病人模拟器:从CPR假人到混合现实高保真机器人
当当今的动态可编程机器人患者模拟器用于医疗保健教育时，它们在再现生理功能的同时，还能模仿人体解剖、说话、哭泣、眼球运动和面部表情。病人模拟器在世界各地的主要教学医院、护理学校、医疗军事训练和辅助医疗培训中心都有。这些模拟器可以从基本的训练器到全身高保真模拟器，并可以模拟多种复杂的医疗并发症。模拟器在培养下一代医疗保健从业人员方面发挥着重要作用。
188金宝搏备用采访了詹姆斯·阿切托，公司副总裁Gaumard科学，以了解更多关于病人模拟器的历史、最新进展和即将出现的情况。
安娜·麦克唐纳(AM):你能告诉我们病人模拟器的起源和演变吗?
詹姆斯·阿切托(JA):在早期，实践对于改善医疗结果是必要的。最开始是从尸体开始的，然后过渡到骷髅。Gaumard Scientific的创始人乔治·布莱恩(George Blaine)博士在二战期间是英国军队的一名医生。在这个时候，他意识到我们并不总是需要依靠像尸体或骨骼这样的天然产物来进行训练，他发明了世界上第一个合成骨骼。这种骨骼可以以较低的成本生产，没有生物训练器的并发症。
后来，当布莱恩博士在北非时，他观察到那里的婴儿死亡率非常高，所以他在20世纪40年代发明了世界上第一台分娩模拟器。这是最基本的:一个有透明盖子的盒子和一个娃娃，娃娃会被推过盒子，模拟婴儿通过产道的方式。这演变成了CPR假人，这是一种练习呼吸和胸部按压等动作的方法。后来，随着技术的进步，模拟业务得到了极大的发展。医学模拟和训练现在达到了真人大小的成年女性模拟器提供婴儿模拟器的地步，可以移动、哭泣、黄疸或发绀。这些模拟器现在与学习者对话并互动。它当然比20世纪40年代的第一次迭代要先进得多。
为了创造身临其境的学习体验，高马德一直致力于提高学生的学习效果。每个老师都试图这样做，试图理解什么能让学生在临床实践中最需要的时候记住课程。模拟器的真实感创造了沉浸式体验。
问:模拟器是如何开发的?
是:在开发医疗模拟器时，我们首先分析医疗趋势。例如，某种疾病的死亡率或发病率是否更高?我们试图弄清楚如何开发一种产品，提高学习成果，最终提高学习者的能力。其次，我们同时研究高风险、低频的手术和低风险、高频的手术。高频低风险手术的一个例子是肌肉注射。你去看医生，需要打针——这是非常低风险，非常高频率的。每个医疗保健提供者每天都执行这些操作，并发症发生率很低。稍微复杂一点的是放置静脉插管。这仍然是相对较低的风险，但需要更多的技巧和需要更多的练习。此外，有些手术发生的频率非常低，甚至在护士的临床轮转或医生的住院实习项目中都可能不会发生。 Simulators can create a scenario that duplicates this complication, to practice over and over and build that proficiency with the learners. In addition to need, we also assess development from the technology standpoint. What can we build given current advancing technology that will satisfy that clinical training need and improve competency of the learners? This takes years. It's easy to take a mold of a person's arm and put some synthetic veins in it to practice intravenous needle insertion. Simulators delivering babies or bleeding in conjunction with every simulated heartbeat, when the simulator doesn't have a heart, connected to real medical equipment, is far more sophisticated and requires more advancement. Simulators are developed through a combination of clinical expertise, educational need, and technology through engineering.
AM:是什么让这些病人模拟器如此逼真?
