一种基于MR技术的战前救援模拟培训装置

摘要

本发明公开了一种基于MR技术的战前救援模拟培训装置，包括MR眼镜模块、安装头环、电控制盒和模拟训练系统，所述模拟训练系统包括伤员评估、气道管理、止血及低血容量休克管理、张力性气胸救治、骨折夹板固定五个救援模块；所述安装头环前端铰连接MR眼镜模块，安装头环后端固定连接电控制盒。本项目提出基于MR技术的战场救护培训方案，通过将真实作战伤亡场景和特定虚拟环境融合在一起构造虚实融合性战场，为救护人员提供多样化的急救环境演训，更有效逼真地模拟战场救援，可以在降低演习训练成本的同时，快捷、全方位地提高战场救援的效果、提升卫勤保障的能力。

说明书

技术领域

本发明属于军事救援技术领域，具体涉及一种基于MR技术的战前救援模拟培训装置。

背景技术

现代战场急救工作强调时效救治，战时伤员死亡率与其接受救治的时间密切相关，初级生命支持至关重要，在人员和资源有限情况下急需提升救治效率。而战场的救护装备必须具备轻量化、小型化、展收迅速、车载便携、易于转移的特点。同时，现代化战争信息化程度高、节奏快、杀伤强、伤型多、伤情复杂，战场救护难度大，对野战救护装备也提出了多功能、集成化等高要求。通过查阅文献发现，虽然国际上已有少量关于AR技术用于战前模拟培训的研究，但MR在战场救援中的研究却还未发现。因此，本项目组旨在通过与西光集团合作，在现有的MR智能维修头盔的基础上，共同创建一个融合音视频采集和通讯、可视化智能辅助、敏捷交互、沉浸式培训等功能的小型化MR头戴系统，在互联网、局域网或无网络的战地环境下发挥重要作用。作为战场可视化移动节点，在轻质的同时，提供音视频采集和通讯能力，满足战场伤情信息共享和卫勤资源调配需求；作为智能辅助核心，在伤员诊断分发、初级生命支持、损害控制性救护等紧急救助任务方面，提供专家在线专业辅助或直观高效的沉浸式救助指导，提升救护效率；作为交互核心，具备智能语音、眼动等敏捷交互手段，实现救护人员之间的高效信息交流；作为显示核心，具备沉浸式MR显示能力，替代实体显示器，简化装备构成，同时以立体形式呈现多维救助程序，可在无网络环境下，或后送途中，实施直观高效的沉浸式救护指导。并在此基础上，合作研发战前救护培训系统和战地救援指导系统，以提高救助管理和救治效率，提升战场卫勤保障能力。

现代战争战场环境复杂，急救工作强调时效性，战时伤员的死亡率与其接受救治的时间密切相关，在人员和资源有限情况下如何提升救治效率尤为重要。此外，战地救援时常缺少及时的专业指导，尤其是对于刚接触战场救援工作的年轻医护人员，需要在战前得到仿真性更高的培训。

为了提升战地医护人员的救护能力，在已有的MR智能维修头盔基础上，进一步开展战地救护可视化智能穿戴技术研究，建立一个融合音视频采集和通讯、可视化智能辅助、敏捷交互、沉浸式培训等功能的小型化MR头戴系统。一方面，该系统能在战前通过MR技术进行浸润式高仿真模拟培训，通过设计包括伤员评估、气道管理、止血、低血容量休克管理、张力性气胸救治、骨折夹板固定等紧急救援模块，创建和完善战前救护培训系统和战地救援指导系统，并组织救护人员进行高仿真的战前救护培训。基于增强现实(AugmentedReality，AR)/MR技术的模拟培训可为即将上战场的救援人员提供救援模块方案，进行高仿真的站前救护培训。

