在人口老龄化加速的当下，智慧健康养老成为社会关注焦点。智慧健康养老实训室综合置管虚实结合训练系统应运而生，以先进的 VR 虚拟仿真、AR 增强现实等技术，构建起沉浸式的实训环境。它打破传统教学局限，为养老护理人才培养提供全新路径，有力推动智慧健康养老行业的发展与进步。

本虚拟实验通过三维仿真技术建设老院餐厅场景，依据操作流程及评分标准设计实验流程与交互考查点。学生可在仿真模拟的实验场景中，通过手柄进行交互操作，完成老年人异物卡喉致心脏骤停的急危应对。在该实验中，学生需要进行评估病情、海姆立克法急救、心肺复苏、AED除颤等实验步骤，从而完成对整个实验的学习与锻炼, 资源类型为VR虚拟仿真资源，操作时间20分钟。

本项目内容包括：实验背景、理论测试、实验操作、实验报告四大板块。

1.实验背景：包含实验目的、实验原理两部分内容。通过图片文字排版介绍该实验的教学目标、气道异物梗阻、海姆立克法、心脏骤停、基础生命支持和心肺复苏成功的标准等知识点，学生可在手机上自由查看学习，教师可通过平板控制大屏显示进行知识点讲解。

2.理论测试：教师通过平板发布5道理论试题对背景知识进行测验，学生在手机上答题。结束答题后系统会自动记录学生的答题情况和题目解析显示在大屏上，教师可对考题进行针对性地讲解。

3.实验操作：

3.1三维建模：通过三维仿真技术建设相关场景、用物和人物素材，其中场景1个，包含养老院餐厅；用物模型10个，包含餐桌椅、餐具、AED等；人物模型3个，包含老人、护理员等。

3.2案例引入：3D动画展示养老院餐厅内，老人在进餐时发生异物卡喉。UI面板介绍患者信息，操作者可随时调取任务面板引导学习并查看自身学习情况。

3.3异物卡喉（评估病情）：根据老人表现判断老人病情。设置2个考查点对知识点进行考查与讲解。

3.4急救操作：该部分内容主要为海姆立克急救法的内容。设置6个交互操作紧急为老人实施进行急救；20秒的3D动画对急救操作进行演示与相关知识点讲解。

3.5 心脏骤停（评估病情）：该部分内容主要包括判断老人意识、评估老人呼吸和脉搏情况、呼救等内容。设置2个交互操作对操作技能进行训练；2个考查点对知识点进行考查与讲解。

3.6心肺复苏：内容包括为老人安置正确体位、胸外按压、开放气道、人工呼吸。设置5个交互操作对操作技能进行训练；40秒的3D动画对急救操作进行演示与相关知识点讲解；3个考查点对知识点进行考查与讲解。

3.7 AED除颤：内容包括使用AED为老人分析心律、完成除颤、评估老人情况。设置4个交互操作对操作技能进行训练；120秒的3D动画对急救流程进行演示与相关知识点讲解；3个考查点对知识点进行考查与讲解。

4.实验报告：实验结束后，学生端可查阅实验背景、自己的理论测评及实验操作中的试题考核成绩；教师端则可查阅实验背景、班级学生的理论测评及实验操作中的试题考核情况。

增强现实心肺复苏实验系统采用MR增强现实、虚实结合、混合现实等技术主要用于训练学员对于心肺复苏急救操作。系统以虚实交互形式对患者进行心肺复苏急救，整个流程包括对环境评估、气道开放、胸外按压、人工呼吸、AED除颤等内容；建立基于标准操作流程的评估原则，并对学员的训练过程进行评估，对学员进行评分，并给出相应的评估报告，旨在帮助学员掌握标准心肺复苏流程与方法，提高技能熟练度，增加抢救成功率。

系统中包含AR操作软件端、心肺复苏管理系统、人工智能考核端等模块，支持示教、群体互动教学、学生实训、考核一体化等多种功能。

1.交互开发技术参数：

采用主流虚拟引擎工具制作。提供第一人称控制方式。在场景中可以通过操作手柄对这些控制方式进行切换。场景的各种控制方式采用头盔来控制，移动、旋转要符合逻辑且运行流畅。实训过程能够模拟完成设定的实训任务，可自由操作控制虚拟动植物物种，具有多参数可调、非线性实时操作特性，具有内容的自主可选择性，在当前主流配置的计算机上能够流畅运行。学习模式有考核记录功能，包括了三维交互考核和理论试题考核。

