王秀紅， 馬彥秋子， 張楚函， 徐奕旻

(1.首都醫(yī)科大學護理學院， 北京 100069； 2. 中國醫(yī)科大學臨床醫(yī)學系， 遼寧 沈陽 110122)

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建立高仿真模擬人HPS病例編輯模型的探索

王秀紅1， 馬彥秋子1， 張楚函2， 徐奕旻1

(1.首都醫(yī)科大學護理學院， 北京 100069； 2. 中國醫(yī)科大學臨床醫(yī)學系， 遼寧 沈陽 110122)

隨著國際、國內仿真模擬教學在現代醫(yī)學教育、培訓、評價中的優(yōu)越性越來越顯著，生理驅動高仿真模擬人HPS被廣泛應用于醫(yī)學各領域的教育教學工作中，病例編輯規(guī)范化、系統(tǒng)化是情景模擬教學的重要前提，因此，建立相對成熟的情景模擬教學病例編輯模型，具有深遠的意義。本文通過研究HPS系統(tǒng)的內在機制，探索參數變化與生理指標之間的聯動關系，自主開發(fā)HPS病例編輯功能，初步建立個性化情景模擬病例編輯模型，從而充分發(fā)揮HPS功能，推廣HPS系統(tǒng)的使用，使HPS系統(tǒng)成為實現高仿真情景模擬教學的重要技術，拉近國內HPS系統(tǒng)與歐美國家HPS系統(tǒng)運用的距離。

仿真情景模擬教學； 生理驅動高仿真模擬人，HPS； 編輯病例； 病例編輯模型

0 引 言

仿真情景模擬教學是當前醫(yī)學教育教學改革熱點。在歐美國家，作為高仿真情景模擬教學必備科技平臺——“生理驅動”(Human Patient Simulator, HPS)廣泛應用于醫(yī)學各領域的教育教學工作，成為實現高仿真情景模擬教學的重要技術。近年來，HPS系統(tǒng)被逐步引進并應用于國內護理教學中。病例編輯規(guī)范化、系統(tǒng)化，是情景模擬教學的重要前提，編制符合中國護理教學需求的情景模擬病例尤為重要。

然而目前國內、外關于HPS的研究主要集中在高仿真技術在各醫(yī)學領域教學培訓的應用研究[1-8]，如在急救醫(yī)學、重癥醫(yī)學和護理學等領域教學培訓模式和評價體系的建立、仿真模擬教學法與傳統(tǒng)教學效果的對比等等。在病例編輯的具體措施和方法方面，HPS病例編輯模型尚未見報道。

因此，研究HPS病例編輯系統(tǒng)的內涵和外延，探索參數變化與生理指標之間的聯動關系、自主開發(fā)HPS病例編輯功能，建立個性化情景模擬病例編輯模型具有重要的意義。我院自引進高仿真模擬人HPS以來，將仿真情景模擬教學廣泛應用于本科生的護理實驗實踐教學過程中，取得了良好的教學成果。

1 研究的必要性和重要性

1.1 HPS是實現高仿真情景模擬教學的重要手段

情景模擬教學是指通過對事件或事物發(fā)生發(fā)展的環(huán)境、過程的模擬或虛擬再現，使受教育者理解教學內容，進而在短時間內提高能力的一種教學方法[9]，這種方式很早被護理教育者運用到教學中，其目的是使學生在一個完整真實的問題情境中產生學習的需要，并通過小組成員間的互動交流，憑借自己的主動學習，親身體驗，完成從認識目標到完成目標的全過程。

HPS集中應用了各種高新尖端科學技術，將高級生理驅動仿真技術與仿生學技術充分結合，具有呼吸、心跳、脈搏、血壓等基本生命體征，可真實模擬患者各種病理生理變化，能夠對診療過程中所使用的“藥物”和采取的救治措施做出相應的反應。并通過與模擬人連接的監(jiān)護儀、呼吸機等儀器顯示患者的生理參數變化，配合仿真醫(yī)療場景，逼真地展現臨床環(huán)境下的診療過程和救治效果，為學生創(chuàng)造一種交互式情景教學和實踐的機會，縮短了課堂教學與臨床實踐之間的差距，推動了學生臨床綜合操作技能和解決問題的綜合素質及能力的培養(yǎng)，使學生的學習變得更有成效。因此，HPS廣泛應用于醫(yī)學各領域的教育教學工作，成為實現高仿真情景模擬教學的重要技術。

