卫勤伤员虚拟仿真模型研究与描述

陈荣剑，陈立富，余维涛，文新建

卫勤伤员虚拟仿真模型研究与描述

陈荣剑，陈立富，余维涛，文新建

目的：构建符合卫勤伤员救治特征和满足卫勤组织指挥要求的虚拟仿真卫勤伤员。方法：根据卫勤理论和信息技术，将卫勤伤员从数据仿真和感知仿真2个方面进行描述和建模，构建卫勤伤员的虚拟仿真模型。结果：建成了完整的卫勤伤员虚拟仿真模型，设计了虚拟伤员发生器。结论：通过数据仿真和感知仿真模型研究，完善了卫勤伤员虚拟仿真模型，促进了卫勤组织指挥与保障虚拟仿真系统的研发，提升了卫勤研究与训练水平。

卫勤伤员；数据仿真；感知仿真；虚拟仿真

0 引言

计算机虚拟仿真技术广泛应用于军事领域[1]。构建基于虚拟现实的卫勤组织指挥与保障模拟系统，开展卫勤组织指挥与保障训练和研究，能创新卫勤保障理论，催生新的卫勤保障能力生成方式，有效提高卫勤保障能力。其中，如何构建符合卫勤特征的卫勤伤员虚拟仿真模型具有重要意义，本文就卫勤伤员虚拟仿真模型的类型及其描述方式进行探讨。

随着信息革命对未来军事的影响不断加深，以计算机网络和技术为主体的数字化模拟技术已经在作战研究和军事模拟训练方面取得了革命性成果[2]。发达国家军队广泛采用计算机仿真和作战仿真技术施训，并将其作为信息化作战研究和训练的重要手段[3]。

在卫勤领域的研究及卫勤训练中，伤病员是最基础也是最关键的要素。运用信息技术进行卫勤伤病流研究与模拟训练是现代战争对卫勤提出的必然要求。目前，在卫勤信息化研究领域，卫勤伤病员研究明显偏重于临床医疗技术研究与应用[4-5]，缺少基本的卫勤组织指挥与保障要素。另一方面，信息化的卫勤伤员表现形式单一，往往只能以伤员库等平面数据的形式提供有限数量和类型的伤员，难以满足卫勤科研与训练需要。目前，我军尚无卫勤伤病员数据仿真和伤病员感知仿真一体化的虚拟仿真卫勤伤病员，缺少具有高度真实感和交互作用的虚拟伤病员[6]。计算机仿真（模拟）技术的出现为其提供了良好的契机，通过将计算机仿真技术应用于卫勤领域，构建基于虚拟现实的卫勤组织指挥模拟系统，可以解决实战卫勤伤病流研究与模拟训练存在的问题。在实验室环境下开展基于想定的针对性卫勤组织指挥与保障研究和训练，有望催生新的卫勤理论，显著提高卫勤训练的效率和效果。

1 研究技术路线

通过查阅文献和调研，针对现代战争战创伤的特点、医疗实践，确定虚拟的卫勤伤病员属性和要素。运用实体-联系图（entity relationship diagram，E-R图）和数据库技术，构建卫勤虚拟伤病员模型，包括伤病员数据仿真模型和伤病员感知仿真模型。根据伤员生成需求与规则，运用虚拟仿真引擎和统一建模语言（unified modeling language，UML）生成具有卫勤要素

的虚拟仿真伤病员，本研究的技术路线如图1所示。

图1 卫勤伤员虚拟仿真研究技术路线图

2 仿真模型描述方式

2.1 模型与仿真

模型是对真实系统的一种抽象、描述和模仿，要求其具有真实性、简明性、完整性等特点。构建模型要在明确建模目的的基础上，确定模型构成要素间的真实关系，在力求简明的同时确保模型的精度，最后要对模型反复检验修正。仿真是通过系统模型的实验来研究一个存在的或设计中的系统。计算机仿真是借助计算机，用系统的模型对真实系统或设计中的系统进行试验，以达到分析、研究与设计该系统的目的。

