战术一线救治模拟训练系统的设计与实现

郭 栋，黎檀实，潘 菲，何伟华，鱼 敏

随着常规武器的信息化、智能化发展及新概念武器、核生化特种武器的应用，武器打击范围更广，杀伤效应更强，伤情、伤类和伤势更加复杂，对现场急救提出更高要求[1]。运用计算机进行仿真模拟训练是开展实战化卫勤训练的重要途径，不仅可打破常规训练的时空条件制约，同时大大降低训练成本，提高训练质量效益，对于提高现代战场一线救治能力至关重要，是和平时期部队官兵和卫勤人员增强自救互救与现场急救能力的有效手段[2-4]。

20世纪90年代以来，以美军为代表的西方发达国家军队开始使用计算机仿真技术来进行战伤救治模拟训练研究。自1999年至2007年美军大约资助了超过150个该领域的研究项目，累计投入超过6000万美元，研发出了一系列用于战术战伤救治（Tactical Combat Casualty Care，TCCC）训练的数字化仿真模拟装备[5，6]，如“战术战伤救治模拟系统（TC3 Sim 2009）”、“战斗救生员模拟手游（Trauma Con 2012）”、“计算机海军医护兵训练系统（CBCTS 2009）”、“交互式创伤教练（ITruSim 2006) ”、“模拟病人™（Sim-Patient™）”、“应急准备培训(CBRNE 2010) ”、“橙色代码™（Code Orange ™）”、“脉冲 !! ( Pulse !!) ”、“模拟人 ™（HumanSim™）”和“战斗卫生兵（Combat Medic）”等软件产品[7]，丰富了战伤急救模拟训练手段方法。相对而言，我军卫勤模拟训练的信息化、智能化和实战化水平不高，难以激发官兵参训热情。为了适应现代战场一线救治的需求，提高广大官兵的参训积极性，拓展保障能力生成方式，本研究将现代模拟训练技术理念与传统战现场急救培训内容相结合，进行了新型战现场急救模拟训练系统的设计与开发，旨在为开展实战化条件下的战术一线救治训练提供手段支撑。

1 系统设计

1.1 整体结构 战术一线救治模拟训练系统，适用于院校、医院和部队等不同类型单位卫勤训练机构，既可用于战伤模拟训练，又可进行战伤模型构建，主要以战救理论知识、决策思维和作业流程等为训练内容。本系统主要由标准化伤员数据库、战伤急救技术数据库和战救包囊器材数据库等进行后台数据支持，包括战术战伤救治3D模拟训练功能模块和2D理论题库功能模块，其中模拟训练模块是本系统的核心功能模块，见图1。两个功能模块都分别区分单兵、卫生战士、卫生员和军医四类岗位人员进行针对性特异性培训，技术培训范围在传统战现场急救六大技术基础上，综合集成了前沿战场高级急救技术和最新急救器材使用方法。运用本系统可以实现在战场仿真环境下区分不同战术背景、不同岗位人员进行可重复性救治策略训练，为熟练掌握现代战伤现场急救技术和提高一线救治能力，提供科学化、信息化和可视化技术指导。

1.2 开发设计 本系统综合运用数据库开发工具MySQL、3D互动开发工具Unity、编程工具Visual Studio和建模工具3d Max进行模拟训练系统的设计开发，并采用基于客户端/服务器（Client/Server，C/S）模式的程序架构，实现数据高效处理和稳定运行。针对不同用户使用要求，设计学员和管理员两类角色。学员账号，根据当前部队卫勤人员岗位编制设计，初步设计了四种角色：单兵、卫生战士、卫生员、军医，每种角色人员对应相应的救治技术和器材。学员进入系统后，可根据本人身份选择相应角色进入，进行相应处置训练，可通过系统查询自己的训练考核成绩。可对自己的登录密码进行修改，并维护相关个人信息。管理员身份进入后，可进行后台数据库维护管理，主要功能包括创建数据库、备份数据库、修改数据库、查看、删除、还原数据库等相关操作。

1.3 模型构建

1.3.1 环境模型 主要包括战场环境场景和战术救治背景两部分。（1）战场环境场景，类似军事类游戏软件，本系统设计多个场景或“地图”，参训人员可根据兴趣爱好选择某一种战场环境场景，系统拟初步预设山地作战、平原作战、城市作战和海上作战等常见作战环境场景，同时拟增加自定义功能，可根据用户需求添加新的战场环境场景。（2）战术救治背景，基于不同战术背景下救治技术和器材运用策略不同，参照美军TCCC救治指南，结合我军战术一线救治研究成果，在系统中设置了一线交火区救治、非交火区救治、战位及医疗后送平台救治等三类战术救治背景[8，9]，在训练场景界面进入时可选择相应救治背景，进行相应战术背景下的伤员救治模拟训练。

1.3.2 伤员模型 搜集整理了美军在伊拉克、阿富汗战场等历次军事行动中的伤亡统计数据、不同伤型伤员发生特点，以及我军在抗美援朝战争、西南边境作战以及马里维和等军事行动中的部分伤员数据，结合临床创伤数据，构建常规武器战伤伤情谱和标准化伤员库，导入软件系统构建伤员发生模型。针对不同伤员特点进行三维立体仿真建模，可多个视角以及远、近距离观察伤员，并局部放大伤员部位进行检伤评估。设计的模拟伤员具有较好的人机交互功能，可以通过语音或文字两种形式表达说明基本信息和致伤经过。伤情主要通过主诉、体征和辅助资料等方式进行呈现，根据参训人员处置方式是否正确及时而发生不同转归。伤员模型结构见图2。