1.2 HPS自帶病例與國內護理教學需求有一定距離

HPS系統(tǒng)自帶一些臨床病例，但數量有限，以歐美患者數據為主，均為醫(yī)療病例，如哮喘，氣胸急性呼吸窘迫綜合征，心力衰竭等病例，而且多以美國急救中心教學為藍本[10]，不能很全面地符合國內護理教學目標和教學內容的實際需求，實際應用時需要重新設計、組合、編程。因此充分利用HPS系統(tǒng)的軟件資源，根據不同層次的教學對象、教學目標，編制不同年齡、不同健康狀態(tài)、不同性別、不同職業(yè)的“標準化”和“個性化”護理模擬病例尤為重要。

1.3 模擬病例錄入過程較為復雜

HPS系統(tǒng)情景編輯器軟件是在數學模塊下運行，編程過程復雜，要求編輯者擁有較高的數學專業(yè)背景。資料顯示[11-12]，目前國內大多數院校教師不能自主完成病例編輯全部工作，多采取教師設計、編寫文字模擬案例，公司技術人員錄入與演示模擬軟件的合作形式。因此，研究HPS的情景編輯軟件內在機制，探索模擬病例軟件編寫基本模型勢在必行。借助此模型，即可充分開發(fā)HPS內在優(yōu)勢功能，使護理教師和實驗人員能夠自主編寫符合情景模擬教學需求和教學進度的病例；又可避免浪費資源，使昂貴的儀器設備物有所值。

1.4 自編模擬病例對護理教師是個難題

HPS系統(tǒng)情景編輯器軟件是在數學模塊下運行，通過調節(jié)各種數學參數來編輯模擬病例的軟件，在病例編輯過程中，一個參數的細微變化，會引起之前已經成功設置的數個生理指標、病理指標發(fā)生變化，導致前期編輯工作無效，編輯人員必須再次調整上述發(fā)生變化指標的參數數值，重新開始病例編輯過程。所以要求編輯者具有良好的數學思維和一定的編程能力。由于護理教師大多以醫(yī)學或護理學專業(yè)背景為主，以護理教學為工作重點，以及個人興趣、學習能力的不同，需要花費大量人力物力編寫適合國內護理教育領域應用的模擬病例軟件[13]對他們來說是一個難題。因此建立相對簡捷的HPS病例編輯模型，確保HPS使用者學會靈活運用情景編輯器，完成教學目標和教學內容的需要，則是破解這個困局最好的辦法。

2 研究設備與資料

2.1 研究設備

美國METI“生理驅動技術”HPS的主要設備：

(1) 成人全身模擬人。模擬人是學生操作的基本界面，全部的患者檢查、臨床診斷、治療和護理都將在模擬人身上完成。具有以下特征：可聽到呼吸音和心音；可察覺脈搏；泌尿生殖系統(tǒng)；以及氣道管理功能。

(2) 機柜——動力和信息交換單元(PCU)。是HPS系統(tǒng)的動力和數據交換中心。內含中央電源供給，模擬肺部風箱，各種重要模塊等，是連接整個HPS系統(tǒng)組件的中心。

(3) 工作站。METI專配蘋果電腦，內置HPS6軟件)在HPS6軟件系統(tǒng)運行下的工作站是模擬操作的指揮中心，在數學模塊下運行，由此產生的生理學數據最終可由模擬人演示出來。通過在工作站上的操作，教師即可以選擇HPS系統(tǒng)自身預設的不同病例；同時，也允許教師自行設計模型人病情，通過調節(jié)情景編輯器數學參數，控制模擬演示的每一個細節(jié)，創(chuàng)造新的場景來達到情景模擬教學的各種教學目標。

