CN110603575A - 用于医学服务或诊断机器的心脏模拟系统 - Google Patents

Abstract

一种用于患者模拟器的系统、方法和设备，其与一诊断或治疗医学装置相互作用。所述系统包含一计算装置耦合到一患者模块。所述患者模块包含液压设备模拟一基线流体与一治疗装置互连。所述计算装置管理物理和虚拟数据，以提供针对模拟的假设的多个患者生命体征、长期临床过程多个算法计算，及模拟相关的流体属性。所述模拟系统自动执行一逐步临床场景，其被指定在多个患者状况和设备场景的一电子表格形式中，所述模拟系统还包含手术室和多个诊断临床环境的音频/视觉刺激(stimuli)，以及多个数据记录功能。所述治疗装置可以是一心肺机(HLM)、一体外膜氧合(ECMO)机、一紧急心脏生命支持(ECLS)装置、一心室辅助装置(VAD)、一透析机、一高温腹膜内化疗(HIPEC)机和主动脉球囊泵浦。

Description

用于医学服务或诊断机器的心脏模拟系统

相关申请案的交叉引用

本申请请求(多个)临时申请的优先权：申请序号第62441339号在2016年12月31日提交的发明名称为“用于医学服务或诊断机器的心脏模拟系统”，所述申请的公开内容通过引用整体并入本文。

此外，当通过引用并入本文的参考文献中的术语或定义，使用与本文提供的所述术语的定义不一致或相反时，则适用本文提供的所述术语的定义，参考文献中的术语不适用。

技术领域

本公开一般涉及多个医学装置的技术领域，并且在一个示例实施例中，本公开涉及在具有诊断和患者服务机器的患者模拟系统中使用的心脏模拟器的方法、设备和系统。

背景技术

本公开一般涉及多个医学装置的技术领域，并且在一个示例实施例中，本公开涉及用于具有诊断和患者服务机器的患者模拟系统中的心脏模拟器的方法、设备和系统。

一患者模拟器(例如，一模拟设备)可以用于医学保健学生(例如，药房学生、护理学生、医学生)的培训。患者模拟器可以提供洞察力和经验而没有相关联的风险。但是，患者模拟器在模拟一系列可能的医学条件方面可能受到限制，因此医学模拟器可能无法用于大范围的医学培训。

一种类型的患者模拟器可以基本上以软件实施。使用图形用户接口(GUI)和软件编程，基本上以软件实施的患者模拟器可能仅提供对实际患者护理方案的有限洞察，患者关心场景，因为它部分逼近了现实世界的物理交互影响。此外，由于模拟经验可能无法充分模拟外部压力因素，因此在软件中进行的模拟可能缺乏深度。(例如，血液的存在、尖叫的患者，同时在不同患者中的多种并发症)。因此，仅在软件中实施的患者模拟器可能无法为医学保健学生充分准备物理世界中的实际患者护理方案。缺乏准备可能导致错误、遗漏，有时甚至会造成生命损失。

至关重要的是，一模拟心脏尽可能接近一真实患者的心脏，例如人的心脏。如果模拟的听诊错误表现或错误模拟，或错误表现真正的患者的心脏，那么技术人员从心脏模拟器，在较大的患者模拟系统中学习，和/或与诊断或治疗机器一起学习，将从模拟的心脏中错误的提示、错误的信号、错误的警告标志和错误的改进标志结束学习。这种误表现可以是心肌收缩和放松的外观、运动、形状和时间，也可以是诊断或治疗机显示器中呈现的分析和传感器读数。无论心脏是健康的还是病理状况的多种组合和排列中的任何一种都是确实的。换句话说，如果当技术人员将诊断或治疗机器应用于模拟心脏时模拟的心脏模拟恶化的迹象，反而会出现实际人类心脏出现恢复迹象，反之亦然，那么模拟心脏就会危险地错误培训技术人员。

发明内容

一液压基础的硬件和软件模拟系统，其单独仿造一人类心脏或在更大的系统内仿造人类患者，并将模拟的心脏和/或模拟的人类患者连接到任何各种体外心肺支持装置，如心肺机(HLM)、体外膜氧合(ECMO)机、紧急心脏生命支持(ECLS)装置、心室辅助装置(VAD)、透析机、高温腹腔化疗(HIPEC)机、主动脉球囊泵浦、和其他诊断机器。

系统使用呼吸系统、心血管系统、由人工肺交换的气体和药物相互作用的专有模型，并将它们组合成人体的现实和反应模型。

系统中的模型与适当的传感器和致动器组合以检测并适当地对由人体上的各种体外心肺支持所施加的冲击作出反应。这些反应包含对心血管系统、呼吸系统、血液系统和肾脏系统的动态和长期影响。

患者的反应或变化显示在作为模拟器一部分的各种“虚拟”手术室(O.R.)和重症监护室(ICU)监控上。显示器包含来自单个系统的信号或来自系统诸如脉搏血氧计、脑血氧计、在线血液气体监测仪、血液气体分析仪、活化凝血时间(ACT)分析仪、EKG监测仪、血压监测仪或脑电双频指数(BIS)脑监测仪的任何信号组合。

通过显示适当的监视器显示、提供口头命令和警报、显示和操作O.R时钟，并提供一系列事件，以形成一个真实的治疗或手术室环境，使用预定的临床场景来控制虚拟患者。这个场景可以预先建立并使用单个电子表格文件加载到模拟器中。

患者模拟器的配置通过预定的临床场景来完成。它包含显示可用的适当监视器、口头命令和警报的选择、O.R.时钟操作和事件排序。这些自定义临床场景可以预先建立并使用单个电子表格加载到患者模拟器中。用户或操作者(培训师)可以选择为受训者编写自定义场景并可以应用临床数据包含动脉压、肺动脉压，EKG-包含多种心律失常、呼吸器、自动凝血分析仪(A.C.T Plus)、动脉彩色多普勒成像(CDI)、静脉CDI、血液监测单元(BMU)、频谱医学变量输入患者电子记录、稳态管理系统(HMS)、血液气体分析仪和近红外线光谱仪(NIRS)。此外，患者特定因素(性别、身高、体重)、体表面积(BSA)，生理因素包含左心室(LV)和右心室(RV)收缩性、心率、麻醉深度和代谢率都可以包含在临床场景中。

系统维护一电子病历，所述电子病历可以在模拟器系统练习期间或之后针对给定的临床情况保存和访问。医学记录包含与病例相关的所有时间戳信息，病例包含患者生命体征、给药和特殊事件和情况，电子病历可以实时发送到各种数据管理系统(DMS)，用于在手术病例中收集和维护临床数据。这是通过计算装置使用标准通信协议串口通信实施的。

心脏模拟器在位移定时、位移体积、位移频率和动态反应方面提供非常精确的心室(心室和心房)表现，与单独的机械泵送系统协调，模拟心脏的功能性流体压力、体积、节拍、波动等动态反应。因此，与真实的患者相比，泵浦与心脏的物理外观同步，以创建极其准确和逼真的整体模拟患者行为、反应和表现。这保证了技术人员和医学人员的优良培训，这些人员可以诊断或为患者提供治疗，特别是患者的心肺和/或肺部健康。

如果模拟的听诊错误表现或错误模拟，或错误表现真正的患者的心脏，那么技术人员从心脏模拟器，在较大的患者模拟系统中学习，和/或与诊断或治疗机器一起学习，将从模拟的心脏中错误的提示、错误的信号、错误的警告标志和错误的改进标志结束学习。这种误表现可以是心肌收缩和放松的外观、运动、形状和时间，也可以是诊断或治疗机显示器中呈现的分析和传感器读数。无论心脏是健康的还是病理状况的多种组合和排列中的任何一种都是确实的。换句话说，如果当技术人员将诊断或治疗机器应用于模拟心脏时模拟的心脏模拟恶化的迹象，反而会出现实际人类心脏出现恢复迹象，反之亦然，那么模拟心脏就会危险地错误培训技术人员。

所述心脏模拟设备包含一(物理)心脏模型，优选地具有多个腔室，一装置用于机械地移动所述心脏模型的至少一部分；用于泵送流体的移动系统，及一流体线路，与所述心脏模型相耦合。所述流体线路将一流体传送到所述心脏模型，以模拟一活的心脏的一流体移动；及用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置被配置用以模拟所述活的心脏的一搏动运动。在一个实施例中，用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述流体线路和所述装置被配置为同时模拟所述心脏模型的流体移动和搏动运动。用于机械地移动所述心脏的至少所述部分的所述流体线路和所述装置被配置成以一降低的性能水平运作；及所述降低的性能水平代表一患者心脏的一性能降低。

所述心脏模拟设备还包含一输入线，耦合到用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置。所述输入线配置用以接收一模拟的心脏信号，所述模拟的心脏信号刺激用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置；及所述模拟的心脏信号是动态可变，以便模拟所述活的心脏的一动态变化。在另一个实施例中，所述模拟的心脏信号可耦合到一外部患者模拟系统，其中所述心脏模型定于(slated to)所述外部患者模拟系统；所述心脏模型被配置为响应于从另一系统接收的所述模拟的心脏信号而改变；及所述心脏模拟设备动态地对所述模拟的心脏信号中的所述变化作出反应。

所述心脏模拟设备是可编程的。在一个实施例中，所述心脏模拟设备是基于所述模拟的心脏信号。在另一个实施方案中，多个临床模型由一健康心脏或一心脏构成，其具有一个或多个组合和多个病理状况的排列。

所述心脏模拟设备在另一个实施例中包含一心脏模型、一泵送系统和一流体线路相耦合。所述泵送系统进一步包含一正位移设备(泵浦)，其被配置为具有一可变频率以模拟一可变模拟心率，及一可变位移来模拟一可变心脏性能中的至少一个。在一个实施例中，所述泵浦包含一双向活塞，具有一伸展行程和一缩回行程。所述伸展行程(舒张期)和所述缩回(收缩休息)行程各自具有一可变位移轮廓，其可以彼此独立。在另一个实施例中，所述伸缩行程的所述位移轮廓和所述缩回行程的所述位移轮廓是一对称(律动的)和一不对称(心律失常)轮廓之一。

所述心脏模拟设备还包含一电动机耦合到一正位移设备。所述电动机可以是一步进(离散步进、数字)电动机和一伺服(连续、模拟)电动机。所述电动机是可控制的，以操作表示不同模拟心脏状况的多个模式。替代地，可以通过多个阀调节一压力和抽吸源，例如在一病房中，以模拟所述的所述抽吸和压力，以模拟心肌的收缩和放松。为了改进所述模拟，所述泵送系统在生理上作出反应以表示至少一个模拟的心脏信号，以模拟以下至少一个的一冠状动脉病变：一原纤维化心率；一心律失常心率；一心肌缺血；一心脏肥大的情况；一心搏过速的情况；一心肌梗塞；及一动脉硬化的情况。在另一个实施方案中，所述模拟冠状动脉病变包含一心血管动脉瘤；一心瓣脱垂；及一心血管中风(动脉瘤或凝块)。

因为所述泵浦以一种生理方式作出反应，所述泵浦操作的所述物理心脏也在生理上作出反应，以心脏(hearth)收缩、放松、物理形状和所述心脏的外观表示，例如一真实人类心脏典型的上升和下降以及整体运动。

所述心脏模拟设备还包含一可扩张球囊，设置在所述心脏模型的多个腔室中的至少一个腔室中，其中所述可扩张球囊被耦合到所述流体回路，以模拟所述心脏模型的所述多个腔室中的一收缩和一扩展中的至少一个。

一医学模拟系统包含一心脏模拟设备和一流体泵送系统，用于将流体泵送到所述心脏模拟设备，以模拟所述心脏模型的搏动。另外，所述医学模拟系统包含一计算装置被耦合到所述心脏模拟设备。所述计算装置包含一处理器和一存储器，彼此相耦合以执行多个指令，所述多个指令用于控制所述心脏模拟设备的变量包含物理位移、心率、心室位移及一人类的心脏模拟的完整生理功能的其他变量。所述计算装置通过生成并传送至少一个模拟的心脏信号到所述心脏模拟设备，以与所述心脏模拟设备互动。作为响应，所述心脏模拟设备基于所述模拟的心脏信号动态响应。所述计算装置还从所述心脏模拟设备接收物理数据，并向患者模块提供多个指令以实现一临床情形。多个传感器设置在所述心脏模拟设备中响应于多个用户输入，例如触诊、心脏按摩，以及在所述心脏模拟设备上进行的其他外科手术、诊断和治疗技术。所述计算装置根据另一系统产生的每一变化随时间改变所述模拟的心脏信号；及所述心脏模拟设备随时间对所述模拟的心脏信号的变化作出反应。

