Моделювання з медичної освіти: фокус на анестезіології

Д. Джон Дойл, MD PhD FRCPC

Кафедра загальної анестезіології
Клівлендської клініки фонду

Анотація: Моделювання відноситься до штучних уявлення комплекс реальних процесів з достатньою точністю для досягнення конкретної мети, як правило, для цілей навчання або тестування продуктивності. Хоча моделювання має важливе значення з ранніх часів (як на репетиції діяльності тварин на полюванні або готувалися до війни), потреби світової війни значно прискорило технології моделювання для використання в льотної підготовки. З доступних недорогих комп'ютерних технологій в останні роки, технології моделювання розцвіла знову, особливо в галузі медицини, де заяви від наукового моделювання клінічної оцінки продуктивності в умовах антикризового управління.

У даній статті представлено огляд застосування комп'ютерного моделювання для медицини, приділяючи особливу увагу анестезіології та реаніматології, включаючи обговорення фізіологічних і фармакологічних моделювання, віртуальні експерименти, програмне забезпечення лише клінічні тренажери, і спеціалізовані тренажери апаратне / програмне забезпечення для навчання спеціальності, як і в прохідності дихальних шляхів і регіонарної анестезії. Хоча багато успіхи у використанні моделювання в медичній освіті можуть бути визначені, тому що поле досить молодий, багато що ще належить зробити, щоб продемонструвати наукову і клінічну ефективність моделювання технології, особливо в контексті моделі Фіцпатрік оцінки програм.

Моделювання відноситься до штучних (і майже завжди спрощене) подання комплекс реальних процесів з достатньою точністю для досягнення конкретної мети, наприклад, при тестуванні навчання або роботи. Моделювання, швидше за все, була частиною людської діяльності з початку часів. Моделювання вже давно важливо в ряді видів технічної або професійної підготовки. Наприклад, репетиції діяльності тварин для полювання і війни було ймовірно, приводом для моделювання поведінки видобуток або ворога воїни. Моделювання з використанням технології, ймовірно, сходить до Римської імперії чи раніше. Добро і Gravenstein1 вказують на стовп з мішенню для удару списом римський (поштою або об'єкт встановлений на повідомлення, що використовуються як мішені у вправах нахилу), а пристрій, який грубо, але ефективно моделює поведінку супротивника під час бою на мечах. Якщо фехтувальник НЕ качка у відповідний час після нанесення удару, він був би вражений стовп з мішенню для удару списом.

У наш час, підготовка до війни була потужним стимулом для розвитку імітаційних технологій, особливо для авіації. Хоча деякі тренажери літаків були побудовані ще в попередній Першої світової війни епохи, жоден з цих ранніх "статичної" моделі може забезпечити правильне "відчуття" літак, тому що вони не могли динамічно відтворити його behavior.2 Проте, в 1930 році Едвін Лінк подав патент на пневматичним приводом льотні тренажери, сильно вплинули на розвиток моделювання в авіації. "Посилання тренер», як було відомо, незабаром став стандартним інструментом для підготовки до польотів до Другої світової війни, початок війни значно прискорило його використання, а також подальший розвиток авіасимуляторів технології в цілому.

У 1950-х роках, досягнення в галузі електронних технологій призведе до електронним управлінням заміні пневматичних систем. З появою комп'ютерних технологій льотні тренажери досягнута початку його нинішньому вигляді в 1970-х років, але вона була постійно вишуканий, як комп'ютерні передові технології. В даний час ці тренажери настільки реалістичні, що пілоти зазвичай сертифікованих літати новий літак (тобто отримати "типу рейтинг"), фактично не маючи ніколи не входило в реальному літаку!

Інша область, де тренажери широко використовуються в атомних електростанціях. Одним із ключових факторів, що визначають безпеку АЕС підготовки кадрів та технічного знання його реактора. Тренажери забезпечити підготовку інструментів для реактора операторів у нормальної роботи, а також у підготовку реагування на надзвичайні situations.3

Комп'ютерне моделювання в основі медичної освіти

В останні роки тренажери бачили все більш широке використання в навчанні працівників охорони здоров'я. Хоча витоки комп'ютерного моделювання в медицині датуються близько чотирьох decades4, це тільки зараз, з появою недорогих комп'ютерів, що це поле дійсно зняті.

Ця стаття стосується подання огляд питань, використання тренажерів у медицині (див. таблицю 1), з особливим акцентом на моделюванні та анестезіології реаніматології. Теми обговорення включають фізіологічних і фармакологічних моделювання, анестезія і критичні тренажери допомоги, а також моделювання в травмі, дихальних шляхів і регіонарної анестезії. У всіх випадках моделювання комп'ютерних. Моделювання технології, заснованої на комп'ютерах, є лише одним з багатьох застосувань комп'ютерів в медицині (див. таблицю 2).

Комп'ютерні тренажери використовуються в медичній падіння освіти на чотири основні категорії: (1) Екран основі тексту тренажери, (2) Екран-графічний тренажери, (3) Манекен-тренажерів, і (4) Віртуальний тренерів реальності.

Екран-тренажерів тексту створюють словесні сценаріїв, в яких користувач вибирає один з декількох відповідей і, залежно від обраного відповіді, новий сценарій тексту проводиться. Наприклад, у сценарії за участю пацієнта з важкою головним болем, користувачеві можуть бути запропоновані варіанти, такі як призначення анальгетик, такі як тайленол або отримання КТ голови. На основі вибору користувача, новий наратив Потім генерується і більш широкий вибір пропонуються управління. Будучи чисто текстовими, екран-тренажерів тексту відносно прості побудувати і не вимагають багато пам'яті, що робить їх популярними на початку медичних зусиль моделювання. Однак, оскільки вони відсутні в графічних елементів, вони рідко використовуються сьогодні.

