一种构建虚拟使用心电监护仪教学及训练系统的方法技术领域
本发明涉及到医学工程教学领域，特别涉及到一种构建虚拟使用心电监护仪教学
及训练系统的方法。
背景技术
“心电监护虚拟仿真教学训练系统”的使用对象主要是医学院校学生和新进医院
的医务人员，其目的是使训练者能尽快掌握“使用心电监护仪”的操作技能。心电监护仪是
临床常用的抢救设备和监护病情的设备，是每一名临床医务人员都必须会使用的设备，但
是心电监护仪成本较高。
传统的教学方法是老师演示心电监护仪的使用方法，多名学生围观。若学生较多，
心电监护仪较小，不少学生无法看清楚具体操作方法，也无法迅速准确地记住每一步操作，
亲自动手的机会很少，更无法做到反复训练。
发明内容
本发明目的在于提供一种采用VRT的计算机多媒体技术和图形三维算法，利用WEB
VRML的虚拟现实技术来构建虚拟使用心电监护仪教学及训练系统的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种构建虚拟使用心电监护仪教学及训练系统的方法，其特征在于，所述方法的具体
步骤为：
a、根据医学检查标准，构建完整虚拟人体模型，用 3DMAX10 的三维模型重建、贴图及
赋予器官组织生理特性，并进行碰撞检测和 图形绘制，使虚拟人体的关节有活动的特性，
皮肤和软组织表面有弹性和伸缩形变特性；
b、通过VRML语言编写虚拟使用心电监护仪需要的心电监护仪、电源线、心电的电极导
线、电极、监测血氧饱和度的导线、监测体温的导线、测血压袖带及导线、酒精棉球（或纱
布）、弯盘等；编写心电监护仪检查的模拟场景，包括检查过程的背景声效、检查仪器台、待
查人员床铺、 房间内摆设、洗手池、消毒区等；
c、用SQL SERVER数据库和/或VB语言建立虚拟使用心电监护仪教学及训练系统内容的
人体常规检查参数阈值设定；
d、在虚拟的人体心电监护检查的检测前准备和病人信息的核对确认；
e、虚拟人体心电监护检查的实际方法的完整操作细节重现过程，按现实中常规心电监
护检查方法进行操作；
优选的，所述的虚拟使用心电监护仪教学及训练系统，包括分项训练、拓展训练和综合
训练。
优选的，所述分项训练包括安置电极前的准备、五电极法安置电极、安置血压袖
带、安置血氧探头、设置基本参数、设置心电图参数、设置无创血压参数、设置血氧饱和度参
数；
所述拓展训练包括三电极法安置电极、安置体温探头、设置呼吸参数、设置体温参数；
所述综合训练包括临床案例。
本发明的虚拟使用心电监护仪教学及训练系统具有以下特色：
1、将所述虚拟使用心电监护仪教学及训练系统的操作内容分解成几个相互关联，又相
对独立的项目，所述分项训练项目，既便于练习者有针对性的选择练习，又避免了不必要的
重复和过于疲劳，提高了训练效率。
2、完成“分项训练”项目后，练习者再做“综合训练”；“综合训练”将“使用心电监护
仪”的“分项训练”项目串联起来，是“使用心电监护仪”的完整操作；让练习者在虚拟环境中
反复练习心电监护仪整个操作流程，缩短练习者在真实情景中的适应过程，使练习者到临
床后能迅速、准确的对病人实施心电监护操作。
3、“拓展训练”项目，虽然也属于虚拟使用心电监护仪教学及训练系统的操作内
容，但是这些项目在临床上往往是“可做可不做”的项目；所以，练习者可以根据自己的情
况，酌情选择训练；拓展训练项目与分项训练项目的操作原理相似，练习者可以根据分项训
练项目的操作原理，自己探索、研究，灵活地进行拓展项目的训练；达到了启发练习者发散
思维、“因材施教”的教学目的。
4、虚拟使用心电监护仪教学及训练系统呈现的画面逼真、界面温馨；每一步操作
都有“实验提示”，方便训练者自学、自练；交互性较强，若训练者操作错误，系统会自动给予
提示，帮助训练者纠正错误。
5、做到虚实结合；训练者先使用所述虚拟使用心电监护仪教学及训练系统，自己
完成“分项训练”和“综合训练”，“拓展训练”学生根据自己学习情况，酌情选择练习。然后教
师进行实物演示操作，最后训练者进行实物训练。
本发明的有益效果为：
1、利用当前先进的虚拟现实技术构建虚拟使用心电监护仪教学及训练系统的教学体
系，为各级医院和高等医学院校提供更为广阔、方便的仿真教学和研究平台。
2、虚拟使用心电监护仪教学及训练系统主要应用于医学院校学生、医院新进医务
人员的教学、训练，从而降低教学成本，降低医疗风险，节约培训资源，提高教学、训练质量。
3、相对国内外同类技术，本发明可以使学生使不受时间、空间、设备限制，在虚拟