如果只用HPS6軟件系統(tǒng)，不連接模擬人，工作站運行的是“虛擬病人”。如果連接模擬人，工作站將與模型人內部的微型交互式計算機(Data Acquisition Computer—DAC)建立聯系，模型人就會即時產生“生命”(“真實病人”)，表現出同“虛擬病人”一樣的生理學數據。

打開工作站，電腦屏幕上會出現一個界面，左側是生理指標實時監(jiān)測框(HUD)，可以實時顯示病人的25種生理指標數據的動態(tài)變化，并會隨著模擬人內部潛在的生理特征變化而變化，進行實時更新。右側是用戶界面(HPS-UI)，其上方設有調整病人病情變化的8個頻道，用來分門別類調整病人的生理指標。

2.2 研究資料

北京日正華瑞公司(美國METI中國地區(qū)獨家代理)提供的《HPS說明書》和《HPS軟件參數指南》。

3 研究方案

研究HPS工作原理，探索其建立模擬人病情發(fā)生、發(fā)展、轉歸的內在機制；研究情景編輯器軟件中所設數學參數的內涵和外延、以及與生理指標的關系和波動變化規(guī)律；研究數學參數之間的相互影響規(guī)律。

通過理解HPS軟件編程在數學模塊下運行的原理，熟悉掌握電腦屏幕上HPS界面左側的HUD和右側各個頻道，尤其是心血管頻道和呼吸頻道的60多種參數的使用范圍、變化規(guī)律，并借鑒軟件自帶典型病例的編輯方法和經驗，反復推敲、試誤，不斷重復、總結，建立相對成熟的情景模擬教學病例編輯模型(圖1)。

4 研究結果

4.1 探索數學參數變化對生理指標的影響規(guī)律

情景編輯器中數學參數的改變，會導致HUD中的25個生理指標數值發(fā)生變化，根據變化波動程度，HUD中生理指標分為三種類型：

(1) 相對穩(wěn)定的生理指標：體重、溫度、PH值、Hct、Isch .Idx；

(2) 波動較小的生理指標：平均動脈壓MAP、肺動脈壓、中心靜脈壓CVP

(3) 變化波動大的生理指標：心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率、二氧化碳分壓、左右肺容量、潮氣量。

4.2 探索變化波動大的生理指標的常用數學參數，以及影響關系，見表1。

4.3 初步建立HPS病例編輯模型

4.3.1 分析文字病例

熟悉文字病例編寫要求，分析文字病例中每一個場景及相應的生理指標的數值和意義，確定場景數目，及每個場景的預設“事件”。

4.3.2 打開HPS系統(tǒng)工作站，選擇基線狀態(tài)病人

(1) 打開HPS系統(tǒng)工作站，選擇open，打開病人patient菜單。

(2) 根據文字病例病人年齡、性別等特征，在HPS預設的五類基線狀態(tài)病人選擇其中一個，并運行之，使其達到基本平衡狀態(tài)。通常是選擇普通中年人standard man。

4.3.3 利用數學參數，編輯各場景設定的事件

(1) 打開情景編輯器(Scenario)，創(chuàng)建新的病例(new)。

(2) 根據文字病例病情全程發(fā)展變化，確定病例場景數，然后新建相應數目的new state。

(3) 每一個新狀態(tài)下，可通過選用恰當的頻道，調整數字參數，改變病人生理指標，創(chuàng)建文字病例自行設計的newevent。HPS6軟件下最多可創(chuàng)建6個event，即newevent1、newevent2…newevent6。

(4) 編寫完畢后保存和命名(按Scenario中的“另存為saveas”)，將數學模型病例存在合適路徑下，完成模擬病例軟件初步編程工作。

4.3.4 利用演示、運行、反饋、修正上述數學模型

借助HPS情景播放器，運行數學模型病例，使數學模型轉換為真實的生理模型，并根據“虛擬病人”各項生理指標實際表現情況，適當微調情景編輯器主要數學參數，并反復運行調試，最終完成符合教學需要的病例編程工作如圖2所示。

