1.概述

在动物福利和动物实验的3R原则指导下，中国机能学教学实验正在逐渐减少和优化动物实验，为了能够在减少动物实验的大背景下还要提高教学质量，必然需要创新教学实验方法和实验手段，以无创型人体生理实验为基础的机能教学实验将成为机能学实验的新趋势。

人体生理实验的引入可以促进医学教育中临床与基础教育的早期结合，让学生通过自身实验真正了解基础实验的意义及亲身体验临床诊断的感受。同时以虚拟实验模拟扩展有创伤或难以开展的人体实验将会是人体生理教学、科研的极大补充。

HPS-103人体生理实验系统是成都泰盟软件有限公司基于集成化、虚实结合、虚实联动等理念推出的全新一代人体生理实验系统。符合人体工学设计的集成化实验平台，基于AI人工智能的基础信息自动采集，虚实结合的教学方式，丰富的人体生理实验实体项目，可以强烈激发学生学习生理知识的兴趣。

2. 系统组成

HPS-103系统主要由以下几部分设备组成：(一)集成式人体生理实验平台(二)信号采集仪器(内置)硬件(三)人体生理学实验系统附件包(四)尿液分析仪五)唾液收集器(六)功率单车

2.1 HPS-21一体式实验平台

采集台集成了BL-420N硬件和高性能电脑。该平台主要完成人体生理信号的采集、显示、分析和存贮等功能。

2.2 HPS-10人体生理实验附件包

为了能够顺利完成各项人体生理实验，需要有配套于信号采集系统的附件箱。附件箱按照人体系统分类，安置在可移动推车上，以方便快捷的取出进行实验和实验结束后的快速收纳整理，实现人体生理信号的采集。

2.3 连续血压测量仪

实时采集人体血压，与传统袖带式血压计相比极具创新性，可以每分每秒监测人体血压变化。

2.4 尿液分析器

10项以上的尿常规检测项，保证120次/小时的监测速度。

2.5 唾液收集器

医疗级安全材料，设计精巧，做工考究的唾液收集器，放置于人体口腔中记录唾液分泌情况。

2.6 功率单车

负荷多档位可调节，具备与HPS-103软件实时保持数据交互功能。精准反馈受试者运动做功变化。

2.7 HPS-103人体生理实验软件

人体生理实验软件与生物信号采集硬件配套使用，记录人体生理指标数据，并可以开展大量数据分析功能。同时该软件以安全性、科学性和系统性为设计原则，通过严谨详实的教学指导和生动有趣的视频操作指南为高等院校教师、科研人员和学生提供一套实验操作指南。在HPS-103人体生理实验软件中集成了不少于20个实验模块。

2.8 虚实联动实验软件

学生在进行人体生理实验的同时，个性化虚拟人以虚拟的方式展示学生的身体内部变化。实体和虚拟实验实时融合具有相当高的技术水平，是一种完全意义上的虚实结合。这种虚实结合既可以展现学生实时实验测量的生理指标，也可以通过虚拟方式模拟人体内部发生的各种变化。

2.9 VSP-100 标准虚拟医学病人

VSP-100虚拟医学病人是基于数学模型、计算机图形学以及人工智能等技术，融合了解剖学、生理学、病理生理学、药理学、诊断学等基础与临床相关知识，构建以人体器官、系统疾病为基础的完整病例资源，如图2所示案例。形成一个可在教学中循环使用、参数可调，用于阐述各种疾病机理及训练医生临床诊断能力为目标的线上虚拟化模拟病人，同时也是一套临床思维训练系统，可以根据病人描述的症状和相关诊断结果判定病人疾病。

3. 产品特点

3.1 极具创新的先进技术

1）实时连续血压测量技术

实时连续采集人体手指末端血压，较传统袖带式血压测量仪有历史性突破，可以精确到每分每秒记录人体的血压。

2）基于AI人工智能技术

基于AI技术自动采集受试者的身高数据，分析出年龄阶段和性别。

3.2 科学、有趣，寓教于乐

现代教育学强调以学生为中心的学习，人体生理实验以学生自身为实验对象，本身很容易引起学生的兴趣。精心设计的各类人体生理实验，不仅可以讲解生理学的基础和临床知识，还可以引导学生探索的兴趣，比如意念控制实验，视觉诱发电位实验等。