Екран-графічний тренажерів, такі як "Гасман 'і' Body'5, 6 полягають у відтворенні елементів реальності в графічному вигляді на екрані комп'ютера, часто з'ясувати фармакокінетичні та pharnacodynamic процеси, пов'язані з введенням препарату. Як правило, тільки інтерфейс миші займається. Хоча ці симуляції допомагають зрозуміти концептуальні теорії, що лежить клінічній практиці, вони зазвичай не надають актуальні практичні навики. Їх сила полягає в здатності, щоб допомогти один розуміти абстрактні поняття, залишаючись при цьому портативні і відносно недорогі. Ці тренажери особливо добре підходить для фізіологічних і фармакологічних моделювання (див. нижче).

Манекен-тренажерів входять в різні рівні складності, але майже завжди дорого. Передові моделі включають в себе фізичну модель людського тіла і забезпечують безперервні сигнали представляють фізіологічні параметри, такі як electrocardiogam, хвилі артеріального тиску, capnogram сигналу і сигналу пульсоксиметр. Хоча деякі ранні системи потрібне втручання тренера активно "етап управління" сценарій у відповідь на втручання, інші роблять використання складних комп'ютерних моделей людської фізіології і фармакології для автоматичного створення належних заходів реагування у манекен і сигнал outputs.7 На відміну на екран основі моделювання, ці тренажери з'являються відтворити досить елементи реальності, щоб придбання навичок, які можуть бути перенесені назад в клінічних умовах.

Віртуальна реальність тренерів тільки починають набирати популярність, особливо серед хірургічних стажерів. Вони пропонують перехід від двовимірного світу підручника тривимірний світ модельованих пацієнтів. Принципова проблема досі була відсутність реальності моделювання з точки зору пропозицію тактильної "відчувати". Однак, ця проблема в даний час активно вирішуються в науково-дослідних центрів з використанням мікро-інженерних методів.

Ранні роботи по фізіологічним моделювання слід появою цифрових обчислювальних машин в наукових медичних центрах і університетах. Наприклад, Гайтона і others8, 9 були за допомогою математичних моделей складних фізіології людини протягом багатьох років, щоб допомогти передбачити складні взаємодії різних систем організму. Ще до цього Dickinson10-14 працював на освітні фізіологічних моделей в 1970-х.

Механічна вентиляція Simulator ( http://www.ajdcomputing.com/pccm ) є одним із прикладів моделювання, призначеної для підвищення викладання принципів штучної вентиляції легенів для студентів-медиків та інших осіб. Моделювання дозволяє студенту управляти вентилятором налаштування гіпотетичний пацієнт і побачити результати газів крові та інших фізіологічних даних. Такі розрахунки зазвичай засновані на явно виражене математичної моделі.

Загалом, за два кроки залучені в розвиток задовільний комп'ютерні моделі для фізіологічних і фармакологічних програм: (1) розвиток математичної моделі, яка описує поведінку процесів, і (2) переклад моделі в комп'ютерному програмуванні мови чи електронних таблиць. Нерідкі випадки, моделі включають рішення системи диференціальних рівнянь.

Хоча в багатьох фізіологічних проблем легко вирішується прямим аналітичні методи, нерідко їх рішення не може нелінійності, самоссилающееся (круговий) рівнянь, або інших складнощів. (Приклад нелінійності рівнянням у = х ^ 2; приклад самоссилающееся систему рівнянь є рівняння пари у = 1 / х,. Х = у + 1) Багато звичайних програм електронної таблиці (наприклад, ранній версії Microsoft Excel) погано оснащені для вирішення систем такого роду, не будучи в цілому призначені для ітераційного рішення рівнянь методами.

Одним з популярних способів вирішення завдань моделювання полягає в написанні спеціальних програм в Basic, C або навіть JavaScript. Таблиця програм з підтримки ітераційного рішення рівнянь також може бути використаний. Для серйозних проблем моделювання Matlab, Mathematica, MathCAD і ТК-Solver популярні пакети, щоб розглянути.

Є багато питань, в області фізіології, які не легко відповісти прямим експериментів, або тому, що недоцільно або неможливо, контролювати всі відповідні змінні або через етичних міркувань. Розглянемо випадок, вивчення впливу концентрації гемоглобіну крові в легеневих індекси газообміну. Було б важко строго контролювати серцевий викид, загальне споживання кисню тілу, і інші змінні, щоб експериментально вивчити питання, а моделювання задачі за допомогою простих рівнянь має ряд переваг:

Він спирається на добре встановлених фізіологічних взаємин (наприклад, альвеолярного газу рівняння, рівняння легеневої шунт).

• Це дозволяє розуміння фізіологічних питань зазвичай не досяжні іншими способами.
• Це недорого.
• Це потенційно знижує необхідність проведення експериментів на тваринах.

Три недоліки віртуальних експериментів існують і повинні бути переглянуті з кожної моделі розроблені:

• Метод не краще, ніж рівнянь, на яких воно грунтується.
• Метод не може бути переконливим для тих фізіологів, хто не заспокоїться, поки підтверджує звичайні експериментальні результати стають доступними.
• Помилки можуть відбутися в моделі будівлі (наприклад, дизайн помилка, помилка програмування).

Нарешті, відзначимо, що одним з потенційних труднощів щодо всіх подібних методів моделювання є те, що отримані результати можуть залежати від використовуваних рівнянь. У випадках, коли рівняння, як відомо з перших принципів (наприклад, рівняння альвеолярного газу, легенева рівняння шунта) це не повинно бути проблемою, але там, де рівняння емпіричні, альтернативних рівнянь, можливо, виробляють різні результати. Одним з прикладів є рівняння для кривої дисоціації оксигемоглобіну, яка має багато конкуруючих препаратів.

