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北约在卫勤演习中引入仿真模拟软件协助开展卫勤计划编制及保障决策

创建时间：2024-10-16

编者注：

北约的"Vigorous Warrior" (VW) LIVEX是一项由北约卓越军事医学中心（NATO Centre of Excellence for Military Medicine, MILMED COE）组织的大规模实战卫勤专项演习（medical exercises），从2011年起每两年组织一次（可参考既往推文：从卫勤演习总结看军事作战理念及前沿救治技术在北约卫勤部队的普及与应用）。VW LIVEX的参演人员为缔约国军队卫勤人员及地方灾害医学救援人员。演习的主要目的是提高NATO部队的卫勤保障能力及互操作性（interoperability），确保NATO的卫勤保障理念、卫勤保障装备及标准救治流程在未来的军事行动中能够得到充分、准确的应用与落实，同时也是向缔约国一个多用途卫勤训练平台，不仅可以组织开展卫勤训练，还可以研讨、检验前沿医学理论、分享救治经验等，通过多国经验交流与共享，提升各国在NATO军事行动中的公共卫生管理及医疗救治能力。近年来，VW LIVEX演习专注于在大规模战斗行动（LSCO）中，对医疗行动的规划和执行进行实战测试，并为军事医疗概念、战术、技术和程序提供一个测试和验证平台。

Military Medicine杂志9/10月增刊发表了来自北约研究人员关于尝试将仿真模拟系统引入VW LIVE的文章（Insights From Computer Simulation and Experimentation in NATO’s Vigorous Warrior Exercise 2024），考虑利用演习采集相关数据支持仿真模拟系统开发，同时借助仿真模型发现影响医疗救治效果的关键因素。本文只介绍了SIMEDIS系统的基本情况及其在VW LIVEX应用中的考虑，实际应用结果可能会在后续论文中报道，有兴趣的可以继续关注。

本期翻译整理：Rachel

俄乌冲突之后，北约各国都开始考虑在LSCO或NATO公约第五条（缔约方同意，对缔约国其中一方或多方的武装攻击应视为对所有缔约方的攻击）启动的情况下，如何开展NATO的卫勤保障。传统的“黄金1小时”和“10-1-2-(+2)”临床救治时效原则将受到挑战。10-1-2-(+2)是指10分钟内进行出血和气道控制，受伤或症状出现后1小时内进行高级复苏，2小时内开展外科手术，以及2小时内开展伤情稳定及战略医疗后送。在现代战场上，反介入/区域拒止(Anti-Access/Area Denial，A2/AD)阻止航空医疗后送成为常态，特别是当敌军和防空部队以医疗运输为目标时。考虑未来作战的空中封锁、与实力相当对手的多次和每日大规模人员伤亡，需要通过VW LIVE重新测量及评估从负伤点（point of injury，PoI/point of wound，PoW/point of exposure，PoE）到一级救治阶梯 (Role1)和二级救治阶梯 (Role 2)的救治时间线（clinical timeline）。可能需要采集的数据包括但不限于实时伤员跟踪、医疗用品和基于患者数量和严重程度的潜在医疗资源消耗，以及后送时间安排。此外，还要考虑各种后送方式的装卸时间，可能包括机会车辆、履带式和轮式医疗后送救护车、火车、后送公共汽车/私人运输车等，均应根据资源的估计数量以及所涉及的距离和地形进行综合考虑。计算机仿真建模可以进行全面的统计分析，允许对时间线、威胁、伤害类型和环境因素的变化进行量化。

比利时皇家军事学院和比利时布鲁塞尔自由大学(VUB)的研究人员将医疗灾害管理评估及优化系统（Simulation for the Assessment and Optimization of Medical Disaster Management，SIMEDIS），一种民用的大规模伤亡事件(MCIs)决策管理系统引入到2014 VW LIVE中，希望通过模拟和实验，提高北约在大规模战斗行动中的医疗规划和响应能力，确保在真实情况下能够提供有效的医疗支持，减少伤亡，并提高整体作战效能。