是:有几个组成部分。首先，我们评估如何让学习者沉浸在体验中，物理现实性很重要。但物理现实只是沉浸式体验的一小部分。例如，百货商店的人体模型在物理上可以非常逼真。但没有临床相关性。那么，你如何创造这种现实性并让学习者沉浸其中呢?我们创造了物理和临床现实，这是至关重要的。
急诊不总是发生在病人躺在床上还带心电图的医院里。他们经常发生在操场上，在车里，在路边或在家里。为了重现这种临床现实，模拟器不能由电源线供电，因为这会破坏沉浸式临床体验。我们的模拟器是由电池供电的。这些紧急情况需要时间，所以电池必须在学习过程中有足够的寿命。模拟器必须能够在没有任何电线的情况下进行控制，所以它们必须是无线的，通过无线电频率或蓝牙。这提供了一个独立的模拟器，也就是我们的模拟器，由平板电脑远程控制。此外，为了提供真实的临床体验，这个模拟器必须连接到真实的医疗设备并对其做出响应。在过去，通过百货商店的人体模型，学习者需要假装并想象血压下降了。我们不再需要那样去创造现实主义。 These simulators automatically lower the blood pressure, change the heart rate, change the breathing rate, perform all of these complicated physiological responses with the particular clinical condition, and it is all monitored on real medical equipment. All of this adds to the realism to improve the competency for the learners.
一个例子是一个截肢的军事模拟器。那个模拟器里有一个合成血液的蓄水池，它就像被切断的动脉一样以与心电图上显示的心跳相同的速度喷射。模拟器中还内置了一个传感器，当以适当的压力施加止血带时，血液流动将会减少。所有这些都是协调和同步的，通过这种先进的技术，增加了令人惊讶的现实主义体验。不仅仅是身体上的。
AM:创造一个逼真的模拟器最具挑战性的方面是什么?
是:有许多组件使得开发一个逼真的模拟器具有挑战性。这个模拟器能复制病人在这种情况下的体验吗?它是否能满足教育者对模拟器的期望或者病人的反应?它是否有助于提高学习者的能力?在医学中有很多变量，这就是这些模拟器和制作它们的挑战所在。
制作模拟器的另一个挑战是如何将我们讨论过的所有技术整合到一个小空间中。让我们以Gaumard的一款名为《Super Tory》的模拟器为例。超级托里是一个新生儿，体重8磅，身长21英寸。所有这些技术是如何装进这么小的一个包里，让她呼吸，使用真正的医疗设备，哭泣和移动?只有随着技术的进步，泵、电路板、处理器、电机和电池等部件的小型化，她才显得如此真实。
另一个关键组成部分和关键挑战是可靠性。模拟器必须工作，而且必须在这些最具挑战性的临床情况下工作。我们讨论过低频率，高风险的情况，通常情况下这些情况需要多次练习。模拟器需要可靠，可以反复工作。在我们完成产品之前，所有的电机和泵都必须进行可靠性测试。
超级托里的脸后面有马达，这让她做鬼脸，眯着眼，张嘴哭。这些马达工作一致，可靠，一遍又一遍。她的硅胶皮肤上有微型马达，动作可靠，表情逼真。这些只是开发模拟器所面临挑战的几个例子。
主持人:在COVID-19大流行期间，基于模拟的学习是如何应用的?
大流行对我们如何进行教育以及如何获得临床经验的许多前提提出了挑战。以前，学习者互相练习，当他们精通某项技能时，他们就会在病人身上练习。几年前，这种情况发生了变化的全国国家护理委员会（NCSBN)允许模拟器用于高达50%的临床培训。这个数字有两个原因。一个是r增加了患者不愿为培训提供知情同意。其次，仅仅是在临床环境中获得临床时间就变得越来越困难。大家一致认为，如果设计得当，模拟场景和方案可作为临床培训的辅助手段。这是自2015年以来一直使用的标准。
随着2020年全球大流行的爆发，学生不再被视为关键员工，突然之间就无法去医院了。此外，部分护生不愿承担住院感染的潜在风险。那么学习者如何接触患者进行学习呢?教育工作者和学生都使用模拟来进一步进行临床训练。然后学校关闭了，学生和教育者甚至不能去学校。在我们的帮助和支持下，模拟中心能够实现远程学习中心。由于我们的模拟器是无线和无绳的，它们可以远程操作。教育者不需要在学习者所在的大楼里，可以远程设置协议和学习场景。学员将单独进入模拟中心，练习临床场景。
我们找到了通过Zoom或Microsoft Teams远程会议提供模拟课程的创造性方法。所有这些远程访问技术都允许学习者获得其中一些临床技能。他们可以练习这个场景，不管它有多复杂，而不用担心危及他们的健康，或者教练担心危及他或她的健康。
现在一年过去了，回顾过去，我们意识到教员不需要在控制室或隔壁的教室里，也不需要让20个学生在一个房间里同时听取简报。我们可以让20个人一起进行Zoom通话，所有人都从这些学习者正在表演的场景中观看，然后我们可以同时进行汇报。我们学到了不少东西。需要是发明之母。这项技术将改变模拟和教育的方式。
当我们从传统教育的角度来看教育者所提供的价值时——教育者可以在任何地方，学习者也可以在任何地方，因为技术允许这样做。模拟也是如此——大流行确实迫使我们重新思考，并提出非常聪明的解决方案。
AM:你能告诉我们更多关于混合现实模拟器以及这种方法所提供的优势吗?
