戰術一線救治模擬訓練系統的設計與實現

郭 棟，黎檀實，潘 菲，何偉華，魚 敏

隨著常規武器的信息化、智能化發展及新概念武器、核生化特種武器的應用，武器打擊范圍更廣，殺傷效應更強，傷情、傷類和傷勢更加復雜，對現場急救提出更高要求[1]。運用計算機進行仿真模擬訓練是開展實戰化衛勤訓練的重要途徑，不僅可打破常規訓練的時空條件制約，同時大大降低訓練成本，提高訓練質量效益，對于提高現代戰場一線救治能力至關重要，是和平時期部隊官兵和衛勤人員增強自救互救與現場急救能力的有效手段[2-4]。

20世紀90年代以來，以美軍為代表的西方發達國家軍隊開始使用計算機仿真技術來進行戰傷救治模擬訓練研究。自1999年至2007年美軍大約資助了超過150個該領域的研究項目，累計投入超過6000萬美元，研發出了一系列用于戰術戰傷救治（Tactical Combat Casualty Care，TCCC）訓練的數字化仿真模擬裝備[5，6]，如“戰術戰傷救治模擬系統（TC3 Sim 2009）”、“戰斗救生員模擬手游（Trauma Con 2012）”、“計算機海軍醫護兵訓練系統（CBCTS 2009）”、“交互式創傷教練（ITruSim 2006) ”、“模擬病人?（Sim-Patient?）”、“應急準備培訓(CBRNE 2010) ”、“橙色代碼?（Code Orange ?）”、“脈沖 !! ( Pulse !!) ”、“模擬人 ?（HumanSim?）”和“戰斗衛生兵（Combat Medic）”等軟件產品[7]，豐富了戰傷急救模擬訓練手段方法。相對而言，我軍衛勤模擬訓練的信息化、智能化和實戰化水平不高，難以激發官兵參訓熱情。為了適應現代戰場一線救治的需求，提高廣大官兵的參訓積極性，拓展保障能力生成方式，本研究將現代模擬訓練技術理念與傳統戰現場急救培訓內容相結合，進行了新型戰現場急救模擬訓練系統的設計與開發，旨在為開展實戰化條件下的戰術一線救治訓練提供手段支撐。

1 系統設計

1.1 整體結構 戰術一線救治模擬訓練系統，適用于院校、醫院和部隊等不同類型單位衛勤訓練機構，既可用于戰傷模擬訓練，又可進行戰傷模型構建，主要以戰救理論知識、決策思維和作業流程等為訓練內容。本系統主要由標準化傷員數據庫、戰傷急救技術數據庫和戰救包囊器材數據庫等進行后臺數據支持，包括戰術戰傷救治3D模擬訓練功能模塊和2D理論題庫功能模塊，其中模擬訓練模塊是本系統的核心功能模塊，見圖1。兩個功能模塊都分別區分單兵、衛生戰士、衛生員和軍醫四類崗位人員進行針對性特異性培訓，技術培訓范圍在傳統戰現場急救六大技術基礎上，綜合集成了前沿戰場高級急救技術和最新急救器材使用方法。運用本系統可以實現在戰場仿真環境下區分不同戰術背景、不同崗位人員進行可重復性救治策略訓練，為熟練掌握現代戰傷現場急救技術和提高一線救治能力，提供科學化、信息化和可視化技術指導。

1.2 開發設計 本系統綜合運用數據庫開發工具MySQL、3D互動開發工具Unity、編程工具Visual Studio和建模工具3d Max進行模擬訓練系統的設計開發，并采用基于客戶端/服務器（Client/Server，C/S）模式的程序架構，實現數據高效處理和穩定運行。針對不同用戶使用要求，設計學員和管理員兩類角色。學員賬號，根據當前部隊衛勤人員崗位編制設計，初步設計了四種角色：單兵、衛生戰士、衛生員、軍醫，每種角色人員對應相應的救治技術和器材。學員進入系統后，可根據本人身份選擇相應角色進入，進行相應處置訓練，可通過系統查詢自己的訓練考核成績。可對自己的登錄密碼進行修改，并維護相關個人信息。管理員身份進入后，可進行后臺數據庫維護管理，主要功能包括創建數據庫、備份數據庫、修改數據庫、查看、刪除、還原數據庫等相關操作。