一、SIMEDIS的基本情况

SIMEDIS一种离散事件模拟(DES)程序，测试并寻找危机应对的最佳实践。系统会在与伤员被第一时间救治、被分诊或后送到特定新位置时评估每位伤员的健康状况和位置。模拟运行多次进行统计分析，其中的时间随机变化能够评估可能由后送延误或救治行为、决策引起的时间线变化。模拟器使用流程和资源来评估物资消耗及救治人员配置的合理性。系统首先会创建一个或多个灾难现场（可能是撞击、攻击、未知装置或其他化学、生物、放射、核和爆炸 [CBRNe] 安全事件），并使用一组以综合伤害严重程度评分 (ISS) 为特征的伤员列表。如果伤员危及生命，则每位患者的健康状况与预计的死亡时间相关，并且会随时间不断变化。这些参数包括伤情恶化及稳定相关指标，将医疗救治和药物对伤情随时间改善或稳定的影响纳入其中。

目前可以模拟的场景包括火炮爆炸、神经毒剂释放、无人机袭击等。采用坐标系统，结合地理信息，对所有伤员进行空间分配，并设置相关医疗救治机构的布局。建立连接PoI/PoW/PoE到Role 1、Role 2和Role 3 的路线网络，考虑履带式和非履带式车辆、路面和非路面道路的车辆移动，并考虑基础设施和环境区域参数(即山脉、平原、河流和其他障碍物)的变化。在建立响应模型时，搜救和医疗后送智能体（agent）从各自的起始点出发，一旦到达现场，就开始分类和后送，并根据需要提供初步医疗救治和消除威胁。伤员可以是战斗人员，也可以是非战斗人员，在这种情况下可以定义“自救互救”，例如使用止血带、注射解毒剂或其他医疗干预措施。所有救护车的移动都使用开放源代码的图形信息系统(Graphical Information System，GIS)进行整合，该系统具有路由算法和可视化功能。为了进行分析，健康数据的状态与时间、死亡率和时间轴的关系被写入输出数据库。通过改变输入参数，并通过多元线性回归( multiple linear regression，MLR)分析确定哪些参数对最小化死亡率有积极影响。该系统使用优先队列和流程来模拟医疗响应和后送。系统程序是用Julia17编程语言编写的，依靠SimJulia18库。事件的时间安排(分诊时间、装载/卸载时间和每个救治阶梯的治疗时间)是模拟器的关键因素，因为延误直接影响临床结果。目前，这些时间是由主题专家( Subject Matter Experts，SME)的输入设定的。

二、SIMEDIS的系统构成

在SIMEDIS模拟器中，三个主要相互交互的模块包括：

患者创建模型（Patient Creation Model）：这个模块负责生成具有特定伤情和临床进展的伤员群体。这些伤情和进展是根据模拟情景中初始伤害事件的性质来确定的，例如由火炮、无人机袭击或CBRNe攻击造成的伤亡。评估个体伤员健康状况时，采用一组分析方程，最终得出一个时间分数（Temporal score，是一个数值指标，量化伤员在模拟中的健康状况和生存概率），称为 SimedisScore，范围从 0 到 20。ISS（损伤严重程度评分）可以用于估计伤员死亡时间。然后，死亡时间可以设置 SimedisScore 方程的参数。通过对 SimedisScore 随时间演变的修改还可以纳入化学和放射学效应。模拟器中的每个伤员都是一个动态实体，具有给定的症状进展，通过修改未来演变，在接受治疗后会发生变化，如果无人救治或预期的医疗后送 (MEDEVAC) 、战术后送 (TACEVAC) 延误，伤员最终可能会死亡。
医疗响应模型（Medical Response Model）：在这个模块中，医疗救治机构（MTFs）被定位在地图上，并分配一定数量的资源（如救护车）来从各自的救护车站接送伤员。首批医疗人员到达现场后，负责进行伤员分类、稳定伤员状态，并根据伤员的优先级将他们送往更高级别的医疗救治机构。
资源管理器（Resource Manager）：此模块处理救护车、军医、平民医疗人员、护士人员等资源的分配和调度。同时还管理医疗用品（如血液、止血带和其他医疗消耗品）作为有限资源的分配。除此之外，还定义了一个输入数据库，其中包括MTF列表，以及与每种机构伤员收容量（可用床位数量和每小时可进行的手术量）、能力（可提供的治疗类型、损伤控制复苏 (DCR)、损伤控制手术 (DCS) 和每个 MTF 的地理位置）有关的具体数据。输入数据库还列出了不一定是 MTF 的哨所和基地的坐标，但它们可作为运输工具的出发点。