在所述医学模拟系统中，所述心脏模拟设备响应于来自所述计算装置的所述至少一个模拟的心脏信号；所述至少一个模拟的心脏信号模拟以下中的至少一种病理状况：一原纤维化心率；一心律失常心率；一心肌缺血；一心脏肥大的情况；一心搏过速的情况；一心肌梗塞；和一动脉硬化的情况。

所述医学模拟系统进一步包含：一患者显示/递送装置，所述计算装置相耦合，所述患者显示/递送装置包含一操作者输入接口，用于选择一临床场景的至少一个由手术操作者选择的变量及多个治疗机中的至少一个的一可选择设定。所述计算装置被耦合到所述患者显示/递送装置，以接收所述至少一个由手术操作者选择的变量；及所述计算装置至少部分地基于所述由手术操作者选择的变量而生成所述模拟的心脏信号。

一指导者显示器包含在所述医学模拟系统中，其中它耦合到所述计算装置，所述指导者显示器包含一指导者-输入接口，用于调整一临床场景的至少一个由指导者选择的变量、所述心脏模拟设备的状况指标、以及多个治疗机中的至少一个的一性能指标。所述计算装置被耦合到所述指导者显示器，以接收所述至少一个由指导者选择的变量；及所述计算装置至少部分地基于所述由指导者选择的变量而生成所述模拟的心脏信号。

所述医学模拟系统进一步包含所述多个治疗机耦合到所述计算装置，其中所述计算装置基于所述多个治疗机中的一个或多个之间的相互作用来计算所述多个治疗机中的至少一个的模拟性能。所述至少一个模拟的心脏信号被生成用于所述心脏模拟设备，所述至少一个模拟的心脏信号包含至少一个位移轮廓信号用于一伸展行程，至少一个位移轮廓信号用于一缩回行程的及一频率。所述计算装置计算一虚拟数据用于所述心脏模拟设备的以下多个变量中的至少一个：一心率；一收缩压和一个舒张压；一心电图(EKG)；一O2饱和度；和一C反应蛋白水平。所述计算装置使用一算法模拟所述心脏模拟设备的一反射动作；所述算法从一个或多个治疗机、冠状动脉药物、患者生理状况、操作者变量和指导者变量中的至少一个接收至少一个输入；及所述计算装置基于所述算法生成所述至少一个模拟的心脏信号。

本文公开的方法、操作、过程、系统和设备可以用于实施各个方面的任何装置来实施，并且可以以机器可读介质和/或机器可访问介质的形式来执行，包含一组指令，当由机器或数据处理系统(例如，计算机系统)执行时，以一个或多个不同的顺序，使机器执行本文公开的任何操作。根据附图和随后的详细描述，其他特征将是明白易懂的。因此，说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的。

附图说明

示例性实施例通过示例而非限制的方式在附图中示出，其中相同的附图标记表示类似的元件，并且其中：

图1A是根据一个或多个实施例的一搏动心脏功能与一模拟流体流动、一模拟机械位移和多个治疗设备功能相接的功能方框图。

图1B是根据一个或多个实施例的医学模拟系统的图，医学模拟系统具有一模拟的心脏泵送模型和模拟的物理搏动心脏模型耦合到一个或多个治疗装置。

图2A是根据一个或多个实施例的模拟系统的多个功能输入和输出的方框图。

图2B是根据一个或多个实施例的模拟系统的模拟模块部分的多个功能输入和输出的方框图。

图3是根据一个或多个实施例的患者模块的示意图。

图4A-4D是根据一个或多个实施例的具有物理模拟机械位移和实际地可接近的流体流动的物理心脏模型的多个实施例。

图5是根据一个或多个实施例在模拟物理心脏模型的腔室中产生机械移动的机械移动系统。

图6是根据一个或多个实施例的模拟患者与治疗机器的互动的流程的流程图。

图7是根据一个或多个实施例的用于运作模拟搏动心脏系统的流程图。

图8是根据一个或多个实施例的心搏周期的曲线图，示出了在一种心脏模拟系统中实施的多个可变参数。

图9是根据一个或多个实施例的心搏周期的四个阶段的压力-容积图。

图10A是根据一个或多个实施例的由搏动心脏模拟器模拟的健康人类心脏的心电图(ECG)迹线。

图10B是根据一个或多个实施例的由搏动心脏模拟器模拟在心室心搏过速中的心脏的ECG迹线。

图10C是根据一个或多个实施例的由搏动心脏模拟器模拟的心室纤颤中心脏的ECG迹线。

图11是根据一个或多个实施例的患者监测/递送装置的屏幕截图。

图12是根据一个或多个实施例的如在指导者显示器上所示的用于心肺机(HLM)的模拟模块的图形用户接口(GUI)。

图13是根据一个或多个实施例的临床场景电子表格摘录。

根据附图和随后的详细描述，本实施例的其他特征将是明白易懂。

具体实施方式

一种用于医学服务和诊断机器的患者模拟的方法、设备和系统被公开。在以下描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对各种实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种实施例。

功能图：

现在参考图1A，示出了根据一个或多个实施例的一搏动心脏功能12的功能方框图10，其与一模拟流体流14，一模拟机械位移18和多个治疗设备功能11连接。目标是要创造一搏动心脏模型，可以作为一用户/学习者的一现实工具，以将治疗设备与由相同的治疗设备11支持的一真实人类心脏的更真实表现相连接，并具有可编程性并且控制搏动心脏功能12以逼真地模拟各种各样的心脏病变。

模拟的搏动心脏功能12具有流体流14的一输入和一内部机械位移功能18。在流体流功能14和内部机械位移功能18之间的一选择性耦合15提供了更加逼真的心脏功能12的整体行为。机械位移功能18由一信号发生器20驱动，信号发生器20又由控制器22控制，控制器22可接收可选的多个用户输入并提供可选的多个用户输出(I/O)24。以这种方式，模拟的搏动心脏功能12是弹性且可编程，以适应各种各样的临床情况和设备变化。功能方框图10部分地以硬件实施(用于实际行为)并且部分地以软件实施(用于灵活性、可编程性、重要统计数据的广泛性以及降低的成本)。总的来说，硬件和软件的一混合系统完成了提供一搏动心脏功能的目标，这是一现实工具以连接治疗设备功能11，提供治疗设备功能11的一用户/学习者11具有由相同的治疗设备支持的一真实人类心脏的更真实的经验。随后的附图示出了实施这些功能和关系的结构装置和方法手段的各种实施例。

患者模拟器

参考图1B，根据一个或多个实施例，示出了一医学模拟系统100被耦合到一个或多个治疗装置选项103。医学模拟系统100是结构和方法手段的一个实施例，通过图1A的功能实施。医学模拟系统100包含一患者模块101，其代表一患者的一身体，被电耦合到一计算装置102。患者模块101包含一流体回路、输入和输出端口、流体传感器、以及多个控制装置，如在后续图3中更详细地描述。计算装置102实施一个或多个算法以模拟和/或评估患者模块101的生命体征，并提供：i)一模拟的心脏血流到模拟的搏动心脏模型302(见图3)；ii)一模拟的物理心脏模型302的心室内模拟的机械移动(见图5)；及iii)在一临床场景的一执行期间，用于一选择的治疗装置(103)的患者监测/递送装置108(见图11)上的模拟模块的一图形用户界面(GUI)。指导者显示器104上的一图形用户界面(GUI)示出了多个模拟系统选项、多个临床场景结果和其他相关的医学信息，从而允许指导者控制和操作模拟，如图12中更详细描述的。

一患者监测/递送装置108也执行许多功能，例如显示在患者模块101中测量的物理数据和临床场景的至少一部分。此外，患者监测/递送装置108显示通过患者监测/递送装置108耦合的计算装置102中的一算法计算的虚拟数据，以及从计算装置中的存储器读取的临床场景数据。患者监测/递送装置108还接受来自一系统操作者或用户(也称为学习者)的输入，系统操作者或用户在模拟系统100上被训练为一临床医生，并且可以为多个治疗装置或整个治疗装置的虚拟部分选择虚拟控制数据，并将虚拟数据传送回计算装置102。例如，患者监测/递送装置108可以显示患者的一血氧(O₂)水平，或者接收一临床医生的输入以增加对ECMO机器112的O₂递送的虚拟控制。结合临床医生在实际ECMO机器112本身上实际改变一血液流速设置，所得患者模块血液水平的增加结果在相同的显示器上显示为增加，血液水平计算通过计算装置102被执行。患者监测/递送装置108还在临床场景期间提供音频/视觉(A/V)训练材料，以模拟可以使用治疗装置的一真实的外科手术或其他医院设置。因此，一显示功能被实施以及通过患者显示/递送装置虚拟控制以及药物的一递送功能及诊断测试。替代地，可以为每个功能提供单独的个别屏幕。

模拟系统100的患者模块101、搏动心脏模型302和计算装置102都被灵活地设计成与多个体外循环治疗装置选项103接口，包含独立的HLM机器110、ECMO机器112、ECLS 114、VAD机器116、HIPEC 118和球囊泵浦119(仅示出HLM)直接通过一外部流体回路128并间接地通过一电耦合130，例如，一10/100 5类双绞线对(Base-T Cat 5)电缆。患者模块101具有一组输入和输出端口126和内部组件，其封装在一小型铝制外壳(例如，400毫米x 330毫米x280毫米)中，易于运输且基本上坚固，具有支持任何多个治疗装置选项103的一快速的设置时间。计算装置102具有编程能力的一超集，以选择性地实施所选择的多个治疗装置选项103中的一个，以及用于具有不同病理的搏动心脏性能模拟的能力的一超集。周边患者支持，例如IV设备115及氧合器/静脉贮存器117，耦合到模拟系统100以实际管理流体供应。因此，与设计成仅耦合到一特定治疗装置的一医学模拟器相比，本实施例具有更大的灵活性和实用性，从而降低了成本，并提高了训练效率。

患者模块101提供多个基本的核心流体功能(例如，动脉流速和压力)，用于与多个治疗装置的实际流体耦合，而计算装置102提供任何额外的流体功能(例如，相关的中心静脉压(CVP))及通过软件模拟患者的生命体征(如心电图(EKG)，血液pH值)。这允许模拟系统100具有更大的灵活性，以与各种各样的治疗装置选项103连接。因此，模拟系统100提供了一种用于经济有效地训练临床医生的整体模拟工具。在患者模块101和多个治疗装置选项103之间传送物理材料，例如流体。来自计算装置102的信号用于控制患者模块101中的多个物理部件，例如一步进阀。从患者模块101向计算装置102传送诸如流体压力的物理数据。

在一个实施例中，一逗号分隔值(CSV)电子文档，例如，一电子表格，指示临床场景，在一实际上无限数量的连续步骤中用超过50个生理和监测变量的多个字段分隔列，由至少一行数据表示。电子表格由计算装置读取，并由算法应用软件结合测量的流体数据和虚拟选择的变量进行评估，以提供模拟的患者多个生命体征和长期临床过程。一实际选择的变量是一变量或一设置，变量或设置是一临床医生通过患者监测/递送装置108设置，其由计算装置102用于算法计算一相关但不实际测量的患者参数，例如肺动脉血液压力。

控制平面

现在参考图2A，根据一个或多个实施例，示出了模拟系统的多个功能输入和输出的一方框图200-A。物理搏动心脏模型302设置在用于流体流动的患者模块101及多个治疗装置选项103之间并相耦合，通过套管1006/1008进行耦合(见图1B和4D)。计算装置102包含一处理器202，其被耦合到一存储器206以经由来自患者模块的一模拟到数字(A/D)转换器(未示出)接收物理数据240-B并且实施一个或多个算法通过患者模块101来模拟在一临床场景执行期间模拟一假设患者的一个或多个生命体征。在一个实施例中，物理数据包含一流体压力、一流体温度、一流速中的一个或多个，如图3所示。