针对现代战场演训成本高、演训空域环境受限、训练效果不全面等问题，提出基于MR技术的战场救护系统设计方案，，可以在降低演习训练成本的同时，快捷、全方位地提高战场救援的效果、提升卫勤保障的能力。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明设计了一种基于MR技术的战前救援模拟培训装置，针对现代战场演训成本高、演训空域环境受限、训练效果不全面等问题，提出基于MR技术的战场救护系统设计方案，通过将真实作战伤亡场景和特定虚拟环境融合在一起构造虚实融合性战场，能够为救护人员提供多样化的急救环境演训，更加快速有效地模拟战场救援，可以在降低演习训练成本的同时，快捷、全方位地提高战场救援的效果、提升卫勤保障的能力。本项目在MR可视化智能头盔的基础上，优先设计包括伤员评估、气道管理、止血及低血容量休克管理、张力性气胸救治、骨折夹板固定等几个救援模块，力求设计出高度仿真的战前救援模拟培训系统，以优化战前救援培训效果。

为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于MR技术的战前救援模拟培训装置，包括MR眼镜模块、安装头环、电控制盒和模拟训练系统，其特征在于：所述模拟训练系统包括伤员评估、气道管理、止血及低血容量休克管理、张力性气胸救治、骨折夹板固定五个救援模块；所述安装头环前端铰连接MR眼镜模块，安装头环后端固定连接电控制盒；所述MR眼镜模块内部包括双目GBR传感器、镜头、目镜和屏幕，电控盒内设置处理单元、供电模块、无线连接模块和音频模块，安装头环两侧设置有音频模块。

进一步的，所述伤员评估包括：

①周围环境评估：确定已经携带进行人体物质隔离预防需要的物品；确定现场安全、受伤机制、伤员数量、是否需要额外人员或资源支持、是否需要特殊装备；

②初步评估：初步评估的目的是按照伤员病情轻重程度排序，确定是否有无导致伤员立即死亡的伤情；除非有气道梗阻或心搏骤停，否则不要中断初步评估；初步评估包括一般情况、意识水平、气道评估、呼吸评估、循环评估、暴露伤口；初步评估9个步骤参考Casey Bond主编、西京医院尹文主译的《美军战地医务人员高级战场急救技能训练手册》；

③快速伤情检查：是一种寻找致命伤的快速检查方法，如果时间允许，在快速伤情检查之后再进行更详尽的检查；包括进行初步的气道管理、辅助通气、必要时心肺复苏、大量出血的止血、封闭开放的胸部伤口、稳定连枷胸、张力性气胸减压、固定造成穿刺上的异物；快速伤情检查9个步骤采用Casey Bond主编、西京医院尹文主译的《美军战地医务人员高级战场急救技能训练手册》；

④进一步伤情评估：通过SAMPLE法获取伤员病史信息、基础生命体征，通过神经系统的体格检查进行伤残评估。

进一步的，所述气道管理包括：先确定伤员是否呼吸，考虑通过人工通气补给氧气，包括处理气道梗阻、仰头举颏法、使用口鼻咽通气管建立人工气道、通过食管-气管通气管建立人工气道及紧急环甲膜切开术。

进一步的，所述止血及低血容量休克管理包括：采用止血带直接压迫；低血容量休克的治疗步骤如下：

①应用仰头抬颌法或推举下颌法来维持气道通畅；

②如有必要，给与通气支持，尽快应用储氧面罩，氧流量15L/min；

③通过直接加压、压迫止血点、夹板固定或止血带控制外部出血；

④在有助手情况下，控制呼吸与止血同时进行，止血带是止血的首选；

⑤通过静脉补液可以维持血液循环；

⑥获取基本生命体征并进行简单的神经系统检查，来确定意识水平、动眼功能和瞳孔对光反射；

⑦摆好病人体位并暴露出血部位。除怀疑头、颈部异常和呼吸困难者，采用头低脚高体位，将腿抬高15-30cm，如果伤病员呕吐或口周出血，则使用侧卧位，或平卧位头偏向一侧(颅脑或脊柱损伤时禁用)；当伤员完全暴露后，寻找有无其他损伤；

