L’addestramento del personale di soccorso in caso di catastrofi tramite il simulatore di realtà virtuale

Storia e scopi del Progetto e-DISTRICT CiPro

La Medicina dell’Emergenza si occupa della stabilizzazione e del trattamento di pazienti affetti da patologie a rapida evolutività ed alto rischio di mortalità se non vengono intraprese misure efficaci in breve tempo (1). In tale situazione, c’è un rapporto ottimale fra risorse e necessità. La Medicina dei disastri si occupa dell’eventualità in cui le risorse spendibili siano molto inferiori alle necessità (2). Il Progetto Pilota “European DIStance TRaining Interactive and Collaborative Tools for the Civil Protection” (e-DISTRICT CiPro – www.edcipro.org) sviluppato nell’ambito del programma dell’UE “Leonardo da Vinci II” attraverso la collaborazione di 11 partner di 6 Paesi europei (Italia, Belgio, Irlanda, Romania, Spagna, Ungheria), mette a disposizione un’infrastruttura di didattica a distanza che comprende moduli didattici in formato SCORM (formato internazionale standard per la creazione e la condivisione di moduli didattici da erogare a distanza) ed un ambiente multiutente di simulazione di realtà virtuale in 3D. Quest’ultimo permette di effettuare il training di personale di soccorso (Infermieri, Medici, oltre che Vigili del Fuoco, Forze dell’ordine, volontari, ecc.).
Il prototipo si compone di un sistema integrato per l’apprendimento a distanza che comprende un sistema di bilancio delle competenze (per definire programmi di studio personalizzati), alcuni moduli didattici rivolti a varie figure professionali coinvolte in azioni di protezione civile ed un simulatore per l’addestramento basato su ambienti di realtà virtuale collaborativi: nel seguito verrà descritto tale simulatore.

Le innovazioni di e-DISTRICT CiPro nella Medicina delle Catastrofi

Simulazione 3D erogata via Internet:

• con possibilità di formare squadre, anche numerose, di soccorritori,
• con possibilità di creare canali comunicativi fra squadre,
• con possibilità di reclutare un numero molto alto di giocatori grazie al fatto che è possibile utilizzare il simulatore dal proprio PC.

Rappresentazione realistica degli elementi chiave

• dello scenario: infrastrutture, danni alle infrastrutture con difficoltà di accedervi, elementi ambientali che rendono più difficoltosa o più facile la rapida comprensione di ciò che sta avvenendo nello scenario: fumo, detriti, fuoco, crolli strutturali ad esempio, rendono la visione meno agevole;
• dei pazienti: laddove nei “patient simulator” commerciali i parametri vitali vengono segnalati sottoforma di numeri sullo schermo, qui, per esempio, la valutazione della frequenza respiratoria – come nel triage tipo START – andrà letteralmente eseguita osservando i movimenti inspiratori ed espiratori, come nella realtà.

Grazie ai punti di forza di cui sopra, il simulatore risulta particolarmente adatto ed agile per soddisfare i seguenti requisiti:

• addestramento di personale coinvolto in azioni di soccorso sia in ambito nazionale che internazionale;
• possibilità di muoversi all’interno di un mondo virtuale rappresentato con grafica 3D dove ciascun giocatore può incontrare gli altri giocatori, rappresentati dai rispettivi avatar, o oggetti interattivi su cui intervenire, come infrastrutture, gestione degli incendi, predisposizione di un Posto Medico Avanzato (PMA);
• valutazione della sicurezza ambientale;
• gestione dei pazienti (triage, estricazione dalle macerie, gestione del dolore e procedure terapeutiche, gestione del PMA e delle aree di raccolta, trasferimento presso gli Ospedali competenti);
• strumento di ricerca medico-logistica, che aiuti a capire le risposte degli operatori in condizioni in cui il normale training ed i canali comunicativi siano non percorribili, anche in presenza di personale già correttamente addestrato ed esperto;
• valutazione della performance, grazie ad un report dettagliato delle attività svolte da tutti i partecipanti attimo per attimo.
• In e-DISTRICT CiPro il simulatore è strumento per la formazione culturale e per l’addestramento (training) degli operatori che prendono parte alle operazioni di soccorso in caso di disastro. Infatti, mentre l’addestramento (training) identifica e isola con precisione elevata un problema specifico proponendone la soluzione operativa adatta, soprattutto in presenza di alberi decisionali anche molto complessi e ramificati, la formazione tratta di categorie di problemi continuamente variabili e non identificabili ex ante nella loro specificità operativa e offre al responsabile della decisione i metodi per identificare la soluzione migliore ogni volta (3).