指导者显示器204示出了与临床场景相关的数据。指导者I/O 216是任何通信装置和连接，例如一键盘、鼠标、触摸屏、无线装置和用于远程访问的网络连接，以在一指导者和计算装置102之间共享数据。物理控制是提供从计算装置102到患者模块101以实施临床场景的条件，例如，一静脉步进阀响应于一患者出血的一临床场景状态而关闭。

通过手动触摸它们的控制器，操作者I/O 214实施物理控制输入242到多个治疗装置选项103。操作者I/O 214还经由虚拟控制输入252-A向到患者监测/递送装置208和传播的虚拟控制输入252-B控制到计算装置102来实施多个治疗装置选择103的虚拟控制。这通过操作者I/O 214通过算法计算对患者的多个生命体征和长期临床护理的效果，及通过虚拟数据251-B将所得到的虚拟数据传递回患者监视器/传递装置208，并将所得到的虚拟数据传递回指导者显示器作为虚拟数据251-A来实现一改变。因此，一临床医生可以在患者监测/递送装置108的触摸屏上显示的一GUI中选择性地选择一药物递送选项。该选择将被传送到计算装置102，计算装置102在评估其他变量时将在算法上考虑输入，以确定计算装置将模拟然后在患者监测/递送装置108上显示的生命体征。

物理数据240-A，例如流量、压力和温度，通过流体转移从多个治疗装置选项103传送。物理数据240-B借助于患者模块101中的流体传感器从患者模块101传送到计算装置102，并且由计算装置102读取。多个临床场景和参数可以以一所需的采样率直接记录到存储器206，或响应于指导者I/O216或操作者/临床医生I/O 214的一触摸屏请求记录到个打印机(未示出)。模拟系统100还具有添加不同类型和尺寸的流量传感器的能力，以适应各种模拟的患者尺寸。

现在参考图2B，根据一个或多个实施例，示出了多个功能输入的一方框图200-B，并且示出了模拟系统100的模拟模块250部分的输出。模拟模块250实施在计算装置102中通过存储临床场景数据库256及将算法代码262以及心脏算法263存储在存储器206中并且通过使用处理器202访问和执行它们。多个输入到模拟模块250包含来自患者模块101的物理数据240-B、来自患者监测/递送装置208的虚拟控制252-B，以及指导者I/O 216，如图2A所示。在临床场景的执行期间，从临床场景数据库256存储和取回虚拟数据251和物理数据240。

现在参考图3，根据一个或多个实施例，示出了患者模块101的一示意图。在患者模块101之间引入物理搏动心脏模型302，以获取模拟的心脏流体流和多个治疗装置选项103，以便提供一实际的心脏(尽管是动物心脏或一橡胶心脏)，通过静脉套管(cannula)和主动脉套管408耦合一治疗装置。另外，机械移动系统500被耦合到搏动心脏模型302以在一模拟物理心脏模型的多个心室中提供机械移动以用于整体逼真的模拟系统。

患者模块101包含一流体回路301及包含一微控制器305，彼此相耦合以模拟一假设的患者的一液压功能，如图1B的模拟系统100所示。流体回路301包含多个导管(conduit)、多个传感器和多个控制装置彼此相耦合。特别地，流体回路301包含具有一输入端口323的一输入(IN)导管或导线322，一压力换能器320用于感测输入压力，一可变步进电动机比例阀(步进阀或SV)334，如图所示为一可变电阻符号，用于依照临床场景改变输入导管或导线322上的阻值，及一流量计307用于测量输入导管322中的流体的一流速。类似地，流体回路301包含一输出(OUT)导管或导线317具有一输出端口316，以及一可变步进电动机比例阀332用于依照临床场景改变输出导管317上的流量限制或阻值。一个附加输入导管设有心肺(CP)输入导管314，具有一CP端口315，一可变步进电动机比例阀(SV)330，用于根据临床场景改变CP导管314导线上的阻值，一流仪计(FLOW)306用于测量CP导管314中的一流体流速，以及一温度传感器308，用于测量CP导管314中的流体的温度(TEMP)。另外两条管线提供作为一泵浦抽吸器312，提供来自流体回路301的血液抽吸，类似于一外科医生在心脏外科手术期间从胸腔移除血液的抽吸，以及一通气口310，其允许从流体回路301排除空气。所有这些描述的导线和导管彼此相平行地设置，从多个端口到静脉贮存器304，它们适当地被耦合到静脉贮存器304。多个输入端口323、316、315和多个端口用于泵浦抽吸器312和通气口310在图1B中示为多个端口126。在流体回路301中多个阀的具体功能和设置以及传感器的影响在下文中描述，基于多个治疗装置选项103的流体回路301与患者模块101相耦合。可变步进电动机比例阀330、332和334可以具有一流速，具有一范围从用于一新生儿约50毫升/分钟到用于一成人约6.5升/分钟。

一血压(B.P.)泵浦318，实施为一正位移滚子泵浦，将输出导管317与输入导管322耦合以在输入导管322中提供一基线心脏搏动和压力，以使患者模块101初始耦合到一治疗装置，作为所述方案的一部分，用于在一心脏搏动和压力之间建立一个连接并确认连接。也就是说，一些治疗机器在开始治疗之前检查一患者脉搏。脉动B.P.泵浦318的速度根据临床场景的规定匹配患者的心率。静脉贮存器304的体积可以通过在贮存器内手动插入一移动物体或通过调节体积(VOL)水平传感器309调节以容纳应不同的患者尺寸，使得阈值水平低于一个较小尺寸的患者。温度传感器331为静脉贮存器304中的流体提供温度读数。用于输入导管322中流体流动的流量307、压力320和阻力334的流体传感器对于HLM 110、ECMO机器112，VAD机器116和主动脉球囊泵浦119是共同的，因为所有这些多个治疗装置获取血液并关注测量压力和流量以及对身体进行建模以显示对影响压力和流量的不同方案和多个装置的响应。

可变电阻符号表示患者和心肺机之间的流体导管中的多个可变压降，以模拟一挤压或闭塞的导管(catheter)，或者一导管压在心脏或血管的壁上，其可以阻止或限制血流。可变压降可以通过限制管路的有效直径的任何机械装置来实现。例如，步进电动机阀334可以通过来自压力换能器320的反馈来控制，从而用于维持血压以匹配算法模型和ICU监测器上的读数。

多个治疗装置选项103包含HLM 110、ECMO机器112、HIPEC 118、VAD机器116和球囊泵浦119中的任何一个，都被选择性地被耦合到输入端口323和输出端口316，作为应用到于多个治疗装置选项103中的每一个的患者模块101的两个公共流体端口。应该注意的是，输入导管322和输出导管317通常称为“输入”和“输出”，因为它们所代表的特定人血管彼此不同。例如，对于HLM 110，输入导管322表示一动脉血管，而输出导管317表示一静脉血管。相反，对于ECMO机器112，输入导管322代表一动脉或静脉血管，而输出导管317代表一静脉血管。用于ECMO的此实施例允许不同模拟的血液路径中的静脉输出/静脉输入(VV)或静脉输出/动脉输入(VA)到患者模块101，而在流体回路301中没有任何管道硬件改变。作为另一个示例，对于HIPEC机器118，输入导管322表示对腹膜腔的一输入，而输出导管317表示对腹膜腔的一输出。相反的，对于VAD机器116和球囊泵浦119，输入导管322代表一心室血管，而输出导管317代表一心房血管。正如输入导线322和输出导线317可以被配置和标记以表示身体中的不同血管一样，因此可以配置和标记多个步进阀以表示不同的功能和设置，这取决于所选择的治疗装置选项和在模拟系统上运行的临床场景。例如，步进阀334在动脉(输入)管线322中提供阻力，以将一动脉血压读数320保持在患者显示/输送装置108上所示的压力下，如下文所述。此动脉血压通过临床场景包含患者大小、临床病理学和通过心肺机110或ECMO机器112产生的血流306所指示的若干因素来决定。同样，步进阀332控制患者通过静脉引流器抽血的速率。部分关闭的阀332将导致贮存器304中血液的一积聚，同时伴随患者的模拟血液体积和血压反射变化的增加。

患者模块101的灵活性部分地源于跟踪和标记多个输入到微控制器305并且从微控制器305输出，其随后被传送到计算装置102，根据临床场景中使用的多个治疗装置选项103中的一个。因此，对于HLM模拟，压力320和流量计307传感器输出在临床场景中被标记和评估为“动脉”血管值，而相同的传感器输出在一HIPEC模拟的临床场景中被标记和评估为“腹膜”流体值。可选加热器(HTR)/冷却器311与HLM 110和ECMO机器112相耦合，以改进临床场景中的多个特征。HLM 110需要在患者模块101中提供的附加管道作为泵浦抽吸器312和LV通气口管线310，其包含在多个流体导管301的超集以提供多个治疗装置选项103的通用应用。

微控制器(uController)305连接多个输入线(I-1到I-6)，用于感测多个输入值，以及多个输出线(O-1到O-4)，用于控制不同的多个控制装置，通过一模数(A/D)转换器303。特别是，微控制器305的多个输入包含CP流量计306输入I-1，CP温度308输入I-2，输入导管流量计307输入I-3，静脉贮存器温度309输入I-4，静脉贮存器水平309输入I-5，输入导管压力320作为输入I-6。特别地，来自微控制器305的多个输出包含输入导管步进阀334作为输出O-1，输出导管步进阀322作为输出O-2，CP步进阀330作为输出O-3，B.P.泵浦318控制为输出O-4。微控制器305包含具有存储器的多个可编程功能，存储器用于存储固件或软件，例如，在电子可擦可编程序只读存贮器(EEPROM)上，使得微控制器305可以“反射性地”表现为在患者模块101中感测的多个状况。因此，例如，如果体积水平传感器309输入I-5达到一低阈值，即一指示患者正在流出流体，然后微处理器305读取该低阈值，并输出一信号关闭CP导管步进阀330，从而维持患者模块101中的流体并避免干运行，同时指示一HLM 110，通过泵送流体，那里存在一个问题。

微控制器305是一实时和模块化嵌入式控制系统，在一个实施例中，其包含一处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、512MB内置存储器，以及十个用于模块的插槽，它们彼此相耦合。可用模块包含模拟I/O、工业数字I/O、TTL I/O，多个磁簧继电器(reed relay)、多个RTD、多个SSR、步进驱动器和其他控制功能。模拟器软件采用多个传感器读数并将其用作多个生理算法的输入以产生患者的多个反应并驱动手术室(O.R.)监控。需要多个机械响应的多个场景动作将驱动微控制器305控制泵浦和步进阀，如图3所示。尽管这里为微控制器305提供了特定实施例，但是本领域的技术人员将理解，可以利用各种各样的多个计算装置来提供患者模块101中所需的控制和计算。

微控制器305通过A/D转换器模块303与计算装置102相耦合，使得来自患者模块101的数据，例如，旁路血流速率、心脏停搏液流量和循环血液量，被传送到计算装置102并与来自多个传感器和多个致动器的数据组合以检测多个输入并适当地对多个输入进行反应，多个输入由人体上的各种体外和心肺支持施加。这些反应包含对心血管系统、呼吸系统、血液系统和肾系统的动态和长期影响。

仍然参考图3，一IV流体滴注袋(图1B中示出为115)是直接(未示出)可耦合到患者模块101，或间接地通过贮存器117连接，用于临床医生施用另外的流体。这包含作为模拟的一部分，因为添加流体是用于增加患者的循环血液量的一种常用治疗方法。这将极大地影响血压和心脏输出量。患者模块101可通过经由一水平传感器309测量静脉贮存器体积的变化来感测任何流体管理。如果临床医生从IV袋给予更多的体积(例如，响应于临床场景所指示的一血压下降)，模拟器将响应一适当的增加在中心静脉压(CVP)的算法生成的虚拟值，以及血压320的一增加导致算法生成的心脏输出量和算法生成的混合静脉O₂饱和度(SVO₂)的增加(见图12，底部中间)。