环境中进行反复训练，通过自学、自练，提高学生自学能力、培养学生创新意识。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行
实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施
例。
本实施例提供的一种构建虚拟使用心电监护仪教学及训练系统的方法，所述方法
的具体步骤为：
a、根据医学检查标准，构建完整虚拟人体模型，用 3DMAX10 的三维模型重建、贴图及
赋予器官组织生理特性，并进行碰撞检测和 图形绘制，使虚拟人体的关节有活动的特性，
皮肤和软组织表面有弹性和伸缩形变特性；
b、通过VRML语言编写虚拟使用心电监护仪需要的心电监护仪、电源线、心电的电极导
线、电极、监测血氧饱和度的导线、监测体温的导线、测血压袖带及导线、酒精棉球（或纱
布）、弯盘等；编写心电监护仪检查的模拟场景，包括检查过程的背景声效、检查仪器台、待
查人员床铺、 房间内摆设、洗手池、消毒区等；
c、用SQL SERVER数据库和/或VB语言建立虚拟使用心电监护仪教学及训练系统内容的
人体常规检查参数阈值设定；
d、在虚拟的人体心电监护检查的检测前准备和病人信息的核对确认；
e、虚拟人体心电监护检查的实际方法的完整操作细节重现过程，按现实中常规心电监
护检查方法进行操作；
其中，所述的虚拟使用心电监护仪教学及训练系统，包括分项训练、拓展训练和综合训
练；所述分项训练包括安置电极前的准备、五电极法安置电极、安置血压袖带、安置血氧探
头、设置基本参数、设置心电图参数、设置无创血压参数、设置血氧饱和度参数；所述拓展训
练包括三电极法安置电极、安置体温探头、设置呼吸参数、设置体温参数；所述综合训练包
括临床案例。
本发明的虚拟使用心电监护仪教学及训练系统具有以下特色：
1、将所述虚拟使用心电监护仪教学及训练系统的操作内容分解成几个相互关联，又相
对独立的项目，所述分项训练项目，既便于练习者有针对性的选择练习，又避免了不必要的
重复和过于疲劳，提高了训练效率。
2、完成“分项训练”项目后，练习者再做“综合训练”；“综合训练”将“使用心电监护
仪”的“分项训练”项目串联起来，是“使用心电监护仪”的完整操作；让练习者在虚拟环境中
反复练习心电监护仪整个操作流程，缩短练习者在真实情景中的适应过程，使练习者到临
床后能迅速、准确的对病人实施心电监护操作。
3、“拓展训练”项目，虽然也属于虚拟使用心电监护仪教学及训练系统的操作内
容，但是这些项目在临床上往往是“可做可不做”的项目；所以，练习者可以根据自己的情
况，酌情选择训练；拓展训练项目与分项训练项目的操作原理相似，练习者可以根据分项训
练项目的操作原理，自己探索、研究，灵活地进行拓展项目的训练；达到了启发练习者发散
思维、“因材施教”的教学目的。
4、虚拟使用心电监护仪教学及训练系统呈现的画面逼真、界面温馨；每一步操作
都有“实验提示”，方便训练者自学、自练；交互性较强，若训练者操作错误，系统会自动给予
提示，帮助训练者纠正错误。
5、做到虚实结合；训练者先使用所述虚拟使用心电监护仪教学及训练系统，自己
完成“分项训练”和“综合训练”，“拓展训练”学生根据自己学习情况，酌情选择练习。然后教
师进行实物演示操作，最后训练者进行实物训练。
本实施例的具体操作步骤如下：
（一）双击软件图标，即可调出登录界面。
可见3个训练：“分项训练”、“拓展训练”、“综合训练”，分别点击不同的训练，会进
入相应的界面；“分项训练”界面显示以下项目：①安置电极前的准备。②五电极法安置电
极。③安置血压袖带。④安置血氧探头。⑤设置基本参数。⑥设置心电图参数。⑦设置无创血
压参数。⑧设置血氧饱和度参数；“拓展训练”界面显示以下项目：①三电极法安置电极。②
安置体温探头。③设置呼吸参数。④设置体温参数；“综合训练”界面显示：“临床案例”。
（二）“分项训练”简介
1、“分项训练”各项目功能
①安置电极前的准备；在虚拟仿真临床环境下，训练安置心电监护仪的电极前的操作，
以及注意事项。比如：如何核对病人信息；如何对解释、安慰病人；如何摆放心电监护仪等。
②五电极法安置电极；在虚拟仿真临床环境下，训练安置心电监护仪的五个电极
的操作，以及注意事项。比如：如何连接电源；如何开机；如何进行皮肤准备，如何连接心电
监护的导线；如何安装心电监护的电极片；如何正确地将电极片安置在病人体表；如何告知