2.应用场景参数：

学生在进行VR实验操作时，可满足以下功能：

2.1学员戴上VR头显进行虚拟操作

2.2真人视频同步拍摄

2.3绿幕背景实时抠除

2.4真人与虚拟环境叠加输出(MR视频输出)

2.5MR视频输出可兼容显示器、大型液晶电视，也可兼容LED显示屏等设备使旁观组员能直观地在显示屏上看到操作者在VR环境中的交互内容等。

2.6可无缝接合学校虚拟教学平台。

2.7学生在VR课件中的学习进度可同步到学习平台。

2.8支持群体教学模式，群体授课时VR中的知识点触发可以与现场群体教学终端（手机、平板、电脑等）同步触发，并可实时统计知识点掌握情况，使授课老师可以进行侧重知识点讲解。

3.虚拟现实群体学习平台参数:

3.1.支持混合现实画面输出与录制，可作宣传、参观和教学演示用。可避免旁观者久看第一人称画面导致的晕动症。

通过实时图像处理与空间定位获取、还原技术，将真实操作人员的画面与虚拟现实的画面进行深度融合，以呈现真人与虚拟世界互动的直观视觉效果。它的好处是让非VR体验人员也能明白操作者在虚拟世界中的操作，以达到演示、参观和群体教学等环境下的最佳（或者最直观）效果。

3.2.可与虚拟仿真平台相结合，使VR学习课件与其它虚拟仿真课件一样，可跟踪、可监测、可考核。

可以跟教学平台相结合，将学生学习的记录、学习的进度跟踪、记录下来，并能通过软件的考核功能给出学习效果评分。

4.运行环境参数：

系统需求: 支持WIN10及以上等操作系统；

设备需求: HTC VIVE头显、Windows MR系列头显或支持InSide-OutSide定位并支持无线串流的一体机。

5.系统性能参数

5.1模型动画技术参数

粒子特效：

能根据环境情况自动的发生变化，例如：水、烟雾、太阳光晕等环境效果，更加真实的模拟现实环境的效果。

场景制作：

无分辨率限制，能够支持1920*1200以上分辨率的三维视景，1:1实物大小显示，可对场景模型进行实时顶点优化和动态加载LOD设置调整，根据视觉效果调整优化比例，减少数据量，提高运行效率，帧速率25帧以上；

场景布置：

基本物件在制作过程中严禁有缩放，有旋转的物体应保留旋转信息，不要镜像物体；整体场景及效果：紧紧围绕现实中的真实环境进行场景建设，真实的反应身临其境的效果。

声音：

场景音效、声音解说制作逼真，采用专业的普通话进行配音；

视频：

在场景对象上可嵌入外部视频文件，视频文件格式支持AVI、WMV格式。要实现视频流的预读取功能，以保证视频播放流畅；

UI：

系统内嵌提醒帮助机制，在各个子界面中，采用场景对象方式，设计文本提示框等信息，系统设置帮助文档，浮动帮助文字。以3D形式进行场景展示时过程流畅，平滑连续，响应及时。UI界面设计合理，满足虚拟仿真实验管理和操作的需要，界面风格统一。可以自由拖拽场景中各种物体，仪器，与需要交互的物体之间展开交互，同时也可以点击关键部位查看提示信息。

文字：

系统内嵌提醒帮助机制，在各个子界面中，采用场景对象方式，设计文本提示框等信息，系统设置帮助文档，浮动帮助文字。

资源类型为虚实结合增强现实资源，通过AR技术与实体模拟人结合的方式，模拟心肺复苏操作，包括现场环境评估、患者生命体征评估、胸外按压、开放气道、人工呼吸、AED除颤等过程，操作时间20分钟。

