第二节　模拟系统的分类和构成

目前，有近百种不同类型、原理和功能的模拟系统可以用于教学和培训，从简单的解剖模型到复杂的手术室危机管理模拟系统。模拟系统具有多种分类方法，可以基于模拟系统的交互方式将模拟系统分为借助于计算机显示器、借助于硬件和借助于虚拟现实的三种类型。借助于计算机显示器的模拟系统仅依靠计算机运行，不需要其他的硬件设施，使用者通过日常设备如键盘和鼠标控制系统；借助于硬件模拟系统的互动方式与管理真实患者类似；虚拟现实模拟系统通过三维模拟器和感觉反馈系统构建虚拟的环境。

一、借助于计算机显示器的模拟系统

又称为计算机/网络为基础的模拟训练或视频模拟系统。

计算机/网络为基础的模拟训练是大规模培训学员的最简单方式。模拟系统多采用标准患者的方式，采用下拉式菜单提供患者病史、体格检查和化验检查的信息，其优势在于方便进入系统、同时多用户使用、便于监测学员成绩和进展。目前有多种计算机为基础的模拟训练设备，简单的包括设计为模拟特定干预反应的程序，如麻醉气体和药物反应程序，复杂的包括以问题为基础的学习模块，为学员提供病例的诊断、处理、表现反馈的全方面模拟(图7-1)。麻醉和重症监护模块可以训练和评估学员的复苏和重症病例处理能力，包括临床表现和检验结果的解释，知识结构，临床技能如通气、补液和药物使用等方面。佛罗里达大学开发出在线的虚拟麻醉机，可以模拟不同麻醉机的功能和运行模式。多伦多大学开发出在线的经食管心脏超声培训系统，用于基本超声平面的学习。计算机/网络为基础的模拟训练具有培训时间灵活，节约专用培训师资，培训设备方便，学习进度可控性好，便于远程教学等优势。

二、借助于硬件的模拟系统

借助于硬件的模拟系统包括单一任务训练器和高仿真计算机驱动模拟人。

单一任务训练器结构相对简单，非常适用于训练临床技能，如缝合、静脉置管、气道管理、椎管内麻醉、超声引导神经阻滞操作等。随着科技发展，新技术不断应用于模拟训练器的开发与应用，3D打印技术被尝试应用于纤支镜训练，借助真实患者的CT影像资料，可以制作出各种正常或异常结构的气道模型，用于纤支镜操作，提供学员较高的仿真度。

高仿真计算机驱动模拟人又简称为模拟人，从20世纪60年代诞生的复苏模拟器演变而来，简单技能模型“复苏安妮”，用于训练基本的复苏技能（图7-2）。60年代中期，美国政府推动了SimOne的研发，用于训练麻醉住院医师，SimOne由模拟计算机驱动，但是由于当时技术并不成熟，并未广泛应用。1968年诞生了模拟心血管检查的训练器，Harvey以及随后的版本追求模仿人体的生理。研究显示，接受训练的学员表现为临床能力的提高，随后用于医师、护士和家庭医师的继续教育和技能评估。随着计算机技术的发展，仿真模拟的主要改变为生理和药理系统的完善以及对事件的反应速度的明显提高，接近于同步反应。GAS系统最初用于检测麻醉机的故障，但随后添加的肺部模型和模拟人，（Gas Man系统）能够模拟吸入麻醉药在肺泡及体内其他组织中的分布情况，可以用于麻醉科医师的训练。药物注射识别系统的添加使之后的版本自动化程度更高，可以对更多种类的操作干预做出反应。“复苏安妮”的后继产品，模拟人SimMan和SimBaby由空气压缩机驱动机械系统，通过预先设定的程序或计算机实施实时指令控制。最新版本的SimMan模拟人可以评估和管理心血管、呼吸系统疾病，并通过射频识别系统识别和记录给药和其他干预措施，更便于回放讨论。这一类模拟训练系统通常装备于正式的模拟中心，价格昂贵。

三、虚拟现实技术

虚拟现实技术（virtual reality，VR）提供了新的人机交换模式，最初产生于20世纪60年代中期，约20年后才被命名为虚拟现实技术，可以分为仿真虚拟现实和非仿真虚拟现实。在仿真虚拟系统中，使用者完全进入计算机创造的环境中，模拟包括视觉、听觉、嗅觉、触觉和压力反馈全方面的感觉；模型复杂昂贵，因此通常仅采用非仿真虚拟现实技术。在非仿真虚拟系统中，使用者与计算机虚拟环境发生交流，但此种交流并不能做到全面完整。

虚拟现实系统，包括软件、硬件和输入输出部分。大多数虚拟环境通过计算机技术构建虚拟影像。增加构建元素的数量可以提高虚拟影像的质量，但是同时会导致虚拟环境变化时更新速度下降。这一平衡决定了产生的虚拟现实的真实性水准，而计算机处理器速度提升大大提高了虚拟系统的真实度，使得复杂虚拟现实模拟成为可能。感觉反馈技术的发展也推动了虚拟现实模拟技术在医学的应用，该技术提供使用者触觉和压力的反馈，可以逼真模拟穿刺针穿过不同阻力组织的感觉。虚拟现实技术已经被外科医师广泛接受，并且已经证实对于某些技术如结肠镜检查的训练效果明显优于传统的训练方式。麻醉技术培训方面，已经开发出用于训练硬膜外置管、纤维支气管镜检查、外周神经阻滞的训练器。非仿真虚拟技术与任务训练器相结合，使操作者可以看到操作结果并与虚拟场景互动。如经食管超声训练器允许操作者控制模拟人食管内的探头，并实时观察虚拟的超声三维画面；结合3D实时可视技术的中心静脉穿刺训练器可以使操作者实时观察模拟的穿刺针进针路线。虚拟现实是模拟领域最有发展前景的部分，但是目前尚处于起始阶段。未来随着相关科技如人工智能、反馈技术、计算机技术的发展，将有可能构建虚拟现实的手术室，拥有虚拟的工作人员和患者，并能够开展虚拟手术（图7-3）。