兰州交通大学学报稿件信息
ESP虚拟病人系统在基础医学实验教学中的实践
--以失血性休克及其抢救虚拟仿真实验为例
张鸣号1，马婷1，高俊辉2，林茂辉2，王梦琪2，孙玉宁1*
（1.宁夏医科大学 银川 750004；2.上海梦之路数字科技有限公司 上海 201210）
【摘要】目的 探讨ESP虚拟病人系统在基础医学实验教学中的应用与实践。方法 以失血性休克及其抢救虚拟仿真实验为例，通过对ESP虚拟病人系统的设计、应用、评估与考核等介绍，阐明ESP虚拟病人系统在基础医学实验教学中的应用价值。结果 通过模拟临床失血性休克患者的典型临床表现、微循环改变、重要器官的血液灌等流变化，观察病人生理指标、血流动力学、微循环等指标变化；通过“语音问诊”对病情进行评估、查看“电子病历”明确诊断、选择“抢救措施”并辅以“药物治疗”等对虚拟病人进行抢救，最后完成“案例思考题”。ESP虚拟病人系统将自动记录每位学生的访问信息、每次操作和考核的结果。通过系统的操作结果反馈，使学生在学习失血性休克相关基础知识的同时，掌握失血性休克的病因、发病机制、临床表现、诊断及其抢救治疗原则。结论 ESP虚拟病人系统可通过虚拟仿真实验的形式综合模拟人体生理/病理的生命发展形态，适用于医学实践教育与住院规培、健康科普教育和部分科研领域。
【关键词】ESP虚拟病人；医学教学；应用与实践；虚拟仿真；失血性休克
基础医学是一门理论性与实践性很强的学科。实践教学是基础医学教育的重要组成部分，它既是训练学生实践技能和提升专业素养的主要途径，也是培养学生发现问题、分析问题、解决问题等临床思维能力的重要方法，在医学人才培养过程中发挥着不可替代的作用。
近年来，随着教育部关于国家级虚拟仿真实验教学中心的认定和建设工作的开展，虚拟仿真技术已经在医学教育领域得到广泛应用[1-3]，并被引入医学实验教学中，开创了实验教学新模式。本文以失血性休克及其抢救虚拟仿真实验为例，通过对基于生理驱动的标准化虚拟仿真病人（Electronic Standardized Patient，ESP虚拟病人）系统的设计、应用、评估与考核等介绍，阐明ESP虚拟病人系统在基础医学实践教学中的应用价值。
1. 失血性休克及其抢救虚拟仿真实验的教学目的
失血性休克是临床常见的危重急症，也是教学大纲中要求学生掌握的内容。由于复制失血性休克动物模型耗时长、动物耗量大、抢救方案与结果差异大，影响教学效果；加之在基础阶段开展相关临床见习教学的实施难度大。因此，建设、开展“失血性休克”虚拟仿真实验教学项目具有重要的现实意义。
本实验项目的实施对象是五年制医学专业本科的三年级学生，此时学生已经学习了所有的基础课，即将进入临床学习；是医学生从基础医学向临床过渡、从理论向实践过渡的阶段；是为进入临床阶段学习打下坚实理论基础的关键时期。本项目以失血性休克为中心，通过ESP标准化虚拟病人案例实训进行实践教学，既培养了医学生学习的浓厚兴趣，又促使学生以更加扎实的基础知识及技能、更明确的学习目的进入临床学习，使得“三基”训练更加到位，为将来更好的把基础知识应用到临床课程的学习奠定基础。
通过基于ESP虚拟病人的临床失血性休克虚拟实验：
①复习巩固失血性休克相关基础医学知识，如休克微循环的分期变化机制，失血性休克的不同阶段病人血压、呼吸、心率、血气等数值变化的发生机制。
②学习失血性休克的主要表现和休克早期诊断。
③学习失血性休克的抢救和液体复苏原则。
④了解急救多种给药途径和多种药物的输注应用。
⑤了解多参数监护仪的实时察记和临床应用。
⑥了解急诊病历的构成和书写格式。
2. ESP虚拟病人介绍
ESP虚拟病人系统是一套智能电子标准化病人教学系统。该系统在根据人体生理/病理的系统化理论基础之上，通过利用物理学、数字电路技术和计算机信息技术对人体的器官系统进行模拟和数学模型的设计，从而开发的一套数字生理驱动时时驱动和反馈系统（如图1-1所示）。
图1-1 ESP系统设计方法概要
该系统按照人体器官系统为中心进行模块的搭建，同时针对人体所处的外部环境对人体的影响、医疗器械设备应用对人体的作用、药物物质对人体的作用以及人体在病理状态的自我代偿和调节四个方面进行模块化设计，建立了系统验证机制，整个系统的设计框架如图1-2所示。