1.AR操作软件端功能参数

1.1采用虚实结合模拟人，支持将虚拟仿真画面自动叠加到模拟人表面增强显示，将呼吸、血液流向等虚拟画面实时映射到虚拟患者全身，并根据操作进行实时的动态展示。

1.2模拟人中内置多种传感器，可实时监测学员的操作情况，提供及时反馈和指导。

1.3系统支持实时反馈按压深度、按压频率、人工呼吸的吹气量，并同步给出对应的判定。

2.基于AR技术的心肺复苏急救软件

运用AR虚实结合操作的交互方式进行成人徒手心肺复苏术的操作学习及训练。

3.内容参数

3.1患者发病时情况：通过3D模型动画的形式展示患者发病时情况，以及周围环境。操作步骤涉及3D动画≥5秒，模型数量≥5个，包括办公桌、病人、电脑等。

3.2现场环境评估：通过手势等交互方式移除场景中的危险物品，保证心肺复苏救治安全。操作步骤涉及3D模型≥8个，包括办公桌、病人、电脑、水杯、水果刀、插线板等，交互步骤≥5步。

3.3意识及生命体征判断：按照3D动画引导，拍打模拟人双肩，触摸模拟人颈动脉位置，判断其动脉搏动情况，同时观察患者呼吸情况，AR眼镜自动识别操作者手势及位置。操作步骤涉及交互≥2步，AR眼镜手势及位置识别率≥95%，3D动画≥5秒。

3.4寻求帮助：根据患者病情，对周围人群发出请求指令，请他们帮忙拿取AED和拨打120，请求指令响应方式≥2种，可通过语音、点击交互两种形式进行。操作步骤涉及交互≥2步，语音识别率≥90%，人物模型≥2个。

3.5胸外按压：按照AR眼镜中的操作引导，在按压模拟人上进行胸外按压，按压过程中，显示心脏血液随按压深度的变化而出现的对应改变，按压时按压频率与按压深度由模拟人内置传感器测定，并显示在AR眼镜与一体机屏幕上。操作步骤涉及3D动画≥5秒，交互步骤为实体交互，AR眼镜按压数据识别率≥90%，识别时间≤1秒，传输延迟≤10ms。

3.6开放气道：根据AR眼镜中3D动画引导，在按压模拟人上进行抬头仰颏开放气道，模拟人内置传感器，可识别气道开放情况，并显示在AR眼镜中，操作步骤涉及3D动画≥5秒，交互步骤为实体交互，传输延迟≤10ms，动作识别率≥95%，识别时间≤50ms。

3.7人工呼吸：根据AR眼镜中的操作引导，在按压模拟人上进行口对口人工呼吸，人工呼吸参数测定≥2种，包括单次吹气时长和吹气量等，并与其它测量参数一起显示在AR眼镜与一体机屏幕上，显示面板呈现参数≥5种，包括按压频率、吹气量、按压深度等，AR眼镜中参数显示面板以全息方式悬浮于操作者面前。操作步骤涉及3D动画≥3秒，交互步骤为实体交互，传输延迟≤10ms，吹气时长和吹气量测量误差≤5%。