卫勤伤员模型是为卫勤组织指挥与保障研究和训练提供伤员流。运用计算机实现伤员仿真，首先需要将伤员相关的属性数字化，即建立伤员模型。伤员模型要具备伤员分类救治相关属性，满足卫勤组织指挥研究和卫勤技能训练等特殊需求，如与伤员的分类救治相关的伤员症状、伤情、伤势等；与伤势分类相关的呼吸、收缩压、神志等生命体征和计算模型；与伤员后送运力的需求计算、战救药材消耗相关的参数模型。这种在常规计算机模型上处理成符合卫勤研究和卫勤技能训练使用要求的模型的过程，就是卫勤伤员的二次建模，亦称为卫勤伤员的仿真建模。根据卫勤组织指挥与保障模拟中的用途及计算机仿真特点，可以将卫勤伤员仿真模型分为数据仿真和感知仿真2种描述方式[7]。

2.2 卫勤伤员的数据仿真

简单来说，数据仿真就是提供给计算机来分析和处理卫勤伤员的模型，是计算机把一系列数据和模型转换成卫勤伤员模型的过程，如伤员的伤情、伤类、生命体征、体位等。我们也可以把有卫勤属性的伤员数据转化成计算机能够识别的伤员模型的过程称为“卫勤伤员模型化”。卫勤伤员数据仿真可用最常用的关系数据模型来描述，主要用于仿真交互和训练评估。计算机对现实世界中实体的抽象、描述以及处理等是通过各种模型来实现的，按模型应用的不同目的，可以将模型分为2个层次，一是概念模型，二是数据模型[8]。概念模型是按用户的观点对数据和信息建模，用实体、属性和联系对概念模型进行描述。如卫勤伤员基本信息的概念模型中，伤员就是一个实体，伤员的属性包括姓名、性别、出生年月、血型、药物过敏史、职务、部别、民族、接种史。数据模型是相对概念模型而言的，是对客观事物及其联系的数据化描述，应用ER图，可建立概念模型到数据模型的转换关系。卫勤伤员的数据模型可以用关系模型（见表1）或面向对象模型等形式表述。

表1 后送等级关系表

2.3 卫勤伤员的感知仿真

感知仿真的目的是直观地展现卫勤伤员，其内容包括对伤员的视觉、听觉、触觉等多种感觉通道的仿真。视觉仿真通常也称为“伤员可视化”，是感知仿真中的一种主要形式，就是将伤员的外观、伤部、行为等要素以立体的、三维的或二维的图形图像表达出来。听觉仿真是指通过对伤员声音的模拟来营造伤员的状态和伤情。触觉仿真是指通过对人机交互设备的操作来实现卫勤技术人员与伤员的交流，使参训人员产生临场感。我们也可以把建立感知仿真模型的过程称为“卫勤伤员感知化”。这种通过多感觉通道的模拟来实现临场感觉的技术就是虚拟现实技术，主要用于卫勤组织指挥和训练模拟。

卫勤伤员的数据仿真和感知仿真是针对不同对象来说的，但都是以数字化的卫勤伤员信息为基础。在卫勤伤员虚拟仿真模拟应用中，这2种仿真描述方式互为作用，计算机对数据模型读取和解释，并通过感知仿真，立体、形象地将虚拟仿真伤员展现给应用人员，而程序应用人员又可以通过人机交互改变数据仿真的结果。