1.3 模型構建

1.3.1 環境模型 主要包括戰場環境場景和戰術救治背景兩部分。（1）戰場環境場景，類似軍事類游戲軟件，本系統設計多個場景或“地圖”，參訓人員可根據興趣愛好選擇某一種戰場環境場景，系統擬初步預設山地作戰、平原作戰、城市作戰和海上作戰等常見作戰環境場景，同時擬增加自定義功能，可根據用戶需求添加新的戰場環境場景。（2）戰術救治背景，基于不同戰術背景下救治技術和器材運用策略不同，參照美軍TCCC救治指南，結合我軍戰術一線救治研究成果，在系統中設置了一線交火區救治、非交火區救治、戰位及醫療后送平臺救治等三類戰術救治背景[8，9]，在訓練場景界面進入時可選擇相應救治背景，進行相應戰術背景下的傷員救治模擬訓練。

1.3.2 傷員模型 搜集整理了美軍在伊拉克、阿富汗戰場等歷次軍事行動中的傷亡統計數據、不同傷型傷員發生特點，以及我軍在抗美援朝戰爭、西南邊境作戰以及馬里維和等軍事行動中的部分傷員數據，結合臨床創傷數據，構建常規武器戰傷傷情譜和標準化傷員庫，導入軟件系統構建傷員發生模型。針對不同傷員特點進行三維立體仿真建模，可多個視角以及遠、近距離觀察傷員，并局部放大傷員部位進行檢傷評估。設計的模擬傷員具有較好的人機交互功能，可以通過語音或文字兩種形式表達說明基本信息和致傷經過。傷情主要通過主訴、體征和輔助資料等方式進行呈現，根據參訓人員處置方式是否正確及時而發生不同轉歸。傷員模型結構見圖2。

圖1 系統結構圖

圖2 傷員模型結構圖

1.3.3 救治模型 主要包括救治技術和救治器材兩部分。（1）救治技術，在查閱文獻、調研部隊和咨詢專家基礎上，借鑒以TCCC為代表的外軍現代戰傷急救技術指南，結合我軍《戰傷救治規則（2019修訂版）》《戰傷現場急救技術規范（審核版）》，設計戰術一線分級救治關鍵技術群[10]，依據戰術行動特點，主要包括交火區自救互救技術群、非交火區現場急救技術群和戰術一線后送救治技術群，進而構建形成救治技術模型（具體技術種類見圖3）。區分不同參訓人員身份類別（進入角色）和不同戰術救治背景，合理設置培訓技術運用范圍，技術運用正確與否主要通過救治器材的正確選擇、準確放置和其他細節來體現。（2）救治器材，根據我軍新一代單兵急救包、衛生戰士急救包、戰位急救包、衛生員背囊、軍醫背囊內置器材品量表，設計戰救包囊器材數據庫，導入系統。在選擇不同身份進入后，系統會自動匹配相應的急救包囊，在操作時可以在相應界面中顯示出與實際品量表相一致的虛擬急救器材物品。

2 運行流程

圖4 系統運行流程

根據軟件的功能需求，系統運行流程見圖4。首先登錄系統，選擇合適的訓練場景和人物角色，確定后從后臺傷員數據庫中自動生成一組傷員模型，同時進入訓練主界面。通過培訓人員與計算機的人機交互，逐步了解獲取傷情信息。在進行傷員檢傷和傷情評估后，參訓人員必須形成初步的救治策略，通過界面操縱選擇適宜急救器材并進行相關急救技術操作。如在虛擬火線環境中一名傷員發生大腿中上段大出血合并胸部、頭部多發傷，由衛生戰士實施火線救治，要求學員首先根據相關指征判斷大腿是否為致命性大出血，一旦確定后立即使用單兵急救包中的旋壓式止血帶在適宜位置進行模擬止血，然后選擇將傷員轉移至掩體內相對環境中，繼而按照“MARCH”檢傷處置原則，依次點擊各個傷部出現局部放大界面，進行模擬傷情評估，并針對不同傷情選擇相應的急救器材圖標，拖至正確的體表解剖部位，并調整相應參數，包括穿刺或插管深度、輸液速率等，在完成所有處置操作后模擬填寫傷票。只有滿足救治策略運用時機正確、救治器材選擇恰當并放置合理、且在規定時間內完成所有處置，方可得到全部分數。