图1-2 ESP系统模块框架图
ESP可以综合模拟人体生理/病理的生命发展形态，它以3D虚拟人体和可视化工作平台的形式，可以被设置成理想化的“人体”受试对象，能够准确和高度一致的完成医学实验任务，可广泛的用于医学教育与住院规培、健康科普教育和部分科研领域。
本案例通过研究人体在失血造成的低血容量休克情况下，其机体产生的代偿机制及病理生理变化，利用电路模拟全身心血管系统，通过流体力学进行局部调节，模拟失血性休克的标准化病人机体在临床症状，以及在输液扩容的治疗原则下机体的恢复。案例的设计思路如图1-3所示；心血管模拟电路图如图1-4所示。
图1-3 失血性休克案例设计框架图
图1-4 失血性休克案例中的心血管系统电路模拟图
3. ESP虚拟病人的应用
第一步 病例的编辑配置及模型生成：
在ESP的产品教学过程中，系统将对产品客户的管理用户开放强大的案例编辑功能，目前，ESP数字虚拟人有以下被输入设置的功能：
（1）人体基本参数：性别、年龄、身高、体重、基础代谢率、脂肌比和其他基础生命体征参数（心率、血压、温度、呼吸频率等）。
（2）人体生活环境：空气、水、火灾烟尘等自然情况，以及特殊的空气环境中大气成份（氧气、一氧化碳、二氧化碳等含量和成份等）。
（3）人体功能障碍：特定的疾病或意外伤害对人体造成的损伤和功能障碍。疾病发生的部位和严重程度等。
第二步 系统的数据及图像输出：
在对案例的数据配置编辑完成之后，ESP将根据新的配置数据，向系统前端用户输出以下的功能和数据：
（1）人体生理反应：人体肤色改变、出汗、疼痛、咳嗽、呕吐、反射意识等生理表现和其他疾病体表症状。（如图2-1，图2-2所示）
图2-1 失血性休克病人皮肤出现冷汗的过程
图2-2 病人表现出疼痛、紧张、昏迷的临床症状
（2）器官系统数据：包含心血管系统、血液化学、呼吸系统、泌尿系统、消化系统、内分泌等各个系统的常用数据（具体器官数据请详见系统参数表）。
（3）即时检验功能：包含血液、尿液、肾功能等常见的实验检查指标。
（4）生理动态图像：包含器官—组织—细胞—分子的不同形态层级的时时的生理、病理和药理的人体器官功能动态图像和数据的变化展示。
第三步 针对SP病人的评估、干预和治疗 ：
（1）病情评估：包含对虚拟SP的语音问诊、查体、监护的操作。通过语音与虚拟SP病人进行交流，完成对虚拟SP的病史采集，以及对虚拟SP的心音、肺音听诊，完成病情的初步诊断和评估。
（2）生命支持：包含止血包扎、吸氧、静脉开放、CPR和AED、机械通气等急救操作。
（3）药物治疗：包含案例药物包中药物的使用，剂量的选择和药物的使用途径。
（4）问题考核：包含案例中的客观题和主观题的答题和考核。
第四步 针对学生操作的记录和考核：
在学生完成案例的操作之后，系统将针对学生的操作记录与系统设置的标准操作流程进行比对和评估，给出学习者的案例操作成绩和系统的评估报告。
4. 项目创新性
ESP虚拟病人系统是一个完全开放的虚拟仿真病人系统，教师可根据自身教学需求设置临床病例、失血部位、失血量等参数，模拟正常献血或因失血、失液、烧伤、创伤等因素引起的临床低血容量行休克，并可以模拟临床抢救与治疗。通过模拟临床失血性休克患者的典型临床表现、微循环改变、重要器官的血液灌等流变化，观察病人生理指标、血流动力学、微循环等指标变化；通过“语音问诊”对病情进行评估、查看“电子病历”明确诊断、选择“抢救措施”并辅以“药物治疗”等对虚拟病人进行抢救，最后完成“案例思考题”。ESP虚拟病人系统将自动记录每位学生的访问信息、每次操作和考核的结果。通过系统的操作结果反馈，使学生在学习失血性休克相关基础知识的同时，掌握失血性休克的病因、发病机制、临床表现、诊断及其抢救治疗原则。
该系统目前在国内属于首创，成熟作品在设计理念、完整和前瞻性的等内容方面获得全国高校专家的一致好评。并于2018年度获得由国家级基础医学实验示范教学中心举办的“第三届梦之路杯全国高等学校虚拟仿真教学软件大赛”一等奖。
5. 项目教学方式与方法