3 卫勤伤员仿真模型内容

关于卫勤伤员数据模型有较多研究[9-10]，根据卫勤伤员信息对卫勤组织指挥、伤员医疗后送、医疗物资保障等的作用与影响，可从数据模型和感知模型

2个方面来构建仿真模型，如图2所示。

图2 虚拟仿真伤员模型类型及内容

3.1 数据模型内容

卫勤组织和保障主要是围绕伤员的急救、救治和后送展开的，卫勤伤员信息由伤员信息和救治伤员相关的卫勤需求信息组成，伤员自身情况及其卫生勤务需求共同构成了卫勤伤员的信息内容。卫勤伤员信息的内容由3个部分组成：（1）伤员信息，如伤员基本情况信息，伤类、伤情、伤势等信息；（2）医疗救治信息，如诊断信息、救治信息等；（3）卫勤需求信息，如卫勤指挥信息、医疗后送信息、医疗运力信息、医疗装备信息以及药材物资消耗信息等。数据模型是对卫勤伤员信息的数据描述，它主要包括3个方面：（1）伤员基本信息：ID号及其关联信息（姓名、性别、出生年月、血型、药物过敏史、职务、部别、民族、接种史等）。（2）战伤状态信息：①负伤时间和负伤地点信息。②伤部信息。按我军现行方法，划分为颅脑、颌面、颈、胸（背）腹（腰）、骨盆（会阴）、脊柱、上肢（左、右）、下肢（左、右）、内脏10个部位。③伤型信息。我军伤票规定的伤型有：贯通伤、盲管伤、切线伤、闭合伤及其他。④伤势信息。将伤势分为轻伤、中等伤、重伤3类。⑤伤类信息。按照致伤武器，分为常规武器伤、核武器伤、化学武器伤、生物武器伤；按照致伤因素，分为弹片伤、地雷伤、枪弹伤、刃器伤、烧伤、挤压伤、冲击伤、毒剂伤、核放射伤、冻伤等。（3）伤员医疗救护后送信息：①伤员救治信息具体包括急救信息、紧急救治信息、早期治疗信息、专科治疗信息。②伤员分类信息包括收容分类信息、救治分类信息和后送分类信息。③伤员后送信息包括后送等级、后送方式、后送工具、后送时伤员体位、后送去向、途中医疗、观察措施等。

3.2 卫勤伤员感知模型

卫勤伤员感知模型的建立目的是实现多维的、可感知的、可交互的、形象逼真的虚拟卫勤伤员，通过虚拟现实技术实现虚拟仿真。卫勤伤员感知模型在视觉、听觉、触觉和交互方面需达到以下要求：（1）在视觉上，一是要求卫勤伤员感知模型外观逼真，一般情况下，卫勤伤员应着新式迷彩服。二是从外观上基本能辨别受伤部位，受伤部位按数据模型中的伤部信息显示，受伤部位有必要的包扎和固定，包扎和固定的方式和表现形式符合战救5项技术要求。三是卫勤伤员具有合理的体位状态，如直立、仰卧位；必要的运动属性，如独立行走、跛行、扶拐等行走形式。（2）在听觉上，卫勤伤员具有合理的语言能力，伤部的触痛和活动痛的声音表达。（3）在触觉上，卫勤伤员具有体征反应交互能力，如受伤部位的触痛反应。（4）在交互上，伤员能按要求回答病史、症状，完成上下肢的吩咐动作，能行走的轻伤员可按要求行走到某一区域。能测量血压、脉搏，能对伤员进行意识判断。伤员能接受医护人员的处置，如挂分类牌、包扎、固定、气管插管等。

4 虚拟仿真伤员生成

虚拟仿真伤员生成大致分为4个过程[11]：（1）要广泛收集伤员及相关行为的媒体素材，包括图片、文字、声音、视频和动画等，如伤员受伤部位、伤口包扎外观、伤员跛行姿势等，通过Photoshop等软件对相关图片、视频进行预处理，制作服装、伤口、包扎等纹理；（2）对对象进行特征提取，使用3DSMAX等建立三维模型，应用烘焙技术、布置灯光、渲染设置，得到最佳的三维效果，导出相应格式文件；（3）使用3D引擎工具，如Unity3D软件等，对模型进行优化、调节动画，编写C#脚本实现智能控制；（4）对系统进行优化并发布，调试完善并提交。