3.8 AED除颤：根据AR眼镜中的3D动画及引导，将虚拟AED电极拖动到按压模拟人胸口，并点击除颤按钮进行除颤。此步骤模型≥1个，3D动画≥3秒，交互步骤≥3步。

3.9救治判定：综合操作者的所有操作记录，系统根据内置算法判断救治结果。

4.技术参数

4.1真实反馈：可以让学生体验操作手感，手可以触摸实物反馈系统，透视。

4.2虚实结合：与真实物品适配的虚拟物品形状会发生变化，根据现实物理参数实时变化。

4.3可重复性：操作流程的可重复性，使学生在各个操作模块中可以进行反复观摩和操作，巩固疑难要点。

4.4全景观察：运动变化过程，可以在运动过程中360度任意角度观察整个动态过程。即可实现边旋转视角边运动变化。

4.5数据反馈：结合力反馈系统操作，模拟人内置反馈设备，支持数据反馈至系统，自动统计成绩。

4.6自动判断：数据输送至软件系统，系统自动按操作步骤，收集学员的训练数据，自动生成操作记录，包含操作正确率、对比图、分析错误原因等不同维度的统计分析结果。

4.7自由视角：可任意720度旋转、缩放，不同功能视角清楚展示交互操作的全过程。

4.8语音提示：实时语音讲解。

4.9透视视角：通过720度旋转透视体内状态，清楚地掌握作用原理及类似脏器、血液伸缩变化的三维空间位置关系及相互运动反馈变化。

5.MR模块功能参数

5.1支持将虚拟仿真画面自动映射到模拟人表面，通过第三视角显示，呼吸、血液流向等虚拟画面实时映射到虚拟患者全身，并根据操作进行实时的动态展示。

5.2支持平板端将第三人称视角下的操作画面投射到其他大屏终端并同步显示。

5.3支持对所有学员的操作流程步骤、操作用时等记录通过报告的形式保存，支持批量导出。

6.心肺复苏管理系统

6.1系统基本

具有考核管理、数据汇总等功能；设计满足大规模用户并发使用、支持分布式的资源服务器；支持统一第三方单点登录对接，免登授权验证接入已有系统。第三方系统通过实现API，即可实现单点登录。

6.2系统功能

数据管理功能：支持管理员查看和导出学生考核报告和考核信息，并查看相关视频；支持对所有考核信息进行统计分析。

报告生成功能：在上传考核相关数据后，实时生成考核报告，并支持下载。

6.3系统性能

响应时间：网络畅通下，网页最大响应时间≤2秒；页面非下载请求响应时间≤0.5秒。

并发用户：千兆宽带条件下，服务器性能优，平台可同时在线学习人数≥100人。

分布式部署：系统支持分布式部署，让用户对实验资源的访问分散到资源服务器上，以支撑大量学员对实验资源的并发访问，提高性能和可用性。

跨浏览器兼容：系统兼容市面上主流浏览器，如Microsoft Edge、Google、Firefox、360安全浏览器等。

安全性能：平台具有安全策略和备份机制，可根据不同的业务采用不同的安全措施(单机采用多硬盘制、双机采用分布式等)，发生故障时可快速恢复系统的正常运行。提供各级数据备份机制能够每天非工作时段定时备份数据库。

平台服务器：平台服务器端支持操作系统：Windows Server 2012R2 以上、debain8以上、centos6以上，国产操作系统：麒麟、统信。数据库支持PostgreSQL9.3及以上版本数据库。

7.人工智能考核模块

7.1人工智能考核模块功能参数

模块用于精准评估人体姿态与动作，提升评估效率与准确性。系统需集成多项算法，包括但不限于姿态关键点检测、分类神经网络、目标检测等，以实现自动化、智能化的考核流程。

本模块能够对操作者按压时的手掌姿势、手臂弯曲程度进行评判；通过姿态算法识别当前所属的操作环节。

考核模块支持对整个抢救流程进行监控，确保学员按照正确的顺序进行操作，从环境评估、患者评估到胸外按压、开放气道和人工呼吸等每个环节，AI系统都会进行全面的评判和记录。