5 討 論

HPS系統(tǒng)能夠模擬出一個完整的病人或病例，使模擬人表現出各種真實的生理指標和疾病特征，并對所給予的處理措施做出相應的生理反應，因此利用該系統(tǒng)軟件編制教學病例，可以模擬出臨床護理實踐中經常遇到的各種急危重病例，創(chuàng)造出一種交互式的教學情景，使理論教學內容和氛圍更加貼近臨床，有效地訓練了學生正確規(guī)范的臨床操作技能和評判性思維能力，促成了護理教學方法的根本性變革。鑒于HPS的諸多優(yōu)勢：如訓練的真實性、病例的多樣性、時間的方便性、病人的安全性、過程的可控性、操作的重復性和團隊的合作性[14-16]等，應用HPS進行情景模擬教學勢在必行。資料顯示目前除少數幾家醫(yī)院外，國內大多數醫(yī)學院校教師不能獨立完成病例編輯工作，因此，如

表1 生理指標與常用數學參數的關系

何應用HPS病例編輯軟件，構建一個符合護理情景模擬教學需求的、個性化的、相對便捷的病例編輯模型尤為重要。

5.1 分析文字病例，搭建病例編輯模型的基本框架

文字病例的質量是高仿真情景模擬教學效果的基礎，一個具有明確學習目標和合適護理問題的文字病例必須具有一定的針對性、可行性、啟發(fā)性和層次性。通常每個病例要根據疾病進程，設置3-4個場景，每個場景涉及護理技能至少兩項以上，包含理論和實踐內容的訓練；病例還要結合不同教學階段學生知識水平、學習需求，呈現不同難度和深度，促使學生在運用病例時能夠循序漸進的掌握知識技能的重點和難點，體會到不同處理對疾病轉歸的影響。

因此，面對兼顧復雜性與多樣性的文字病例，首先要以臨床程序為主線，把病例的特征(病史、疾病發(fā)生發(fā)展過程等)與疾病相關的知識(病因、病生理變化、流行病學特征、臨床表現、治療臨床原則、護理、健康教育等)有機結合起來，重點分析以下內容：① 涉及幾個場景？② 每個場景生命體征、生理指標具體變化如何？③ 每個場景需要何種治療處置和護理技能？然后根據分析結果，可以確定模擬病例需要場景的數目、每個場景“事件”種類和數目，進而搭建起模擬病例編程的基本框架。

5.2 確定正確的基線狀態(tài)，架構病例編輯模型的基礎平臺

HPS系統(tǒng)提供了5類基線狀態(tài)病人，工作站為這些基線狀態(tài)病人設計了基本的生理狀態(tài)數據，包括心率、呼吸頻率、血壓、耗氧量等。當拿到一個病例時，首先要根據病例中文字關于病人的年齡、性別、職業(yè)、健康狀態(tài)歸類，選擇基線狀態(tài)，與HPS系統(tǒng)中的基線狀態(tài)接軌。通常選擇standard man，其生理指標是正常成年男性應具備的生理指標，即為病例的基線。之后的所有編輯內容都在這個最基本、最正常的生理指標基礎之上。

編輯病例前首先需要查看HUD生理指標值是否處于基線狀態(tài)下，一般以下6個主要生理指標達到要求時(表2)，達到基線狀態(tài)。

表2 HUD生理指標值(基線狀態(tài))

5.3 靈活運用情景編輯器中的數學參數，構建病例編輯模型的核心內容

理解HPS軟件編程在數學模塊下運行的原理，熟悉掌握電腦屏幕上HPS界面左側HUD和右側各個頻道，尤其是心血管頻道和呼吸頻道的60多種參數的使用范圍、變化規(guī)律，并靈活運用是編制模擬病例的核心內容。

編輯病例時，首先應比較預編病例與基線生理指標的差異，然后根據情景編輯器中數學參數變化對生理指標的影響規(guī)律選擇適宜的數學參數。其原則是：運用最少的數學參數，實現病例中所需生理指標值。