HLM 110和ECMO机器112，以及HIPEC机器118、VAD机器116和主动脉球囊泵浦119，可以是一患者将被耦合的标准医院设备，例如通过表示从患者的动脉和静脉到心/肺机(HLM)和/或ECMO机器(ECMOM)的输入和输出的血流的管道。在本实施例中，患者模拟器与医院机器之间不需要电连接。然而，在另一个实施例中，可以将多个传感器放置在患者模块上，例如，以测量一患者的温度、血压和血液O₂率。这些多个传感器的读数可以输送到诊断和治疗机器103或所述下一节中提到的那些，以提供输入和反馈，并且更真实地表示一患者与机器的互动。通过用患者模块101替换患者，可以向临床医生呈现不同的患者场景和响应，其中临床医生的输入和变化被准确地表示在其中。患者模块101的硬件部分通过微控制器305或计算装置102控制患者模块101中的多个阀和泵浦提供受控的温度、流体流速或封闭、调制压力、压力峰值或压降、以及一人心肺系统的精确体积表示。多个软件模型和硬件和测量与指标的互动输入到软件模型以允许模拟系统模拟患者的治疗和反应。一些患者治疗被提供为与诊断/治疗机器的虚拟接口，例如，在链接131上传送并通过计算装置102软件算法和模型响应于一操作者选择的药物类型、药物量和递送速率针对药物递送、药物反应和禁忌症显示在患者监测/递送装置108上。其他患者的情况，如活化凝血时间(ACT)、肝素抵抗、血压升高、心力衰竭和病理可以用各种程度的心血管疾病和代表性设备故障、用于控制O₂和CO₂的模拟的呼吸器性能、模拟在ECMO机器开或关时患者的转变，如临床上所做的那样来编程。

患者模块101的液压部分模拟ECMO机器112与患者之间的血流。也就是说，患者模块101经由一互动系统在患者模块101和任何的多个治疗机选项103之间泵送流体(例如，有色水以模拟血液)。此模拟在患者治疗中三个主要互动之间提供了互动的更逼真的表示：i)在一患者和ECMO或CPB机器之间；ii)在操作者和患者之间，例如，递送药物；及iii)在操作者和ECMO机器之间，例如，修改ECMO机器的控制。因此，本系统在系统的三个主要组件之间提供一完全双向通信、互动和反馈。三个主要互动之间的多个状况和反应的任何组合或排列可以根据需要通过下文提供的编程步骤来提供。

患者模块101可以选择性地以多种模式操作，包含一真实模式或一模拟模式。在真实模式中，计算装置102与患者模块101互动，以评估所测量的至少一个流体性质，并向至少一个设置的控制装置提供一信号。在模拟模式中，患者模块101和计算装置102之间不存在互动，以计算装置102计算患者模块101的所有数据。在一混合模式中，患者模块101测量流量和体积，并且以患者的多个响应建模(有模拟多个响应的专有生理模型)，但没有反馈，并且没有多个阀门，其将测量与ECMO机器112的互动。在此模式中，患者的多个属性可以在患者模块101中建模，例如，病情较重的患者、恢复中的患者、急症或紧急患者。此基线患者模块101对于新受训者来说是一种成本有效的工具。多个特征可以在此基线患者模块101上手动执行，例如手动关闭一软管，以模拟导管中的一个扭结。

然而，随着能力的增长，一受训者应该转换到患者模块101的另一个实施例，其确实提供一输出并且确实接收测量和接收对患者模块101的改变的一输入(反馈)。这种“智能”ECMO患者模块提供了更多逼真的反应和互动，可以使一临床医生为治疗真正患者时经常出现的并发症做好准备。

现在参考图4A至图4D，根据一个或多个实施例，示出了具有一物理模拟机械位移和一物理可进入的流体流动的一物理心脏模型的不同实施例。通过提供一模拟物理心脏模型302，本公开为治疗设备的用户/学习者提供了更现实的训练场景。在图4A至图4D的每一个中，模拟的物理心脏模型302可以是来自诸如猪或牛的家畜的一真实心脏，或者它可以是具有与一真实人类心脏的外观、大小、重量和感觉的一橡胶心脏。患者模块101用作一心脏泵送模型，向模拟的物理心脏模型302提供流体的体积和压力，以及其可选的时序特性。一个或多个心脏心室(心房和心室)的机械移位由：i)多个电驱动机械换能器插入到一个或多个心脏腔室中提供；或者ii)多个流体囊402插入一个或多个心脏腔室并且被耦合到一个或多个机械位移装置500。换能器或多个机械位移装置均由计算装置102在扩展和收缩的一算法时序中驱动，其与具有特定健康状况或病理的一真人心脏相匹配。多个心脏行为算法263(图2B)以及多个其他系统(例如肺系统、更广泛的心血管系统作为一整体，以及肾脏和血液系统)的多个其他患者算法代码262都提供给一临床场景模块252，还与临床场景数据库256互动，临床场景数据库256用于存储和检索数据。然后，在图2A(和图1B)的计算装置102的处理器202和存储器206上执行此数据，以驱动患者模块101的机械位移系统500和心脏泵送系统。

本解决方案的结果是整体的、协调的、及可编程的模拟训练系统，其中i)一患者模块101提供物理和虚拟的模拟心脏的流体流动和性能的组合；ii)一机械位移装置500提供物理和虚拟的心脏移动动的组合；iii)一个或多个实际治疗装置103提供实际和虚拟心脏治疗服务的一组合；iv)一患者监测/递送装置108以实时形式显示所有上述多个系统及其互动，实时形式是通过一用户/学习者和/或指导者通过互动、控制、及学习从虚拟和实际测量的性能数据导出。换句话说，当前患者模拟和多个心脏模拟模型提供了一混合虚拟/物理解决方案，它结合了两者的优点，其中提供了足够逼真和准确的物理模型，用于查看、支持(holding)和程序实施(例如，套管插入到物理心脏模型中用于实际流体流到一治疗装置)，但是这不是过于机械刚性和复杂，在各种应用中太不灵活，而且实际使用成本太高。补充足够逼真和准确的物理模型是一广泛的虚拟平台，其结合来自物理模拟系统的测量数据(来自图3中的患者模拟器101的压力和流量数据)与算法推断的数据、算法创建的数据，以及用于虚拟患者和心脏模型的虚拟临床场景信息，以创建一混合物理/虚拟环境给用户/学习者(leaner)和指导者，其中虚拟模拟数据与测量物理数据之间的边界几乎是不可检测的，从而在一患者监测/交付装置上呈现一个足够逼真的经验。因此，目前的解决方案是对其他尝试解决方案的巨大改进，其他尝试解决方案与物理唯一的解决方案严格联系在一起，他们试图对心脏性能的各个方面进行物理模拟结果过于复杂和昂贵，并且它们在不同模态和病理的可编程性及与各种不同的装置互动方面是伴随着死板及缺乏灵活。

现在参照图4A，示出了根据一个实施例的机械移动模拟物理心脏模型302和接收一模拟流体流动的第一实施例400-A。对于四个心脏腔室中的每一个，即右心房、右心室、左心房和左心室，由四个单独的流体囊402-RA、402-RV、402-LA和402-LV分别提供机械位移。运动被提供如后续图5中所述，以模拟针对可耦合到其的多个不同治疗装置的多个心脏病理学和/或临床场景中的每一个定制的一实际搏动心脏。在本实施例中，模拟的物理流体流经心脏通过进入上腔静脉并在隔膜中形成的一开口环绕以离开主动脉。可选的夹具405可以部分或完全闭合以表示在心脏或血管中的一闭塞，或者提供一密封的管道流体路径，套管针或其他器械可以插入其中以用于诊断或取样目的。如果没有一夹具，心脏可用作与多个治疗装置的互动之外的一搏动心脏的模拟。

现在参考图4B，示出了仅使用两个气囊402-RV-LV和402-LA机械移动模拟物理心脏模型302的另一实施例400-B。此实施例是简化和降低成本的机械位移的实施。

现在参考图4C，示出了使用多个机电换能器(多个致动器)在所有四个心脏腔室403-RA、403-RV、403-LA和403-LV中机械移动模拟物理心脏模型302的另一实施例400-C。此实施例是物理心脏模型中流体移动气囊的一种简化和降低成本的替代方案。更少的泄漏问题，可能更敏感和更快的循环时间，以及更少的较昂贵的流体硬件使得此实施例更清洁。使用容易布线的导线132-RA、132-RV、132-LA和132-LV从模拟物理心脏模型302到计算装置102，如图1B所示。

现在参考所述系列的第四和最后一个，图4D示出了使用类似于图4A的气囊在所有四个心脏腔室内机械移动模拟物理心脏模型302的一个优选实施例400-D。与先前的图不同，本图4D切断封闭回路物理地模拟流体流以创造一开路。输入管线310-V进入上腔静脉(SVC)并且输出管线310-A离开搏动心脏模型302的升主动脉，这两条管线在与心脏的界面处通过缝合一带体围绕血管周围密封，如通过血管壁中的颈缩的局部压缩所示。物理模拟的流体流入心脏，通过缝合闭合的三尖瓣420密封在右心房中，三尖瓣420位于右心房和右心室之间。开放的物理模拟流体流然后被耦合回患者模块101(流体贮存器)通过将一套管406插入右心房绕过心脏以提供泵送的心脏模型302流体流流出并进入一所需治疗装置301，并通过模拟一套管408插入升主动脉以提供流体从期望的治疗装置返回到心脏，并因此完成流体回路回到患者模块101。此实施例也在图1B中示出，其中选择的治疗装置103耦合到模拟搏动心脏302成为一心肺机(HLM)。

在图4D的最终实施例中，模拟物理心脏模型与一治疗机存在(exits)完整的模拟经验，其性能结果在患者监测/递送装置108(图1B和11)上模拟。所有的上述图4的多个实施例，即图4A、4B和4C都可以使用与开管物理模拟的流体流动相同的实施方式，具有套管耦合到多个治疗装置。本图4D是实施模拟物理心脏模型302具有多个治疗装置的一个优选实施例，如图所示：i)图1，其中搏动心脏模型302处设置在患者模块101之间，提供心脏流体流动；ii图2A，其中搏动心脏模型302处再次串联设置在患者模块101和多个治疗装置103之间；以及iii)图3，其中搏动心脏模型302处串联设置在患者模块101和多个治疗机103的多个可能选择之间。

现在参考图5，示出了根据一个或多个实施例的一机械移动系统500，其在一模拟物理心脏模型的多个腔室中产生机械移动(位移)。机械移动系统包含一致动器504的一压力源，致动器504在一气缸510中驱动一活塞508，以通过流体管线134-LA和134-LV分别耦合到气囊402-LA和402-LV创造流体移动，以用于左心房(LA)和左心室(LV)。使用单个上升行程502或下降行程501，双动作气缸的互补性质在活塞508的一侧拉进流体(低压)，并在活塞508的另一侧推出流体(高压)，以用于在一心脏模型的一侧(左侧或右侧)致动气囊。

例如，在心搏周期的一收缩期部分，当左心室收缩以通过主动脉泵送血液时，活塞508将向上致动502，以通过一流体管线134-LV将流体拉入气缸510，因而使气囊402-LV塌陷，并因此给出图1B和4D中的心脏模型302的外观，即实际上执行一泵送动作(当实际上，患者模块101中的一泵浦提供流体血压和泵送动作)。在机械移动系统500的指出操作期间，活塞508的另一侧通过流体管线134-LA将流体压缩出气缸510以扩大气囊402-LA，从而再次给出心脏模型302在图1B和4D中的外观，即再次执行一泵送动作。如图1B所示，在本实施例中，右心房和心室也存在另一个机械移动系统500-R。

替代地，单个机械移动系统500可用于供应少于四个气囊在四个心脏腔室内的每一个中。例如，图4B仅提供单个大的右心室/左心室气囊(穿过一切开的心脏壁)以更精确地模拟心脏运动，及单个左心房气囊402-LA。本公开内容非常适合于各种各样的机械致动系统以产生一活的搏动心脏的效果，其多个动作是通过单独和独立提供从流体泵送动作单独且独立地创建，通过结合用于生理准确性。