⑧维持正常体温，避免低体温，减少休克对机体产生的损害，如果条件允许的话，用毯子或保温袋包裹伤员；

⑨每5分钟进行一次神经系统检查和生命体征测量；

⑩尽快将伤员转运到最近的医疗救治点。

进一步的，所述张力性气胸的处理方法为紧急针刺减压。

进一步的，所述外伤骨折夹板固定包括：在战场上，往往需要将周围物体，如木板、竹竿、木棍、树枝、卷曲的杂志、报纸、厚纸板和枕头等，改造成夹板；夹板用来固定骨折部位防止产生进一步损伤，并止血。

进一步的，所述处理单元上电连接供电模块、无线连接模块、音频模块和MR电路模块；

所述供电模块包括蓄电池、充电电路和太阳能供电板，太阳能供电板固定安装在电控制盒后侧表面；

所述无线连接模块包括5G网络模块、WIFI模块和蓝牙模块；

所述音频模块包括麦克风和扬声器，麦克风和扬声器通过线接头可拆卸的连接在安装头环两侧，线接头包括但不限于DC充电口、Type-C接口或3.5耳机接口中的一种或多种。

进一步的，所述MR电路模块包括双目GBR传感器、镜头和屏幕。

进一步的，所述安装头环两侧设置有松紧旋钮。

本发明的另一目的在于提供一种基于MR技术的战前救援模拟培训装置的使用方法，其特征在于：

(1)使用前，调节松紧旋钮，将安装头环戴在头部，调节好MR眼镜的角度和位置，佩戴好耳机和麦克风；

(2)启动装置；

(3)MR模块能够模拟出不同环境、不同天气、不同性别、年龄和受伤状况供佩戴者进行模拟训练，并通过信息采集分析，为佩戴者提供相应的救援方案；

(4)既可以模拟自救也能模拟多人合作救治；

(5)佩戴者按照系统提供的方案进行操作即可完成模拟训练。

本发明的有益效果是：

针对救援模块，设计典型的救治场景，以便实现高度仿真的战前救援模拟培训；将MR技术与战地极端环境下的救护应用需求结合，战地极端环境包括烟雾、枪声、爆炸、振动等，救护应用需求包括可视化信息共享、时效救治等，提升战地医院救助管理效率和救治效率；基于MR跟踪注册技术实现基于语义和二维图像特征的三维识别跟踪和定位，将专家标记与实际场景快速准确对齐，指导救援人员准确操作，提升非专业救护人员自信心和救护效率；在复杂的战地环境中提供方便快捷的沉浸式三维救护指导；MR技术提供沉浸式非跟随虚拟显示，不影响救护操作的同时，通过语音、眼动等交互手段实现解放双手的信息显示控制，获取帮助指导信息。

本项目提出基于MR技术的战场救护培训方案，通过将真实作战伤亡场景和特定虚拟环境融合在一起构造虚实融合性战场，为救护人员提供多样化的急救环境演训，更有效逼真地模拟战场救援，可以在降低演习训练成本的同时，快捷、全方位地提高战场救援的效果、提升卫勤保障的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明正视图；

图3是本发明各电路模块连接关系示意图；

图4是本发明轮整体结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、MR眼镜模块；101、转接梁；130、处理单元；131、供电模块；132、无线连接模块；133、音频模块；134、MR电路模块；2、安装头环；201、松紧旋钮；202、麦克风和扬声器；3、电控制盒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参阅图1至图4所示，一种基于MR技术的战前救援模拟培训装置，包括MR眼镜模块1、安装头环2、电控制盒3和模拟训练系统，其特征在于：所述模拟训练系统包括伤员评估、气道管理、止血及低血容量休克管理、张力性气胸救治、骨折夹板固定五个救援模块；所述安装头环2前端铰连接MR眼镜模块1，安装头环2后端固定连接电控制盒3；所述MR眼镜模块1内部包括双目GBR传感器、镜头、目镜和屏幕，电控盒内设置处理单元130、供电模块131、无线连接模块132和音频模块133，安装头环2两侧设置有音频模块133。