數學參數主要存在于狀態(tài)頻道、藥物頻道、液體頻道、心血管頻道和呼吸頻道中，其中藥物頻道和液體頻道的參數一般都是預置參數，狀態(tài)頻道的參數一般為穩(wěn)定參數。心血管頻道和呼吸頻道的參數有60多種，均為不穩(wěn)定參數，即其中任何一個參數的變化都會引起模擬人整個生命體征的變化，而且任何參數在情景運行進程中的變化是一直持續(xù)起作用的，甚至是在情景關閉之后。例如：在一個情景運行的過程中，通過設置心率到2.0使心率加快，這一生理指標將維持在2.0甚至在情景結束/被關閉之后，病人將一直顯現出心率加快，而且對其他參數設置的變化以及生理反應也會產生影響。所以這60多種錯綜復雜的數學參數是病例編輯的難點，也是我們研究的重點。

通過對心血管頻道和呼吸頻道60多種數學參數的反復研究，篩選出能夠影響生理指標心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率、二氧化碳分壓、左右肺容量、潮氣量變化的主要數學參數。又通過上述數學參數變化對生理指標的影響規(guī)律，建立了生理指標與數學參數的關系表。數學參數的調整會影響病人的生理變化，這些變化也將在HUD上顯示為病例所需的生理指標。若要滿足模擬病例設計內容，必須學會靈活地使用數學參數，即情景編輯器中數學參數的靈活運用是構建病例編輯模型的關鍵所在。

5.4 編輯-演示-反饋-再編輯，補充、完善病例編輯模型

病例編輯完成后，HPS工作站就存在了一個新的虛擬病人，此時需要將此虛擬病人與模型人實現連接，進行病例的預演示。當二者連接在一起時，模型人就會有出現血壓、明顯的脈搏和呼吸頻率，并且按照虛擬病人的病情變化和場景轉換，模型人的生命體征和癥狀也會發(fā)生相同的變化，其生理指標數據實時顯示在HUD上。此時工作站上教師和技術人員的任何干涉(如改變參數，給予藥物)將會改變HUD上的生理指標數據，同時也將在模型人身上體現出來(呼吸、心率變化等)。預演示時，注意要重新對照文字病例，核實是否真實再現文字病例的全過程，必要時適當微調數學參數，反復運行調試，直至完成符合教學需要的病例編程工作。

6 結 語

隨著國際、國內仿真模擬教學在現代醫(yī)學教育、培訓、評價中的優(yōu)越性越來越顯著，建立相對成熟的情景模擬教學病例編輯模型，充分發(fā)揮HPS功能，推廣HPS系統(tǒng)的使用，使HPS系統(tǒng)成為實現高仿真情景模擬教學的重要技術，拉近國內HPS系統(tǒng)與歐美國家HPS系統(tǒng)運用的距離，具有深遠的意義。

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The Exploration of the Establishment of High Simulation HPS Cases Editing Model

WANGXiu-hong1，MAYan-qiu-zi1，ZhANGChu-han2，XUYi-min1

(1. School of Nursing, Capital Medical University, Beijing 100069, China；2. Department of clinical medicine,China Medical University, Shenyang 110122, China)

With more obvious superiority of the simulation teaching in modern medical education,training and evaluation of domestic and international, HPS is widely used in various fields of medicine, education and teaching, case edit standardization, systematization are the important premise of scene simulation teaching, so the establishment of the scene simulation teaching case editing model with relative maturity has the profound significance. In this paper, through the research on the inner mechanism of HPS system, to explore the relationship between parameters and physiological indexes of HPS patients, self-developed HPS cases editing function, preliminary personalized scene simulation cases editing model are established, so as to give full play to the function of HPS, to promote the use of HPS system, make the HPS system have became an important technology in high simulation scenario teaching, and narrowed the application distance of HPS system betweein domestic and abroad.

simulation scenario teaching; human patient simulator，HPS; edit the cases; cases of editing model

2015-05-20

王秀紅(1966-)，女，遼寧大連人，碩士，副教授，仿真教學中心副主任，現主要從事護理實驗教學研究。

Tel.: 15010673998; 010-83911769; E-mail:wxh1128@sina.com

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1006-7167(2015)11-0124-05