卫勤卫生战现场救治VR虚拟现实训练考核测评系统建设方案

卫勤卫生战现场救治VR虚拟现实训练考核测评系统建设方案

一、建设背景

(一)作战背景

实战化训练是未来战争的预演，是最直接军事斗争准备。训练越接近实战，越需要应对风险和挑战。卫勤保障是军事斗争准备的重要环节，战创伤医疗救护工作是卫勤保障的重要组成部分。近年来为落实“一切为了打胜仗”的目标要求，卫勤实战化训练开展得如火如荼。各院校机构均投入了大量人力物力进行科研攻关并取得了一系列成果，尤其是战现场急救训练。然而在战创伤救治中起着至关重要的野战医疗队训练却鲜有相关研究报道，相关培训体系、教方法与训练设备仍需要进一步探索研究，以形成可执行、可落地的方案。

由于我军多年没有经历大规模的战争，医护人员缺乏战时战创伤救治的实践。严峻的国际形势和平时群发性创伤发生率的不断增高，武器装备的更新换代，新型大规模的杀伤性武器的使用，这些对医疗救护人员救治水平的要求也随之增高，尤其是复合伤、多发伤。无论是我国或西方发达国家，战时都面临明显的外科救治力量不充足、救治时效过长问题，这一方面涉及到野战医疗队力量更加科学合理的时空部署，

另一方面涉及可在战场前沿快速部署的外科紧急手术队伍建设。更加高效及时的外科治疗是降低战斗死亡率的重要因素，相关文献表明，在受伤后1小时内进行手术的重伤员生存率明显提高。因此，除提升战现场急救与后送过程中的救治能力、减少后送时长外，靠近战场前沿部署小型机动的野战医疗队医疗队也成为缩短救治周期的关键措施。因此野战医疗队的整建制训练在提高实战化救治能力中至关重要。

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(二)历史发展

第一次世界大战期间专业人员开始意识到缺乏战场外

科手术力量对伤员生存率的不利影响，并开始推动靠近前线的小型医院建设，主要完成急诊与外科手术，陆军机动外科医院(MASH)初具雏形。第一次海湾战争期间美军对MASH

进行改进，设计更小、更机动的战场医疗单位以满足作战需求，即前沿外科手术队(forwardsurgicalteam,FST),主要职能为提供早期的紧急手术，救治无法支撑至下一级救治机构，即战斗支援医院(thecombatsupporthospital,CSH)的重伤员。在战场环境允许情况下FST一般设置于作战单位后方3-5km处。

(三)数据统计

以美军为例，2001年1月1日至2017年12月31日期间，美国在阿富汗和伊拉克的战斗中投入181,000名美军士兵，然而战斗死亡率达到其历史最低。在56763伤亡人员的汇总数据中，阿富汗战争早期后期战斗死亡率分别为20.0%、8.6%,伊拉克战争分别为20.4%、10.1%,而阿富汗战争中重伤伤员(创伤评分25-75)生存率从早期到后期由2.2%增加到39.9%,伊拉克战争中分别为8.9%、32.9%。这一方面取决于防弹衣和军用装备的改进，另一方面要归功于快速高效的后送、及时的外科手术治疗及医疗技术的进步。

从受伤部位来看，阿富汗战争中早中后期胸部创伤占比分别19.2、22.1、19.4,腹部创伤占比20.3、23.9、24.6,伊拉克战争中早中后期胸部创伤占比分别为13.0、17.2、19.6,腹部创伤占比为18.2、20.2、16.7。且严重多发伤平均占比达到20%以上。从致伤机制分析，两场战争爆炸伤平均占比达60%以上，枪杀平均占比达20%以上。