图1 系统结构图

图2 伤员模型结构图

1.3.3 救治模型 主要包括救治技术和救治器材两部分。（1）救治技术，在查阅文献、调研部队和咨询专家基础上，借鉴以TCCC为代表的外军现代战伤急救技术指南，结合我军《战伤救治规则（2019修订版）》《战伤现场急救技术规范（审核版）》，设计战术一线分级救治关键技术群[10]，依据战术行动特点，主要包括交火区自救互救技术群、非交火区现场急救技术群和战术一线后送救治技术群，进而构建形成救治技术模型（具体技术种类见图3）。区分不同参训人员身份类别（进入角色）和不同战术救治背景，合理设置培训技术运用范围，技术运用正确与否主要通过救治器材的正确选择、准确放置和其他细节来体现。（2）救治器材，根据我军新一代单兵急救包、卫生战士急救包、战位急救包、卫生员背囊、军医背囊内置器材品量表，设计战救包囊器材数据库，导入系统。在选择不同身份进入后，系统会自动匹配相应的急救包囊，在操作时可以在相应界面中显示出与实际品量表相一致的虚拟急救器材物品。

2 运行流程

图4 系统运行流程

根据软件的功能需求，系统运行流程见图4。首先登录系统，选择合适的训练场景和人物角色，确定后从后台伤员数据库中自动生成一组伤员模型，同时进入训练主界面。通过培训人员与计算机的人机交互，逐步了解获取伤情信息。在进行伤员检伤和伤情评估后，参训人员必须形成初步的救治策略，通过界面操纵选择适宜急救器材并进行相关急救技术操作。如在虚拟火线环境中一名伤员发生大腿中上段大出血合并胸部、头部多发伤，由卫生战士实施火线救治，要求学员首先根据相关指征判断大腿是否为致命性大出血，一旦确定后立即使用单兵急救包中的旋压式止血带在适宜位置进行模拟止血，然后选择将伤员转移至掩体内相对环境中，继而按照“MARCH”检伤处置原则，依次点击各个伤部出现局部放大界面，进行模拟伤情评估，并针对不同伤情选择相应的急救器材图标，拖至正确的体表解剖部位，并调整相应参数，包括穿刺或插管深度、输液速率等，在完成所有处置操作后模拟填写伤票。只有满足救治策略运用时机正确、救治器材选择恰当并放置合理、且在规定时间内完成所有处置，方可得到全部分数。

图3 战术一线分级救治关键技术群

3 功能实现

该平台可根据用户性质预设不同账号，普通官兵、卫生战士、卫生员和军医等不同身份参训人员通过各自账号在同一登录界面下进入系统，即可获得相应的权限从而执行相应的伤员模拟训练，见图5；除了以上学员身份，还设有管理员登陆账号，由专人负责系统的后台数据维护和更新。

登录模拟训练功能模块后，可根据参训人员自身特点、培训需要和兴趣偏好，选择身份、性别和具体训练场景，选择完毕后系统自动生成伤员模型，并启动计时系统。通过远、近景和视角切换，检查评估伤员伤情，并选择合适的急救器材进行止血、通气、包扎、固定、搬运、基础生命支持等模拟处置，处置完毕后系统自动给出评估报告。基于三维立体仿真建模技术，并采用虚拟交互方式，不仅能够使参训人员逼真地感知战术一线救治环境场景，还能够近似真实地开展专业技能训练，操作训练场景更加逼真，操作训练过程更加真实[11]。

4 讨 论

战伤急救仿真模拟训练系统是信息化条件下建立在军事游戏软件基础上的一种创新训练手段，与其他模拟训练模式相同的是，其目的和本质都是基于技术、理论、装备等要素模拟实战，并通过训练来不断完善技术、熟悉装备、优化流程和提高战伤救治能力等[12]。当前，对于广大部队官兵和卫勤人员开展战伤急救技术模拟训练，无论是智能战创伤仿真模拟人还是标准化伤员，以及动物实验或虚拟现实技术，都需要较大规模的资金或时间成本投入，且人员轮训周期时间长，难以开展常态化、批量化官兵集中培训，多媒体教学手段虽然可以用于集中授课，但以被动性培训为主，深层次专业技术及创新思维互动不充分，不能有效调动和提高人员参训积极性，而利用计算机仿真模拟训练系统实施训练则是解决这些问题的很好的方法和手段[13]。当前部队一线战救训练，重心多聚焦于技术流程操作而忽视技术运用策略。日常救治与战时救治，最根本的差异在于思维和意识层面。设计开发战伤急救模拟训练软件系统，提供虚拟伤员和虚拟训练环境，培训战场背景下实施救治的思维模式，对于将专业技能上升为实战化保障能力具有重要意义[14]。

图5 系统界面

本研究紧密结合当前部队训练实际需要，通过借鉴外军仿真模拟训练系统设计理念基础上，综合运用3D仿真建模、数据库、虚拟现实等技术，初步构建了集虚拟现实特点、教学性和趣味性于一体的三维实景仿真模拟训练平台，更符合当前青年官兵的心理和生理需求，具有较大的吸引力和可操作性，达到了提高训练效果，丰富训练手段的目的，同时也大幅度减少了常规训练场地受限或经费不足的影响。需要注意的是，本系统主要是利用计算机对战伤救治策略、救治技术流程等内容进行模拟训练，要全面熟练掌握战救技术的操作规范，必须结合物理模拟训练或动态模拟训练平台，开展虚实结合、动静结合与理技融合的全方位训练[15，16]。目前，本研究仅完成了火线环境下若干典型伤员模型的设计构建，伤员库有待进一步丰富和完善；随着研究深入，还需进一步扩展模拟训练场景类型，丰富模拟训练环境的仿真度，逐渐完善触屏、语音或动作人机交互方式，不断健全战伤救治仿真模拟训练体系，充分发挥这一新型训练模式的最大效能，提高整体培训质量效益。