患者监护的可视化技术

信息技术现已成为围手术期和重症监护医学的标准，并显著改善患者医疗。患者监护是国际麻醉安全实践标准中强烈推荐的标准。在重症监护中，监测对于优化患者通气、血流动力学和新陈代谢也至关重要。  

数据过载  

随着新的传感器被添加到患者监测中并且监测参数的数量增加，其解释的复杂性和临床医生面临的认知负担也随之增加。可用数据量与识别重要信息的能力之间存在不平衡。更多的数据可能会为计算机提供更多的信息供使用，但它并不总是转化为对人们有意义的信息的相应增加。根据认知负荷理论，人类无法长时间处理大量数据，因为工作记忆容量有限，通常一次处理 5 到 9 个项目 。工作记忆超载会导致信息处理、理解和保留能力较差。此外，医疗人员在处理危急情况时面临着情感负担，这也会影响精神敏锐度。认知和情绪负荷的结合可能会导致职业困扰、疲劳和倦怠，这会影响医疗质量，并与患者安全性降低、住院时间延长、甚至死亡率增加相关。临床医生在处理如此高度复杂的情况时需要支持。根据医疗人员的技能和需求调整工作环境可以减少他们的工作量，并帮助他们在认知和情感上管理危急情况。改善临床医生感知患者信息的方式之一是以用户为中心的设计原则应用于患者监护技术。患者监护几乎完全使用单传感器单指示器原理，这是一种以技术为中心的信息呈现形式，其中单个参数被测量并显示为单独的数字和波形。医疗人员必须单独处理、整合和解释每个生命体征，然后才能解读其含义。这种类型的模型不利用人类感官感知的能力或提供对患者当前状态的最佳认识。然而，如果将多个传感器派生的多个参数集成到一个指标中，医疗人员就可以并行评估全方位的生命体征，而不是零碎地评估。基于计算机和以用户为中心的设计系统的高保真模拟研究表明，以变化的形状、颜色和动画频率形式提供的患者监测数据有助于提高临床诊断的准确性，加快决策速度，降低了感知工作量，并提高感知诊断确定性。  

以用户为中心的数据可视化背后的心理学和认知神经科学  

Visual Patient 是一种用于患者监护的面向情境意识的可视化技术，已发展为飞利浦 Visual Patient Avatar（荷兰阿姆斯特丹皇家飞利浦）。视觉患者（图 1 A、2 B、3）使用形状、颜色和头像形式的动画来传达有关生命体征的信息。人类以帮助他们理解和吸收信息的方式感知和组织他们所看到的东西。感知的格式塔原理——邻近性、相似性、封闭性、封闭性、连续性和连接性——出现于二十世纪初，至今仍被认为是对人类视觉行为的准确描述。根据格式塔原则，如果对象靠得很近、具有相似的属性、周围似乎有边界、似乎是彼此的延续和/或相互连接，则它们被视为一组。将这些原则纳入以用户为中心的技术设计中，支持人类如何感知和解释视觉信息，使数据更加直观。双处理理论将人类思维和视觉信息处理分为两种互补的类型：联想（系统1）和推理（系统2 ）。系统 1 能够在不依赖工作记忆的情况下快速、本能地做出决策。它由视觉皮层控制并自主运行，并由情感和直觉判断驱动。系统 2 与缓慢而理性的决策相关，主要由额叶皮层管理这两个系统并行工作并相互连接，形成视觉信息的连贯感知。人脑几乎可以立即检测颜色、运动和形状；将其整合并进行关联。这些原则可以指导以用户为中心的患者监测技术的设计，这些技术优先考虑意识并优化人类感官知觉。相比之下，独立呈现信息的单传感器单指标模型可能需要增加认知努力。

姿势感知  

姿势感知基于从环境中的多个来源收集信息，理解信息的含义，并利用它来提前思考接下来可能发生的情况。它涉及建立和维持对活动中存在的情况和风险的动态认识。情境意识的原理起源于航空心理学，但也应用于重症监护医学和麻醉，其中管理动态和复杂的情况至关重要。重症监护病房和术中环境中大约 80% 的治疗错误是由于医疗保健提供者的情况意识不足造成。以用户为中心的设计被用作开发面向姿势感知的系统的框架，以实现整体人机交互的最佳功能并确保患者安全。考虑到姿势感知而设计的系统可以比单独的传感器信息更全面地概述患者的状况，并且可以帮助医疗保健提供者更快地解决潜在问题。  

以用户为中心的患者监护技术  

基于前面提到的心理学和认知神经科学原理以及人类感官知觉的能力，设计了几种以用户为中心的患者监测技术。这些技术背后的理念基于 Endsley 的以用户为中心的设计、Wittgenstein 的《逻辑哲学论》中的逻辑原理，以及 NASA 出版物《信息组织：方法和早期》中描述的人机交互Degani 等人的工作。以用户为中心的设计原则建议使用数据的直接视觉表示来促进姿势感知。维特根斯坦的理论指出，逻辑图景与其试图表示的现实具有有意义的共性。美国宇航局出版物强调，通过将所有必需的数据集成到单个显示可以实现最高水平的“秩序和完整性”。这种方法使我们能够立即查看所有参数是否在正常范围内，从而提供即时保证并减少单独读取每个数字所需的认知负担。所述技术的目标是建立一个面向情境意识的界面，以尽可能快的速度并以最低的认知努力向医疗保健提供者传达信息。  

可视化患者  

Visual Patient 系统起源于合成视觉（图 2 A），这是一种航空领域使用的可视化技术，它将多个数值的数据组合成外部世界的 3D 视觉表示，以提高机组人员的态势感知能力。无论外界条件如何，飞机姿态、高度、空速、与障碍物的距离以及其他数据都会呈现给飞行员，就好像他们在晴天透过挡风玻璃一样，从而可以更快、更全面地了解整体情况。Visual Patient 中呈现的视觉数据（图 1 A、2 B、3）是仿照现实生活建模的，例如，化身呼出规则、小或大的 CO2，具体取决于呼出的气体。测量CO2浓度。Visual Patient 使用的可视化设计，即形状、颜色和动画步调，在最初的开发过程中经过了多次改进和重新验证，两个中心的 150 名医疗人员。观看 6 分钟的教育视频后，所有可视化最终达到了 > 94% 的评估者间可靠性。在一项由 30 名参与者参与的研究中，产品中使用的修订设计的可视化结果中，> 70% 无需任何培训即可直观识别。在危急情况下，需要将问题用语言表达出来，以便其他人采取行动。在紧急情况下，未感知的关键信息无法用语言表达。一项由 52 个团队进行的高保真模拟研究表明，与标准监护仪相比，视觉患者与用言语表达紧急原因的概率更高相关（风险比 [HR] 1.78；95% CI 1.13-2.81；P= 0.012）。Tscholl 等人进行一项基于计算机的研究中。在 32 名参与者中，使用 Visual Patient 的麻醉师在同一时间内感知到的生命体征几乎是使用传统显示器的两倍（9 vs. 5；P