机械移动系统500避免以每个心脏腔室的个别泵浦的一个问题，其可能不会相互运行，如本公开所述，其针对两个气囊具有流体守恒，因为对于心房及心室气囊中的每一个泵送相同的行程距离和相同体积的液体，尽管在不同的方向上。一象征性的行程距离512-A提供来自汽缸510的任一端的一象征性的体积输入和输出。另外，机械移动系统500由在来自计算装置102的线132-R上的输入是动态可变的。因此，具有适当输入的机械移动系统500可以模拟一健康的心脏、一心室性心搏过速的心脏、一心室纤颤的心脏的心脏机械移动，其EKG图案分别在图10A、10B和10C中示出。例如，图10C中所示的心室纤颤EKG 1000-C，可以通过在随机行程位置之间摆动活塞508在机械移动系统500中被模拟，例如，从W1到Y1，然后是X1到Z1，然后是W1到Z1等等(使得模拟的搏动心脏模型似乎像所谓的“袋子里满是蠕虫(bagfull of worms)”一样摆动)。事实上，机械移动系统500给定适当的驱动致动器504的算法可以模拟任何心脏行为，通过计算装置102指定行程距离、时序、持续时间、速度、频率(心搏)。例如，通过向所有气囊提供一基线压力来模拟一扩大的心脏场景以将它们扩大作为基线扩大的心脏产物，以活塞的行程然后仅部分地减去一压力以在扩大的心脏内产生一相对的心脏收缩。替代地，所有气囊的所有运动都停止以模拟整个心脏的心脏骤停，或运动仅在多个腔室中的多个气囊的一部分停止，表示心脏的一相应部分的一心肺闭塞、心血管阻塞或心脏栓塞性中风。在本实施例中，利用液体流体而不是气态流体来驱动多个气囊402以提供更快的响应时间、更少的阻尼和更有力的性能，所有这些都导致多个心脏腔室更加逼真的机械移动。

致动器504可以是任何可控制的位移装置，例如一步进电动机或一伺服电动机。并且用于一机械移动系统500的一机械泵送解决方案的一替代方案是在多个心脏腔室中提供局部电性的移动，如图4C所示，由导线132供能换能器(致动器)403，作为图1B的计算装置102的输出，由一临床场景或心脏行为相关的每一算法。现在参考图6，根据一个或多个实施例，示出了用一治疗机模拟一患者互动的一流程的流程图600。流程图600是在计算装置102的处理器202和存储器206上的实施，带有患者模块101、患者监测/递送装置108和计算装置102之间传递相关数据，作为适用方案。流程图600在操作604中开始一临床场景，由来自指导者或临床医生的输入调用来自图1B的计算装置102的一可执行文件，并提供一治疗装置选择输入604-A，例如，一ECMO机器。如果模拟系统100在真实模式下操作，然后从治疗装置选项组103中一被识别的治疗装置与患者模块101被耦合。否则，如果模拟系统100在模拟模式下运行，被识别的治疗装置可以与患者模块101相耦合，或者不，因为任何物理装置的输入都被忽略，并且整个临床场景在一虚拟模式下执行。

在操作605中，从电子文件的一连续步骤读取数据，即来自所有相关领域，例如，如前所述的图6中所述的电子表格文件的列A至BD。操作608针对给定的顺序步骤评估来自电子表格的数据。例如，与性别、年龄、身高、体重、体液和器官温度、尿量、肺病程度、心脏病或其他病理学相关的电子表格列将通过在临床场景模块252中操作图2B中的一个或多个算法262来评估，其是计算装置102的处理器202和存储器206执行。操作608还接受来自许多不同来源的输入，例如虚拟患者和控制数据输入608-A，这是算法从刚刚读取的电子表格数据内部合成的数据。例如，在一算法中读取多个心脏状况的一患者数据然后可以输入到另一种算法，比如一心脏算法，因为给定的患者的多个病理状况内部降低一基线相关的心脏指标。评估操作608的另一输入是物理装置传感器数据608-B，例如通过微控制器(控制器)305通过患者模块101中的A/D 303感测到的压力和流量数据，及通过链结130传送到计算装置102，如图1B和3所示。例如，虽然一给定的患者模块可能看起来正确地被耦合到一ECMO机器进行一ECMO模拟，从患者模块101到ECMO机器112的流体转移实际开始，可能在管道的物理耦合中暴露出一瑕疵。这可能导致测量性能发生变化，如一错误地耦合端口有一泄漏，从而在图3A的输入管线222上测量压力320产生一急降，然后将其传递给算法评估操作608。虚拟装置调整输入608-C也可以输入到操作608。这种输入可以来自临床医生从开始起(abinitio)或先发制人(preemptively)的一调整，即，模拟完成在模拟系统100中评估顺序步骤之前。另一个输入是指导者输入608-D，可以实施一个广泛的控制调整或时序，如图12所示。注释输入608-E可以通过指导者或临床医生输入到系统，用于值得注意的状况、反应或表现。最后，一输入608-G提供心脏状况输入到系统，例如，通过指导者选择一可变病理或表现以被通过模拟的搏动心脏模型建模，如通过显示器屏幕选择LV和RV收缩性1204和/或心率状况1202(图12)手动输入。记录数据608-F的一输出可以记录物理和虚拟数据的任何时间采样率，范围从设备设置，到模拟患者(patent)生命体征，以及注释以捕捉整体表现。

当多个算法评估在操作608中提供的输入数据，在操作610中将得到的输出数据传送到用户显示器。例如，患者生理和虚拟控制信息，如图12所讨论，可以传达给(多个)用户显示器，例如，传达给在计算装置102上的指导者，和通过图1B的患者监测/递送装置108传达给临床医生。临床医生可能会收到数据如患者的生理状况和可选的模拟(虚拟)生理系统例如药物管理，(统称“多个组件”)。指导者显示器接收一套更完整的信息，用于控制和测试目的。

与传递给多个用户显示器的信息并行，在操作612，将来自算法评估操作608的其他信息传送到多个物理装置。多个算法输出在电性的、光学或其他介质上作为线130被提供到患者模块101中的多个物理控制装置。(例如，步进阀330、332、334和B.P.泵浦318)以为临床医生设置模拟患者场景。因此，如果由患者模块101模拟的患者是一个超重的成年男性患有急性动脉硬化，信号可以传递到步进阀334，从健康患者的正常直径尺寸来看将显着减少其内径。许多其他应用特定的场景可以在电子表格的数据中呈现。

来自算法评估操作608的另一输出并行分支是将音频/视频(A/V)广播数据传送到用户的操作614。例如，可以在患者监测/递送装置108的一扬声器系统上执行一文本到语音指令，以与临床医生/操作者通信一陈述、命令、问题或其他互动。在另一个示例中，一外科医生头部摄相机(cam)的一视频剪辑可以在时间开始播放一步骤用于启动HLM。替代地，一临床或诊断测试的视频或静态图片，如一血管造影，通过临床场景要求可以被提出。

因此，利用多个并行分支，用于从算法评估操作608输出数据，系统为临床医生提供近乎实时的经验，同时发生许多变化。对于旨在串行的多个操作或多个状况，可以在电子表格的后续步骤中提供数据。替代地，一次只能改变一个变量，电子表格中的所有其他变量在多个步骤中保持不变。

当算法评估数据，并且当患者模块101和多个治疗装置开始作出反应，模拟系统将在操作616中从模拟系统的一用户接收多个输入，其已经评估了情况并且正在通过改变多个物理控制装置或多个虚拟控制装置的设置作出反应，分别作为多个输入616-A和616-B。记录数据操作616-C可以电子方式存储多个输入616-A和616-B以及患者的生理数据，来自多个物理传感器和来自虚拟模拟的生命体征，用于随后临床医生的分析和分级。

在操作618中，一调查确定是否临床场景的序列的一改变是被期望的。如果不需要改变，则操作619将临床场景推进到电子表格中的下一顺序步骤，从下一顺序步骤读取数据的操作605开始重复流程图600。然而，如果指导者确实希望调整临床场景的时序，然后从指导者的输入622-A可以在操作622改变临床场景时序。时序可以暂停、加速、前进一段时间、减速、加速，或临床场景可以取消。此操作允许一指导者通过指导者显示器104将命令输入到计算装置102中的处理器202，以用于更改时序。例如，一指导者可能希望在给定的临床场景中途前进一步，以便将一临床医生集中于一离散操作。如果临床场景未被指导者取消，然后在操作之后，临床场景前进到电子表格中的下一顺序步骤，并且流程图600重复。

一旦一临床场景已完成或停止，一个不同的临床场景可以上传到软件中，在临床医生上测试了一个完全不同的场景。替代地，在一给予的临床场景完成或停止后，一治疗装置被耦合到患者模块101可以在几分钟内改为一不同的治疗装置，新治疗装置的另一个临床场景可以在同一患者模块101和计算装置102设备上运行。替代地，相同的患者生理数据可以在新治疗机上重新被使用，从而提供了一紧密的时间比较，不同的治疗机将如何产生不同的生命体征和不同的长期临床过程结果。

现在参考图7，示出了根据一个或多个实施例的用于操作一模拟搏动心脏系统的一流程图700。一开始，在操作704中选择一临床场景，如先前在图7中的流程图700的操作704中针对患者模拟系统100所描述的。一新的操作704-A的一心脏情况被输入到临床场景操作704。可以选择在本公开的多个程序参数内的任何心脏状况，即，使用图2B的程序代码/多个算法263，其设置在计算装置102的存储器206中，或通过一网络连接、互联网或其他可靠来源从外部接收。

例如，以下心脏状况可以被模拟：i)正常(图10A)，ii)心搏过速(例如，图10B中的心室性心搏过速)；iii)原纤化心脏(例如，图10C中的心室纤颤)；和iv)心律失常、心肌缺血、心脏肥大、心肌梗塞；动脉硬化的情况(未显示)，及任何可以用一输入来表征的心脏状况：a)流体压力、速率、时序和其他流体性质；和b)心肌收缩率、时序、持续时间和其他物理行为。此数据可以以不同的电子表格格式输入，以完成必要数据字段的模拟，如图6所示，对于一个模拟实施例的一部分，例如，用于步骤1、2和3的最左边的列定义右心室(RV)收缩性和左心室收缩性为100、90和80(在此实施例中RV和LV具有相同的收缩性，但是在其他实施例中，有不同的值和/或彼此不同)，及其中EKG选择被定义或选择为0、1和2，心率分别为100、90和80。一功能模拟所需的剩余参数以相同的方式输入，尽管为了简洁起见未在所述表中示出。

仍然参考图7，一心脏状况的一临床场景被选择后，从图2B的临床场景数据库256中选择适当的模型数据，其考虑了多个心脏算法和状况数据263以及其他模拟的患者算法和代码262，在临床场景模块252中呈现作为计算装置102中的实施。结果输出是适当的上述流体模型信息和机械位移信息配对的性能值(712-F/712-D正常、713-F/713-D用于原纤维化、714-F/714-D用于心律失常、715-F/715-D用于心肌缺血、716-F/716-D用于心脏肥大、717-F/717-D用于心搏过速、718-F/718-D用于用户定义的状况，以及其他诊断有效的情况)，以模拟心脏病和患者状况。例如，临床场景模块252接收患者信息(例如，男性、49岁、185磅，甘油三酯水平为80MG/DL、LDL胆固醇水平为140MG/DL、HDL胆固醇为55MG/DL、无心脏病家族史，且仅用药一种常用的他汀类药物剂量及其他相关健康信息)并接收心脏状况信息(例如，稍微闭塞的冠状动脉动脉在运动练习中的心搏过速)并将信息合并在一起，提供一个全面的患者模型，具有多个参数权衡、病情恶化和禁忌症(例如，电子表格表状况)。可选地，一变量调整模块254(图2B)允许一指导者创建一定制用户-定义的患者状况和/或一心脏状况，除了一选择的预先填入的临床场景。

流体泵送信息和机械位移信息的多个输出模型分别被分别传送到机械位移操作708和流体泵送操作701，然后通过图5的机械位移系统500和图3的患者模块(流体泵送)系统101在硬件中实施，其一起示于图1B的一整体医学模拟系统100中。