以“基于生理驱动的标准化虚拟仿真病人（Electronic Standardized Patient，ESP虚拟病人）”为操作对象，模拟临床失血性休克患者的典型临床表现、微循环改变、重要器官的血液灌流变化等；观察病人生理指标、血流动力学、微循环等的变化，通过“语音问诊”对病情进行评估、查看“电子病历”明确诊断、选择“抢救措施”并辅以“药物治疗”等对虚拟病人进行抢救，最后完成“案例思考题”。系统将自动记录每位学生的访问信息、每次操作和考核的结果。通过系统的操作结果反馈，使学生在学习失血性休克相关基础知识的同时，掌握失血性休克的病因、发病机制、临床表现、诊断及其抢救治疗原则。
最后，通过“自测与考核”，加强对学生的过程性考核评价。该实验通过ESP虚拟病人的语音问诊、查体、电子病历书写、抢救治疗等方式真实的创造了失血性休克疾病的实习机会，克服了学生在基础阶段进行临床见习教学的困难，同时又可以反复练习，使学生获得充分的学习机会，得到充分锻炼，从而熟练掌握教学要求的基本知识、基本操作，为将来的临床课程学习打下坚实的基础。同时，系统将自动记录每位学生的访问信息、每次操作和考核的结果，并进行自动统计，便于教师对学生的学习情况进行实时评价。
6. ESP虚拟病人系统在基础医学实践教学中的实施效果
学生使用该实验系统之后反应学习兴趣明显提高，学习主动性加强了，对基础理论知识的掌握也明显扎实了，加强了形象记忆能力，可以将书面知识与临床病历相结合，并且在提及某些生理学名词时能够联想到临床真实的解剖结构。例如被问及“微循环的组成”这个知识点，学生会联想到ESP虚拟病人的微循环3D模式图，微循环由功能不同的7个部分组成，随着失血性休克的病情进展，微循环的不同组成部分的管径会发生收缩或扩张的影像，非常有利于记忆而且不容易忘掉。
该实验项目对于实践类知识的掌握获益更加明显，传统实验教材仅提供文字表述的实践操作步骤和一些简易的图片，而该系统提供的模拟操作界面，让学生有一种身临其境的学习体验，不仅利于掌握知识同时趣味性很强，可谓是寓教于乐，学习体验非常好。尤其是动物手术操作界面，学生可以反复练习各种操作，形成了深刻的形象记忆。当出现错误操作时，系统会给出提示（练习模式）。通过考核模式，学生可以模拟动物实验考试，当经过反复练习取得好成绩时，学生的学习信心和兴趣明显提高，学习主动性也加强了，收到了良好的学习效果。
失血性休克的发病机制是理论和实践教学的重点和难点，理论抽血不易理解。通过“ESP虚拟病人”，学生不仅可以形象的观察到休克时患者的临床表现，还可以直观的看到微循环的变化，全身器官的血液动力学改变等，明显加强了学生对于失血性休克“微循环障碍学说”的理解。通过“语音问诊”、填写或查看“电子病历”、选择“抢救措施”并辅以“药物治疗”，使得学生对于休克的临床诊断与抢救建立了形象直观的概念，明显增强了学习后期临床知识的学习兴趣。
该系统解决了早期临床见习、实行资源缺乏的困境，给学生创造了良好的学习环境，提高了学习兴趣，加深了对基础知识的理解，通过反复练习反复试错达到了孰能生巧的教学目的，有利于学生掌握失血性休克的病因、发病机制、临床表现、诊断及其抢救治疗原则。
7. 结语
医学虚拟仿真实验克服了传统实验教学的局限性，更加真实的模拟临床典型案例，使学生能够身临其境，极大的调动了学生的学习积极性，同时又可以反复操作练习，加强了基础与临床之间的联系，具有传统实验不可比拟的优越性[4-5]。ESP虚拟病人系统可通过虚拟仿真实验的形式综合模拟人体生理/病理的生命发展形态，适用于医学实践教育与住院规培、健康科普教育和部分科研领域。
参考文献：
[1] 赵琪，孙红，孙艳梅，等．基础医学虚拟仿真实验教学平台构建研究[J]．实验技术与管理，2016，33（11）：135-138.
[2] 厉英超，米琛，贾皑，等．虚拟仿真教学平台在临床医学教学中的应用[J]．临床医学研究与实践，2016，1（10）：122-123.
[3] 朱群娥，雷璇，李循，等．留置导尿术虚拟仿真实验建设研究[J]．实验技术与管理，2018，35（2）：139-121.
[4] 陈沙，刘平安，刘慧萍，等．虚拟仿真实验室在医学教学中的应用[J]．中国高等医学教育，2017，37（1）：13-14.
