高仿真模拟培训项目中临床工程师的作用和实践
郑吉锋，吴航，白玫
首都医科大学宣武医院 医学工程处，北京 100053
[摘 要]目的通过模拟真实的医疗救治环境，锻炼和培养相关医务人员的临床诊断操作技能、应变能力和团队配合意识。方法通过布置模拟真实重症监护室环境，配备呼吸机等生命支持设备以及培训图像采集显示、投影录制系统，学员在模拟真实的环境里使临床实践教学更为系统，与传统教学相比更鲜活、具体和形象，有利于学员系统、动态和完整地掌握知识。结果举办了近百期的培训班，高仿真模拟教学多方面锻炼了学员们的临床思维和技能，加深了理论知识的认识、提高团队合作能力、临床沟通能力。结论临床工程师结合高仿真模拟教学的特点，合理布置模拟环境设施和安排相应配套的生命支持设备，及时判断和处理设备出现的各种问题，弥补设备的先天缺陷，最大限度地发挥高仿真模拟教学设备的作用。
[关键词]高仿真模拟培训；高仿真模拟人；模拟教室；生命支持设备；技术支持；模拟呼吸阻抗
引言
全球已经建立了数百家的医学模拟培训中心，在不同医学领域运用高仿真模拟教学系统从事医学院学生教学和临床医生培训的工作[1]，这种高仿真模拟技术已经被广泛使用，拥有多个世界性模拟医学教学专业协会。其不仅被引入医学模拟教学，甚至被当作临床医生准入考核的重要依据和疑难病例治疗方案设计等方面[2]。为了满足临床的需要，迅速提高临床医务人员救治病人的能力，我院2004年引进了亚洲首个智能化水平最高的医学模拟教学系统（高仿真模拟人）——超级综合模拟人（Human Patient Simulator，HPS）[3]。
1 对象与方法
1.1 对象
HPS属于高端的生理驱动型模拟教学设备，它是在计算机控制的基础上，使模拟人具有模拟人类脏器或系统的功能，如模拟心脏功能、循环系统、肺功能或呼吸系统等这类的人体子系统[4]。通过流量、压力、气体等传感器，能够感受到身体内外环境的变化而做出相应的反应，如对注入体内的药物、对吸入氧气或其他气体产生相应反应等。其对药物的反应符合人体的反应规律也符合药物代谢动力学和药效学的原则，模拟系统具有与人极其相似的外形，有呼吸、心跳、脉搏、瞬目等体征，可模拟真实病人的生理、病理过程[5]。模拟人在心血管系统、呼吸系统、泌尿生殖系统、神经系统以及药物代谢动力学方面的软件设计，能帮助学员创建一个全新的临床模拟教学体验，学员通过模拟人能够有效地培养临床思维、强化临床技能，迅速提高自己的临床救治技能水平[6]。我院引进高仿真模拟人后，急诊科主任和医学工程处工程师通过德国模拟教学培训中心的培训，参考那里的模拟教学环境设置，结合我院的具体情况建立了全国第一家高仿真模拟教学基地。
1.2 方法
HPS培训教室里配备了壁挂全参数监护仪、有创呼吸机、除颤仪、麻醉机、抢救车等生命支持设备，抢救车内准备了气管插管用品及手动呼吸器、全套注射输液用品和急诊用药（贴有不同条形码的注射器）[7]。墙壁上备有治疗带，上面分别有电源插座以及氧气、压缩空气、负压吸引插座。可接220 V交流电和医用氧气，以及模拟接压缩空气和负压吸引。教室四角的天花板上安装了4个摄像头，可从不同角度把学员操作情况传递到控制室的显示屏上，天花板上还吊置一台投影仪，用于把模拟病人的基本信息和生理参数投影的到墙壁上供学员查看。教室墙壁上设置扩音器和麦克风，用于控制室里的老师与现场学员进行现场交流，HPS培训教室环境设置，见图1。
教室隔壁的房间作为控制室，控制室与模拟教室之间安装了一块面积很大的单向玻璃，便于控制室里的老师对模拟教室里学员的操作进行观察，而学员不会看到控制室里的情况。控制室墙壁上挂有两块大屏幕显示器，用于通过模拟教室里的摄像头从不同角度观察学员操作情况[8]。控制室里放置HPS的主机箱、模拟人正常运转所需的高纯氧气、高纯氮气和高纯二氧化碳气瓶和空气压缩机，以及两个提供给模拟教室里治疗带上氧气插座的医用氧气气瓶，HPS控制室布局设置，见图2。
图1 HPS培训教室环境设置
图2 HPS控制室布局设置
控制室控制台上有两套控制系统，一套用于控制模拟人，包括一台模拟人操控主机，用于老师控制模拟人状态的改变，另一台笔记本电脑与主机无线连接，用于把模拟病人的基本信息和生理参数投影的到模拟教室墙壁上。另一套是图像采集显示、声音传递、信息投影、培训录制系统，用于模拟教室四个摄像头采集到图像的多画面显示设定、监护仪屏幕信息显示、老师与学员之间交流扬声器控制、学员操作过程的录制以及投影仪等。在培训过程中模拟教室里还有一位指导老师，作用是对学员进行现场指导，其与控制室的老师之间的交流是通过对讲机进行。