一旦临床场景用于患者模块和心脏模拟器被实施且工作的，在操作720中，一个或多个所需的治疗装置103(图1B)是被实施用于模拟患者。如果模拟患者的多个状况依照调查722改变，然后，操作724调整多个模拟系统的流体和位移水平。变化可能来自各种各样的来源，例如改善或降低患者的生命体征和/或依照治疗装置操作的心脏表现，和/或学习者/指导者输入722-A到治疗装置和/或其他患者的状况或治疗，如药物。例如，患者和心脏模拟系统的一个学习者误调整(misadjusts或maladjusts)一治疗装置，而降低心脏的表现(例如，意外地为一ECMO治疗装置设定一不令人满意的氧合水平)，然后计算装置可以通过调整(在生理上适当)心脏模拟系统400和/或患者模拟模块101来响应，例如，通过增加心率或收缩，和/或通过降低流体吞吐量，和/或改变收缩性、行程、或心室输入量。反馈到计算装置102以执行操作720由多个内部算法提供，其诠释为指导I/O 216，操作者I/O 214，和/或来自患者模块101的物理数据240-B，如图2A所示。如果模拟没有发生状况变化，然后患者模块和心脏模型的操作被保持722-B。执行在患者模块101中的多个算法模型将决定稳态状况是否标示患者已做出可接受的回应，或者标示模拟患者对治疗装置没有积极回应，这也可以是治疗装置的学习者的一警告标志。下面的图10C中提供了用于一真实世界的心搏过速状况的流程图700的实施例。

现在参考图8，根据一个或多个实施例，示出了一心脏模拟系统具有可变参数实施的一心搏周期800的图表。整体医学模拟系统100(图1B)通过计算装置102协调，患者模块101流体流动(来自其中的泵浦)用于搏动心脏模型302以机械移动系统500输入的机械移动用于泵送心脏模型302(来自流体/气囊402或多个换能器403)，以改变心搏周期800的多个参数中的一个或多个。

一第一可变参数是收缩性801(如心缩周期的开始时的主动脉压力曲线的陡峭所示)，它代表心脏在收缩期间收缩的所有力量和活力。此第一参数由物理流体系统(患者模块101)实现，图3中的每个B.P.泵浦318每个输出O-4和可变阻力SV 334每个输出O-1产生强的体积/压力性能，计算装置102在由心率周期的适当时间实现的算法控制，通过算法决定。替代地，计算设备102可以根据算法生成每个图2A的虚拟数据信号251-B，其简单地显示在患者监测/递送装置108上，这对于学习者/使用模拟患者健康的治疗机103的表现是一个很好的指标，因为它将在患者模块101的流体系统中模拟精确的压力和体积。即使患者模块101仅产生合理的压力、体积模式，和/或患者心脏表现的时序，和患者监测/递送装置108显示患者的压力、体积和/或时序(以及其他生命统计数据)的理论计算值，那么模拟的目的是成功的，因为用户/学习者既有精确的计算数据，又有心脏/患者如何在不同的临床场景下的行为外观。收缩性801的可变参数也可以通过(多个)心脏腔室的机械移动设备500来模拟，通过改变活塞508按照致动器504移动的一流体输出速率，如通过算法262和/或临床场景模块252发信号及通过计算装置102驱动致动器504来执行。

通过可编程地和动态地改变(在一临床场景期间)由计算装置产生的信号，活塞位移的后续强度和活力以及收缩周期的表观体积和压力是动态变化的，这反过来代表了模拟心脏收缩的一动态强度和活力。

通过整体医学模拟系统100来控制的一第二可变参数是行程体积从心室喷出802，如主动脉压力曲线的峰值所示的小虚线部分所示。与第一个变量参数类似，从患者模拟器101(通过心脏模型302)的模拟血流量的体积在患者监测/递送装置108上虚拟地表示，或者由物理流体系统(患者模块101)物理地生成。另外，类似于第一可变参数，多个心脏腔室的机械移动可通过控制机械移动设备500在多个心脏腔室中致动气囊402来改变。

由整体医学模拟系统100控制的一第三可变参数是可变心率803，如心室压力的延迟曲线的小虚线表示所示。类似于第一可变参数，可变心率(通过心脏的心缩周期的多个压力峰值的频率模拟)可以通过来自患者模拟器101的血流(通过心脏模型302)物理地产生，如计算装置102所控制的，和/或可以通过计算装置102虚拟地在患者监测/递送装置108上呈现。即使患者模拟器101和第一可变参数类似，多个心脏腔室的机械移动也可以通过从机械移动设备500在多个心脏腔室中驱动气囊402控制多个行程的频率来改变。

由整体医学模拟系统100控制的一第四可变参数是可变心室充血804，如心室容积曲线下方的小虚线部分所示。类似于第一可变参数，可变心室充血101(通过心脏的心缩周期的多个压力峰值的频率模拟)可以通过来自患者模拟器101(通过心脏模型302)的血流物理地产生，如计算装置102所控制的，或者可以通过计算装置102在患者监测/递送装置108上虚拟地表示。并且类似于第一可变参数，可以通过从机械移动设备500控制多个行程的深度来改变多个心脏腔室的机械移动，机械移动设备500致动多个心脏腔室中的气囊402以模拟不同的心室充血。

除了这四个可变参数之外，本公开还能够模拟心脏病学和治疗装置治疗领域中已知的其他可变参数。

现在参考图9，根据一个或多个实施例，一心动周期的四个阶段的一压力-体积图900(也称为PV回路(PV loop))。说明PV回路的目的是说明整个医学模拟系统100如何协调患者模块101的流体流动(来自泵浦)用于心脏模型302与机械移动系统500的机械移动的输入用于心脏模型302(来自流体/气囊402或换能器403)。通过协调这两个系统，创造出更真实的心脏表现和视觉外观，从而为学习者提供一诊断系统、有价值的课程、判断和典型的心脏表现中的观察判断，这将转化为一活的患者接受医疗治疗的真实心脏行为。

心动周期的四个阶段被示为左心室容积(LVV)、左心室压(LVP)、左心房压(LAP)和主动脉压(AoP)作为时间的一函数(逆时针行进)。LVV和LVP同时绘制在所记录的轴上，体积在x轴上和压力在y轴上。最大体积和最小压力的点(即，回路的右下角)对应于时间AA，即心脏收缩的开始。在循环的第一部分期间，压力上升但体积保持不变(等容收缩)。最终，LVP升高到AoP以上，主动脉瓣打开(BB)，喷出开始且体积开始下降。以这种表示，AoP没有明确地被绘制；然而，AoP的几个特征很容易从PV回路获得。在心室达到其最大激活状态(CC，PV回路的左上角)后，LVP降至AoP以下，主动脉瓣关闭并开始等容舒张。最后，充血开始于二尖瓣开口(D，左下角)。

本整体医学模拟系统100协调以下：i)在患者监测/递送装置108上的心搏模式；ii)用于心脏模型302的患者模块101流体流(来自泵浦)；以及iii)机械移动系统500输入心脏模型302的机械移动的一个或多个系统，使得当心室中产生的压力从点AA增加到点BB时，看起来发生心室收缩。这些机械移动表现是通过图10C中的换能器403-LV缩回并因此减小心室尺寸，或者经由线134-RV通过致动器504在向上方向502上移动图5中的活塞508，并且将流体拉入气缸510中来产生，因此减小了图10D的气囊402-LV的尺寸。因为在心脏中不能在视觉上检测到压力，所以可以在患者监测/递送装置108上产生一虚拟的压力信号，以使系统的学习者与心脏腔室运动相关联。可选地，患者模块101流体流可以定时以通过输出控制O-1电子地增加可变流体阻力SV 334和/或通过输出控制O-4增加B.P.泵浦压力318来提供从AA到BB和从BB到CC的一压力曲线，两者均如图3所示。相反的情况可以从CC点到DD点发生。在262中生成的算法数据和计算装置102中的临床场景模块252中的实施提供了这样的灵活性、可编程性和协调性，即仅硬件模拟器难以模拟或无法模拟，和/或不能针对表现变化进行重新编程，例如，一患病的心脏没有表现出理想的PV回路1300。一个示例性修改的心动周期920被显示为按照一指导者输入对指导者I/O 216(图2)的修改和实施在指导者显示器1200(图12)上，并且具体LV和RV收缩性120、心脏速率设置1202和行程。从指导者调整模拟搏动心脏的表现设置和患者监测/递送装置108上的EKG表现，可以实现无限量的不同PV回路。

随后的图10A至图10C示出了当前在模拟器系统中编程的三个示例性ECG图案。指导者可以使用的ECG图案和导程配置的数量没有限制，以提高模拟经验或程序的保真度。

现在参考图10A，根据一个或多个实施例，示出了由心脏模拟器模拟的一健康人类心脏的一正常ECG(又名(fka)EKG)迹线1000-A。具体而言，I导联表示一正常窦性心律(NSR)。迹线100-A可以在模拟物理心脏模型上实现，为了向模拟系统100的一用户/培训师提供一基线心脏行为。

现在参考图10B，根据一个或多个实施例，示出了由心脏模拟器模拟的心室性心搏过速的一心脏的一ECG迹线1000-B。

心率1002高于正常静息心率100次/分钟(bpm)，因此被分类为心搏过速。本发明的心脏模拟系统与患者模拟系统100结合类似地通过以更高的频率驱动机械移动系统500并且通过创建图11中的一EKG图案1104来模拟心搏过速，该EKG图案1104看起来与图10B中所示的病理目标EKG信号相同。

现在参考图10C，根据一个或多个实施方案，示出了通过心脏模拟器模拟心室纤颤中的一心脏的一ECG(又名，EKG)迹线1000-C。应该注意的是，给定单个心脏搏动电性信号本身没有重复。相反的，每个峰的形状、周期和强度在心脏搏动到心脏搏动的这种特殊场景下变化很大。来自第三方的EKG的数据库比赛以及任何诊断可以存储在多个临时场景数据库256(图2B)中，数据库256本地存储在计算装置的存储器206中(图2A)，或者存储在因特网云中，以提供一专家系统与计算机视觉和/或机器学习相结合，可以为一给定的EKG迹线的诊断分析提供指导，以及推荐多个治疗机器和设置，以获得最佳的恢复。

通过评估图10C中所示的心室纤颤的心脏状况来提供图7的流程图700的方法的一个示例性实施例。具体地，心脏电性信号1030由一数据文件模拟，数据文件根据需要再现信号1030。电性信号1030在本心脏模拟器系统100和心脏模拟器设备1000中实现，通过将数字信号波形作为一毕特(bit)或矢量文件存储在计算装置102的存储器206(图2A)中，如图1B和图2A所示，和/或如图2B的心脏算法263所示。信号由以下方式启动：i)指导者通过指导者输入/输出(I/O)216功能函数启动，例如，计算装置102；ii)一给定的临床场景生成一随机事件、一预编程事件(图12的场景表1206)，或者如图3所示；iii)由治疗设备103的学习者/操作者每次误处理的一反应事件，如在患者模块101中由多个传感器检测到的，例如压力320、流量307、流量306和温度308。

仍然参考图10C的心脏信号1030作为图1B和2A中的实施，信号1030的虚拟数据251-B经由线131输出以在患者监测/递送装置108上显示，与患者模块101、治疗装置103的性能相关联的潜在物理数据240-C一起在心脏信号1030的实施之前或基于心脏信号1030的实施方式。物理数据240-C是系统中的多个传感器读取的数据(患者模块101、心脏模型302、治疗装置103和其他物理数据)。虚拟数据251-B也可以是通过计算装置102全部或部分地基于物理数据以及基于多个指标、多个生命体征、器官性能、多个病理场景之间的已知关系/公式用于多个算法计算的数据。

并行地将虚拟数据251-B输出到患者监测器108，计算装置102还同时将物理控制数据输出到多个其他装置/系统以重建一完整和整体的模拟的不同因素，即流体性能、物理肌肉性能和患者生命体征读数表现。具体地，计算装置102经由物理控制线130(图1)将物理控制数据242输出到患者模块101，用于通过心脏模型302进行流体调节(模拟血流)。

作为响应，患者模块101驱动血压(B.P.)泵浦318、比例阀(步进阀或SV)334和其中的其他部件中的至少一个，以通过静脉管线310-V和动脉管线310-A重建大致相同的液体通过心脏模型302。因此，对于由心搏过速的心脏电性信号1030表现出的频繁、不一致和浅的心脏电性信号，患者模块101将产生频繁、不一致和浅的流体泵送到多个治疗装置103以创建一模拟心脏模型302似乎实际上正在经历心搏过速。