是:我们可以通过几种不同的方式来改变现实。一种叫做虚拟现实——这需要戴上不透明的眼镜。本质上来说，在护目镜里有一部电影在播放。这是非常身临其境的，你觉得你是在丛林，或水下。也许你在游戏中，你觉得你在那里是因为你戴着护目镜。这种护目镜可以连接到座位上，这样你就能感觉自己在驾驶一辆赛车。当然，与现实世界没有互动，所以这被称为虚拟现实。
第二种方式是增强现实，它采用数字表示，并将其叠加到物理上，你可以看到那里有什么。这也涉及到护目镜，然而，它们允许物理和虚拟世界的可视化。例如，一个卡通形象可以在桌面上跳舞。由于图像只是叠加在背景上，因此与物理或虚拟都没有交互作用。
混合现实非常不同，因为它允许物理世界和数字世界之间的交互。我们使用微软的HoloLens 2护目镜。就像佩戴普通眼镜一样，Hololens 2可以让学习者与现实世界互动。此外，它们还允许与特定的数字临床场景进行可视化和交互。你所看到的，以及与之互动的，都是临床现实，在我们的案例中，是病人体内的真实情况。在医学上，这种触觉体验是至关重要的:触摸病人，感觉脉搏，听到心跳或肺部的声音，甚至在婴儿出生时抓住婴儿。这在虚拟世界中是不可能的，因为你看不见自己的手。通过混合现实技术，你可以看到子宫内的婴儿通过产道，然后在分娩时抓住婴儿。如果出现了并发症，作为学习者，你可以观察到并发症并思考，我该怎么做?如果我以某种方式操纵病人，并得到我操作正确的反馈呢? Let's say the baby's shoulder is caught on the mother’s pubic bone, a complication called shoulder dystocia. As a learner, I may only see that once in my clinical training. However, I can practice that over and over again, and now I can see the baby in utero and that the shoulder is caught. I perform a procedure and through the HoloLens an indicator lights green when I resolved the issue; when I press down with just the right amount of pressure and performed the procedure to safely deliver a baby in the presence of shoulder dystocia. Now I know how much pressure I've applied. That can now be performed in mixed reality and I don't need to wait until the debriefing, which maybe 20 minutes later. That's how mixed reality works – the incorporation of the digital world and the real world come together to really enhance outcomes for our learners.
问:你认为技术的发展方向是什么?即将出现的功能是什么?
是:在展望未来时，我们与利益相关者合作，并提出许多问题。第一类是卫生保健教育工作者。学习者的需求是什么?这些需求是如何变化的?教育正在发生什么变化?
第二种是医疗保健提供者。临床实践中发生了哪些变化?影响发病率和死亡率的变化是什么?我们如何开发产品来满足这些需求?
同样，技术也在以极快的速度变化。如何结合这些技术变革来改善教育成果?处理器的速度在提高，电池的续航时间更长，功能更强大，电机和泵的体积更小，也更可靠。人工智能将对医疗模拟产生什么影响?
模拟，就像驱动它的技术和它所支持的医疗社区一样，是动态的，我们必须足够灵活，以利用这种技术为我们的利益相关者实现利益最大化。
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