Якщо більш ніж один набір рівнянь існують, щоб описати фізіологічні стосунки, можна досліджувати вплив рівняння вибір на шляху модель поводиться. Можна очікувати, однак, що якщо кілька рівнянь існувало, що все зробили хорошу роботу представлення вихідних даних, що рівняння вибір, як правило, не мають великий вплив на отримані результати. Проводячи віртуальних експериментів, у випадку декількох днів (або навіть кілька годин), можна отримати корисну інформацію про взаємодію декількох фізіологічних параметрів, за умови, що співвідношення, що визначають змінні доступні в рівнянні формі. З іншого боку, фактичний реальний експеримент вимагає часу, коштів і зусиль, які не завжди можуть бути доступні. У таких областях, як транспорт кисню, багато відповідні рівняння прості і добре відомі, такі як:

• Альвеолярні рівняння газу
• Легенева рівняння шунта
• Оксигемоглобіну кривої дисоціації
• Кисень визначення транспортних параметрів

У тій мірі, один приймає ці фізіологічні принципи, результати, отримані також повинні бути достовірними (за умови, що дизайн моделі і реалізації були зроблені правильно). У зв'язку з цим існують три проблеми:

1. Як значимі рівнянь використовуються?
2. Чи є вони математична форма відомого фізіологічного принципу?
3. Наскільки точні рівнянь, що описують дані в їх основі лежать?
4. Має модель була відповідним чином сконструйованих та реалізовані?

Коли можна таке математична модель буде корисна? Розглянемо приклад. Зокрема хворого з тяжкою дихальною дорослих дистрес-синдром (ГРДС), і в результаті важкої гипоксемией, лікарі могли б бути зацікавлені в знанні, як екстракорпоральної мембранної оксигенації (ЕКМО) може поліпшити оксигенацію. З легеневої артерії і катетеризації артеріальних зразків крові можна отримати наступні важливі дані моделювання кисню:

• концентрація гемоглобіну
• серцевий викид
• P50 на кривої дисоціації
• артеріальної та змішаної венозної крові Артеріальний газу (ABG) даних

На основі моделі, побудованої для цього момент часу, можна було б дослідити вплив збільшення серцевого викиду та / або змішаних напруги кисню у венозній ситуації ЕКМО. Без модель для опису цієї проблеми, краще, що ми можемо зробити, це відповідає емпіричні криві з експериментальними даними. Однак, з моделлю можна легко запитати "що-якщо» питання: наприклад, що відбувається, коли ставлення насоса оксигенатор потік серцевого викиду встановлений зокрема value.15

Інший приклад моделювання утиліта, цього разу від респіраторних фізіологія: Як альвеолярно-артеріальний пацієнта напруги кисню різниця зміни зі зниженням напруженості надихнув кисню. Перша спроба відповісти на це question16 використовуватися пульсоксиметр зробити висновок, артеріальний тиск кисню в добровольці піддавалися контрольованої гіпоксії шляхом зворотного дихання. Наступні study17 взяли понад прямий підхід canalling променевої артерії літніх добровольців дихальних пацієнта і зливом серійних зразків артеріальної крові пацієнтів були піддані гіпоксемії в гіпобаріческой камері. Останнє дослідження досить інвазивних (і навіть, мабуть, досить ризиковано), що багато лікарень комітети з етики не схвалить його у відповідності з існуючими керівними принципами. На відміну від моделі потенціалу підхід може (і робить) забезпечити розуміння цієї проблеми, і передбачає, що альвеолярно-артеріального градієнта напруги зменшується з amplitude.18-20 моделювання Фармакологічні схожий на фізіологічні моделювання у велику кількість аспектів. Все, що потрібно в тому, що відповідні рівняння були відомі (див. Додаток), і що існує засіб для вирішення і показувати їх.

Моделювання в анестезії та інтенсивної терапії

Методи комп'ютерного моделювання можуть бути корисними для підготовки анестезіологів і для програм, оцінки якості. Зокрема, криза моделювання пропонує «безпечні» середовища для вивчення відповідей фізичних осіб до анестезії помилки, відмови устаткування, критичні випадки і інших незапланованих інцидентів. Крім того, приєднання до практики стандарти та керівні принципи можуть бути вивчені в процесі моделювання кризових ситуацій.

Одна з перших спроб електронного моделювання в анестезіології була SIM-1 system.21 Хоча технічно складних для того часу (кінець 1960-х років), він не є задовільним для серйозної клінічної підготовки та моделювання технології в анестезії було чекати ще три десятиліття необхідні комп'ютерні технології, щоб прийти до сцени. З розвитком високопродуктивних технологій мікрокомп'ютера ряд змін до анестезії моделювання стало практичним.

CAE / Eagle / MedSim Simulator

Віртуальний анестезіології Навчання Система моделювання з CAE / Eagle / MedSim (назва відображає ряд корпоративних продажів і поглинання) являє собою сучасний симулятор анестезіології задуманий для ряду навчальних програм, таких як підготовка анестезіології жителів, для практики з новою технологією або інструменти для репетицій анестезії надзвичайних ситуацій, і, можливо, для майбутніх випробувань, сертифікації або ресертифікація anesthesiologists.22-25 також потенційного використання за межами операційної, в таких ситуаціях, як критичний Навчання догляду, навчання швидкої допомоги, Advanced Серцева життєзабезпечення Навчання і підготовка лікарів і медсестер з новим обладнанням моніторингу.