病人注意事项等。
③安置血压袖带；在虚拟仿真临床环境下，训练安置心电监护仪的血压袖带的操
作，以及注意事项。比如：如何连接测血压的导线；如何正确安置血压袖带的位置等。
④安置血氧探头；在虚拟仿真临床环境下，训练安置心电监护仪的血氧探头，以及
注意事项。比如：如何连接血氧探头的导线；如何正确安置血氧探头的位置等。
⑤设置基本参数；在虚拟仿真临床环境下，训练设置心电监护仪的基本参数，以及
注意事项。比如：操作开始后，系统会自动提示“本次训练只条件基本参数”；点击任意处后，
系统又自动提示注意点、本次训练的参数要求、调节按钮的使用方法等；若训练者没有按照
本次训练的参数要求进行操作，系统会自动提醒训练者操作中存在的问题，以及正确的解
决方法。
⑥设置心电图参数；在虚拟仿真临床环境下，训练设置心电监护仪的心电图（ECG）
参数，以及注意事项。比如：操作开始后，系统会自动提示“本次训练只调节心电图（ECG）参
数”；点击任意处后，系统又自动提示注意点、本次训练的参数要求、调节按钮的使用方法
等；若训练者没有按照本次训练的参数要求进行操作，系统会自动提醒训练者操作中存在
的问题，以及正确的解决方法；若病人心率高于“报警高限”，系统的报警红灯会自动闪动。
比如，病人的心率是60次/分，但是报警高限设置是50次/分，系统的报警红灯就会自动的闪
动。
⑦设置无创血压参数；在虚拟仿真临床环境下，训练设置心电监护仪的无创血压
（NIBP）参数，以及注意事项。比如：操作开始后，系统会自动提示“本次训练只调节无创血压
（NIBP）参数”；点击任意处后，系统又自动提示注意点、本次训练的参数要求、调节按钮的使
用方法等；若训练者没有按照本次训练的参数要求进行操作，系统会自动提醒训练者操作
中存在的问题；若间隔时间选择了“手动”，系统会自动提示点击哪个按钮进行手动测量；若
病人血压高于“报警高限”，系统的报警红灯会自动闪动。比如，病人的收缩压是108mmHg，但
是收缩压报警高限设置是100mmHg，所以，系统的报警红灯就会自动闪动。
⑧设置血氧饱和度参数；在虚拟仿真临床环境下，训练设置血氧饱和度参数，以及
注意事项。比如：操作开始后，系统会自动提示“本次训练只调节血氧饱和度（SPO2）参数”；
点击任意处后，系统又自动提示注意点、本次训练的参数要求、调节按钮的使用方法等；若
训练者没有按照本次训练的参数要求进行操作，系统会自动提醒训练者操作中存在的问
题；若病人SPO2超过了报警线，系统的报警红灯会自动闪动。比如病人SPO2报警高限设置是
80，但是病人实际SPO2是98，报警红灯就会闪动。
2、以“五电极法安置电极”进行具体介绍
2-1连接电源
将“物品列表”中的电源线拖到电源插座处（下边有“实验提示”）；如果练习者没有将电
源线拖到电源插座处，系统会自动提示。
2-2开机
系统自动“点击电源开关”，同时心电监护仪开关处在闪动；当打开电源开关后，心电监
护仪屏幕自动出现开机后的画面；然后自动弹出“开机检查”的对话框。练习者只有勾选了
“开机检查”列出的项目后，才能进行下一步操作。
2-3皮肤准备
系统自动弹出“皮肤准备”的对话框。练习者只有勾选了“皮肤准备”列出的项目后，才
能进行下一步操作。
2-4连接导线
将“物品列表”中的导线拖到导线插口处（界面下边有“实验提示”）；如果练习者没有将
导线拖到导线插口处，系统会自动提示。
2-5安装电极片
将“物品列表”中的电极片拖到电极按钮处（界面下边有“实验提示”）；如果练习者没有
将电极片拖到电极按钮处，系统会自动提示。
2-6安置电极
系统自动弹出“操作提示”的对话框。练习者可以按照提示在虚拟病人体表安置电极。
若不愿意看“操作提示”，可以电击下面的“确认”，即可关闭对话框；如果练习者放置电极的
位置错误，系统会自动提示。
2-7告知
系统自动弹出“告知”的对话框。练习者只有勾选了“告知”列出的项目后，才能进行下
一步操作。
2-8完成实验
点击“完成”按钮，返回到“分项训练”的栏目界面。
（三）“拓展训练”简介
1、“拓展训练”各项目功能
①三电极法安置电极；在虚拟仿真临床环境下，让训练者探索、研究当心电监护仪只有
三个电极时，应该如何安置心电监护仪的电极，以及注意事项。比如：如何连接电源；如何开
机；如何进行皮肤准备，如何连接心电监护的导线；如何安装心电监护的电极片；如何正确
地将电极片安置在病人体表；如何告知病人注意事项等。
②安置体温探头；在虚拟仿真临床环境下，让训练者探索、研究体温探头应该如何