通过美军战伤数据分析可以看出，严重多发伤平均占比达到20%以上，胸腹部创伤在整个战争阶段中平均达到将近20%。虽然占比上不及肢体创伤与头面部创伤，但有文献表明，及时高效的外科干预可明显提高胸腹部创伤的生存率。颅脑损伤在有限的医疗资源下难以给予有效准确的外科治疗，而颅脑重伤伤员很难支持到后方支援医院，因此救治难度高。而肢体创伤相对于胸腹部创伤开展手术更加便捷，在早期止血中止血带控制肢体出血的成效显著,使美军在富汗和伊拉克战场中的四肢大出血比例降至2%~7%,而中后期救治即使在有限的医疗条件下，可通过输血输液与开放手术解决大出血。胸腹部战伤所致的非压迫性出血成为主要战，因此加强胸腹部创伤损伤控制手术(DCS)是控制出血以减少可预防死亡的关键能力，可明显提高“非压迫性出血”伤员生存率，也是目前野战医疗队训练的短板因此，如何开展野战医疗队训练、建立人才培养机制，从而提高卫勤保障能力、实现高效平战转化是目前不容忽视的战略问题。

二、存在问题

(一)战创伤野战医疗队专业指南不够完善、训练体系尚未建立。目前我国军队虽然已经拥有了战创伤学、野战医疗队学、专家共识等一系列优秀的指导性纲领与教材，但缺乏可执行的培训方案、训练标准，教员配置、培训对象、职能任务、训练内容及训练方法都不够明确，无法落地生根。中心及以上级别医院具备平时创伤救治能力，但缺乏针对性的战创伤强化训练，其他级别单位类似训练则无法开展。

(二)战创伤野战医疗队救治器材不够全面。“非压迫性出血”仍然是战场上死亡的主要原因，伤员生存与否依赖于快速止血。远程医疗辅助技术也处于研究初期，不具备推广的条件，战时远程医疗辅助技术处于空白阶段。此外，国内针对“非压迫性出血”的新型止血器材与药品比较缺乏，核心技术仍由发达国家掌控。胸腹部创伤无论是战时还是平时均是十分常见的，是创伤死亡的重要原因。与胸腹部疾病的诊治技术相比，我国胸腹部战创伤临床救治发展相对滞后，普及胸腹部战，创伤腔镜技术、损害控制技术等新理论、新技术对提高我国严重胸腹部战创伤的临床救治水平具有重

要意义。

(三)战创伤野战医疗队训练器材不够完整。缺乏性价比高、可重复利用、仿真度好的野战医疗队训练器材，演习演练更多围绕指挥调度、统筹协同或火线救治等内容，无法完整重现战创伤救治的全流程。且外科操作器材大部分只能满足初级技能训练，如简单的缝合打结等。

三、外军经验

(一)机构设置

美国军队卫勤保障从初级救治(EchelonI)到最终救治(EchelonV)分为五个救治阶梯。每一个后续的救治阶梯具备更复杂的保障能力。在伊拉克战争期间，美军一直在努力改善每个救治阶梯的资源。由于医护人员和战斗救生员的任务往往不仅是治疗单一的严重伤员，而且还要同时治疗批量伤员，美国陆军将战斗医务人员的培训时间增加到16周，其中增加提供了地方紧急医务人员或救护车医护人员的技能。

战术战伤救治委员会(TCCC)编写的指导方针并将战场救治简化为三个阶段的救治。第一阶段为“火线救治”,主要控制致命性大出血。第二个阶段为“战术区救治”,可开展静脉输液、包扎固定等措施，更为重要的是将伤员从现场运送到不同的救护中心。在战斗医疗兵完成现场急救治疗后，受伤人员被转移到营救护站，由医生进行伤员评估及检伤分类，提供的救治水平类似于由急诊医生提供的急诊救治。如有必要伤员被运送到下一个更高级别的基地医院——第3救治阶梯(战斗支援医院(CSH))。