[5] 熊英，张金娟，李玲，等．虚拟仿真实验与网络教学平台结合进行机能实验教学改革的体会[J]．南方医科大学学报，2018，38（7）：86-90.
课题名称：
1. 宁夏高等教育教学改革项目（YJG201853：病理生理学专业硕士研究生培养质量控制体系的构建）
2. 宁夏医科大学2018年教育教学改革研究项目（NYJY1851：基础与临床相融合在《临床前基础医学综合实验》课程教学中的探索与实践）
3. 宁夏回族自治区高等教育教学改革项目（NXBJG2018056：《临床前基础医学综合实验课程》虚拟仿真实验项目的建设与实践）
ESP虚拟病人系统在基础医学实验教学中的实践
--以失血性休克及其抢救虚拟仿真实验为例
张鸣号1，马婷1，高俊辉2，林茂辉2，王梦琪2，孙玉宁1*
（1.宁夏医科大学 银川 750004；2.上海梦之路数字科技有限公司 上海 201210）
【摘要】目的 探讨ESP虚拟病人系统在基础医学实验教学中的应用与实践。方法 以失血性休克及其抢救虚拟仿真实验为例，通过对ESP虚拟病人系统的设计、应用、评估与考核等介绍，阐明ESP虚拟病人系统在基础医学实验教学中的应用价值。结果 通过模拟临床失血性休克患者的典型临床表现、微循环改变、重要器官的血液灌等流变化，观察病人生理指标、血流动力学、微循环等指标变化；通过“语音问诊”对病情进行评估、查看“电子病历”明确诊断、选择“抢救措施”并辅以“药物治疗”等对虚拟病人进行抢救，最后完成“案例思考题”。ESP虚拟病人系统将自动记录每位学生的访问信息、每次操作和考核的结果。通过系统的操作结果反馈，使学生在学习失血性休克相关基础知识的同时，掌握失血性休克的病因、发病机制、临床表现、诊断及其抢救治疗原则。结论 ESP虚拟病人系统可通过虚拟仿真实验的形式综合模拟人体生理/病理的生命发展形态，适用于医学实践教育与住院规培、健康科普教育和部分科研领域。
【关键词】ESP虚拟病人；医学教学；应用与实践；虚拟仿真；失血性休克
基础医学是一门理论性与实践性很强的学科。实践教学是基础医学教育的重要组成部分，它既是训练学生实践技能和提升专业素养的主要途径，也是培养学生发现问题、分析问题、解决问题等临床思维能力的重要方法，在医学人才培养过程中发挥着不可替代的作用。
近年来，随着教育部关于国家级虚拟仿真实验教学中心的认定和建设工作的开展，虚拟仿真技术已经在医学教育领域得到广泛应用[1-3]，并被引入医学实验教学中，开创了实验教学新模式。本文以失血性休克及其抢救虚拟仿真实验为例，通过对基于生理驱动的标准化虚拟仿真病人（Electronic Standardized Patient，ESP虚拟病人）系统的设计、应用、评估与考核等介绍，阐明ESP虚拟病人系统在基础医学实践教学中的应用价值。
1. 失血性休克及其抢救虚拟仿真实验的教学目的
失血性休克是临床常见的危重急症，也是教学大纲中要求学生掌握的内容。由于复制失血性休克动物模型耗时长、动物耗量大、抢救方案与结果差异大，影响教学效果；加之在基础阶段开展相关临床见习教学的实施难度大。因此，建设、开展“失血性休克”虚拟仿真实验教学项目具有重要的现实意义。
本实验项目的实施对象是五年制医学专业本科的三年级学生，此时学生已经学习了所有的基础课，即将进入临床学习；是医学生从基础医学向临床过渡、从理论向实践过渡的阶段；是为进入临床阶段学习打下坚实理论基础的关键时期。本项目以失血性休克为中心，通过ESP标准化虚拟病人案例实训进行实践教学，既培养了医学生学习的浓厚兴趣，又促使学生以更加扎实的基础知识及技能、更明确的学习目的进入临床学习，使得“三基”训练更加到位，为将来更好的把基础知识应用到临床课程的学习奠定基础。
通过基于ESP虚拟病人的临床失血性休克虚拟实验：
①复习巩固失血性休克相关基础医学知识，如休克微循环的分期变化机制，失血性休克的不同阶段病人血压、呼吸、心率、血气等数值变化的发生机制。
②学习失血性休克的主要表现和休克早期诊断。
③学习失血性休克的抢救和液体复苏原则。
④了解急救多种给药途径和多种药物的输注应用。
⑤了解多参数监护仪的实时察记和临床应用。
⑥了解急诊病历的构成和书写格式。
2. ESP虚拟病人介绍