所述伤员评估包括：

⑤周围环境评估：确定已经携带进行人体物质隔离预防需要的物品；确定现场安全、受伤机制、伤员数量、是否需要额外人员或资源支持、是否需要特殊装备；

⑥初步评估：初步评估的目的是按照伤员病情轻重程度排序，确定是否有无导致伤员立即死亡的伤情；除非有气道梗阻或心搏骤停，否则不要中断初步评估；初步评估包括一般情况、意识水平、气道评估、呼吸评估、循环评估、暴露伤口；初步评估9个步骤参考Casey Bond主编、西京医院尹文主译的《美军战地医务人员高级战场急救技能训练手册》；

⑦快速伤情检查：是一种寻找致命伤的快速检查方法，如果时间允许，在快速伤情检查之后再进行更详尽的检查；包括进行初步的气道管理、辅助通气、必要时心肺复苏、大量出血的止血、封闭开放的胸部伤口、稳定连枷胸、张力性气胸减压、固定造成穿刺上的异物；快速伤情检查9个步骤采用Casey Bond主编、西京医院尹文主译的《美军战地医务人员高级战场急救技能训练手册》；

⑧进一步伤情评估：通过SAMPLE法获取伤员病史信息、基础生命体征，通过神经系统的体格检查进行伤残评估。

所述气道管理包括：先确定伤员是否呼吸，考虑通过人工通气补给氧气，包括处理气道梗阻、仰头举颏法、使用口鼻咽通气管建立人工气道、通过食管-气管通气管建立人工气道及紧急环甲膜切开术。

所述止血及低血容量休克管理包括：采用止血带直接压迫；

低血容量休克的治疗步骤如下：

所述张力性气胸的处理方法为紧急针刺减压。

所述外伤骨折夹板固定包括：在战场上，往往需要将周围物体，如木板、竹竿、木棍、树枝、卷曲的杂志、报纸、厚纸板和枕头等，改造成夹板；夹板用来固定骨折部位防止产生进一步损伤，并止血。

所述处理单元130上电连接供电模块131、无线连接模块132、音频模块133和MR电路模块134；

所述供电模块131包括蓄电池、充电电路和太阳能供电板，太阳能供电板固定安装在电控制盒3后侧表面；

所述无线连接模块132包括5G网络模块、WIFI模块和蓝牙模块；

所述音频模块133包括麦克风和扬声器202，麦克风和扬声器202通过线接头可拆卸的连接在安装头环2两侧，线接头包括但不限于DC充电口、Type-C接口或3.5耳机接口中的一种或多种；

所述MR电路模块134包括双目GBR传感器、镜头和屏幕。

所述安装头环2两侧设置有松紧旋钮201。

实施例2

本发明的使用方法：使用前，调节松紧旋钮201，将安装头环2戴在头部，调节好MR眼镜的角度和位置，佩戴好耳机和麦克风；启动装置；MR模块能够模拟出不同环境(海、陆、空、极地等)、不同天气(风、雨、雪等)、不同性别、年龄和受伤状况供佩戴者进行模拟训练，并通过信息采集分析，为佩戴者提供相应的救援方案；

(6)既可以模拟自救也能模拟多人合作救治；

(7)佩戴者按照系统提供的方案进行操作即可完成模拟训练。

实施例3

针对救援模块，设计典型的救治场景，以便实现高度仿真的战前救援模拟培训；将MR技术与战地极端环境下的救护应用需求结合，战地极端环境包括烟雾、枪声、爆炸、振动等，救护应用需求包括可视化信息共享、时效救治等，提升战地医院救助管理效率和救治效率；基于MR跟踪注册技术实现基于语义和二维图像特征的三维识别跟踪和定位，将专家标记与实际场景快速准确对齐，指导救援人员准确操作，提升非专业救护人员自信心和救护效率；在复杂的战地环境中提供方便快捷的沉浸式三维救护指导；MR技术提供沉浸式非跟随虚拟显示，不影响救护操作的同时，通过语音、眼动等交互手段实现解放双手的信息显示控制，获取帮助指导信息。

