Современная медицина требует высококвалифицированных специалистов и спрос на них с каждым годом растет. Для их подготовки используются различные технологии, например медицинские тренажеры и симуляторы — это передовая обучающая технология, которая позволяет моделировать практические ситуации и вырабатывать у врачей необходимые знания и навыки. Применение тренажеров в подготовке медицинского персонала позволяет существенно снизить вероятность врачебной ошибки и повысить безопасность медицинского ухода.

Медицинские симуляторы и тренажеры — один из наиболее перспективных рынков со стабильным темпом роста, 14% согласно исследованиям Allied Market Research. Крупнейшим мировым рынком медицинских тренажеров и симуляторов в настоящее время являются страны Северной Америки, наибольший тем роста — в странах в Юго-Восточной Азии.

Классификация медицинских тренажеров

Согласно Российскому обществу симуляционного обучения в медицине (РОСОМЕД) существует 7 уровней реалистичности обучающих тренингов:

  • визуализация
  • гаптика (тактильная чувствительность)
  • моторика и эргономика
  • видеоизображение
  • аппаратура
  • интерактивность
  • коммуникабельность

На каждом типе тренингов применяются различные типы симуляторов. Одна из первых классификаций медицинских симуляторов была предложена в 1987 году М. Миллером. Со временем появлялись новые типы симуляторов, сейчас широко известна типология шести уровней симуляционных методик, предложенная в 2007 году Г. Алинье (Великобритания). В основе классификации лежит сравнение функций симуляторов, степень вовлечённости обучающихся и реалистичности опыта, который можно получить с их помощью.

  • 0-й уровень — письменные симуляторы (клинические ситуационные задачи)
  • 1-й уровень — объемные модели: низкореалистичные манекены, тренажеры навыков
  • 2-й уровень — «имеющие экраны»: компьютерные ситуационные задачи, тестовые программы, видеофильмы, симуляторы виртуальной реальности
  • 3-й уровень — стандартизованные пациенты и ролевые игры
  • 4-й уровень — манекены среднего класса с электронным или компьютерным управлением
  • 5-й уровень — компьютерные манекены-симуляторы пациента высшего класса реалистичности

Но в современных реалиях этих шести уровней уже недостаточно. Помимо классификации Апинье, в повседневной практике для обучения применяют частные практические типологии, связанные с отдельными областями медицины. Например, для обучения лапороскопическим методам в хирургии применяют:

  • коробочные тренажёры
  • видеотренажёры
  • виртуальные симуляторы

В отработке терапии неотложных состояний используется деление устройств практического тренинга на две группы:

  • тренажеры отдельных практических навыков (Task-Trainer, Skill-Trainer)
  • манекены-имитаторы пациента (низкореалистичные манекены Low-Fidelity, имитаторы пациента среднего класса Mid-Class, высокореалистичные роботы Hi-Fidelity

Создание медицинского тренажера

У нашей команды есть опыт создания медицинского тренажера, мы создали симулятор измерителя кровяного давления. Определения кровяного давления осуществляется по тонам Короткова.

Историческая справка: метод Короткова — звуковой (аускультативный) метод измерения артериального давления, предложенный русским хирургом Николаем Сергеевичем Коротковым в 1905 году. В настоящее время метод Короткова является единственным официальным методом неинвазивного измерения артериального давления, утверждённым Международной организацией здравоохранения (предтечей ВОЗ) в 1935 году. Измерение давления производится при помощи тонометра (сфигмоманометра), а выслушивание тонов Короткова от пульсирующей пережатой артерии — при помощи стетоскопа.

Тренажер предназначен для отработки навыков измерения кровяного давления. Блок управления состоит из:

  • аналогового датчика измерения давления
  • микроконтроллера
  • сенсорного дисплея

Разработанный нами прибор имитирует сердцебиение в зависимости от кровяного давления и имитирует пульс для пальпации. Прибор позволяет задавать несколько режимов имитации:

  • с пальпацией и без
  • с аускультативным провалом и без

Настройки прибора позволяют задавать параметры следующие:

  • систолическое давление
  • диастолическое давление
  • частота сердцебиения
  • громкость звука сердцебиения
  • режимы имитации

Выдача звука происходит на стандартный динамик 2 Вт, сопротивление 4 Ом. Имитация пульса производится втягивающимся соленоидом.

Динамик и соленоид встраиваются в силиконовую модель руки человека — динамик в районе сгиба локтя, соленоид в районе лучевой кости, то есть в местах определения давления и пульса.

Для нас самым сложным явилась имитация звуков сердцебиения в разных режимах работы и разных частотах. Мы записали необходимые звуки и после компьютерной обработки смогли имитировать их в нашем приборе.

Вторым по сложности вопросом оказался подбор датчика давления. С учетом ситуации на рынке электронных компонентов, мы ориентировались на китайский рынок и потратили немало времени на поиск поставщика качественных датчиков давления со стабильными характеристиками.

Третий вопрос, который необходимо было решить, это корректная имитация аскультативного провала. Для лучшего понимания этого вопроса мы обратились за консультацией к врачам кардиологам, в результате мы пришли к следующей логике работы:

Включение прибора

  • Функция пальпации включена. Стучит соленоид. Звука нет
  • SYS (систолическое давление)
  • DIS (диастоличекое давление)
  • Начинаем накачивать воздух и повышать давление. Давление становится выше систолического SYS на 20%, это момент начала измерения.

Есть два режима работы:

  • Аскультативный провал включен (GAP ON, верхняя половина диаграммы на Рисунке 1)
  • Аскультативный провал отключен (GAP OFF, нижняя половина диаграммы на Рисунке 1)

Рисунок 1. Диаграмма

Воспроизведение звука при отключенном аскультативном провале

  • Давление снижается до систолического SYS.
  • Вся шкала между систолическим (SYS) и дистолическим (DYS) давлением разбивается пополам
  • Сначала воспроизводится Звук 1, соленоид отключается
  • Потом, не доходя до середины на 5 мм рт. ст., запускается Звук 2
  • Посте прохождения середины, еще на 5 мм, рт. ст. звук 2 прекращается
  • Воспроизводится Звук 3 со сниженным уровнем громкости на 10-20 % от настроенного в параметрах
  • Далее, не доходя до границы дистолического давления на 5 мм рт. ст., снижается громкость еще на 30% и прекращается по достижению дистолического давления
  • Соленоид включается при снижении давления ниже 20 мм рт. ст.

Воспроизведение звука при включенном аскультативном провале

При включенной функции АП добавляется еще один порог в первой половине (см. Рисунок 1). Это порог четверти между систолическим и дистолическим давлением. Отсчитывается вниз от систолического давления. После достижения этого порога звук прекращается до появления условий запуска Звука 2.

Соответствие звука и частоты пульса

Звук 1, Звук 2, Звук 3 соответсвуют частоте пульса, который установлен в настройках, то есть запускается соответствующий файл с флеш-карты.

В реальной жизни «пауза» ритма у каждого человека своя, но для целей создания тренажера данного алгоритма было достаточно.

Разработка прибора

В процессе реализации проекта было разработано две версии печатной платы, сначала базовая, а затем улучшенная и доработанная, в которой мы исправили все найденные недостатки.

Одним из преимуществ разработанного нами прибора стала его цена, которую нам удалось удержать на уровне китайских аналогов. Также стоит отметить высокое качество работы прибора и реалистичную имитацию звуков сердцебиения, сопоставимые с западными «фирменными» приборами.