同时，计算装置102经由物理控制线132将物理控制数据243输出到机械移动设备500，机械移动设备500产生心脏模型302的物理运动(模拟肌肉收缩)。具体地，图5示出了此响应，机械移动设备500驱动电动机504和活塞508以通过气囊402模拟多个心脏腔室的物理运动，如图10系列所示。因此，对于由心搏过速的心脏电性信号1030表现出的频繁、不一致和浅的心脏电性信号，机械移动系统508将产生频繁、不一致和浅的肌肉收缩以创建一模拟的心脏模型302，对系统的学习者其在视觉上看起来像实际上正在经历心搏过速。

参考图11，根据一个或多个实施例示出了在ECMO模式下在患者监测/递送装置108上显示的一学习者界面的一屏幕截图1100。具体地，屏幕截图1100模仿一血液动力学专利监视器。用户界面的部分1104呈现实时心电图图案、导程配置和心率数字值。模拟器系统100的平衡互动地连接患者模块101、一个或多个诊断或患者治疗机器选项103，以及多个模拟(虚拟)生理系统，例如药物管理(一起称为“组件”)和多个设定、操作员改变多个设定、指导者改变、多个组件，多个组件的响应在单一的集成系统中。在ECMO机器112和患者模块101之间泵送流体，同时使用流量计307和体积水平309测量多个流速和多个体积以符合可接受的标准。通过用于ECMO机器112的计算装置102使用多个建模算法来模拟氧合和CO₂去除，操作者可以通过患者监测/递送装置108的触摸屏操作。实时反馈、可编程患者参数和场景设置，指导者覆盖和修改提供了几乎无限数量的测试场景，通过这些场景可以培训合格的技术人员。

特别地，模拟器系统可以模拟血液凝固特性和三种并发的血液气体(预氧合器、后氧合器和患者血液气体，动脉和静脉)。它可以在所有四个属性之间提供完全互动，以追踪和模拟一个或多个属性中的变化将如何影响其他属性。它还可以模拟心血管变化如何发生，以及肺功能如何与ECMO机器112中的一流体泵浦和由计算装置102提供的呼吸器模拟器和算法定义的患者状况互动。虽然在本实施例中为模拟系统100呈现了一个默认的算法集，但一用户可以可编程地输入不同的算法公式、加权值和一备选配置的设置。

一个可选的辅助O.R.监控(未示出)，除了显示典型的心血管参数外，还可以显示几个辅助O.R.监控功能中的任何一个，如ACT机器，在线血气监测仪或各种护理点(POC)装置的输出，如血气分析仪或肝素管理系统(HMS)打印输出。使用哪些辅助监视器以及在此情况期间它们何时可见都可以通过指导者显示器104使用模拟器GUI来控制。还可以显示几种不同的心电图(EKG)图案(pattern)中的任何一种，包含在感觉到心脏停搏液的充分递送时连续地前进到一停止EKG图案。使用一触摸屏，操作员可以管理药物，打印由模拟器生成的实验室数据的条带图表，并调整体外循环(CPB)扫除气体吸入氧气的气体流量和分率(FIO2)。

控制器显示器

现在参考图12，根据一个或多个实施例示出了一控制器显示器1200。指导者显示器1200(在图1B的计算装置102的屏幕104上)用作“控制器显示器”GUI以用于指导者或模拟操作者使用。此面板允许操作者操作与患者相关的各种生理参数，改变在O.R.监控屏幕上显示的监视器的类型，以及控制临床场景的进度。显示器1200允许指导者将心电图图案(502)从窦性心律(SR)改变为在外科手术过程中和重症监护室中常见的各种图案。指导者可以调整可变LV和RV的收缩性设置1204、心率场景1202和场景步骤1206，以为模拟的搏动心脏模型提供新的和独特的训练情况。

模拟器系统100的专有软件是非常可定制的，其允许培训师为受训者编写定制的临床场景。诊断和患者服务机器的多个示例包含：多个血压监测器、多个EKG监测器、多个呼吸器，活化凝血时间(ACT在线血液监测系统、脉搏血氧仪、频谱可变输入患者电子记录显示器、稳态管理系统(HMS)、血气分析仪和脑血氧仪(NIRS)。这些机器的多个输入可以通过数据线送到模拟器CPU。替代地，数据可以以一种表格格式传送，例如，以电子表格格式，可由系统和软件使用。

来自任何上述来源的数据可以被建模并在显示器上呈现给操作者和指导者作为一个附加的或替代的O.R.显示参数。例如，多个通道或多个参数可以在O.R.监控上显示用于监测双频指数“BSI”或血栓形成图(“TEG”)，以及各种不同的实验室诊断打印输出。

患者特定因素(性别、身高、体重)，生理因素包含左心室(LV)和右心室(RV)收缩性、心率、肺功能(肺顺应性、分流比率，无效腔)麻醉深度和代谢速率都可以通过场景或控制器显示器来指定。通过调整这些因素，可以模拟预先存在的共病症，并且可以根据温度和药物负荷控制实际的患者生理。

临床场景

本公开中的多个临床场景可以预先加载和调用并在各种时间中应用、停止/启动命令、打印在一本地装置上或存储在多个电子或医学数据存储装置上，例如一通用串行总线(USB)驱动器、一网络驱动器或图2A的存储器206。其他多个临床监测器和分析仪可以显示在患者监测/递送装置108上，并且可以由受训者或指导者基于他们对系统的输入而自行决定激活和使用。此外，多个临床场景还可以激活各种监视器、分析仪和其他多个临床装置。所有三个患者模拟器都是独立的。它们不需要额外的多个装置，例如EKG机或血压监测器。

绝对模式

参考图13，根据一个或多个实施例示出了一临床场景电子表格1300。电子表格1300是一场景程序的一样本，其允许指导者用不同的ECG图形选择和心率变化1304向学习者编程挑战。指导者可以在一场景(1304)中瞬时改变图案和心率(404)或编程一致的可再现情况。另外，多个临床场景可以作为一电子表格编写并加载到模拟器中。每列表示来自控制器显示器的一个不同控件或一个要执行的特定操作。每行定义一个不同的步骤(场景步骤)，确定定义患者和患者监测选择的所有设置和变量。下面是用于编程由三个步骤构成的一临床场景的一实际电子表格的一复合视图，三个步骤说明由模拟器操作的56个单独变量。针对RV和LV收缩性1302的列U和V与针对EKG的多个选择和多个心率值1304的列AE和AF一起被示出。

前三列定义了步骤编号、名称和模拟器在前进到下一步骤之前将等待的时间长度(持续时间)。然后，此信息显示在控制器屏幕中间附近的下拉表格中(参见图5A)。此场景表格以及场景进度条以及其下方的绿色和红色“前进”和“停止”按钮控制操作员可以用来开始和停止自动进程，跳转到任何其他步骤，否则监视场景的进度。

接下来的五列定义了患者ID、性别年龄身高和体重。此信息将由多个计算机模型(多个算法)使用，多个计算机模型将确定患者的许多生理参数和响应。接下来的五列(I-M)是用于定义患者的“肝素敏感性”的数据，及代表用于“肝素管理系统”(HMS)的变量。通过临床医生可以使用触摸屏上的一按钮调出HMS的显示器输出，其也将由收据打印机打印。列O的“外科事件”是可用于与临床医生沟通以指示手术进展的输入。此输入显示在“O.R.监控”的上面。接下来的两列P和Q用于控制显示在一监视器的O.R.时钟。“时间因素”决定了O.R.时钟会移动多快。例如，输入10，O.R.时钟将于每秒的时间内向前移动十秒钟。“前进”用于强制O.R.时钟往前跳。“文本到语音”和“语音”列(R和S)将使模拟器使用由“语音”输入决定的三种语音中的一种进行通话。列T(麻醉因子)允许操作者调整患者的麻醉深度。这将导致患者的代谢速率发生一变化，这反过来会通过多个模型中的多个代谢算法改变氧消耗速率和CO2产生速率。

列U至W调整患者的心血管健康。这些变量的操作将显示的压力波形(和压力值)的变化显示在“O.R.监控”上。

在X列中有一真正的输入可以开始主动脉“交叉钳(cross clamp)”的外科应用，使得心脏停止喷出血液及血压下降(除非心肺机操作者正在适当地执行其任务)。

列Y、Z和AA控制与“心脏停搏液”递送(心脏麻醉剂)相关的变量。模拟器有多个流量传感器，用于测量心肺机的心脏停搏液的输送量。列Y表示心脏停搏液是否会以一顺行或逆行进入心脏(逆着正常的血流模式)。流量因子(列Z)决定了心脏对递送的响应速度。随着心脏停搏液的递送，EKG图案将自动循环通过12种单独的图案，从一正常图案到一平坦线，取决于心脏停搏液递送的速率。如果心脏停搏液被逆行递送，CVP压力迹线(图4中的虚线底线)将自动转换为“冠状窦压力”的一显示，表示心脏停搏液的驱动压力。然后可以使用“逆行阻力”列(AA)来表示流动阻力，从而影响显示器上显示的压力。

患者的气囊温度及动脉和静脉血液温度由列AB、AC和AD决定。十二种EKG图案中的一种的选择及患者的心率由列AE和AF中的输入设定。患者的累积尿量输出由列AG控制，结果连续显示在O.R.监控。接下来的十列(AH至AR)表示实验室结果的各种血液值。其中一些值显示在多个在线血液监测仪上。一些值用于多个计算机模型中以计算多个次要变量(secondary variable)，一些显示在实验室结果打印输出中。

激活的凝血时间(ACT)分析仪由接下来的四列(AT至AW)控制。通过列AY中的真实条件，此ACT分析仪变得可见。ACT 1和ACT 2(列AT和AU)决定分析完成后得到的凝血时间。时间因素允许机器比真实时间更快地前进，以允许机器移动到完成而无需等待整个时间来获得结果。在开始列(AW)中的真(TRUE)值将启动分析。

其余九列决定哪些可用的监视器和分析器将在O.R监控显示屏上可见。

在列AX和BC中的“真”的输入将显示血液分析仪条带(strip)显示血液气体分析的结果。在最后一列(BD)中“假(false)”的输入将显示静脉血液气体的结果，“真”将显示动脉血液的结果。如果临床医生按下O.R.监控上显示标有“呼叫血液气体”的红色按钮，这些结果可以打印在收据打印机上。

除了暂停和重新启动场景之外，控制器还可以改变编程电子表格中的多个列所表示的多个功能中的任何一个。这些功能中的每一个都由控制器显示器上的一单独控制表示(参见图5A)。

控制器还可以选择将相关的患者数据保存在案例的“电子医学记录”中。与案例相关的数据可以存储在一单独的电子表格中，电子表格为数据加时间戳。

通过在控制器显示器的中间键入到一数据输入框内并点击“提交”按钮(参见图12)，可以在此案例期间输入来自控制器的多个评论。

计算模式

根据一个或多个实施例，一患者监测/递送装置可以在“计算模式”(未示出)中使用。“绝对模式”和“计算模式”之间的主要区别在于“计算模式”为模拟器提供了基于临床操作员的多个动作计算各种血液气体参数的能力，而不是如上规定的多个值。在计算模式的情况下，一呼吸器选项包含在患者监测/递送装置上。

在计算模式中，临床医生可以使患者呼吸器通过触摸标有“呼吸器”的最右边的绿色按钮在O.R.监控屏幕(用红色圆圈突出显示)上可见。可以选择“压力模式”通气或“体积模式”呼吸器选项。首先触摸呼吸器上的旋钮将其激活，然后转动最左下角的拇指轮以相应地调整参数，从而操作呼吸器。通过模拟器中的多个算法模型的方式，所有血液气体包含pH和静脉O₂饱和度将基于患者的尺寸和温度作出相应的响应。此外，用于在心肺机或ECMO机器中对人工肺进行通气的变量可以通过最右边的上部绿色按钮可见的“氧合器控制”(由黄色圆圈突出显示)来调节。“氧气扫除(Oxy Sweep)”(上部控制)或“氧合器FIO2(OxygenatorFIO2)”(中间蓝色旋钮)的变化也将改变患者的血液气体和pH值，具体取决于通过心肺机或ECMO机器输送的血流速率。呼吸器和机器氧合器同时运作，允许操作员独立地调整每一个。这使得有可能要求临床医生以确定患者是否足够好以允许终止体外血液支持并因此单独过渡到呼吸器。