安置，以及注意事项。比如：如何连接体温探头的导线；如何正确固定体温探头等。
③设置呼吸参数；在虚拟仿真临床环境下，让训练者探索、研究如何设置心电监护
仪的呼吸（RESP）参数，以及注意事项。操作开始后，系统会自动提示“本次训练只调节呼吸
（RESP）参数”；点击任意处后，系统又自动提示注意点、本次训练的参数要求、调节按钮的使
用方法等；若练习者没有按照本次训练的参数要求进行操作，系统会自动提醒练习者操作
中存在的问题；若病人呼吸高于“报警高限”，或者低于“报警底限”，系统的报警红灯会自动
闪动。比如，病人的呼吸是20次/分，但是报警高限设置是19次/分，系统的报警红灯会自动
闪动。
④设置体温参数；在虚拟仿真临床环境下，让训练者探索、研究如何设置心电监护
仪的体温（TEMP）参数，以及注意事项。操作开始后，系统会自动提示“本次训练只调节体温
（TEMP）参数”；点击任意处后，系统又自动提示注意点、本次训练的参数要求、调节按钮的使
用方法等；若练习者没有按照本次训练的参数要求进行操作，系统会自动提醒练习者操作
中存在的问题；若病人体温高于“报警高限”，或者低于“报警底限”，系统的报警红灯会自动
闪动。比如，病人的体温是36.7℃，但是报警低限设置是36.8℃，所以，系统的报警红灯会自
动闪动。
2、以“设置呼吸（RESP）参数”进行具体介绍
进入界面；进入界面后，系统会自动提示“请根据参数要求进行设置”；点击“参数要
求”，在界面下面有“参数要求”按钮，点击“参数要求”按钮，即可获得具体参数要求。
设置参数；点击调节按钮即可设置参数。鼠标对准向左边的箭头，同时按下鼠标，
代表旋钮向左旋转；鼠标对准向右边的箭头，同时按下鼠标，代表旋钮向右旋转；鼠标对准
圆圈中间，同时按下鼠标，表示按压旋钮，也就是代表“确认”的意思。
设置“报警开关”参数；当光标对准“报警开关”后，鼠标点击圆圈中间，表示“确
认”。然后，鼠标点击向左或向右箭头进行选择，当出现“开”字时，鼠标点击圆圈中间，表示
“确认”。
设置“报警级别”参数；鼠标点击向右箭头，当光标对准“报警级别”后，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”，然后，鼠标点击向左或向右箭头进行选择，当出现“中”字时，鼠标点击
圆圈中间，表示“确认”。
设置“报警记录”参数；鼠标点击向右箭头，当光标对准“报警记录”后，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”。然后，鼠标点击向左或向右箭头进行选择，当出现“关”字时，鼠标点击
圆圈中间，表示“确认”。
设置“报警高限”参数；鼠标点击向右箭头，当光标对准“报警高限”后，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”，然后，鼠标点击向左或向右箭头进行选择，当出现“30”时，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”。
设置“报警低限”参数；鼠标点击向右箭头，当光标对准“报警低限”后，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”，然后，鼠标点击向左或向右箭头进行选择，当出现“12”时，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”。
设置“窒息报警”参数；鼠标点击向右箭头，当光标对准“窒息报警”后，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”。然后，鼠标点击向左或向右箭头进行选择，当出现“20秒”时，鼠标点击
圆圈中间，表示“确认”。
设置“波形速度”参数；鼠标点击向右箭头，当光标对准“波形速度”后，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”，然后，鼠标点击向左或向右箭头进行选择，当出现“25”时，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”。
设置“波形幅度”参数；鼠标点击向右箭头，当光标对准“波形幅度”后，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”，然后，鼠标点击向左或向右箭头进行选择，当出现“1”时，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”。