ESP虚拟病人系统是一套智能电子标准化病人教学系统。该系统在根据人体生理/病理的系统化理论基础之上，通过利用物理学、数字电路技术和计算机信息技术对人体的器官系统进行模拟和数学模型的设计，从而开发的一套数字生理驱动时时驱动和反馈系统（如图1-1所示）。
图1-1 ESP系统设计方法概要
该系统按照人体器官系统为中心进行模块的搭建，同时针对人体所处的外部环境对人体的影响、医疗器械设备应用对人体的作用、药物物质对人体的作用以及人体在病理状态的自我代偿和调节四个方面进行模块化设计，建立了系统验证机制，整个系统的设计框架如图1-2所示。
图1-2 ESP系统模块框架图
ESP可以综合模拟人体生理/病理的生命发展形态，它以3D虚拟人体和可视化工作平台的形式，可以被设置成理想化的“人体”受试对象，能够准确和高度一致的完成医学实验任务，可广泛的用于医学教育与住院规培、健康科普教育和部分科研领域。
本案例通过研究人体在失血造成的低血容量休克情况下，其机体产生的代偿机制及病理生理变化，利用电路模拟全身心血管系统，通过流体力学进行局部调节，模拟失血性休克的标准化病人机体在临床症状，以及在输液扩容的治疗原则下机体的恢复。案例的设计思路如图1-3所示；心血管模拟电路图如图1-4所示。
图1-3 失血性休克案例设计框架图
图1-4 失血性休克案例中的心血管系统电路模拟图
3. ESP虚拟病人的应用
第一步 病例的编辑配置及模型生成：
在ESP的产品教学过程中，系统将对产品客户的管理用户开放强大的案例编辑功能，目前，ESP数字虚拟人有以下被输入设置的功能：
（1）人体基本参数：性别、年龄、身高、体重、基础代谢率、脂肌比和其他基础生命体征参数（心率、血压、温度、呼吸频率等）。
（2）人体生活环境：空气、水、火灾烟尘等自然情况，以及特殊的空气环境中大气成份（氧气、一氧化碳、二氧化碳等含量和成份等）。
（3）人体功能障碍：特定的疾病或意外伤害对人体造成的损伤和功能障碍。疾病发生的部位和严重程度等。
第二步 系统的数据及图像输出：
在对案例的数据配置编辑完成之后，ESP将根据新的配置数据，向系统前端用户输出以下的功能和数据：
（1）人体生理反应：人体肤色改变、出汗、疼痛、咳嗽、呕吐、反射意识等生理表现和其他疾病体表症状。（如图2-1，图2-2所示）
图2-1 失血性休克病人皮肤出现冷汗的过程
图2-2 病人表现出疼痛、紧张、昏迷的临床症状
（2）器官系统数据：包含心血管系统、血液化学、呼吸系统、泌尿系统、消化系统、内分泌等各个系统的常用数据（具体器官数据请详见系统参数表）。
（3）即时检验功能：包含血液、尿液、肾功能等常见的实验检查指标。
（4）生理动态图像：包含器官—组织—细胞—分子的不同形态层级的时时的生理、病理和药理的人体器官功能动态图像和数据的变化展示。
第三步 针对SP病人的评估、干预和治疗 ：
（1）病情评估：包含对虚拟SP的语音问诊、查体、监护的操作。通过语音与虚拟SP病人进行交流，完成对虚拟SP的病史采集，以及对虚拟SP的心音、肺音听诊，完成病情的初步诊断和评估。
（2）生命支持：包含止血包扎、吸氧、静脉开放、CPR和AED、机械通气等急救操作。
（3）药物治疗：包含案例药物包中药物的使用，剂量的选择和药物的使用途径。
（4）问题考核：包含案例中的客观题和主观题的答题和考核。
第四步 针对学生操作的记录和考核：
在学生完成案例的操作之后，系统将针对学生的操作记录与系统设置的标准操作流程进行比对和评估，给出学习者的案例操作成绩和系统的评估报告。
4. 项目创新性
ESP虚拟病人系统是一个完全开放的虚拟仿真病人系统，教师可根据自身教学需求设置临床病例、失血部位、失血量等参数，模拟正常献血或因失血、失液、烧伤、创伤等因素引起的临床低血容量行休克，并可以模拟临床抢救与治疗。通过模拟临床失血性休克患者的典型临床表现、微循环改变、重要器官的血液灌等流变化，观察病人生理指标、血流动力学、微循环等指标变化；通过“语音问诊”对病情进行评估、查看“电子病历”明确诊断、选择“抢救措施”并辅以“药物治疗”等对虚拟病人进行抢救，最后完成“案例思考题”。ESP虚拟病人系统将自动记录每位学生的访问信息、每次操作和考核的结果。通过系统的操作结果反馈，使学生在学习失血性休克相关基础知识的同时，掌握失血性休克的病因、发病机制、临床表现、诊断及其抢救治疗原则。