突发大量伤员产生是卫勤保障的特点，在模拟大批量伤员的产生时，主要涉及2个方面的参数：（1）伤员的总体数量及其在时间上的分布；（2）伤员的主要伤部、伤类、伤情、伤型及其比例。大批量伤员生成参数可应用伤员生成器来实现，伤员各类参数由想定编辑器完成设定，也可按多样化军事任务预先设定，生成卫勤伤员数据库。最后根据卫勤伤员数据库中的数据模型，生成虚拟仿真伤员，并将相关数据与虚拟模型相关联，形成逼真的三维虚拟伤员和具有丰富卫勤组织指挥和保障属性的卫勤伤员。

[1]任剑.虚拟仿真技术及其在军事上的应用[J].军民两用技术与产品，2007（6）：30-31.

[2]马彦军.基于虚拟现实技术的战场仿真系统研究[M].北京：国防科学技术大学，2006.

[3]李靖，曹秀堂.机动卫勤分队人员与训练信息化管理模式探讨[J].医疗卫生装备，2011，32（3）：118-119.

[4]张晓硌，吴劲松，毛颖，等.虚拟现实技术在神经外科术前计划中的应用[J].中华显微外科杂志，2006，29（6）：415-417.

[5]谭海珠，杨棉华，陈丹芸，等.虚拟现实技术在医学中的发展与应用[J].医学教育探索，2005（6）：56-58.

[6]游雄.基于虚拟现实技术的战场环境仿真[J].测绘学报，2002，30（1）：7-11.

[7]黄梯云.管理信息系统[M].4版.北京：高等教育出版社，2009：131-140.

[8]李延鹏.战伤伤员信息数字化研究[D].重庆：第三军医大学，2006.

[9]游海燕，李延鹏，周世伟.心理战伤伤员信息数字化编码研究[J].西南国防医药，2008，18（1）：129-131.

[10]龚星耀，张强，姜志宽.全数字化战场伤病员信息采集传输系统设计[J].东南国防医药，2008，10（5）：388-389.

[11]陈晓青，王少伟.基于Unity的虚拟现实技术在教育中的应用[J].软件导刊·教育技术，2011（12）：76－78.

（收稿：2013-03-06 修回：2013-07-08）

Study on Virtual Simulation Model for Medical Support Wounded

CHEN Rong-jian1,CHEN Li-fu2,YU Wei-tao1,WEN Xin-jian1
(1.The 184th Hospital of the PLA,Yingtan 335000,Jiangxi Province,China;2.Department of Military Health Management, Faculty of Health Management,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)

ObjectiveTo develop a virtual simulation model for medical support wounded for casualty treatment and medical command.MethodsMedical support wounded was described and modeled from the aspects of data simulation and perception simulation to establish the model,based on medical service theories and information technology.ResultsA complete virtual simulation model was built for the wounded,and a virtual wounded generator was designed.ConclusionThe study on the models for data simulation and perception simulation promotes the virtual simulation system for medical command and support,and thus enhances the medical service study and training.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（1）：34-36]

medical support wounded;data simulation;perception simulation;virtual simulations

R318；TP391．9

A

1003-8868（2014）01-0034-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.01.034

全军 “十二五”后勤科研面上项目（CWS11L041）；南京军区医学科技创新课题项目（11MA114）

陈荣剑（1970—），男，副主任医师，院长，主要从事医院管理和医院卫勤保障组织指挥等方面的研究工作，E-mail：crjone001@126.com；陈立富（1967—），男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为军队卫生信息管理，虚拟仿真研究及舆情信息研究，涉医网络舆情研究。

335000江西鹰潭，解放军184医院（陈荣剑，余维涛，文新建）；200433上海，第二军医大学卫勤系军队健康管理学教研室（陈立富）

陈立富，E-mail：lifusmmu@126.com