Система складається з манекен, пов'язаних програм і комп'ютерної техніки та програмного забезпечення для управління діяльністю людини, як поведінка, і манекен для імітації різних анестетиків катастроф. Манекен включає в себе анатомічно правильної голови і шиї складання, який дозволяє слухачеві інтубації гортані. Легких може подих спонтанно або пасивно вручну або механічної вентиляції. Анатомічно розташовані гучномовці в груди забезпечити тони серця і дихання звуки, які можуть бути виявлені в звичайних місцях грудей стетоскоп. Servo-керованих легких "виробляють" вуглекислий газ використанням керованих комп'ютером газовимірювальні системи. Анатомії дихальних шляхів така, що ендобронхіальной або стравоходу інтубації можливо. Пальпаторно імпульсів на сонній артерії та променевої артерії також присутні використанням моделювання в реальному часі. Сайти в руці манекен в якій також внутрішньовенні лінії можуть бути вставлені і наркотики пройняті також існують, хоча ні в якому разі, щоб визначити автоматично, який препарат або доза була дана існує. Моделюється відповідь смикатися в одному з пальців манекен може бути використаний для оцінки нервово-м'язової блокади. Таблиця 3 викладаються багато можливостей системи.

Манекен інтерфейси з анестезією машин, дихальних пристроїв газового аналізу (capnograph, агент аналізатора), пульсоксиметра та іншого обладнання, моніторинг пацієнта. Він призначений для управління всіма наявними у продажу моніторів без зміни установках, використовуваних у звичайній клінічній допомоги. В цілому, здійснення наступних заходів передбачено: ЕКГ, артеріального тиску, центрального венозного тиску, тиску в легеневій артерії, температури і пульсоксиметр (обидва сигналу і відсоток насичення). До того ж, радіальні і сонних імпульсів, а також неінвазивні вимірювання артеріального тиску, доступні за допомогою комп'ютерних контрольованої гідравлікою. Багато модельованих подій можуть бути введені оператором, включаючи анафілактичний шок, аспірація, крововилив, злоякісна гіпертермія, звуження коронарної артерії, і vagally-опосередкованої брадикардії.

У дихальної системи, такі події, як пневмоторакс, ендобронхіальной інтубації, бронхоспазм, стравоходу і трахеї використанням гіпоксичних газових сумішей можуть бути змодельовані з відповідними зміни, які вносяться на моніторі (наприклад, знебарвлення, артеріальна гіпотензія). Серцево-судинні події включають анафілаксія, зупинка серця, артеріальна гіпотензія, артеріальна гіпертензія, ST сегмента зміни в електрокардіограмі та ін Метаболічні події обробляються включають ацидоз, діабетичний кетоацидоз, гіперкаліємія, гіпокаліємія, злоякісна гіпертермія, і переливання реакцій. Крім того Є дію препарату моделей, які імітують ефект близько 70 внутрішньовенних препаратів на серцево-судинної або дихальної системи. Наприклад, у відповідь на індукцію дози тіопенталу, манекен перестане дихати спонтанно і артеріального тиску і частоти серцевих скорочень буде змінюватися в залежності від передопераційного гемодинаміки пацієнта статусу та об'єму.

Я очікую, що ця технологія допоможе значно скоротити ризик помилок через клінічних недосвідченість. Однак, це також порушує низку цікавих питань. Наскільки реальні алгоритмів, на яких моделювання засновані? Хто повинен покрити витрати на запуск симулятор? Якщо пробний пуск на тренажері бути частиною заключного етапу експертизи, щоб випускник, як лікар або для сертифікації в якості спеціаліста? Яку роль повинна грати ця технологія у формальній оцінкою лікарів, які були визначені як «небезпечний»?

Останнє питання в тому, як забезпечити зворотний зв'язок для студентів тестування під симулятор. Якщо студент виконує погано, Є кілька підходів до вирішення проблеми без надмірного "синці" студента. Деякі фахівці рекомендують, що ваш "пацієнт" не повинно бути дозволено бути доведена до "смерті", тому що це може бути емоційно травматичної на провал так глибоко. Точно так само в світі авіації моделювання, є питання з приводу доцільності ведення пілот моделювання в таких екстремальних умовах, що аварія була б неминуча.

Програмне забезпечення Тільки Моделювання

Програмне забезпечення лише моделювання має багато переваг, особливо з точки зору переносимості і низької вартості, і був використаний протягом деякого часу взагалі медичної освіти. Наприклад, діагностичні випадки інтелект (DxR випадків) програмне забезпечення системи практиці на основі пакету, дізнавшись, що дозволяє студентам-медикам брати історію, вивчення віртуальних пацієнтів, дослідження порядку лабораторії, а також генерувати клінічних гіпотез в ході діагностики реальної клінічної проблемою. (Див. http://medweb.usc.edu/dxr/index.htm в деяких випадках DxR демонстрації.)

Крім того, Національна рада медичних експертів (www.nbme.org) впровадила комп'ютерне моделювання Case (CCS) експертизи, раніше відомий як CBX (комп'ютерне моделювання випадку) експертизу, з тим щоб забезпечити моделювання досвіду пацієнта вимагають випробовуваних, щоб безперервно контролювати пацієнта та внести відповідні управлінські рішення.

Кілька компаній пропонують програмні пакети тільки для медичних моделювання в форматі компакт-диска. Наприклад, Anesoft Corp (www.anesoft.com) пропонує анестезії та інтенсивної терапії програмного забезпечення для моделювання програмного забезпечення, які є не тільки освітніми, але (на мою думку) насправді цікаво використовувати. Ці пакети були розроблені в Університеті штату Вашингтон відділення анестезіології. Три програми для Windows, Macintosh і системи доступні, найвідоміший називається Анестезія Simulator і на момент написання була в третьому випуску. Критичні інциденти підтримується в даній програмі включають анафілаксія, зупинка серця, алергія на латекс, пневмоторакс, ниркова недостатність і багато іншого.