该系统目前在国内属于首创，成熟作品在设计理念、完整和前瞻性的等内容方面获得全国高校专家的一致好评。并于2018年度获得由国家级基础医学实验示范教学中心举办的“第三届梦之路杯全国高等学校虚拟仿真教学软件大赛”一等奖。
5. 项目教学方式与方法
以“基于生理驱动的标准化虚拟仿真病人（Electronic Standardized Patient，ESP虚拟病人）”为操作对象，模拟临床失血性休克患者的典型临床表现、微循环改变、重要器官的血液灌流变化等；观察病人生理指标、血流动力学、微循环等的变化，通过“语音问诊”对病情进行评估、查看“电子病历”明确诊断、选择“抢救措施”并辅以“药物治疗”等对虚拟病人进行抢救，最后完成“案例思考题”。系统将自动记录每位学生的访问信息、每次操作和考核的结果。通过系统的操作结果反馈，使学生在学习失血性休克相关基础知识的同时，掌握失血性休克的病因、发病机制、临床表现、诊断及其抢救治疗原则。
最后，通过“自测与考核”，加强对学生的过程性考核评价。该实验通过ESP虚拟病人的语音问诊、查体、电子病历书写、抢救治疗等方式真实的创造了失血性休克疾病的实习机会，克服了学生在基础阶段进行临床见习教学的困难，同时又可以反复练习，使学生获得充分的学习机会，得到充分锻炼，从而熟练掌握教学要求的基本知识、基本操作，为将来的临床课程学习打下坚实的基础。同时，系统将自动记录每位学生的访问信息、每次操作和考核的结果，并进行自动统计，便于教师对学生的学习情况进行实时评价。
6. ESP虚拟病人系统在基础医学实践教学中的实施效果
学生使用该实验系统之后反应学习兴趣明显提高，学习主动性加强了，对基础理论知识的掌握也明显扎实了，加强了形象记忆能力，可以将书面知识与临床病历相结合，并且在提及某些生理学名词时能够联想到临床真实的解剖结构。例如被问及“微循环的组成”这个知识点，学生会联想到ESP虚拟病人的微循环3D模式图，微循环由功能不同的7个部分组成，随着失血性休克的病情进展，微循环的不同组成部分的管径会发生收缩或扩张的影像，非常有利于记忆而且不容易忘掉。
该实验项目对于实践类知识的掌握获益更加明显，传统实验教材仅提供文字表述的实践操作步骤和一些简易的图片，而该系统提供的模拟操作界面，让学生有一种身临其境的学习体验，不仅利于掌握知识同时趣味性很强，可谓是寓教于乐，学习体验非常好。尤其是动物手术操作界面，学生可以反复练习各种操作，形成了深刻的形象记忆。当出现错误操作时，系统会给出提示（练习模式）。通过考核模式，学生可以模拟动物实验考试，当经过反复练习取得好成绩时，学生的学习信心和兴趣明显提高，学习主动性也加强了，收到了良好的学习效果。
失血性休克的发病机制是理论和实践教学的重点和难点，理论抽血不易理解。通过“ESP虚拟病人”，学生不仅可以形象的观察到休克时患者的临床表现，还可以直观的看到微循环的变化，全身器官的血液动力学改变等，明显加强了学生对于失血性休克“微循环障碍学说”的理解。通过“语音问诊”、填写或查看“电子病历”、选择“抢救措施”并辅以“药物治疗”，使得学生对于休克的临床诊断与抢救建立了形象直观的概念，明显增强了学习后期临床知识的学习兴趣。
该系统解决了早期临床见习、实行资源缺乏的困境，给学生创造了良好的学习环境，提高了学习兴趣，加深了对基础知识的理解，通过反复练习反复试错达到了孰能生巧的教学目的，有利于学生掌握失血性休克的病因、发病机制、临床表现、诊断及其抢救治疗原则。
7. 结语
医学虚拟仿真实验克服了传统实验教学的局限性，更加真实的模拟临床典型案例，使学生能够身临其境，极大的调动了学生的学习积极性，同时又可以反复操作练习，加强了基础与临床之间的联系，具有传统实验不可比拟的优越性[4-5]。ESP虚拟病人系统可通过虚拟仿真实验的形式综合模拟人体生理/病理的生命发展形态，适用于医学实践教育与住院规培、健康科普教育和部分科研领域。
参考文献：
[1] 赵琪，孙红，孙艳梅，等．基础医学虚拟仿真实验教学平台构建研究[J]．实验技术与管理，2016，33（11）：135-138.
