战伤急救技能虚拟交互训练系统设计

冯逸飞,徐海洲,张 义*

(1.海军军医大学卫生勤务学系卫生勤务学教研室，上海 200433；2.海军军医大学附属长海医院急诊科，上海 200433)

战伤急救六项技能包括战伤止血、战伤包扎、骨折固定、伤员搬运、气道管理、心肺复苏，是战场一线救护人员的基本急救技能，一线救护人员的急救技能水平直接影响着战场伤员的伤死率和伤残率[1]。开展战伤急救六项技能虚拟交互技术研究，真实呈现不同作战样式下的战争场景，浓厚战场一线伤员急救训练“实战化”氛围；通过建立多样化战场伤员模型，为急救训练展示真实的伤情特点；研制战伤急救技能虚拟交互方案并研制相应的训练系统，便于推广应用，为一线伤员急救训练提供便捷有效的手段和工具[2]。

1 国内外研究现状

1.1国外战伤急救技能训练现况战场一线伤员急救技能训练一直备受世界各国军队的重视，近年来使用“模拟人”、“模拟训练系统”等手段开展战伤急救技能训练，已经成为国外军事强国的主流训练模式，并建立了成熟的模拟训练课程体系；利用虚拟现实、计算机仿真等高新技术手段开展战伤急救技能训练逐步兴起，根据训练对象研究制定比较全面科学的战伤急救技能虚拟训练系统与工具，积累一定的技术基础与数据，在此基础上积极开展训练取得预期效益[3-4]。

1.2国内战伤急救技能训练现况国内部分单位开始进行“模拟训练”研究，在“实战化”训练的方法、手段与模式上不断创新，大多以卫勤分队的勤务与急救流程训练考核为主；部分单位尝试使用战伤急救模拟训练器材进行训练，通过预设各类伤情和不同处置模式，进行基础性战伤急救技能的模拟训练，往往存在“实战化”氛围不浓，伤员伤情“不真实”等问题，“有创”急救操作训练难以展开等问题[5]。虚拟现实技术在生物医学、虚拟人体等方面应用主要集中在基础医学、远程手术和临床教学等方面，并且产生效益，而将虚拟现实技术应用到战伤急救技能训练方面进行系统研究，利用虚拟现实技术进行一线伤员急救训练，尚未受到重视[6-7]。

1.3战伤急救技能虚拟训练发展前景通过虚拟现实技术建立真实的战争场景、武器装备、火力配置等战争效果，设置不同伤员模型、真实搭建模拟人训练平台，将学员带到“实战”现场，为使用者创造一种险象环生、逼近真实的立体战场环境，弥漫着紧张危险的气氛，以增强其临场感受与战争压力感，提高实战化训练质量[8]。借助虚拟仿真系统开展训练，以较小的代价、较短的时间实施各类型、高频次、多种方案演练，发现并解决战伤急救中可能出现的问题[9]；结合卫勤实兵演练，构建虚拟作战背景，实现虚拟手段练决策、练技术，实兵演练练能力、练实战，根据不同的作战样式和卫勤保障任务，灵活设置救治场景与救治内容，教学设计灵活，创新我军战伤救治“实战化”训练的方法与手段[10]。

2 方案设计

结合虚拟现实技术的理论与方法，以战伤急救六项技能为研究对象，开展战伤急救六项技能虚拟交互技术研究，按照“模型建立—流程规划—系统开发”的研究思路，通过3个方面的研究内容开展虚拟交互训练方案设计，为战伤急救技能训练提供创新性的训练手段与方法。

2.1战伤急救技能虚拟交互模型建立分析我军未来面临的主要作战样式，重点研究山地、丛林、城市巷战、近远海等作战条件下战场环境与伤员伤情特点，建立战场环境与对应伤员伤情数据库，以3D建模、图像渲染、流体力学模拟技术为创作工具，建立虚拟战场环境库和伤员库，为战伤急救虚拟交互研究提供场景和伤情演示；通过统计分析当前我军开展战伤急救六项技能训练主要应用的装备与器材，采用计算机建模等技术建立急救训练装备模型库，为战伤急救虚拟交互研究提供训练工具(图1)。

图1 战伤急救虚拟交互训练模型库构成

2.2战伤急救技能虚拟交互方案设计依据战伤急救规则和战伤急救技能，分解并优化六项急救技能(战伤包扎、战伤止血、骨折固定、伤员搬运、气道管理、心肺复苏)操作步骤；通过查询相关战伤急救技术资料，梳理并采集相关急救训练器材标准与操作技术参数，建立虚拟交互训练器材使用标准；通过技术调研与专家咨询，制定战伤急救虚拟训练预期效果与检验标准；最后，结合虚拟现实、人机交互技术，研制战伤急救技能虚拟交互实施流程方案，为战伤急救虚拟交互研究提供可操作性的训练流程规范和技术实现方案。以战伤包扎中面部包扎为例，设计虚拟交互流程(图2)。

图2 战伤急救技能虚拟交互方案设计

2.3战伤急救技能虚拟交互系统研制根据战伤急救技能虚拟交互方案，利用虚拟现实、计算机建模技术、人机交互技术等手段开发战伤急救技能虚拟交互系统。对于部分注重训练操作流程与理论知识考查的急救技能，如固定、包扎、止血，开发桌面式虚拟交互系统，通过三维画面演示与人机交互进行操作流程与基础理论学习训练；对于重点进行技能操作手法与基础医学知识考核的急救技能，如气道管理、心肺复苏、伤员搬运，开发交互式虚拟装备系统，通过沉浸式画面渲染与交互式穿戴设备进行“有创”、力反馈、运动反馈等技能操作训练。急救技能虚拟交互系统一经开发，教员主要通过案例设计与督导讲评开展教学，学员通过操作训练与考核分析进行急救技能全面提高，将为一线伤员急救训练提供高效实用的训练工具与手段(图3)。

图3 战伤急救虚拟交互训练系统

3 小 结

利用虚拟交互系统开展战伤急救技能训练，虚拟战争场景与伤员模型为学员提供“临战状态”下的战场感受与伤情呈现，虚拟交互系统可以进行真实的急救技能操作，全面提升受训人员的一线伤员急救技能训练水平。开展战伤急救技能虚拟交互训练研究与系统开发，技术手段先进、实用性强、易于复制、应用成本低，研究成果可集成于PC端、PAD端等作为多媒体教材，便于大范围推广，应用于院校教育中针对军医、护理本科、预选卫生士官、国防生等学员开展教学训练工作；应用于基层卫生部门针对一线军医、卫生士官、卫生员等展开战伤急救训练工作；应用于网络媒体、在线教育、MOOC教学等开展远程教育[11]。