Моделювання Anesoft ACLS пакет інтерактивних програм навчання та тестування, який містить алгоритми, ліки та дози від американської асоціації серця Підручник передових Серцева життєзабезпечення. Один з них, необхідні для інтерпретації ЕКГ сліди, дефібрілліровать, інтубація і так далі. 28 модельованих випадків, представлених в асистолія пакет покриву, фібриляція шлуночків, шлуночкова тахікардія, фібриляція передсердь, тріпотіння передсердь, електрична активність без пульсу, серце блоки та багато іншого. Експертна система включена в пакет для вчителів управління показує вам, що пішло не так і що робити далі. Він навіть може взяти на себе справу для вас, якщо ви втомилися або засмучені. Нарешті система надає підручники з визнанням ритм і лікування, а також підручники з серцеві препарати.

Третій пакет, Критичні Догляд Simulator, пропонує 20 різних критично хворих пацієнтів, яким потрібно керувати дихальних шляхів, вентиляції, рідин і лікарських препаратів для поліпшення стану хворого.

Божевільний вчений Software (http://www.madsci.com/ ) є компанією, яка також пропонує ряд медичних пакетів моделювання, таких як їх травми Одне! навчання пакета. Заправщик ® 5 програмне забезпечення пакет моделювання, пов'язані з анестезією газів. Він призначений для використання в якості інструменту для навчання, моделювання та експериментування з анестезією поглинання та розподілу газу. Комп'ютер Заправщик модель наочно імітує фармакокінетику анестезії адміністрації, показуючи час курс газу поглинання в кожному відсіку тіло - легені, серце, мозок, - а також як схеми дихання і випарником. Він доступний з Заправщик Software ( http://www.gasmanweb.com ). Нарешті, вільне моделювання наркозний апарат був зроблений у веб-форматі університету Florida.26 Вона доступна в Інтернеті за адресою www.anest.ufl.edu/ ~ eduweb / VAM /.

Моделювання в клінічній управління дихальних шляхів

В останні роки клінічного ведення повітряної траси став центром технології моделювання. Дві області зусилля залучені. Перший полягає в розробці комп'ютерних моделей гідродинаміки для опису газу в трахео-бронхіального дерева; цій галузі, хоча і важливий, має обмежений інтерес для клініцистів.

Інших областях дихальних шляхів моделювання більш клінічний, і робить акцент на навчання лікарів. Мета тут просто для виробництва інструментальної манекен, який може бути використаний в оцінці навчання і роботи. Laerdal Корпорація є найвідомішим у цій галузі. Його можливості наведено в таблиці 4.

Моделювання в регіонарної анестезії

Регіональна анестезія техніки, яка часто проводиться, щоб уникнути необхідності виконання загальної анестезії на пацієнта. Одним з найбільш загальних регіональних техніці анестезія епідуральна анестезія, техніка, яка користується популярністю як при пологах, а також для нижніх кінцівок хірургії. Недавні спроби дослідження були спрямовані на моделювання цього та інших регіональних процедур анестезії.

Регіональні ABC є практичним, веб-регіонального керівництва анестезії з Duke University Medical Center. Вона зосереджена на регіональних anestheia нижньої кінцівки і може розглядатися в http://anesthesia.mc.duke.edu/regional/abc/index.html. Вона призначена і як освітній інструмент і ресурс пацієнта медичної допомоги. Велика частина інформації на цьому сайті можуть бути експортовані в кишенькові комп'ютери для використання на пацієнта ліжку. Блоки описано включають: (1) поперекового сплетення: стегнового нерва, Genitofemoral нерва, Ilioingunial нерва / Iliohypogastric нерва, бічного стегнового нерва Шкірні, обтуратором нерва, спинного нерва (2) крижового сплетення: сідничного нерва, задні стегнові шкірного нерва, сідничних блок регіону. Хоча сайт більше навчального / інформаційні, ніж реальне моделювання, воно охоплює теми регіонарної анестезії, а комплексно.

Біомедичних досліджень Офісні в Огайо суперкомп'ютерний центр (OSC) ( http://www.osc.edu/ ) має якийсь час був зацікавлений у високих обчислювальних систем. Один з додатків, вони зосередилися на озаглавлена "Віртуальний Моделювання регіонарної анестезії" і призначений для надання допомоги у підготовці анестезіологів в процесі навчання епідуральної анестезії та інших форм регіонарної анестезії. Наступний опис проекту, коротко з їх веб-сайт, пояснює свої цілі.