近年来，大规模部队部署已经减少，而特别行动部署已经增加到世界各地的偏远地区。随着受到伤害的人员数量减少，对大型医疗单位的需求减少，而对占地面积更小、机动性更强的适用于偏远地区的外科手术队的需求增加。推动小型手术团队需求的其他重要因素则是美国军方对“黄金时间”命令的反应，即要求受伤后60分钟内为伤员提供外科治疗。由于战斗支援医院通常配置在远离战场的后方，第2救治阶梯可以配备一个前沿外科手术队(FST),以应对后送困难或伤员伤情严重无法支撑至第3救治梯队的情况。其主要任务在于提供损伤控制手术(救命手术),即通过手术干预来控制大量出血和维持伤员稳定，以试图降低战场死亡率。美军对FST设置方案及使命任务都有着明确的需求，FST通常由20人组成，其中10名军官，包括1名管理人员、3名普通外科医生、1名整形外科医生、2名注册护理麻醉师、1名手术室护士、1名急诊室护士、1名重症监护室护士，其余10名人员包括手术室技术人员、执业护士和战斗医务人员。FST按照要求在重新补给前的72小时内必须完成30例手术。

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(二)培训体制

FST也是野战医疗队训练的重点难点，从配置与要求可明显看出，不同于后方医院，FST必须在缺少支援的情况下利用有限的设备物资开展手术，并时常面临大量伤员处置。美军FST培训中心位于佛罗里达的美国陆军创伤训练中心(ArmyTraumaTrainingCenter,ATTC)。ATTC培训教员专业配置类似于FST,每名参训人员根据各自职能定位学习侧重点不同。自成立以来已培训超过112支FST医疗队。

FST培训分为三个阶段。其中第一阶段是为期五天的理论教学和模拟培训，5人一组开始在战斗场景中初步熟悉手术团队概念，完成职能任务；第二阶段是临床轮转阶段，在此期间，FST成员轮换通过创伤复苏室、手术室以及创伤重症监护室，利用所学创伤生命支持课程尝试管理1或2名患者；第三阶段为实景演练阶段，需要模拟实战环境进行高强度不间断的创伤手术与监护训练，这非常类似于真正的大规模伤亡情况。

四、建设目的

基于以上调研，本项目建设拟依托观礼台训练室现有场地，针对云南与老挝、缅甸、越南等交界区域热带雨林地貌与实战任务特点，利用声光电技术、力反馈、数字孪生、虚拟现实、人工智能、机器人工程、物联网等技术手段，建立一个可同时满足不少于50人的野战医疗队整体训练平台。

打造覆盖现场救治、后送救治、野战救护所三级救治梯度，融合理论培训、单个技能操作训练、思维训练、野战医疗队整建制训练多种使用模式的实训中心，同时为在实战中利用远程救治、无人化智能化技术手段进行卫勤保障打下研究基础，探索性地使用人工智能技术融入训练，后期可开放数据接口与其他专科救治实训中心联动联训的演训目，最终达到提升野战医疗队卫勤保障能力的目标。

五、技术方案

1、整体架构

指挥导调中心利用卫勤指挥导调系统链接各训练区域，向救护所指挥中心或单个救护人员下发导调或命令信息。此外，指挥中心可利用卫勤战场环境编辑器系统生成不同作战态势，利用SP生理驱动编辑器系统生成不同真实/虚拟标准化伤员，且作战态势与标准化伤员情况均参照实战场景，逼真地还原推演不同作战情景。

在接受到任务指令后，救护所或医疗队指挥中心按照作战计划，协调不同组别执行救治任务，现场处置组前出保障。由于训练场地限制，重点训练现场处置组、检伤分类组、损控手术组、损控复苏组及后送组。

各组在处置过程中全程可通过野战病历系统回传伤员信息或处置信息至导调中心，便于指挥中心掌握实际情况。在现场处置的高危区域，采用智能远程战救机器人进行远程无人救援。

构建完整作战环境需要利用依托以下技术：

(1)实景仿真模型

采用PU材料或其他弹性安全的材料，模拟不同作战场景现场情况，是一种传统的仿真技术。

(2)环境渲染系统(声光电)

集成声音、灯光、显示、烟雾、气味控制的系统，主要用于营造实战氛围。根据情况可选择LED、投影、三维投影、裸眼3D等不同方法，主要为训练场景提供沉浸感，同时可作为理论授课或观摩学习的辅助设施使用。

