的口腔(牙齿、舌、悬雍垂)、气道(会厌、声门、喉、杓状软骨、声带、气管)和食道。胸部体表标志(胸骨角、剑突、乳头等)明显，方便胸外心脏按压的定位。逼真的颈动脉搏动，使胸外心脏按压可产生相应的颈动脉搏动，抢救成功会出现正常的颈动脉搏动。模拟病人具有逼真的眼睛，当出现心跳、呼吸骤停时，瞳孔由正常转为散大;当抢救成功时，瞳孔由散大恢复到正常。

1．2．2 具有完全的呼吸仿真心跳呼吸骤停发生前以及猝死抢救成功后，电子标准化病人均有自主呼吸。

1．2．3 气道管理训练可进行经口、经鼻气管插管，满足各种方法开放气道的练习，气道开放有显示，且只有在气道开放状态下才能进行有效的人工呼吸。

1．2．4 CPR［7-8］(Cardiopulmonary Resuscitation) 实际训练电子标准化病人既可供学生进行手感真实的胸外按压训练，又可进行口对口、口对鼻人工呼吸，可配合使用气囊面罩或呼吸机进行人工呼吸。操作者吹气量的大小、吹气速度以及胸外按压的作用力与反作用力、按压的深度、按压的频率，均可通过软件界面交互式的动态曲线描述，实时显示、记录和评估。

1．2．5 进行电复律［6-8］训练既可用真实的不同型号、品牌的除颤起搏仪进行电复律训练;又可用模拟除颤起搏训练器进行手动非同步电除颤、同步电复律及体外起搏［7-8］训练。

1．2．6 提供多种抢救药品实施抢救高级生命支持电子标准化病人具有高智能性，在该系统中提供了多种抢救药品，当操作者在抢救过程中使用1种或几种药物抢救时，电子标准化病人则按疾病的发展内在规律自行演变。

1．2．7 编辑新病例训练教师与学生应用营口巨成教学科技开发有限公司研制的病例编辑器，可充分获得该系统内储存的丰富体征素材，并编辑大量新病例的病史、体征及抢救措施，以便进行CPR、电复律与药物抢救训练。

1．2．8 血压测量电子标准化病人配有血压测量手臂，可显示收缩压、舒张压、心率数值，并有模拟汞柱动态显示，并具有korotkoff Gap音。配血压测量控制器，可预置、设定血压值，设定的血压值可精确到1毫米汞柱。

1．2．9 心电图分析［9］训练通过软件程序交互控制，可进行心电图的分析训练。内容包括:临床心电图的基本知识、心电图测量和正常数据、心房心室肥大、心肌缺血与ST-T改变、心肌梗死、心律失常、心电图描绘与分析训练、自我练习及随机考核等内容。

1．2．10 建立静脉通道完整的上肢、下肢和足部静脉血管系统，可进行静脉输液、输血、采血与注射给药。

2 教学软件

我们采用最先进的多媒体技术［10］、计算机技术共研制出9套多媒体教学软件，组成高级生命支持教学系统。其内容包括:基本生命支持理论教学、高级生命支持理论教学、心电图理论教学、高级生命支持训练、基本生命支持训练、基本生命支持模拟考核训练、基本生命支持考核、高级生命支持考核、心电图分析考核等(如图2所示)。

图2 智能化高级生命支持教学系统主界面

在9套教学软件中制作了大量三维与二维动画，将高级生命支持教学中相关的文字、声音、静态图像、生理解剖、血液动力学、病理解剖、心电图、彩超有机地结合在一起，进行生动、形象教学。

我们采用先进的C++语言［11］进行软件编程，自主研制了病例播放器和病例编辑器，并应用最先进的嵌入式控制系统技术，使教学软件(上位机)与电子标准化病人(下位机)有机地结合在一起，医学生应用病例播放器就可以流畅地播放理论教学与该系统储存的综合病例;应用我们研制的病例编辑器，可随时编辑新的病例，并能储存于课件中，随时进行现场抢救训练。医学生还可以在高级生命支持电子标准化病人身上真正地进行CPR训练、电击除颤、同步电复律、起搏训练、药物抢救训练。

由于教学软件(上位机)与电子标准化病人(下位机)的完美结合，使得该智能化高级生命支持电子标准化病人具有三大教学功能:

其一，可进行基本生命支持教学、训练与考核，包括:基本生命支持理论教学与培养学生临床思维教学、基本生命抢救训练及基本生命支持考核。

其二，可进行高级生命支持教学、训练与考核，包括:高级生命支持理论教学与培养学生临床思维教学、高级生命支持抢救训练及高级生命支持考核。

其三，可进行心电图教学、训练与考核，包括:心电图理论教学、心电图识图与分析训练及心电图考核。

综上所述，电子标准化病人的教学功能是:①进行急、危、重症抢救理论教学和急、危、重症病人的抢救训练;②既可进行计算机系统自带病例的训练，又可运用病例编辑器编辑新病例的训练;③电复律训练以及实施药物治疗训练;④既可用真实不同型号、品牌的除颤起搏仪进行电复律训练，又可用除颤起搏训练器进行手动非同步电除颤、同步电复律、体外起搏训练;⑤可与真实的多参数监护仪相连接，也可与多参数模拟监护仪相连接;⑥教师可实施公正客观地随机考试，学生可进行自我随机考核。

3 研制智能化高级生命支持电子标准化病人的关键技术

●采用国内、国际最先进的制作模具技术，使高级生命支持电子标准化病人达到高仿真性。

●应用先进的嵌入式控制系统技术，使该系统高智能化，使电子标准化病人具有了真正临床病人的功能。为医学生提供了急、危、重症病人的诊断、治疗、抢救训练基地。

●应用先进的多媒体技术与计算机技术自主研制了智能化病例播放器与病例编辑器。

●将先进的多媒体技术、电子标准化病人技术与临床技能教学有机地结合在一起，创建了适合中国国情的医学模拟教育。

正是因为智能化高级生命支持电子标准化病人既可进行急、危、重症抢救理论教学，又可进行急、危、重症的抢救训练;既可进行CPR训练，又可进行电复律训练;教师既可实施公正客观随机考试，学生又可进行自我随机考核训练等优势及特点，该高仿真模型被第二届全国高等医学院校大学生临床技能竞赛会务组确定为本届临床技能竞赛决赛模型。该模型圆满地完成决赛任务，获得大会与参赛队的好评。

［1］钟敬泉．心肺脑复苏新进展［M］．北京:人民卫生出版社，2009

［2］陈雪芳，孙春华．逆向工程与快速成型技术应用［M］．北京:机械工业出版社，2009

［3］王丰，李明颖，赵永成．机电传动控制［M〛。北京:清华大学出版社，2011

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［7］陆再英，钟南山．内科学［M］．7版．北京:人民卫生出版社，2010:220-236

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［10］滕玉鹃．多媒体制作中动画灵活控制的程序设计［J］．光学精密工程，1999，7(6):113-117

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