"Епідуральна аналгезія є одним з найбільш часто використовувані методи для полегшення болю під час операції. У більшості лікарень служби анестезії акушерської епідуральної анестезії є найбільш помітно використовували анестезію техніка для вагінальних пологів і кесаревого розтину. Процедура включає в себе введення місцевою анестезією або opiod в епідуральний простір хребетного стовпа. Хоча один ступенями свободи завданням, це тонке керівництво по експлуатації, що вимагає розміщення катетера в епідуральний простір, використовуючи лише сигнали тактильної направляти голку. За почуття резистивний сили голки, що проходять через різні тканини, анестезіолог повинен маневру кінчику голки в правильному просторі без перфорації та пошкодження спинного мозку в процесі. Обмеження фізичної моделі, такі як манекени включають в себе відсутність пацієнта дисперсії, неточні уявлення біологічної тканини і фізичного зносу від багаторазового використання. використання трупного матеріалу пропонує обмежені можливості і ризики. найкращий метод навчання жителів за цією делікатною та небезпечної ручної завданням залишається використання живих пацієнтів, сценарій, очевидно, не оптимальні для пацієнтів. Крім того, викладання цієї техніки вимагає високої інтенсивністю підручник взаємодії з викладачами через значне кривої навчання в розумінні точного розміщення голки. Цей постійний спільних зусиль дослідників зі штату Огайо Лікарні Університету, занурення корпорації, і ВАТ є для створення та тестування віртуального тренажера для навчання жителів у використанні регіональних анестезіології. Під фінансування від Міністерства оборони, ми створюємо системи для навчання специфічним методом регіонарної анестезії, епідуральної техніки. Наші методи включають в себе і інтеграції додатків віртуальних технологій. Наші компоненти системи включають в себе високопродуктивні графічні станції здатні стерео дисплей, в режимі реального часу обсяги візуалізації голосовий інтерфейс, а одномірні тактильного датчика імітувати резистивним сили проникли тканин. Система дозволить резидентам для дослідження різних тривимірних реконструйовані наборів даних у спокійному оточенні. Система може бути подають репліки через голосової активації для надання додаткової інформації в текстовому, аудіо-або графічній формі. Крім того, система включає в себе необхідні компоненти, щоб резидент «відчувати» техніку у виконанні експерт. Надаючи новий вид процедурних навчання в спокійному навколишнього середовища, симулятор збільшиться рівня роботи резидентів в техніці доставки та підвищення компетенцій, необхідних для живої людини випробувань. "

Киркпатріка «Чотири рівні оцінки" Стосовно медичної Моделювання

Оцінка навчальних програм та інших ініціатив, важливо, щоб визначити, зусилля і гроші були витрачені з розумом. Один відомий підхід до програми оцінки Киркпатріка «Чотири рівні оцінки", вперше розроблена в 1959 році. У той час Дональд Кіркпатрік був професор маркетингу в Університеті Вісконсіна. Його чотири рівні оцінки включають чотири види вимірювань:

Рівень 1: Реакція - вимірювання задоволеності

Рівень 2: Навчання - вимірювання навчання

Рівень 3: Поведінка - вимірювання зміни поведінки

Рівень 4: Результати - вимірювання результатів

Питання, пов'язані з кожним рівнем, що керівництво вимірювання наступним чином:

Рівень 1: (Реакція) Були учасники задоволені програмою? Як вони оцінюють свої переживання? Які пропозиції можуть бути спрямовані на поліпшення досвіду?

Рівень 2: (навчання) Які навички, знання, погляди і ставлення до неї змінилося з програмою?

Рівень 3: (поведінки) Допоміг учасників змінити свою поведінку, засноване на тому, що було представлено у програмі?

Рівень 4: (Результати) Чи допоміг зміни в поведінці позитивно впливають на організацію або впливати на об'єктивний результат?

Хоча цей специфічний парадигма популярних у світі бізнесу та освіти, він менш відомих в клінічних колах, так що лише деякі конкретні оцінки медичних програм моделювання в даному контексті були зроблені. Проте, ряд пов'язаних з цим були проведені дослідження для вирішення відповідних питань.

У дослідженні, проведеному в Університеті Toronto27 авторів "побажав, щоб визначити симулятор основі методу оцінки оцінки клінічної ефективності може продемонструвати побудувати дії і визначити сприйняття піддослідних реалізму процесу оцінки." Моделювання беруть участь передопераційної оцінки пацієнтів, анестезія індукції та підтримки анестезії. Кожне завдання представлена тема як частина моделювання в структурованому вигляді; приклади проблем включені ателектаз, коронарна ішемія, і переохолодження. Після моделювання, учасників оцінили реалістичність своїм досвідом за 10-бальною візуальної аналогової масштабу (VAS). Загальний реалізм VAS оцінка була 7,8. Суб'єктів рейтингом реалізм тестовий сценарій високо (Кіркпатрік рівень 1), але інші рівні були явно не розглядаються.

У дослідженні, проведеному в Університеті Washington28 слідчі шукали ", щоб визначити передові серцевої життєзабезпечення (ACL) програми комп'ютерного моделювання покращує утримання керівних принципів ACLS більш ефективно, ніж підручник огляду." Використання рандомізоване контрольоване випробування в академічний медичний центр, сорок п'ять анестезії жителів і викладачів були протестовані 10 до 11 місяців після ACLS навчальний курс провайдера. Учасники були рандомізовані на підручник або тренажер і попросив, щоб підготуватися до макет-легеневої реанімації (Mega кодексу). Екзаменаційних сесій були записані на відео і забив, учасники, які використовували ACLS програми моделювання набрав значно вище, ніж учасники, які розглянуті з використанням підручника. Автори прийшли до висновку, що «використання комп'ютерної програми моделювання ACLS покращує утримання ACLS керівні принципи краще, ніж підручник огляду." Це було дослідження, в якому зосереджені на рівні Кіркпатрік 2.

Інший симулятор дослідження, проведене в Університеті Washington29 прагнули виміряти ефективність екранних тренажер з підбиття підсумків на відповідь до штучної анестезії критичних інцидентів використанням манекена-тренажера. Тридцять один жителям анестезії, були рандомізовані на дві групи. Їх підхід розглянуті рівні Кіркпатрік 2 і 3. У групі втручання була представлена десятьма надзвичайних ситуацій анестезії за допомогою екрана основі анестезії симулятор програму і отримали письмові відгуки про їх управлінні, в той час як в контрольній групі було доручено вивчити роздатковий матеріал покриття ж десять надзвичайних ситуацій. Всі жителі були потім оцінюються за їх управління 4 стандартизованих сценаріїв манекен-тренажер. Автори виявили, що "жителі, яким вдалося анестезії проблеми за допомогою екранних анестезії симулятор обробляються надзвичайних ситуацій у манекен-тренажер анестезія краще, ніж жителі яких попросили вивчити роздатковий матеріал покриття з тими ж проблемами", і вони прийшли до висновку, що "комп'ютерне моделювання з зворотного зв'язку, ефективні в якості доповнення до традиційної ординатуру методи управління швидкої медичної допомоги ".