(3)卫勤战场环境编辑仿真系统

可自主选择战场事件的各个要素，例如武器种类、投放方式、投放地点、气候条件等，各要素自带物理引擎，通过不同要素组合生成不同的战场训练背景，较传统固定三维动画不同，可为参训者提供丰富多元、贴近实战的仿真环境。

主要用于生成逼真的战场或灾害仿真环境，为参训人员提供逼真的沉浸式体验，提高心理适应能力，提升救援/作战心理弹性。以AI技术驱动物理引擎，主要以多层神经网络模型及有限元分析为基础，通过数字孪生技术生成场景要素，满足训练环境及要素自定义设置，提升组训场景及训练内容的针对性，支持自适应个性化培训场景生成。

(4)SP生理驱动编辑器系统

主要用于模拟虚拟或真实标准化伤员的生命体征与处置措施反馈，满足救治训练要求。

虚拟伤员均具备生理驱动模型，可模拟整个救治处置流程，虚拟伤员的生理体征均实时变化，均能从测量血压、血氧、体温等等措施实时反馈，且血压值等能实时查看该伤员生理驱动模型对应变化曲线。对虚拟伤员采取不同救治措施可产生相应的生理变化。例如采取电除颤或注射药物后，血压、脉搏、瞳孔对光反射，疼痛刺激反馈，意识反馈等均产生合理变化。且在规定时间内未对伤员采取正确的救治措施伤员生命体征会自动逐渐降低直至死亡。

(5)卫勤指挥导调系统

为了满足野战医疗队或野战救护所多用途、多视角、多功能的指挥需求，系统采用多媒体信息汇聚融合、数据分析可视化、显示控制设备等多种视觉显示和控制技术，实现指挥体系的部署视图、伤病员数据视图、物资数据视图、药品数据视图、医技数据视图、伤员流转态势、实时视频画面和特情预警视图等的构建渲染。

整个可视化指挥集合实时动态数据、多种态势图表、信息交互面板、流媒体视频直播等视图于一体，构成可视化指挥中心，既能面向全局快速总览，又可追踪详情监测细节。具备指挥文电收发、医疗文书收发、即时任务互动、通知公告、即时消息收发等信息化指挥能力。

伤员分布数量图组室、伤情维度。

组室流转时效图组室、伤情维度。

组室流转时序图单个伤员、整体流转态势。

物资药品损耗图组室、伤情、物资分类维度。

救治效能评估图(死亡、伤亡、治愈、后送)、得分。

(6)野战病历系统

针对野战医疗队或野战救护所展开的模块化分组，在各组室配置基于差分定位、电子标签、计算机等智能终端和配套系统，实现辅助快速伤病员检伤分类、追踪定位伤病员的组室分布和流转轨迹，建立电子病例并及时登记伤病员的医疗救治措施、用药情况和体征变化，通过综合数据汇聚、分析、预警，为掌握伤病员流转态势、转归后送提供研判和决策依据。覆盖从现场到后方的完整电子病历文书与伤票。

(7)急救车/直升机模拟转运六自由度平台由六自由度运动平台与急救车/直升机模型组成，主要用于模拟不同后送工具的运动状态，提供逼真的训练体验，也可以与VR训练系统结合。六自由度运动平台的原理是通过六个伺服电机带动电动缸进行伸缩变化运动，六个电动缸并联设置共同驱动运动平台，实现对平台在空间中的六自由度运动控制。

六自由度运动平台由上、下平台和六个可伸缩的电动缸组成。上、下平台与电动缸之间分别通过虎克铰或球铰相连，上平台为动平台，下平台为静平台。六个电动缸并联设置，每个电动缸都能够实现空间中单独的伸缩运动。控制系统通过对六个电动缸的伸缩量的精确控制，可以驱动上平台完成沿x、y、z三个坐标轴的平移运动，以及绕这三个坐标轴的旋转运动(通常称为φx、φy、Φz或α、β、Y旋转),从而实现上平台位姿的改变。

根据六自由度平台的运动状态，控制系统可以计算出各电动缸的相应位置和速度指令信号，从而控制运动平台按照预定的轨迹运动。当运动平台到达要求的位置时，各电动缸的速度指令信号给定为零，运动平台就立刻停下来，达到了点位控制的目的。六自由度运动平台具有速快、负载大、精度高等特点，因此有着广泛的应用空间，如模拟各种空间运动姿态、精密定位等。

