第七节　模拟患者系统的应用

模拟患者系统的快速发展一方面得益于计算机技术的进步，另一方面主要源于越来越多的临床教育者认可模拟教育系统可以提供安全有效的环境来帮助医学员成功掌握医学技能。模拟技术可以应用于几乎所有的医学领域，可用于训练外科、产科、心脏介入等学科的技术性能力，或用于训练高风险管理和干预，如麻醉、重症医学和急诊医学。随着模拟技术和设备的发展，手段日益先进，模拟教学的普及率逐步提高，在医学教学过程中发挥越来越重要的作用，针对模拟教学的多项研究已经发现，模拟教学可以缩短学习曲线，提高技能的固化度。

一、模拟患者系统在麻醉学专业教育中的应用

麻醉科医师需要具备处理各种临床状况的经验，但是目前重症病例的减少和对患者的保护限制了麻醉专业学员有足够的机会在实践中学习临床技能。麻醉专业是较早的认识到模拟教育的重要性并积极推动模拟教学的医学专业。近些年来，已经设计出各种模拟系统和场景用于麻醉科医师的训练，如模拟手术过程中各种设备故障、困难气道的管理、术中呼吸循环恶性事件的早期识别等。

（一）高仿真麻醉模拟系统

近年来，METI（Medical Education Technologies Inc.，Sarasota，FL，USA）和MedSim（Laerdal Medical，Stavanger，Norway）两种基于高仿真模拟人的模拟系统被广泛采用。高级模拟人与计算机控制的模拟场景相结合，麻醉学员使用真实的设施包括麻醉机、监护仪和气道管理工具对模拟人进行管理。模拟人具备多种生命体征，可以呼吸，产生呼吸音、气道压力、气流并呼出二氧化碳；可以产生心音，可触及桡动脉和颈动脉搏动，具备心电图和中心静脉压，可以通过直接置管和无创袖带测定动脉压，可以测定脉搏血氧饱和度；可以实施肌松监测；眼睑可开闭，瞳孔可散大和缩小，肢体可对疼痛刺激做出反应。模拟人由基于生理和药理学模型设计的计算机程序控制，同时可以手动控制。通过设定模拟人表现出不同的疾病状态，可以设定和调整多种危重事件。系统具有自动药物识别能力，自动对推注药物的种类、剂量和速度进行识别。新版本的模拟人可以输出肺动脉漂浮导管和经外周动脉波形衍生的心输出量监测的数据，提供模拟真实情景下危重患者管理的更多血流动力学数据。

低仿真任务训练器非常适用于训练临床技能如缝合、静脉置管、气道管理等，但是其缺点在于真实感较差，而且学员往往专注于技能的训练过程，忽视任务完成的时间要求。如当学员利用头颈模型学习气管插管时，可能忽视时间的限定要求；而在高仿真模拟人实施气管插管时，如果在一定时间限制内无法完成插管操作且未实施通气，模拟患者的血氧饱和度会下降。

儿科麻醉和急诊医学是高风险、高要求的领域，Laerdal SimBaby和METI BabySIM与成人模拟人类似，具有各项生命体征和气道参数，可模拟舌体肿胀、喉痉挛，呼吸参数和呼吸音，心血管参数，以及其他如肠鸣音、囟门膨隆等。允许进行多种治疗干预，如面罩通气、气管插管、动静脉置管等，并做出相应反应。

（二）借助于计算机显示器的麻醉模拟系统

Anesoft Anesthesia Simulator麻醉模拟软件可以在软件界面模拟患者、麻醉机和监护仪，使用者通过鼠标控制和简单的菜单实施检查患者、控制气道、实施通气和给药补液等操作。软件包括80例患者，涵盖各种麻醉场景，如全身麻醉、局部麻醉、心脏、神经外科、儿科、产科麻醉；内置100种以上的药物反应，心血管系统、呼吸系统和药理学参数可以不同程度变化，表现正常和不同程度疾病状态，也可以模拟复杂的病理生理过程和危机事件如恶性高热。自动记录系统存储所有诊断和治疗输入，允许在无指导教师的情况下独立管理病例，并自动总结评估。另外，实时咨询系统可以在训练期间随时提供管理建议。

GAS MAN模拟器模拟吸入麻醉药的摄取和分布，利用数学模型和互动图形描绘麻醉药在不同腔室的分布，准确地预测麻醉诱导和苏醒过程中呼出的麻醉药浓度。Virtual Anesthesia Machine仿真麻醉机可互动式模拟训练麻醉机的使用和故障排除。RELAX用于训练肌松药的使用。Anesoft ALCS Simulator用于心肺复苏训练。Anesoft Hemodynamic Simulator用于训练心血管生理和血管活性药物使用。Anesoft Critical Care Simulator提供20种重症和急诊模拟场景。Anesoft Sedation Simulator提供清醒镇静训练，包括患者评估、镇静药物应用、常见问题管理。