[2] 厉英超，米琛，贾皑，等．虚拟仿真教学平台在临床医学教学中的应用[J]．临床医学研究与实践，2016，1（10）：122-123.
[3] 朱群娥，雷璇，李循，等．留置导尿术虚拟仿真实验建设研究[J]．实验技术与管理，2018，35（2）：139-121.
[4] 陈沙，刘平安，刘慧萍，等．虚拟仿真实验室在医学教学中的应用[J]．中国高等医学教育，2017，37（1）：13-14.
[5] 熊英，张金娟，李玲，等．虚拟仿真实验与网络教学平台结合进行机能实验教学改革的体会[J]．南方医科大学学报，2018，38（7）：86-90.
课题名称：
1. 宁夏高等教育教学改革项目（YJG201853：病理生理学专业硕士研究生培养质量控制体系的构建）
2. 宁夏医科大学2018年教育教学改革研究项目（NYJY1851：基础与临床相融合在《临床前基础医学综合实验》课程教学中的探索与实践）
3. 宁夏回族自治区高等教育教学改革项目（NXBJG2018056：《临床前基础医学综合实验课程》虚拟仿真实验项目的建设与实践）
ESP虚拟病人系统在基础医学实验教学中的实践
--以失血性休克及其抢救虚拟仿真实验为例
张鸣号1，马婷1，高俊辉2，林茂辉2，王梦琪2，孙玉宁1*
（1.宁夏医科大学 银川 750004；2.上海梦之路数字科技有限公司 上海 201210）
【摘要】目的 探讨ESP虚拟病人系统在基础医学实验教学中的应用与实践。方法 以失血性休克及其抢救虚拟仿真实验为例，通过对ESP虚拟病人系统的设计、应用、评估与考核等介绍，阐明ESP虚拟病人系统在基础医学实验教学中的应用价值。结果 通过模拟临床失血性休克患者的典型临床表现、微循环改变、重要器官的血液灌等流变化，观察病人生理指标、血流动力学、微循环等指标变化；通过“语音问诊”对病情进行评估、查看“电子病历”明确诊断、选择“抢救措施”并辅以“药物治疗”等对虚拟病人进行抢救，最后完成“案例思考题”。ESP虚拟病人系统将自动记录每位学生的访问信息、每次操作和考核的结果。通过系统的操作结果反馈，使学生在学习失血性休克相关基础知识的同时，掌握失血性休克的病因、发病机制、临床表现、诊断及其抢救治疗原则。结论 ESP虚拟病人系统可通过虚拟仿真实验的形式综合模拟人体生理/病理的生命发展形态，适用于医学实践教育与住院规培、健康科普教育和部分科研领域。
【关键词】ESP虚拟病人；医学教学；应用与实践；虚拟仿真；失血性休克
基础医学是一门理论性与实践性很强的学科。实践教学是基础医学教育的重要组成部分，它既是训练学生实践技能和提升专业素养的主要途径，也是培养学生发现问题、分析问题、解决问题等临床思维能力的重要方法，在医学人才培养过程中发挥着不可替代的作用。
近年来，随着教育部关于国家级虚拟仿真实验教学中心的认定和建设工作的开展，虚拟仿真技术已经在医学教育领域得到广泛应用[1-3]，并被引入医学实验教学中，开创了实验教学新模式。本文以失血性休克及其抢救虚拟仿真实验为例，通过对基于生理驱动的标准化虚拟仿真病人（Electronic Standardized Patient，ESP虚拟病人）系统的设计、应用、评估与考核等介绍，阐明ESP虚拟病人系统在基础医学实践教学中的应用价值。
1. 失血性休克及其抢救虚拟仿真实验的教学目的
失血性休克是临床常见的危重急症，也是教学大纲中要求学生掌握的内容。由于复制失血性休克动物模型耗时长、动物耗量大、抢救方案与结果差异大，影响教学效果；加之在基础阶段开展相关临床见习教学的实施难度大。因此，建设、开展“失血性休克”虚拟仿真实验教学项目具有重要的现实意义。
本实验项目的实施对象是五年制医学专业本科的三年级学生，此时学生已经学习了所有的基础课，即将进入临床学习；是医学生从基础医学向临床过渡、从理论向实践过渡的阶段；是为进入临床阶段学习打下坚实理论基础的关键时期。本项目以失血性休克为中心，通过ESP标准化虚拟病人案例实训进行实践教学，既培养了医学生学习的浓厚兴趣，又促使学生以更加扎实的基础知识及技能、更明确的学习目的进入临床学习，使得“三基”训练更加到位，为将来更好的把基础知识应用到临床课程的学习奠定基础。