2 结果
我院急诊、呼吸、麻醉、教育处等科室部门自2004年开始持续地开展了多学科的高仿真模拟教学培训工作，举办了近百期的培训班，其中师资培训班就办了30期，在全国的范围内培训了大批的临床医生、护士、医学院校学生和高仿真模拟教学的师资力量。模拟教学基地的环境设置取得了非常好的教学效果，模拟教室的环境设置和设备配置与实际监护室基本一致，学员在模拟真实的环境里使临床实践教学更为系统，体现了以学员为中心的临床教育过程，与传统教学相比更鲜活、具体和形象，有利于学员系统、动态和完整地掌握知识[9]。
3 讨论
高仿真模拟教学内容生动、直观，由于模拟人能复制出常见疾病生理病理的全过程，对教师需要的内容有非常直观和生动的表现。使学员对病症的印象由抽象的文字概念变成活生生的现实情景，加深了学员们对于病症的认识，使学员对这种教学方式充满了学习兴趣[10]。利用高仿真模拟人进行教学和考试使原来平面的抽象的医学理论变得具体，生动，充分调动了学员学习积极性[11]，改变了以往枯燥单一的课堂气氛，这种教学方式得到学员们的普遍认可[12]。高仿真模拟教学多方面锻炼了学员们的临床思维和技能，包括临床病情观察能力、临床应急处理能力，加深了理论知识的认识、提高团队合作能力、临床沟通能力[13]。
工程师的技术支持工作主要是每次培训班办班前，要开机检查模拟人运行是否正常，支持模拟人工作的气瓶压力是否充足（高纯氧气、高纯氮气、高纯二氧化碳以及压缩空气），以及给模拟教室治疗带供应的医用氧气气瓶压力是否充足。压缩空气的压力是否正常对模拟人能否正常运行尤为关键，压缩空气压力偏低就会造成模拟人活不了（进入设定的正常工作状态）、运行过程中死机等。培训过程中要随时观察各气源压力的变化，发现压力不足时，一定在培训休息间歇及时更换，特别是治疗带使用的医用氧气，由于呼吸机供氧、面罩吸氧等操作氧气消耗极快，因此我们串联了两个医用氧气瓶交替使用，便于及时更换[14-15]。
模拟人开机要注意顺序，否则会影响到系统的正常运行。由于监控录像系统是电教室负责安装的，需要做好协调工作，要熟悉监控录像系统的原理和操作。支持工程师要对模拟教室里配备的生命支持设备非常熟悉，在培训过程中学员因操作不熟练以及设备故障等原因出现问题时，需要工程师能马上做出判断[16]。除颤只能在除颤电极上实施，如果在任何心电电极上实施除颤会造成心电电路板的损坏。不能连续做3次以上除颤放电（双相除颤器最高200 J，单相除颤器最高360 J）。每分钟放电次数不能超过2次，避免连续多次（20或25次）放电，否则会损坏系统。在连续10次放电以后，至少要有10 min的恢复间歇。为避免模拟人胸部电极腐蚀，不能使用导电膏。能够被模拟人识别的最低放电电荷为20 J[17]。
模拟人一个重要缺陷就是不能模拟出病人呼吸阻抗的变化，因此在心电监护仪上不能显示出呼吸波及呼吸率（每分钟呼吸次数），在实际教学中给学员造成不便和不真实感。因此就需要增加能够采集模拟人的呼吸信号、并且将其叠加在模拟人的模拟心电信号上从而在监护仪上显示出模拟人实时呼吸波形和呼吸率的装置。采用在模拟人胸部表皮下捆绑内有电阻应变式传感器的弹力伸缩带，由于心电监护仪采集人体呼吸生理信号是采用阻抗法，因此呼吸阻抗模拟装置设计上采用了电阻应变式传感器采集模拟人的呼吸信号，通过运算放大器多级处理放大后，用来控制场效应管栅极的电压，调节源极与漏极间的电阻阻值，从而达到模拟人体呼吸阻抗变化的效果，再通过心电监护仪的心电导联线采集，在心电监护仪上显示出模拟人的呼吸波形和呼吸率。呼吸阻抗模拟装置通过实际使用，呼吸波形和呼吸率显示准确符合设计要求，达到了方便可靠的目的，满足了高仿真模拟人教学中的要求，提高了模拟人教学的真实感，呼吸阻抗模拟仪与HPS连接模型，见图3[18]。
图3 呼吸阻抗模拟仪与HPS连接模型
4 结论
利用高仿真模拟人进行模拟教学的形式具体，生动，能充分调动学员学习积极性，锻炼学员临床思维和操作技能。因此临床工程师作用是要结合高仿真模拟教学的特点，合理布置模拟环境设施和安排相应配套的生命支持设备，及时判断和处理设备出现的各种问题，弥补设备的先天缺陷，最大限度地发挥高仿真模拟教学设备的作用。