这三个模块共同工作，以模拟从受伤点到各级医疗救治阶梯的整个医疗响应过程。通过这种方式，SIMEDIS能够评估不同医疗资源配置和响应策略对伤员救治结果的影响，从而为军事医疗规划和大规模伤亡事件的响应提供数据支持。

三、SIMEDIS的既往应用

SIMEDIS的主要用途是根据参数变化估计死亡率，并在应对危机或战术情况时提供最佳决策建议。每个模拟伤员的位置和健康状态的事件和变化会记录到数据库中，并绘制情境图以可视化结果（见图2，彩色路线显示救护车采取的路线，并连接MTF。输出是一个html文件，可以绘制死亡率与时间和到达医院时间的关系）。每辆救护车和患者的目的地MTF取决于输入数据库中设置的医院容量(医院能否提供必要的治疗)和床位容量(定义为每小时每个分流类别的可用床位数)。可以在系统中修改路线以避开某些区域、删除MTF或添加其他设施，如容量有限的临时救治机构。

在输出文件中，记录了每个事件的详细日志。对多次模拟的输出数据执行MLR，并确定在降低总死亡率中起作用的最具决定性的因素。之前模拟了155毫米弹药击中农村地区难民营的露天火炮袭击场景。评估将伤员直接后送到R3的策略（Scoop and Run），或送至R1或R2治疗的策略（Stay and Play），并考虑了止血带（TQ）在现场对灾难性出血患者的应用。结果证明，如果受害者放置TQ，死亡率降低了48.8%，如果使用伤员送至R1或R2的策略，死亡率平均增加了43.9%。其他参数包括分布策略(选择最接近的R3 MTF与随机选择MTF)。这些被证明在死亡率变化方面并不显著。

四、SIMEDIS在VW LIVEX中部署的研究目的

在 VW LIVEX 期间，作为概念开发和实验概念 (Concept Development and Experiment concept，CD&E)的一部分，将进行一项实验，调整SIMEDIS针对地方灾害事件而设计的模拟器，并提供独特真实的验证机会，即实战演习将伤员真实运送到医疗救治机构。研究将评估在模拟器中与在现场手动记录数据相比，伤情变化与救治时间线是否接近，以及预测通过类似地理环境中的伤员流是否与实际一致。另一个目标是确定由于后送伤员后送到 R2 MTF 的专用工具有限会导致伤情及救治的时间线发生怎么样的变化。以此为依据，量化机构及后送工具饱和对伤亡管理的影响，以及评估是否存在医疗指挥和控制 (C2) 方面的差距。

演习中将记录从 PoI/PoW/PoE 到 R1 和 R2 的到达时间和时长。评估伤员装载、卸载时间， DCR/DCS 治疗的具体时间，途中伤员救治 (EnRCC) 概念的分解数据以及 DCS 后的重症护理和运输要求。比较装甲和非装甲地面救护在后送多发伤、烧伤和 CBRNe 患者等复杂伤情伤员的不同。

