美国陆军外科研究所探索用于烧伤护理的混合现实头显设备

News - USAISR Explores Mixed Reality Headsets for Burn Casualty Care

马里兰州德特里克堡——在未来的大规模作战行动中，因烧伤导致的大规模伤亡事件可能对重症监护医生构成挑战，原因是烧伤床位不足且训练有素的人员数量有限。美国陆军外科研究所（USAISR）器官支持与自动化技术团队（CRT3）和ISR临床烧伤中心正在研究使用混合现实工具作为医疗力量倍增器，以减少战场上的发病率和死亡率。

威胁评估趋势表明，在战斗场景以及针对平民人口中心的袭击中，爆炸造成烧伤大规模伤亡事件的可能性正在增加。此类事件可能导致数十到数千名烧伤创伤患者。由于烧伤护理是创伤中最复杂的类型之一，干预需要大量经过专门培训的人员和资源，因此烧伤大规模伤亡事件将对军事医疗系统在受伤点及后续各级护理中造成巨大压力。

未来大规模作战行动（LSCO）预计将在严峻环境中进行，这使医疗规划者和提供者面临将资源运送到受伤点及将伤员撤离至高级护理地点的后勤挑战。通信也可能因使用量激增和现场基础设施受损而中断，从而妨碍远程指导支持的能力。在这种情况下，医务人员需要尽可能多的优势来在受伤后的关键早期阶段进行干预。

为此，CRT3虚拟健康团队由ISR的数据科学家兼首席研究员塞纳·迈克（Sena Mike）领导，正在开发一种临床决策支持系统（CDSS），该系统使用商用现货增强现实头显设备和定制软件，统称为增强现实烧伤辅助管理器（ARBAM）。该CDSS向新手临床医生提供必要的医学知识，使他们能够执行烧伤患者管理和手术指导的关键任务，从而更严格地遵守最新的临床实践指南，同时降低临床医生的认知负担。

“我们的任务是开发一种工具，让医务人员能够执行超出其培训和实践范围的任务，”迈克说。“基本上，我们希望开发一种设备，可以交给至少有一些临床背景的人，让他们通过图片、视频、文字和全息覆盖逐步完成评估或完成某项程序。”

测试评估烧伤伤口处理的可用性

迈克的AR项目是由国防卫生局研究与工程部门的战斗伤亡护理研究组合（CCCRP）建立的新投资组合的一部分。CCCRP支持研究智能数据驱动、半自主和自主技术的使用，以优化军人医疗服务。在CCCRP的资助下，迈克、退役陆军中校玛丽亚·塞里奥-梅尔文（Maria Serio-Melvin）和研究团队进行了一系列研究，以确定ARBAM是否增强了临床医生对模拟烧伤患者提供有效护理的能力，相较于当前的标准护理工具如纸质临床实践指南（CPG）。

在研究中，11名参与者被要求执行四项烧伤相关任务，交替使用联合创伤系统（JTS）CPG及其补充工作表和CRT3的ARBAM系统：

• 确定烧伤面积
• 管理烧伤液体复苏
• 计算止痛药剂量
• 执行模拟焦痂切开术

参与者被提供了一个脚本场景以确保一致性，并根据完成时间和准确性进行评估。迈克及其团队发现，四项任务中有三项的平均完成时间大致相同，而液体复苏使用ARBAM比纸质指南更快（4.7分钟对比6.9分钟）。在四项任务中有三项（液体复苏、药物剂量计算和焦痂切开术）的总体表现得分更高，达到了统计显著性阈值。

在研究完成后，虚拟健康研究人员进行了两次可用性评估，以衡量用户与系统的交互和体验——在这些评估中，系统更名为增强现实手术辅助管理器（ARSAM）——同时协助外科医生执行模拟环甲膜切开术和胸管插入。测试系统的临床医生提供的整体积极反馈对于识别改进领域非常宝贵。

“可用性研究非常重要，因为无论你给临床医生提供什么设备或应用程序，如果他们不接受并且不想使用它，他们就会放弃这项技术，”迈克说。“基于可用性评估，我们能够识别并优先考虑软件需要解决的差距，以便进行最终的临床性能研究。”

临床性能研究比较了AR系统在完成这些关键任务方面的准确性和效率，相较于现有指导方法，并确定系统是否可以开发并转化为完整的临床决策支持系统，以提供远程患者护理。

“当这项技术刚出现时，我们真的不知道人们是否会认为它太陌生或笨重，但人们觉得它很有趣，”迈克说。“它有一种酷炫因素，就像《钢铁侠》一样——你仍然可以看到你的环境，但你可以操作面前的所有数字资产。我可以想象自己将来会使用这个。”

ARBAM具有培训潜力

除了提供烧伤患者管理和手术指导外，ARBAM还具有提供完全沉浸式烧伤教育和培训场景的潜力。迈克表示，一些参与研究和可用性评估的临床医生评论说，他们在操作设备时学到了很多东西。尽管ARBAM/ARSAM设备目前没有包含任务的“原因”，但她表示这是可以实现的。

“软件在提供决策支持方面的保真度水平，以及我们如何将多个CPG转化为易于使用的、可消化的部分，并使用非专家用户可理解的语言，意味着该设备可以立即用于增强教学培训计划，几乎不需要对软件进行任何更改，”ISR临床研究支持主管安吉拉·萨莫索恩少校（Angela Samosorn）博士表示。“该系统设计中已经融入了许多学习原则，此外团队设置的研究问题、软件和研究本身也体现了这一点。”

萨莫索恩表示，当前可用硬件的局限性使得原型系统在战场环境中难以操作，但随着未来迭代的AR设备上市，这种情况将会改变。在此期间，原型可以用于使医务人员和外科医生熟悉原理和方法，以便当硬件赶上时，他们能够熟练使用。

设备将在项目融合顶点5中测试

美国陆军未来司令部邀请ISR在2025年春季举行的项目融合顶点5（PC-C5）演习中测试原型ARBAM/ARSAM系统。美国陆军未来与概念中心（AFC下属组织）每年举行项目融合演习，为来自陆军、海军、空军、海军陆战队、太空部队及合作伙伴和盟国军队的一线作战人员提供机会，在真实条件下试验新兴能力、编队和理论。该系统将是MRDC在活动中测试的四项技术之一。

ISR希望通过PC-C5测试实现三个学习目标。一是确定混合现实技术可以在国防部联合创伤系统生存链中的哪个环节最有效地整合到患者护理中。另一个目标是确定在高保真仿真中使用应用程序时，操作员的表现和认知负荷是否比使用标准工具时有所减少。最后，团队希望识别未来软件升级中可以解决的软件可用性和问题。

“我们最初设想这个项目是一个研究工作，而不是一定要开发出一个先进的产品，”迈克说。“然而，通过我们的研究验证过程，我们的技术成熟度比许多其他研究产品要高得多。因此，我们有信心在PC-C5和其他演示与实验活动中展示这一成果。”

迈克还指出，尽管ARBAM/ARSAM项目仍处于研究阶段，但虚拟健康团队已着眼于最终将其商业化，供军事医疗专业人员使用。

“虚拟现实和AR在医疗保健中的应用越来越广泛，FDA已经批准了几种设备，”迈克说。“我们能多快将这项技术交到战士手中以挽救生命尚不确定，但在那之前，即使是像将其转变为培训应用程序并引入其他培训实验室这样的低垂果实，在我们看来也是一种成功。”

注：本文的版本最初发表于2024/2025年冬季的《战斗与伤亡护理》杂志上。

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