圖3 戰術一線分級救治關鍵技術群

3 功能實現

該平臺可根據用戶性質預設不同賬號，普通官兵、衛生戰士、衛生員和軍醫等不同身份參訓人員通過各自賬號在同一登錄界面下進入系統，即可獲得相應的權限從而執行相應的傷員模擬訓練，見圖5；除了以上學員身份，還設有管理員登陸賬號，由專人負責系統的后臺數據維護和更新。

登錄模擬訓練功能模塊后，可根據參訓人員自身特點、培訓需要和興趣偏好，選擇身份、性別和具體訓練場景，選擇完畢后系統自動生成傷員模型，并啟動計時系統。通過遠、近景和視角切換，檢查評估傷員傷情，并選擇合適的急救器材進行止血、通氣、包扎、固定、搬運、基礎生命支持等模擬處置，處置完畢后系統自動給出評估報告。基于三維立體仿真建模技術，并采用虛擬交互方式，不僅能夠使參訓人員逼真地感知戰術一線救治環境場景，還能夠近似真實地開展專業技能訓練，操作訓練場景更加逼真，操作訓練過程更加真實[11]。

4 討 論

戰傷急救仿真模擬訓練系統是信息化條件下建立在軍事游戲軟件基礎上的一種創新訓練手段，與其他模擬訓練模式相同的是，其目的和本質都是基于技術、理論、裝備等要素模擬實戰，并通過訓練來不斷完善技術、熟悉裝備、優化流程和提高戰傷救治能力等[12]。當前，對于廣大部隊官兵和衛勤人員開展戰傷急救技術模擬訓練，無論是智能戰創傷仿真模擬人還是標準化傷員，以及動物實驗或虛擬現實技術，都需要較大規模的資金或時間成本投入，且人員輪訓周期時間長，難以開展常態化、批量化官兵集中培訓，多媒體教學手段雖然可以用于集中授課，但以被動性培訓為主，深層次專業技術及創新思維互動不充分，不能有效調動和提高人員參訓積極性，而利用計算機仿真模擬訓練系統實施訓練則是解決這些問題的很好的方法和手段[13]。當前部隊一線戰救訓練，重心多聚焦于技術流程操作而忽視技術運用策略。日常救治與戰時救治，最根本的差異在于思維和意識層面。設計開發戰傷急救模擬訓練軟件系統，提供虛擬傷員和虛擬訓練環境，培訓戰場背景下實施救治的思維模式，對于將專業技能上升為實戰化保障能力具有重要意義[14]。

圖5 系統界面

本研究緊密結合當前部隊訓練實際需要，通過借鑒外軍仿真模擬訓練系統設計理念基礎上，綜合運用3D仿真建模、數據庫、虛擬現實等技術，初步構建了集虛擬現實特點、教學性和趣味性于一體的三維實景仿真模擬訓練平臺，更符合當前青年官兵的心理和生理需求，具有較大的吸引力和可操作性，達到了提高訓練效果，豐富訓練手段的目的，同時也大幅度減少了常規訓練場地受限或經費不足的影響。需要注意的是，本系統主要是利用計算機對戰傷救治策略、救治技術流程等內容進行模擬訓練，要全面熟練掌握戰救技術的操作規范，必須結合物理模擬訓練或動態模擬訓練平臺，開展虛實結合、動靜結合與理技融合的全方位訓練[15，16]。目前，本研究僅完成了火線環境下若干典型傷員模型的設計構建，傷員庫有待進一步豐富和完善；隨著研究深入，還需進一步擴展模擬訓練場景類型，豐富模擬訓練環境的仿真度，逐漸完善觸屏、語音或動作人機交互方式，不斷健全戰傷救治仿真模擬訓練體系，充分發揮這一新型訓練模式的最大效能，提高整體培訓質量效益。