3.2 引入无线传输技术

无线传输技术的引入，在空间上释放了对受试者的束缚，同时减少各种信号线带来的不方便，对于运行生理学的研究更有意义。HPS-103系统中的无线传输技术抗干扰性好，信号传输稳定，传输距离远。

3.3 虚实结合，促进医学知识融会贯通

实体人体生理实验虽然能够引起学生的兴趣，但是无法在病理生理条件下进行实验，也无法对学生施加药物，这相当于只完成了一半的生理实验；另一方面，虚拟实验虽然可以模拟各种病例生理条件下的生理反应，但是由于缺乏动物实验的真实感和可反复重复使用，易造成学生对生理实验缺乏责任感，造成实验操作的随意性。因此实体生理实验和虚拟生理实验各有利弊，是否可以将两者的优势结合起来，避免其缺点，这就是HPS-103虚拟结合人体生理实验系统设计的初衷。

虚实结合是教育部“关于构建国家级虚拟仿真实验项目”文件的重要要求，但是时至今日，在医学领域还没有看到一个真正意义上的虚实结合项目。HPS-103是一个完全意义上的虚实结合人体生理实验系统，它把实体实验和虚拟实验有机地融合起来，达到调高学生兴趣实现有效教学的目的。该系统虚实结合包括以下几个部分：

1） 个性化虚拟人的构建

在学生进行实体的人体生理实验时，人体的基本信息，包括：身高、体重、面貌、血压、心率以及呼吸等生理指标自动进入到虚拟实验系统，构建以实体学生为基础的个性化虚拟人，个性化的虚拟人不仅能够模拟更适合和准确的生理变化，而且能够引起学生的兴趣。

2） 实体实验和虚拟实验的实时融合

学生在进行人体生理实验的同时，个性化虚拟人以虚拟的方式展示学生的身体内部变化。实体和虚拟实验实时融合具有相当高的技术水平，是一种完全意义上的虚实结合。这种虚实结合既可以展现学生实时实验测量的生理指标，也可以通过虚拟方式模拟人体内部发生的各种变化。比如：当学生进行运动生理实验时，一方面观察运动（骑车）的实时生理指标，包括：心率、呼吸、血氧等的变化，另一方面，个性化虚拟人同步展示出人体肌肉活动情况，人体内部器官的变化：心脏调动频率的改变，心脏做工的改变（心输出量）、呼吸的改变等。

3.4 实时动态数学模型驱动

VSP-100虚拟标准病人为当前市场上最完善的数学模型驱动标准病人，其可对虚拟人体的循环血量、血压、心肌收缩力、胸膜腔负压、呼吸道阻力等150余种参数进行调节，从而引起病人各项机能的变化，达到模拟疾病的发生、发展以及转归的目的。

3.5 基础与临床早期结合

VSP-100虚拟标准病人涵盖了细胞、血液、循环、呼吸、消化、泌尿、神经、内分泌等完整的医学知识结构，将生理学、病理学、病理生理、药理学等基础知识与临床实践有机融合在一起，对系统性的整合教学起到了有力支撑，帮助教学或实训做到基础与临床早期融合的效果。

3.6 自定义病情分级

以PBL情景式教学模式导入每一个VSP虚拟实验，导入部分可单独作为PBL教学案例使用；且每一种虚拟仿真实验的案例均可根据实际需要预设，其包括：I、II、III、IV级分类和用户自定义级别。

3.7 临床思维训练

VSP-100虚拟标准病人具有教科书级别的细致诊疗流程，让使用者面对情况未知的病人，从全面问诊、体格检查、实验室检查、影像学检查等情况来诊断病情，起到真正临床思维训练的效果。接着使用多样化治疗方案，每种方案均会产生不一样的治疗效果，真实再现各种现实场景中病人的治疗与抢救，完美复刻了真实病人治疗后的反馈，并引入人文关怀理念，提醒使用者“以人为本”的中心思想。