Проведені дослідження

Моделювання може використовуватися як потужний інструмент для вивчення людських проблем з продуктивністю (навчання, командна робота, втома), а також для вивчення людини і машини взаємодії, а також для вивчення дизайну недоліки в медичному обладнанні. У таблиці 5 представлені деякі з численних питань, дослідження в цій галузі. Зверніть увагу, що багато з цих питань, по центру ситуаційної обізнаності та клінічного ведення кризи і спиратися на досвід, накопичений в авіаційній промисловості.

Висновок

Хоча комп'ютерна симуляція в анестезіології та інтенсивної терапії медицина знаходиться в перші роки свого існування, вже багато що було зроблено. Область застосування простирається від наукового моделювання клінічної оцінки продуктивності в умовах антикризового управління. Тим не менш, багато що ще належить зробити, щоб продемонструвати свою наукову та клінічну корисність, особливо в контексті моделі Фіцпатрік.

Відмова

Автор не має ніяких фінансових інтересів в технології, описаної.

Подяки

Я в боргу перед д-ром Пет Фаї, Атабаски університету, Альберта, Канада, за корисні обговорення.

Посилання

1. Добре М.Л., Гравенстейн JS. Анестезія тренажери і тренажери. Int Anesthesiol Clin 1989; 27:161-168.
2. Рольф JM, зшивання KJ. Рейс моделювання. Cambridge, Cambridge University Press, 1986.
3. Для отримання додаткової інформації, відвідайте веб-сайтах:
   

   www.stn-atlas.de/sae/englisch/ausbldg_simulation/eKraftwerk_nuks.htm

   http://www.vtt.fi/ene/tuloksia/tulosta/exergyapros.pdf

4. Ентвайл G, Ентвайл DR. Використання цифрової обчислювальної машини в якості навчальної машини. J Med Educ 1963, 38: 803-812.
5. Філіп JH. Заправник - приклад цілеспрямованої комп'ютерного навчання, що призводить до навчання. Int J Clin Monit обчислювальні 1986; 3:165-173.
6. Сміт NT, Цварт, Beneken JE. Взаємодія між кровоносної ефектів і поглинання та розподілу галотан: Використання декількох моделей. Анестезіології 1972; 37:47-58.
7. Габа DM. Анестезія тренажерів: віртуальна реальність. ASA бюлетень. 1993; 57:20.
8. Гайтона JR, Фостер Р., Soeldner JS, і співавт. Модель глюкозо-інсулін гомеостазу у людини, яка включає гетерогенні швидко теорії басейн підшлункової вивільнення інсуліну. Діабет 1978; 27: 1027-1042
9. Montani JP, Адер TH, Саммерс Р. Л., та ін. Система моделювання підтримки для вирішення великих фізіологічних моделей мікрокомп'ютерів. Int J Biomed обчислювальні 1989; 24: 41-54
10. Дікінсон CJ. Цифрова комп'ютерна модель ефекту гравітаційного стресу при системі серця і вен. Med Biol Eng 1969; 7: 267-275
11. Дікінсон CJ, Ingram D, Шепард П. цифрова модель комп'ютера для навчання принципам системної гемодинаміки ("MacMan"). Фізіологія J 1971; 216: 10.
12. Дікінсон CJ, Шепард П. цифрової комп'ютерної моделі кровообігу і бруньок, для вивчення ниркового кровообігу і взаємодії за участю електролітів і рідини організму відсіків ("MacPee"). Фізіологія J 1971; 216: 11-12.
13. Дікінсон CJ. Цифрова модель комп'ютера для навчання і досліджень в галузі транспорту газу та обміну між легені, кров і тканини ("MacPuf"). Фізіологія J 1972; 224: 7-9.
14. Дікінсон CJ. Цифрова комп'ютерна модель газообміну і кровообігу в області досліджень і викладання. Proc Soc R Med 1973; 66: 392.
15. Дойл ді-джей, DeMajo В. Комп'ютерна модель для вено-вено екстракорпоральної мембранної оксигенації. Товариство канадський анестезіолог Щорічні збори, 5-9 червня 1992 року, Торонто. (Канадський журнал Анестезія 39: А34)
16. Hoffstein В. Duguid Н. Н. Zamel Rebuck AS. Оцінка змін в альвеолярно-артеріального градієнта кисню індукованого гіпоксією. Журнал лабораторії та клінічної медицини. 1984; 104:685-92,
17. Діллард ТП. Берг BW. Rajagopal КР. Дулі JW. Mehm WJ. Гіпоксемії під час повітряних подорожей у пацієнтів з хронічними обструктивними захворюваннями легень. Аннали внутрішньої медицини. 1989; 111:362-367
18. Дойл ді-джея. Фізіологія артеріальної / альвеолярного відношення напруги кисню: комп'ютерні моделі. Канадський анестезіолог в суспільстві і Австралійського суспільства Спільне щорічне анестезіолог у нараді, Торонто, 8-12 червня 1985
19. Дойл ді-джея. Артеріальна / альвеолярного відношення напруги кисню: критична оцінка, канадський анестезіолог в суспільство Journal. 1986; 33: 471-474.
20. Дойл ді-джея. Фізіологічна модель вирішення використанням TK! Solver, програмне забезпечення рівняння вирішувач пакета. Канадської медичної та біологічної інженерії суспільства 18-я щорічна зустріч, 8-11 червня 1992 року, Торонто (Конференц-дайджест стор 134-135)
21. Денсон JS, Абрахамсон С. комп'ютерним управлінням пацієнта симулятор. JAMA 1969; 208:504-508.
22. Габа Д.М., DeAnda А. всеосяжної середовища моделювання анестезії: повторне створення операційної для проведення досліджень і підготовки кадрів. Анестезіології, 1988; 69:387-394.
23. Хольцман RS, Купер JB, Габа DM і співавт. Анестезія криза управління ресурсами: Реальні моделювання навчання в операційній кімнаті криз. J Clin Anesth 1995; 7:675-687.
24. Габа DM. Підвищення ефективності анестезіологи "шляхом імітації реальності (редакційна стаття). Анестезіології 1992; 76:491-494.
25. Хольцман RS, Купер JB, Габа DM і співавт. Анестезія криза управління ресурсами: Реальні моделювання навчання в операційній кімнаті криз. J Clin Anesth 1995; 7:675-687.
26. Goldman JM, Уорд DR, Даніель LC, Сквайр CJ. Розуміння схеми коло дихання - освітнього комп'ютерного моделювання. ASA наукової виставці, 1995 ASA Річна програма наради, стор 530.
27. Девітт JH, Kurrek М. М., Коен М., Клів-Хогг Д. обгрунтованість виконання оцінки з використанням моделювання. Анестезіології 2001; 95:36-42.
28. Schwid HA, Рук А., Росс К., Sivarajan М. Використання передових комп'ютеризованих серцевої симулятор життєзабезпечення покращує утримання передових серцевої життєзабезпечення керівні принципи краще, ніж підручник огляду. Криту Догляд Med 1999; 27:821-824.
29. Schwid HA, Рук Г.А., Міхаловський P, Росс BK. Екран основі анестезії моделювання з підбиття підсумків підвищує продуктивність в манекен основі анестезії симулятор. Навчіть ЖЖ Med 2001 13:92-96.