用于加载“计算模式”的场景的电子表格与上面针对“绝对模式”描述的电子表格具有一些区别。对于“计算模式”，第一区别是包含描述患者肺病的多个参数。无效腔(deadspace)(S)、肺分流分率(V)、气道阻力(W)和肺顺应性(X)是表征患者所患肺病程度的变量。这些参数中的任何一个的变化都需要对呼吸器的调整进行一定的改变，并且对血液气体的结果有一影响。同样，氧合器分流(T)定义人工肺的有效性，并与套管再循环(CannulaRecirculation)(U)一起确定心肺或ECMO机器的影响。

在多个场景参数中的另一个主要区别是“计算模式”场景中缺少任何血液气体，因为这些都是被计算的。同样地，取代规定患者的气囊温度，“计算模式”依赖于模拟器贮存器中的温度探针，用于多个算法中使用的值并显示在O.R监控屏幕上。

替代实施例

对本文公开的方法、操作、流程、系统和设备的引用可以以用于实现各个方面的任何手段实现，并且可以以一种机器可读介质(例如，计算机可读介质)的形式执行，实施一组指令，当由机器(例如，计算机、服务器、移动装置中的一个处理器)执行时，使机器执行本文公开的任何操作或功能。功能或操作可以包含接收、测量、通信、改变、调整、传输等。

术语“机器可读”介质包含能够存储、编码和/或携带一组指令以供计算机或机器执行并且使计算机或机器执行任何一个或多个的任何介质。更多的各种实施例的方法。因此，“机器可读介质”应被视为包含但不限于固态存储器、光学和磁性介质、光盘以及可以保留或存储指令和信息的任何其他存储装置，例如，仅非暂态有形介质。本公开内容能够使用暂时信号实现本文所述的方法和流程，例如，以任何格式和协议的电、光和其他信号，其将指令、算法和数据传达给实施本发明的流程和方法。

能够执行指令以完成本文描述的任何功能的示例性计算系统(诸如个人计算机、小型计算机、大型机和服务器)包含诸如处理器(例如，单核处理器或多核处理器)的组件，用于处理数据和指令，被耦合到用于存储信息、数据和指令的存储器，其中存储器可以是计算机可用的易失性存储器，例如，随机存取存储器(RAM)和/或计算机可用的非易失性存储器，例如，只读存储器(ROM)和/或数据存储器，例如磁盘或光盘和磁盘驱动器。计算系统还包含可选的多个输入，例如字母数字输入装置包含字母数字和功能键，或光标控制装置，用于将用户输入信息和命令选择传送到处理器，可选显示器装置被耦合到总线以显示信息，可选输入/输出(I/O)装置，用于耦合系统与外部实体，例如调制解调器，用于在系统和外部网络(例如但不限于因特网)之间实现有线或无线通信。多个组件的耦合可以通过传递信息的任何方法来实现，例如有线或无线连接、电或光、地址/数据总线或线路。

计算系统仅是合适的计算环境的一个示例，并且不旨在对本技术的使用范围或功能提出任何限制。也不应将计算环境解释为对示例性计算系统中示出的任何一个组件或其组合有任何依赖性或要求。可以在由计算机执行的计算机可执行指令(例如程序模块)的一般上下文中描述本技术。通常，程序模块包含执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。本技术还可以在分布式计算环境中实施，其中通过远程处理通过通信网络链接的多个装置来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包含多个存储器-存储装置的本地和远程计算机存储介质中。

本文描述的方法和操作可以与本文描述的示例性序列不同，例如，以不同的顺序。因此，根据给定的应用，可以在现有操作中插入一个或多个附加的新操作，或者可以缩减或消除一个或多个操作，只要获得基本相同的功能、方式和结果即可。

尽管已经参考特定示例实施例描述了本发明的实施例，但是显而易见的是，在不脱离各种实施例的更广泛的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。

已经出于说明和描述的目的呈现了本公开的特定实施例的前述描述。它们并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。在不脱离各种实施例的更广泛的精神和范围的情况下，根据上述教导可以进行许多修改和变化。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，以使本领域其他技术人员能够最好地利用本发明和具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (25)

1.一种心脏模拟系统，其特征在于，所述心脏模拟系统包含：

一心脏模型；

一装置，用于机械地移动所述心脏模型的至少一部分；及

一流体线路，与所述心脏模型相耦合；

其中所述流体线路将一流体传送到所述心脏模型，以模拟一活的心脏的一流体移动；及

用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置被配置用以模拟所述活的心脏的一搏动运动。

2.如权利要求1所述的心脏模拟系统，其特征在于：所述流体线路和用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置并联耦合，并且耦合到所述心脏模型，以便同时地模拟所述流体移动及模拟所述心脏模型的所述搏动运动。

3.如权利要求1所述的心脏模拟系统，其特征在于：所述流体线路的运作独立于用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置。

4.如权利要求1所述的心脏模拟系统，其特征在于，所述心脏模拟系统还包含：

一输入线，耦合到用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置；

其中所述输入线耦合到一信号发生器以接收一模拟的心脏信号，所述模拟的心脏信号刺激用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置；及

所述模拟的心脏信号是动态可变，以便模拟所述活的心脏的一动态变化。

5.如权利要求4所述的心脏模拟系统，其特征在于：

所述模拟的心脏信号可耦合到一外部患者模拟系统；

所述心脏模型定于响应从所述外部患者模拟系统接收的多个输入；

用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置被配置为响应于从所述外部患者模拟系统接收的所述模拟的心脏信号而改变；及

用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置动态地对所述模拟的心脏信号的所述变化作出反应。

6.如权利要求1所述的心脏模拟系统，其特征在于：

所述流体线路和用于机械地移动所述心脏的至少所述部分的所述装置接收一输入信号，以在一降低的性能水平下运作；及

所述降低的性能水平代表一患者心脏的一性能降低。

7.如权利要求1所述的心脏模拟系统，其特征在于，所述心脏模拟系统还包含：

针对所述模拟的心脏信号的一可编程逻辑。

8.如权利要求1所述的心脏模拟系统，其特征在于，所述心脏模拟系统还包含：

一机械移动设备，与所述流体线路相耦合，所述机械移动装置包含：

一正位移设备，被配置为具有一可变频率及一可变位移中的至少一个，所述可变频率用以模拟一可变模拟心率，以及所述可变位移用以模拟一可变心脏性能。

9.如权利要求1所述的心脏模拟系统，其特征在于：一泵浦包含一双向活塞，所述双向活塞具有一伸展行程和一缩回行程。

10.如权利要求9所述的心脏模拟系统，其特征在于：所述伸展行程和所述缩回行程各自具有一可变位移轮廓。

11.如权利要求9所述的心脏模拟系统，其特征在于：所述伸展行程的所述位移轮廓和所述缩回行程的所述位移轮廓是以下其中的一个：一对称轮廓及一非对称轮廓。

12.如权利要求1所述的心脏模拟系统，其特征在于，所述心脏模拟系统还包含：

一致动器，耦合到一正位移设备；及

其中所述致动器是一步进电动机及一伺服电动机中的一个；

所述致动器接收一输入信号以便使所述电动机以多种模式中的一个进行运作；及

多个模式表示多个不同的模拟心脏状况。

13.如权利要求3所述的心脏模拟系统，其特征在于：

一泵浦系统在生理上对至少一个模拟的心脏信号作出反应，以模拟以下至少一个的一冠状动脉病变：

一原纤维化心率；

一心律失常心率；

一心肌缺血；

一心脏肥大的情况；

一心搏过速的情况；

一心肌梗塞；及

一动脉硬化的情况。

14.如权利要求1所述的心脏模拟系统，其特征在于：

一流体回路由以下构成：

一可扩张球囊，设置在所述心脏模型的多个腔室中的至少一个腔室中；

其中所述可扩张球囊耦合到所述流体回路，以模拟所述心脏模型的所述多个腔室中的所述至少一个腔室的一收缩和一扩张。

15.如权利要求1所述的心脏模拟系统，其特征在于：

一泵浦系统还包含一正位移设备；

所述正位移设备具有至少一个可变设定；

所述至少一个可变设定被设定为表示一模拟的患者简况的一值；及

所述可变设定包含一可变频率及一可变位移中的至少一个。

16.一种医学模拟系统，其特征在于，所述医学模拟系统包含：

一种心脏模拟系统，包含：

一心脏模型；

一装置，用于机械地移动所述心脏模型的至少一部分；

一流体线路，与所述心脏模型相耦合；

其中所述流体线路将一流体传送到所述心脏模型以模拟一活的心脏的一流体移动；及

用于机械地移动所述心脏模型的至少所述部分的所述装置被配置用以模拟所述活的心脏的一搏动运动；以及

一流体泵送系统，用于将流体泵送到一心脏模拟设备，从而模拟所述心脏模型的搏动。

17.如权利要求16所述的医学模拟系统，其特征在于，所述医学模拟系统还包含：

一计算装置，耦合到所述心脏模拟设备；

其中所述计算装置包含一处理器及一存储器彼此相耦合以执行多个指令；

所述计算装置通过生成并传送至少一个模拟的心脏信号到所述心脏模拟设备，以与所述心脏模拟设备互动；及

所述心脏模拟设备基于所述模拟的心脏信号进行动态响应。

18.如权利要求16的医学模拟系统，其特征在于：

所述计算装置根据另一系统产生的每一变化随时间改变所述模拟的心脏信号；及

所述心脏模拟设备随时间对所述模拟的心脏信号的变化作出反应。

19.如权利要求16所述的医学模拟系统，其特征在于：

所述心脏模拟设备响应于来自所述计算装置的所述至少一个模拟的心脏信号；

所述至少一个模拟的心脏信号模拟以下中的至少一种病理状况：

一原纤维化心率；

一心律失常心率；

一心肌缺血；

一心血管动脉瘤；

一心脏肥大的情况

一心搏过速的情况；及

一动脉硬化的情况。

20.如权利要求17所述的医学模拟系统，其特征在于，所述医学模拟系统还包含：

一患者显示/递送装置，与所述计算装置相耦合，所述患者显示/递送装置包含一操作者输入接口，用于选择一临床场景的至少一个由手术操作者选择的变量及多个治疗机中的至少一个的一可选择设定；

其中所述计算装置被耦合到所述患者显示/递送装置，以接收所述至少一个由手术操作者选择的变量；及

所述计算装置至少部分地基于所述由手术操作者选择的变量而生成所述模拟的心脏信号。

21.如权利要求17所述的医学模拟系统，其特征在于，所述医学模拟系统还包含：

一指导者显示器，耦合到所述计算装置，所述指导者显示器包含一指导者输入接口，用于调整一临床场景的至少一个由指导者选择的变量、所述心脏模拟设备的状况指标、以及多个治疗机中的至少一个的一性能指标；

其中所述计算装置被耦合到所述指导者显示器，以接收所述至少一个由指导者选择的变量；及

所述计算装置至少部分地基于所述由指导者选择的变量而生成所述模拟的心脏信号。

22.如权利要求16的医学模拟系统，其特征在于：生成用于所述心脏模拟设备的至少一个模拟的心脏信号包含一伸展行程的一位移轮廓信号、一缩回行程的一位移轮廓信号和一频率中的至少一个。

23.一种操作一医学模拟系统的方法，所述医学模拟系统具有一心脏模拟设备带有一心脏模型被耦合到一计算装置及一输入接口，其特征在于，所述方法包含：

通过所述计算装置计算用于所述心脏模拟系统的一模拟的心脏信号，所述模拟的心脏信号包含一血压、一血量及一心率中的至少一个；

将所述模拟的心脏信号传送到所述心脏模拟设备；及

根据所述模拟的心脏信号使所述心脏模拟设备运作，以便模拟所述心脏模型中针对至少一个输入的一生理响应。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包含：

所述模拟的心脏信号随着另一个系统中出现的每一变化而随时间变化；及

所述心脏模拟设备对所述模拟的心脏信号的所述变化作出反应。

25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包含：

将一流体泵编程为在一降低的性能水平下运作，以模拟一患病的心脏。