(8)智能力反馈损伤控制手术训练系统智能力反馈损伤控制手术训练系统是一种结合了力反馈技术和虚拟现实技术的手术训练系统，主要辅助手术医生开展战场损控手术训练。旨在帮助医学生和外科医生提高手术技能，特别是在进行损伤控制手术时的精准度和熟练度。系统利用虚拟现实技术模拟真实的手术场景，包括手术部位、手术器械以及手术过程中的各种细节。

通过力反馈技术，系统能够模拟手术过程中刀具与皮肤、组织之间的相互作用力，使训练者能够感受到真实的手术力度和反馈。硬件设备包括计算机、显示器、力反馈装置(如触碰笔或手术器械模拟器)等。这些设备共同构成了一个模拟的手术环境，让训练者能够身临其境地进行手术练习。软件平台包含手术模拟程序、力反馈算法以及评估系统。手术模拟程序负责生成虚拟的手术场景和手术任务；力反馈算法则根据训练者的操作实时计算并反馈手术力度；评估系统则对训练者的手术技能进行客观评估。

通过反复练习，训练者可以熟练掌握手术器械的使用方法和手术步骤，提高手术技能。力反馈技术使得训练者能够感受到手术过程中的力度变化，从而更好地掌握手术技巧。评估系统能够实时反馈训练者的手术技能水平，帮助训练者及时发现并纠正错误。以外科开皮力反馈智能训练系统为例，该系统通过模拟开皮手术的三维场景，让训练者能够感受真实的切皮力度。同时，系统还提供了教师端和学生端，方便教师进行教学指导和评估。综上所述，智能力反馈损伤控制手术训练系统是一种先进的手术训练工具，具有广泛的应用前景和重要的临床价值。通过该系统，医学生和外科医生可以更加高效、安全地提升手术技能水平。

(9)智能远程战救机器人

随着工业技术的推陈迭代和人工智能技术的高速发展，无人智能化系统被广泛应用到各个行业领域中，能够在一定程度上替代人类从事高危任务，并通过完成部分前期基础工作，提高单位时间人力产出，在对于人力成本要求较高、技术相对复杂的行业中，已经起到了重要的基础作用。救援机器人采用半智能化的方式，通过自主导航搜救，集成人工后台远程操作控制，完成相野外开放式地形环境中的伤员综合急救处置操作。

以ROS系统为底层基础进行开发，主要实现两个任务：伤员搜索与急救处置。

对于伤员搜索任务，需要利用深度学习网络模型，对机器人搭载相机所获取的热像数据和可见光数据进行综合智能分析，并交付控制后端确认后，确定目标方位。利用激光雷达数据进行辅助驾驶，面对复杂地形、靠近伤员等特殊情况下，由远程控制端人工接管，在全景仿真驾舱内进行遥控驾驶，并借助毫米波雷达和可见光摄像头，在靠近伤员身边的情况下，进行安全距离制动。

对于伤员急救处置任务，通过力反馈控制器收集操作信号，通过TCP/IP协议网络传输至机器人上搭载的工控机，经由工控机指令解析程序转化为机械臂和机械手控制指令，通过驱动器驱动机械臂和机械手的电机，进行运动执行。整个过程中，通过持续的视觉信号反馈来达到操作机械臂和机械手协同配合，完成救助任务的功能。

最后基于ROS系统，对两个技术任务进行整合，通过远端控制决策模块协调任务的优先级顺序，实现机器人的搜救和救援任务。

2、指挥信息图

卫勤指挥导调中心区分两级，一级指挥中心设置在二楼指挥室，二级指挥中心设置在野战救护所内。

两级指挥中心配备卫勤野战医疗队指挥导调系统，可下发指定至每一名救护人员，也可下发指定给智能远程战救机器人，执行救治任务，所有救治操作信息均可回传至指挥中心，便于指挥中心观摩决策。