设置“计算模式”参数；鼠标点击向右箭头，当光标对准“计算模式”后，鼠标点击圆
圈中间，表示“确认”，然后，鼠标点击向左或向右箭头进行选择，当出现“自动”时，鼠标点击
圆圈中间，表示“确认”。
完成实验；系统自动提示完成实验，点击“确定”按钮，返回到“拓展训练”的栏目界
面。
（四）“综合训练”简介
进入界面；双击软件图标，即可进入“综合训练”操作界面。
提供临床案例；点击任意处后，界面出现“临床案例”。
操作前准备；对话框提示操作前要洗手、着装整齐等。点击“确定”，表示完成。
环境准备；对话框提示在环境准备时要做哪些工作。点击“确定”，表示完成。
物品准备；对话框提示需要准备哪些物品。比如：心电监护仪、电源线、心电的电极
导线、电极、监测血氧饱和度的导线、监测体温的导线、测血压袖带及导线、酒精棉球（或纱
布）、弯盘等；从“物品列表”中拖物品到中间的栏目中。拖动物品的数量，代表准备物品的数
量。若拖动的物品数量不正确，系统会自动提示。
核对解释；对话框提示需要进行核对解释的内容，比如：核对床头卡、腕带，并进行
口头核对，每完成一项，点击相应的“确定”按钮，表示已经进行了这方面的核对、解释。
连接电源线，将电源线拖至电源插座处。
开机、检查仪器；点击电源开关，观察心电监护仪是否通电。
皮肤准备；对话框提示如何进行皮肤准备。点击“确定”，表示完成。
连接导线；从物品列表中拖动导线到心电监护仪处，进行连接。
导线与电极连接；从物品列表中拖动电极到心电导线处，进行连接。
安置电极；系统自动弹出“操作提示”的对话框（有文字说明和图片标注），练习者
可以按照提示，给虚拟病人体表安置电极；若不愿意看“操作提示”，可以直接点击下面的
“确认”，即可关闭对话框；如果练习者放置电极的位置错误，系统会自动提示。
安置血压袖带；从物品列表中拖动血压袖带到心电监护仪插口处，进行连接。
安置测血氧饱和度用物；系统会自动提示练习者，如何根据病人情况，选择血氧探
头安置在哪只手上，若操作者选择错误，系统也会自动提示。若操作者选择正确，血氧饱和
度的探头会自动夹在病人的手上。
设置监测参数；双击心电监护仪，使监护仪画面放大，便于设置心电监护所需各项
参数。
设置基本参数；基本参数包括导联、振幅、滤波等信息。具体设置方法见“分项训
练”。
设置心电图（ECG）参数；操作者可以随意设置心电图（ECG）参数。若病人心率超过
或低于报警线，系统的报警红灯会自动闪动。比如，病人的心率是60次/分，但是报警高限是
50次/分，系统的报警红灯会自动的闪动。具体设置方法与“分项训练”中的“设置呼吸
（RESP）参数”方法相似。
设置无创血压（NIBP）参数；操作者可以随意设置无创血压（NIBP）参数。若病人血
压超过或低于报警线，系统的报警红灯会自动闪动；比如，病人的收缩压是108mmHg，但是收
缩压报警高限是100mmHg，系统的报警红灯会自动的闪动；具体设置方法与“分项训练”中的
“设置呼吸（RESP）参数”方法相似。
设置血氧饱和度（SPO2）参数；操作者可以随意设置无创血压（NIBP）参数；若病人
血氧饱和度超过或低于报警线，系统的报警红灯会自动闪动；比如，病人SPO2报警高限是
80，但是病人实际SPO2是98，所以，报警红灯会闪动。
设置呼吸（RESP）参数；操作者可以随意设置呼吸（RESP）参数。若病人呼吸超过或
低于报警线，系统的报警红灯会自动闪动；比如，病人的呼吸是20次/分，但是报警高限设置
是19次/分，系统的报警红灯会自动闪动。
设置体温（TEMP）参数；操作者可以随意设置体温（TEMP）参数。若病人体温超过或
低于报警线，系统的报警红灯会自动闪动；比如，病人的体温是36.7℃，但是报警低限设置
是36.8℃，系统的报警红灯会自动闪动。
完成参数的设置，可关闭放大的监护仪画面，返回到病室画面。
观察；系统自动提示观察项目及观察内容，点击“确定”，表示已经观察。
洗手；统自动提示操作完毕要洗手，点击“确定”，表示已经洗手。
记录；系统自动弹出临床真实工作所需要的“操作记录单”，操作者填写完毕，点击
“确定”进行保存。
点击“完成”按钮，返回到主界面。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。