本项目提出基于MR技术的战场救护培训方案，通过将真实作战伤亡场景和特定虚拟环境融合在一起构造虚实融合性战场，为救护人员提供多样化的急救环境演训，更有效逼真地模拟战场救援，可以在降低演习训练成本的同时，快捷、全方位地提高战场救援的效果、提升卫勤保障的能力。

实施例4

由于现代战场演训成本高，战场救援人员往往无法得到仿真度高的战前培训，本项目提出基于MR技术的战场救护培训方案，通过将真实作战伤亡场景和特定虚拟环境融合在一起构造虚实融合性战场，为救护人员提供多样化的急救环境演训，更有效逼真地模拟战场救援，可以在降低演习训练成本的同时，快捷、全方位地提高战场救援的效果、提升卫勤保障的能力。

1.结合MR技术的可视化智能穿戴装备，针对伤员评估、气道管理、止血及低血容量休克管理、张力性气胸救治、骨折夹板固定等救援模块，设计典型的救治场景，以便实现高度仿真的战前救援模拟培训。

2.通过2次模拟培训，收集和总结相关数据，制定评价体系，调整和完善战前救援模拟培训系统。

3.制定基于MR技术的战地救护指导：建立快捷高效的信息共享平台、伤情分类和伤员分诊系统、战地远程专家实时辅导和培训系统和战前救援模拟培训系统基础上的沉浸式救护指导，以提升救助效率。

实施例5

MR技术的战前救援模拟培训系统包括5个模块：伤员评估、气道管理、止血及低血容量休克管理、张力性气胸救治、骨折夹板固定。分别对每一个MR救援场景模块选择合适的培训目标、合理的生理学参数设置、多样的案例、特点环境下的可能行动列表、房间和3D物品列表，并设置和确定视觉/声音/测试信号、团队成员、学习者如何与环境/对象/病人/实验室结果/命令互动、用户指导教程、追踪定位系统、反馈计划等元素[1]。通过组织两次救护人员的模拟培训来进一步完善系统，以便实现高度仿真的战前救援模拟培训。此外，创新地开发快捷高效的信息共享系统、伤情分类和伤员分诊系统、专家远程指导系统，以保证救援高效性和准确性；通过完善的战前救援模拟培训系统，在无网络支持条件下，实现战场直观高效的沉浸式救护指导。

实施例6

机身材质可采用PC和ABS；

双目GBR传感器CMOS Binocular RGB Sensors：

瞳距：62.5mm；快门：Electronic Rolling Shutter；尺寸：1/2.7*；分辨率：单眼-210万像素Monocular-2.1Million Pixels；帧率：60Hz；像素尺寸：3.0um*3.0um；

镜头：

分辨率：300万像素3.0Million Pixels；材质：光学玻璃(带IR滤镜)OpticalGlass(with lR filter)；焦距：2.8mm；

处理单元130：

型号：内置两颗FPGA-Xilinx Spartan-6 LX45/Built-in two FPGAs-XilinxSpartan-6 LX45；

IMU：

种类：九轴传感器9 Dof Sensor(Gyroscope,Accelerometer,Magnetometer)；刷新率：200Hz；

目镜：

种类：消色差双胶合镜Achromatic double glued mirror；材质：光学玻璃Optical Glass(Crown Glass&Flint Glass)；瞳距：62.5mm；视场角：110°(D)×84°(H)×96°(V)；

屏幕：

种类：AMOLED双屏duai 3.81*AMOLED screen 2160*1200；尺寸：3.81*；刷新率：90Hz；分辨率：单眼-1080×1200Monocular。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。