Посилання

Дойл ді-джея. Моделювання в медичній освіті: фокус на анестезіології. Мед Educ Інтернет [серійний онлайн] 2002; 7:16. Доступна з http://www.med-ed-online.org

Листування

Д-р Д. Джон Дойл
Кафедра загальної анестезіології
Cleveland Clinic Foundation - E31
9500 Euclid Avenue
Клівленд, штат Огайо, 44195
США

216-444-1927 (голос)
216-444-2200 Пейджер 29456
216-444-9247 (факс)

Електронна пошта doylej@ccf.org

Додаток

Фармакокінетика в двох словах

У простих технічних термінів, фармакокінетичної моделювання грає з першого порядку лінійних диференціальних рівнянь. Найпростіша модель, за участю тільки центральний відсік якої препарат входить, узагальнені в рівняння нижче формат.

Рівняння, що описують динаміку плазмової концентрації препарату для різних типів compartmental моделей наведені нижче. Складніші трикамерні моделі (один центральний відсік і два периферійних відділень) не набагато краще відповідності експериментальних спостережень, з урахуванням його популярності в серйозних фармакокінетичні дослідження.

Математичні Інформація Три відсіку моделі

Існує немає простого рішення цієї системи рівнянь. Аналітичні рішення були опубліковані, але це не особливо складно вирішувати рівняння чисельно, наприклад, за допомогою методу Ейлера [Метр PO, Шафер SL. Простий підхід кишеньковий калькулятор для прогнозування концентрації анестетика препарату з фармакокінетичних даних. Анестезіології. 1990; 73:332-6].

Однак ці рівняння управляти маси (кількості) препарату в кожному відсіку, щоб перейти від наркотиків масу концентрація препарату потрібно розділити масу на об'єм препарату, розчиненого в, або "обсяг розподілу". Так як в цілому ми зацікавлені тільки в концентрації препарату в центральний відсік (відсік 1), тільки обсяг розподілу для центрального відсіку (V1) становить інтерес для більшості pharmacokineticists.

Таким чином, ви повинні знати, сім речей, розвивати трикамерні фармакокінетичні моделі: R, V1, Ke, K12, K21, K13, K31 і. (Насправді, вам також необхідно знати деякі вихідні дані про стан наркотиків на борту в нульовий момент часу, але ми зазвичай встановлюється все, що до нуля.)

З урахуванням цих семи параметрів [які не завжди легко отримати в реальному світі] не може передбачити концентрації препарату, які можуть чекати в "середній" пацієнт за заданим шаблоном доставки ліків в IV пацієнта. Прогноз заснований на середньому фармакокінетичні дані з дослідження пацієнтів; конкретні фармакокінетичних даних для конкретного пацієнта навряд чи коли-небудь клінічно практично. Ваш пацієнт може змінюватися дуже багато чого з "середнього", якщо, наприклад, він або вона знаходиться в нирковій недостатності або досить літні люди. Інші впливу можна було б очікувати у пацієнтів, що приймають одночасно інші препарати (наприклад, циметидин) або з фармакокінетичні порушення (наприклад, атипової холінестерази плазми). Таким чином, певний набір параметрів ПК має значення тільки для групи, яку вони були отримані, як правило, не дуже літніх пацієнтів з хорошим печінкової і ниркової функцією, що приймає мінімальні одночасне лікування.

Деякі старі звіти використовують прості 2 або 1 моделей відсік для опису фармакокінетичної поведінки. Для 2-купе моделі, не кажучи K13 = K31 = 0. Для 1-купе модель, крім того, нехай K12 = K21 = 0. Це дає нам найпростішу фармакокінетичні моделі - один-купе модель, тут наркотиків введення суміші миттєво в центральний відсік і усувається з ліквідації константа швидкості Ке:

ТАК / д = R - Ke