模拟伤情包括：

爆炸（气压伤、一次、二次、三次和四次爆炸伤）组合，伴有或不伴有穿透性损伤（碎裂）。
外周出血和交界部位出血患者（伴有灾难性出血的创伤性损伤、部分和完全截肢、颈部、腋窝和腹股沟等处出现不可压迫性出血）。
全身和部分烧伤和化学烧伤。
多发性创伤患者且暴露于未知病原体/化学/放射/其他生物物质（可能是伴有出血的神经毒剂或伴有气压伤的神经毒剂及其它变体）。

数据将在 R1 和 R2 处收集。跟踪伤亡情况，重点关注紧急 (T1) 病例。除了时间测量之外，将记录伤员在PoI/PoW/PoE及医疗救治机构等所有治疗路径中的每个医疗操作，包括但不限于所用药物类型、数量、血液使用情况。由于演习中不同 MTF 之间的距离将比潜在的 LSCO 或第 5 条场景中更近，因此更加注意医疗操作、伤员装载以及分配运输资源的预警时间。因为演习中所有 MTF 都将位于训练区内，而在战场上，从 R1 到 R2 的距离可能跨越数公里。例如，在乌克兰，R2 可以位于距离本方部队前线 (FLOT)/战区前沿 (FEBA) 40 到 120 公里的任何地方，而第一个 R3 可以远至 100 到 350 公里或更远。从 PoI/PoW/PoE 到 R1 可能需要几分钟或 12 个小时以上。这些后送距离和时间表还受到适合用途的车辆和复杂地形的影响，使后送时间延迟更长。

在 VW LIVEX 期间，R1 和 R2 之间的平均距离将在数百米之内。LIVEX 的目的是训练，因此无法与实际操作环境进行比较。尽管如此，预计演习中实测的分诊时间、治疗资源的使用以及伤员运输（装载/卸载和通信）相关的指标仍将适用于评估未来作战情况。最后将结合结果并进行统计分析（MLR 和/或 ANOVA [方差分析]），并确定影响最大的关键指标。不同患者的平均医疗救治时间将进行比较，并用作 SIMEDIS 的输入参数。使用 SIMEDIS 中的练习地图重新创建一个定制场景，并重播该演习，不仅是为了验证模拟器，也是为了查看计算机是否为练习中所做的工作提供了更优化的解决方案。此外，在 2024 年第三季度，将使用来自乌克兰实际采集的新数据集，并将其用于软件建模。2024年 VW LIVEX 将在匈牙利 Bakonykuti 的一个 64 平方公里的训练区举行。将有来自不同国家的多个 MTF，每个 MTF 都有自己独特的医疗响应能力。VW LIVEX 还将包括民用灾难医疗和其他响应人员。LIVEX 将持续 5 天，每天将新增大量伤员。医疗救治机构最高级别为Role2，战略医疗后送的组织也将进行模拟，为将来的迭代产生其他数据集。VW LIVEX的MTF布局如图3所示。该图例包括MTF地点以及MEDCOY、生物实验室(BIOLAB)和移动血库的其他细节。

五、结论与展望

本研究的目的是跟踪和测量伤员从PoI/PoW/PoE到R2 MTFs的后送、分诊和治疗所需的时间，为合理收治、处理各种复杂的多发伤和合并伤的伤员做出最佳决策（SIMEDIS在VW LIVEX中应用的结果报告后续将公开发表并递交给NATO）。数据的收集将直接服务于计算机模拟场景的创建，并为算法提供信息。模拟的目的是量化大规模伤员救治中的困难，并确定关键指标。这些困难表现为时间表的变化以及对发病率和死亡率的影响。模拟器功能提供了战术和操作范围，并通过可信的假设情景量化了因时间表变化和资源稀缺而导致的伤员及救治需求变化。在未来的迭代中，通过在SIMEDIS中应用方法学方法，进一步与美国国防部联合创伤系统(JTS)的联合创伤登记处(JTR)合作，添加临床指标和数据集，并基于历史输入进行测试。