（三）麻醉虚拟现实系统

训练臂丛神经阻滞的三维虚拟现实模型的灵活性超越其他教学模式，可以动态改变视角，选择合适的解剖层面，拆分组织结构以学习解剖关系，演练正确和错误的操作，允许学员在屏幕而不是患者身上通过失败摸索改进技能。

经食管超声虚拟现实模拟系统通过模拟真实操作感受和图像，在避免真实患者操作可能导致创伤的情况下，允许学员反复训练，提高熟练度，而且可以通过设置不同场景和难度等级，提供不同等级阶段的学习课程。

虚拟现实技术与任务训练器相结合，提高了训练者的真实度体验，在提供逼真的操作反馈的同时，可以借助虚拟现实技术实现实时的可视化。新一代高仿真触觉反馈经食管超声模拟器可以追踪超声探头三维空间运动的轨迹，持续提供仿真的超声影像，并提供触觉和方位反馈。指导教师对医学员下达操作指令，计算机系统可以通过持续记录的医学员操作的超声探头运动轨迹的数据，评价医学人员的操作表现。目前已经商用的Vimedix、EchoCom等心脏超声模拟器由逼真的人体模型、计算机工作站、高清监视器和专用的超声探头组成，提供经食管超声和经胸超声两组模式，探头运动可以实时显示，并且操作者可以选择从多个角度和360°视角观察心脏模型，计算机屏幕可以同屏显示心脏解剖图像和超声图像，帮助医学人员理解超声下心脏结构，而且模拟器可以模拟瓣膜病、扩张性心肌病、急性心梗和心包积液等疾病状态。研究发现，由于模拟训练不局限于时间和手术计划，且指导教师无需同时进行危重患者麻醉管理和食管超声教学，医学人员学习效果优于在手术间内的真实患者床旁学习。

（四）麻醉危机管理训练

某些临床紧急事件如恶性高热、局部麻醉药中毒、心跳骤停、失血性休克，发生率很低或较为罕见，麻醉科医师通过临床工作获得相关经验困难，而一旦类似事件发生，只有迅速并熟练地给予针对性处理措施，才能够有效地保障患者安全。在20世纪90年代早期尚无系统的麻醉危机管理培训，培训合格的麻醉科医师即使具备全面的专业技能，仍然缺乏危机管理能力。危机管理培训着重于团队协作和资源整合，兼顾临床技能和危机处理能力，弥补早期培训的不足，该培训已经成为商业飞行员训练的标准课程。手术室内的麻醉工作包含多重任务，需要麻醉科医师在手术团队不同成员的同时影响下，具有处理瞬息万变的复杂问题的能力，具备警觉、操作、监测和决策的能力，具备多学科有效沟通、组织和协作的能力，这些非麻醉技术能力无法在理论学习的模式下得到锻炼，而这些能力对危重病患者的并发症发生率和总体死亡率有直接影响。模拟技术提供了学习训练麻醉相关技能包括危机管理能力、且不会伤害真实患者的方法。目前已经普遍使用高仿真模拟人进行全仿真情景模拟，实施危机管理训练，并通过模拟场景和回顾总结，发现导致临床不良事件发生的各种错误，学习处理临床危机的能力。起源于英国的儿科麻醉危机管理课程（Managing Emergencies in Pediatric Anesthesia，MEPA）借助于现代化高速便捷的网络沟通技术，已经实现了5大洲多个教学中心的均质化联合培训，高速网络可以提供多中心教员的定期会议、教学交流和在线的多中心现场模拟教学、点评和讨论，质量控制保证各中心的模拟课程一致。

二、模拟患者系统在其他临床医学专业教育中的应用

（一）急诊医学

模拟教学尤其适用于复杂、少见、带有明显风险的任务。要成功完成复苏一类的复杂任务，不仅需要对任务中每项技能熟练掌握，而且需要综合应用技能的能力。虽然单项技能可以使用技能模拟器训练，但是综合技能训练只能使用高级模拟系统，例如室颤模拟场景不仅训练基本技能如心电图识别、心肺复苏和除颤，而且包括气道管理、静脉开放、药物治疗和复苏后治疗等能力。