通过基于ESP虚拟病人的临床失血性休克虚拟实验：
①复习巩固失血性休克相关基础医学知识，如休克微循环的分期变化机制，失血性休克的不同阶段病人血压、呼吸、心率、血气等数值变化的发生机制。
②学习失血性休克的主要表现和休克早期诊断。
③学习失血性休克的抢救和液体复苏原则。
④了解急救多种给药途径和多种药物的输注应用。
⑤了解多参数监护仪的实时察记和临床应用。
⑥了解急诊病历的构成和书写格式。
2. ESP虚拟病人介绍
ESP虚拟病人系统是一套智能电子标准化病人教学系统。该系统在根据人体生理/病理的系统化理论基础之上，通过利用物理学、数字电路技术和计算机信息技术对人体的器官系统进行模拟和数学模型的设计，从而开发的一套数字生理驱动时时驱动和反馈系统（如图1-1所示）。
图1-1 ESP系统设计方法概要
该系统按照人体器官系统为中心进行模块的搭建，同时针对人体所处的外部环境对人体的影响、医疗器械设备应用对人体的作用、药物物质对人体的作用以及人体在病理状态的自我代偿和调节四个方面进行模块化设计，建立了系统验证机制，整个系统的设计框架如图1-2所示。
图1-2 ESP系统模块框架图
ESP可以综合模拟人体生理/病理的生命发展形态，它以3D虚拟人体和可视化工作平台的形式，可以被设置成理想化的“人体”受试对象，能够准确和高度一致的完成医学实验任务，可广泛的用于医学教育与住院规培、健康科普教育和部分科研领域。
本案例通过研究人体在失血造成的低血容量休克情况下，其机体产生的代偿机制及病理生理变化，利用电路模拟全身心血管系统，通过流体力学进行局部调节，模拟失血性休克的标准化病人机体在临床症状，以及在输液扩容的治疗原则下机体的恢复。案例的设计思路如图1-3所示；心血管模拟电路图如图1-4所示。
图1-3 失血性休克案例设计框架图
图1-4 失血性休克案例中的心血管系统电路模拟图
3. ESP虚拟病人的应用
第一步 病例的编辑配置及模型生成：
在ESP的产品教学过程中，系统将对产品客户的管理用户开放强大的案例编辑功能，目前，ESP数字虚拟人有以下被输入设置的功能：
（1）人体基本参数：性别、年龄、身高、体重、基础代谢率、脂肌比和其他基础生命体征参数（心率、血压、温度、呼吸频率等）。
（2）人体生活环境：空气、水、火灾烟尘等自然情况，以及特殊的空气环境中大气成份（氧气、一氧化碳、二氧化碳等含量和成份等）。
（3）人体功能障碍：特定的疾病或意外伤害对人体造成的损伤和功能障碍。疾病发生的部位和严重程度等。
第二步 系统的数据及图像输出：
在对案例的数据配置编辑完成之后，ESP将根据新的配置数据，向系统前端用户输出以下的功能和数据：
（1）人体生理反应：人体肤色改变、出汗、疼痛、咳嗽、呕吐、反射意识等生理表现和其他疾病体表症状。（如图2-1，图2-2所示）
图2-1 失血性休克病人皮肤出现冷汗的过程
图2-2 病人表现出疼痛、紧张、昏迷的临床症状
（2）器官系统数据：包含心血管系统、血液化学、呼吸系统、泌尿系统、消化系统、内分泌等各个系统的常用数据（具体器官数据请详见系统参数表）。
（3）即时检验功能：包含血液、尿液、肾功能等常见的实验检查指标。
（4）生理动态图像：包含器官—组织—细胞—分子的不同形态层级的时时的生理、病理和药理的人体器官功能动态图像和数据的变化展示。
第三步 针对SP病人的评估、干预和治疗 ：
（1）病情评估：包含对虚拟SP的语音问诊、查体、监护的操作。通过语音与虚拟SP病人进行交流，完成对虚拟SP的病史采集，以及对虚拟SP的心音、肺音听诊，完成病情的初步诊断和评估。
（2）生命支持：包含止血包扎、吸氧、静脉开放、CPR和AED、机械通气等急救操作。
（3）药物治疗：包含案例药物包中药物的使用，剂量的选择和药物的使用途径。
（4）问题考核：包含案例中的客观题和主观题的答题和考核。
第四步 针对学生操作的记录和考核：