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本文编辑 袁隽玲
Function and Practice of Clinical Engineers in High Simulation Training Programs
ZHENG Ji-feng, WU Hang, BAI Mei
Department of Medical Devices, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053,China
Abstract：ObjectiveTo exercise and train the clinical diagnosis and operation skills, adaptability and team cooperation consciousness of the medical staffs based on simulating the real medical treatment environment.MethodsA real intensive care environment which was equipped with ventilators and other life support equipment, recording system display and image acquisition equipment was simulated. Compared with the traditional teaching, the teaching could be more vivid, concrete and image in the real environment that was simulated. It was conducive for the students to master the knowledges systematically and dynamically.ResultsAfter having hold about one hundred of training courses, the high simulation teaching had trained the students’ clinical thinking and skills in many aspects. It had deepen the understanding of theoretical knowledge, improved team cooperation ability and clinical communication ability.ConclusionThe clinical engineers combined with high simulation teaching, which reasonably decorated the simulation environment facilities and arranged corresponding life support equipment could timely judge and deal with the problems of the equipment. It can make up the congenital defects of equipment and can maximize the role of high simulation teaching equipment.
Key words：high simulation training; human patient simulator; simulated classroom; life support equipment; technical support; simulated respiratory impedance
[中图分类号]G642.0
[文献标识码]B
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2017.04.027
[文章编号]1674-1633(2017)04-0100-04
收稿日期：2016-06-27
修回日期：2016-09-09
作者邮箱：2297540539@qq.com