（二）外科

外科医师需要不断学习新的技术和新的手术器械。多种模拟系统已经用于外科教学、训练和评估。多数接受模拟训练的外科医师反馈积极，并表现为操作技能的提高。

（三）产科

多种常规任务训练器和高仿真分娩模拟系统用于训练产科医师，分娩模拟器甚至可以娩出模拟胎儿。已有证据支持模拟训练可改善技术能力，并增强医师的自信和团队协作。研究发现，医疗团队接受“肩难产”模拟训练之后，新生儿损伤由9.3%降至2.3%。

（四）儿科

高仿真模拟训练包括新生儿复苏。研究发现执业医师新生儿复苏达标率不足，存在训练相关技能的必要。

（五）重症医学

重症医学所需的多种非专业性能力，如团队协作、领导能力等可通过模拟系统训练获得。各种风险性操作如中心静脉置管也可在实际临床操作前进行模拟练习。对于特殊重症疾病爆发，可以使用模拟系统紧急训练医务人员，如SARS时期利用模拟系统制定SARS时期工作流程并对医务人员进行培训。

（六）影像医学

模拟系统除可以用于影像医学专业知识的学习以外，还可以用于放射科医师危机管理的培训，模拟重症患者实施放射检查的工作流程。最近在美国的大型医学中心，也已经把冠状动脉造影技术等介入技术通过影像模拟介入技能训练用于介入医师的临床技能培训，从而缩短介入医师掌握介入诊断及治疗技能的时间，并降低与介入治疗相关的并发症发生率，以及提高处置紧急意外事件的临床能力。

三、模拟患者系统在医学科研中的应用

模拟系统可用于对新药物、新技术、新设备、工作流程、安全管理、极限状态下病理生理机制、临床医师心理学等方面进行的试验和研究，已经实施的多项针对床旁信息系统、手术室运行效率、小儿低氧病理生理、新式麻醉机、感染控制的研究发现：与在真实的医疗环境中相比，模拟系统用于研究具有更加安全、可控性更好的优势。在设定的临床环境中，所有真实临床环境中的干扰因素都可以根据需要进行删除或调整，伦理方面也不需要患者签署知情同意书。而且，模拟系统允许试验者从内部观察患者的反应，包括各项生命体征参数的变化、药物血浆浓度和效应部位浓度的实时变化都可以持续监测。

四、其他应用

模拟系统还可以用于学员考核和职业认证。当前的专业考试基于口试和多选题结构，可以评估认知，但是缺乏评估行为表现的能力。随着模拟技术的进步、种类丰富的模拟系统和设备应用越来越广泛、临床医师和教育者对模拟的日益关注，基于模拟的训练和评估逐渐发挥了考核学员“临床实际应用”的能力。对于简单技能的考试如盆腔检查、心肺复苏操作等，可以使用训练器通过特殊的模块与电脑系统相连，自动对学员的操作进行各方面的评分。对于复杂的病例综合处理能力的考核，由于模拟系统更接近于真实环境，相比较于笔试，可以将临床病例设计为模拟场景作为考试题目，由专家现场或根据录像回放达成共识的评分标准进行评分。模拟场景中评分标准的制定主要根据：公认的治疗指南，如心肺复苏指南；模拟系统开发者制定的正确操作标准；麻醉危机管理系统；治疗任务分解成的若干设定权重的行为；临床判断和决策的“反应时间”和“解决时间”。

模拟系统可以随意调整患者信息和状态，避免考试内容一成不变，试题重复。采用模拟系统考试，反过来可以促进学员训练临床技能，达到医学教学的目的。但是，模拟用于考试需要更为科学准确的设计，与传统多选题笔答的考试方式相比，需要管理人员花费更多的精力，准确定位测试对象的能力水平，选择适合的模拟系统。模拟程序需要稳定一致，评估手段需要保证有效性和可靠性，学员需要了解模拟系统的使用，评分专家需要专业培训以降低评分偏差，而且考试耗时较长。

多个学科已经建立了依赖模拟技术的学员考试系统，然而使用模拟技术用于资格认证等高风险考核尚处于起步阶段。美国执业医师考试首先尝试应用计算机为基础的病例模拟，提供病历摘要，要求考生管理虚拟的患者，实施各种干预以改变患者的状况。2004年，美国执业医师考试增加了使用标准化患者的临床技能考试。以色列麻醉考试委员会完全采用了模拟技术用于认证考试，通过5个标准化的场景考核创伤管理、高级生命复苏、手术室危机管理、机械通气和局部麻醉。随着新的评估工具的测试和生效，更多的医学专业将采用模拟作为资格认证的手段。