考核模块能实现用户自主登录注册，考核分数统一查看，操作录像回放等功能。

8.手臂弯曲检测功能

算法精度：手臂弯曲角度检测的绝对误差需≤5度，即在手臂弯曲角度为165度至180度的范围内，系统能准确区分并判断为弯曲状态。

数据处理速度：从图像输入到手臂弯曲角度输出，整个处理流程≤0.1秒，确保实时性。

9.手掌重叠检测

识别准确率：在包含手掌重叠与未重叠场景的测试集中，系统正确识别率≥95%。

处理时间：手掌重叠状态的检测时间≤0.05秒，确保实时性。

10.人体姿势综合评估

头部旋转角度精度：头部旋转角度的检测误差≤3度。

胸部鼓起幅度检测：胸部鼓起幅度的检测需能够区分轻微鼓起与显著鼓起，误差≤5%（基于预设的鼓起标准）。

下颌线垂直度判断：下颌线与地面垂直度的判断误差≤2度。

11.实时评价

视频处理速度：系统需能在每秒处理25帧视频的情况下，保持实时评价与反馈。

评价模型精度：通过对各种操作场景的视频集进行训练，确保评价模型的准确率≥90%。

评价体系透明度：提供详细的评价标准与算法逻辑说明，确保评价结果的透明度和可追溯性。

12.系统性能

响应时间：所有功能模块的平均响应时间≤0.8秒，功能模块最长响应时间≤1秒。

稳定性：系统运行故障率低于0.5%。

图像识别帧率：在高清视频流（如1080p）下，实时图像识别帧率≥20fps，且长时间运行无掉帧现象。

硬件配置：多功能模拟人1个、一次性CPR屏障消毒面膜1盒/50片、CPR训练用定位毯1张、高性能图形图像模块1台、增强现实头显1台、MR拍摄套件、人工智能考核模块配套硬件数据采集套件、无线路由器、无线投屏器。

1.多功能模拟人

1.1数据测量：吹气量测量：50mL~5000mL，误差≤100mL；单次吹气时间测量：误差≤100ms；按压深度测量：5mm~1000mm，误差≤10mm；颈部位置检测：自动判别；

1.2内部电池供电：供电方式：3.7V锂电池供电；充电方式：外部USB充电；单次工作时间≥4小时；实验人体外壳内置实时电量显示，外置开关机按键。

1.3数据传输：WiFi信号传输，自动实时上传至电脑端及AR眼镜端；延时≤200ms。

2.高性能图形图像模块

2.1核心运算模块：需达到I7-13700序列进阶规格；信息存储仓：空间≥240 单位基准；

2.2数据暂存单元：容量≥16个单位标准

2.3信息存储仓：空间≥256 单位基准

2.4视觉引擎核心：配备 RTX 4060 +，内置 ≥8GB显存

2.5沉浸式视觉入口≥1920x1080分辨率

3.增强现实头显

3.1类型：LCD

3.2分辨率：≥2064 x 2208 像素/每眼

3.3刷新率：72/80/90/120 Hz

3.4芯片：Qualcomm Snapdragon XR2 Gen 2

3.5内存：≥8GB RAM

3.6存储：≥128GB内置存储

3.7光学：透镜调节

3.8视场：约110度水平视场

3.9内置追踪传感器：6DoF（六自由度）头部和手部追踪

3.10手部追踪：升级的手部追踪功能，支持更精确的手势操作

3.11无线：支持Wi-Fi 6协议(802.11ax)

4.MR拍摄套件

4.1显示屏：≥11英寸超精视网膜XDR显示屏,分辨率：≥2420 x 1668像素，264 ppi，刷新率：支持10Hz至120Hz；

4.2尺寸与重量： 宽度：≥177.5毫米（6.99英寸）,高度：≥249.7毫米（9.83英寸），厚度：≥5.3毫米（0.21英寸）；

4.3芯片：Apple M4芯片, 硬件加速光线追踪, 16核神经网络引擎；

4.4内存：≥8GB；

4.5摄像头：广角摄像头，拍摄像素≥1200万像素，ƒ/1.8 光圈，4K视频拍摄：24 fps、25 fps、30 fps或60 fps；

4.6音频：四扬声器系统,录音棚级四麦克风阵列；

4.7连接性：802.11ax无线局域网，2x2 MIMO技术,蓝牙5.3；

4.8电池：内置31.29瓦时锂聚合物充电电池，使用无线局域网浏览网页或观看视频，连续使用时长≤10小时。

5.人工智能考核模块配套硬件数据采集套件

5.1最高分辨率：≥2560（水平）× 1440（垂直）

5.2最低照度：0.1 Lux @ (F1.2, AGC ON)

5.3快门P制：1/25 s to 1/50,000 s

5.4 N制：1/30 s to 1/50,000 s

5.5镜头定焦：3.6 mm

5.6距离：≥5 m

5.7接口：视频输出USB 2.0

5.8操作系统：Windows XP/7/10，Android，Linux

6.标准护理床1张

智慧健康养老实训室综合置管虚实结合训练系统，通过技术与教学的深度融合，为养老护理教育开辟了新方向。随着技术的不断革新，该系统必将持续优化升级，在智慧健康养老领域发挥更大作用，培养出更多专业素养过硬的养老护理人才，为老年人的健康幸福生活筑牢坚实保障。