Nel caso di incidenti maggiori circoscrivibili in una stessa unità di spazio, di tempo e di luogo (come il crollo degli spalti in uno stadio), sicuramente il fattore training è molto importante per la gestione della situazione. Se però, come nello scenario base già implementato nel simulatore, il crollo degli spalti non è il primum movens della catena degli eventi, ma solo uno degli anelli, la capacità di integrare ed interpretare lo scenario nella sua globalità è vitale: nell’esempio in questione, lo stadio e l’industria chimica sono a loro volta contenuti in un’area metropolitana, nella quale si situano gli ospedali che andranno ad accogliere i feriti; ci sarà necessità di riferire notizie ai rappresentanti del governo locale, gestire i rapporti con la stampa, avere canali di comunicazione funzionanti; gli Ospedali, dovranno rapidamente adibire spazi e cercare di garantire la massima capacità di accoglienza, pur non essendo immediatamente chiaro né il numero né la tipologia di vittime dovute al crollo degli spalti ed all’esplosione; il percorso stradale che connette gli scenari e gli Ospedali, non sarà probabilmente praticabile a causa del traffico, e le tempistiche di percorrenza non saranno facilmente prevedibili (Fig. 1).

In e-DISTRICT Cipro, per poter realizzare una situazione di gioco e prendere parte al gioco stesso sono necessarie due interfacce: una per la preparazione dell’esercitazione, utilizzata dai docenti, l’altra per lo svolgimento del gioco, utilizzata dal gruppo di studenti-giocatori che possono risiedere fisicamente in luoghi anche distanti, purché abbiano accesso ad Internet. L’interfaccia del docente viene utilizzata per aggiornare una base dati che contiene tutte le informazioni su ciascuna esercitazione.

Ciò che è utile rappresentare in uno scenario tridimensionale al computer

I soccorritori esperti sono portati a sviluppare degli schemi di rapida interpretazione visiva relativi a segni clinici, diagnostica per immagini, monitor multiparametrici, valutazione ambientale. Spesso il riconoscimento del pattern di rappresentazione di parametri vitali o l’esame obiettivo, che comprende la valutazione del dolore, si giovano della capacità dell’operatore di discernere, nella marea di informazioni visive e sensoriali in genere, quelle che più sono utili alla comprensione dei fenomeni.
In un recente lavoro, abbiamo paragonato la capacità di discernimento di alcuni segni clinici utilizzando due livelli di fotorealismo nell’ambito di simulazioni 3D al computer. Un livello di fotorealismo più dettagliato veniva offerto dal VirtualManikin sviluppato per e-DISTRICT CiPro, mentre un livello di fotorealismo inferiore era erogato dal simulatore 3D City Car Accident (Figg. 2,3). I risultati ottenuti suggeriscono che la capacità di discernimento risultava simile sia nel gruppo di persone cui veniva somministrata l’animazione con minore livello di dettaglio sia nel gruppo che vedeva un maggior dettaglio di rappresentazione (4,5).

Il VirtualManikin è essenzialmente un automa a stati finiti descritto in Extended Markup Language (XML) (Fig. 4). Nel simulatore e-DISTRICT CiPro viene rappresentato uno stadio con 23.800 spettatori che, in seguito ad un incidente verificatosi in un adiacente impianto chimico, dev’essere evacuato. Il panico dilagante e ulteriori incidenti verificatisi all’interno dello stadio (crollo della tribuna nord-ovest a seguito di uno scoppio) portano le varie squadre di soccorso (medici, paramedici, vigili del fuoco, volontari) a dover operare collaborativamente nell’ambito dello stadio.

Vi è quindi una raffigurazione di:

• danni strutturali alla tribuna nord-ovest;
• fiamme;
• estintori;
• fumo che rende la visualizzazione più difficoltosa;
• pazienti intrappolati nelle macerie;
• “walking woundeds”;
• Posto Medico Avanzato (PMA), che l’Incident Commander può stabilire dove meglio ritiene: questo è un elemento importante, perché, se si decide di costruire un PMA, fondamentale sarà il suo corretto posizionamento in termini logistici;

i Vigili del Fuoco possono usare l’estintore, possono usare barriere protettive, possono estricare i pazienti intrappolati, insieme al personale medico; inoltre, dovranno riferire (via chat, che simula una radio multicanale) al Comandante dei Vigili del Fuoco circa il numero di vittime riscontrato, ed infine dovranno – se possibile – dichiarare come sicura tutta o una parte di area in modo che il personale sanitario possa prestare i soccorsi;
il personale Infermieristico, diviso in squadre, dovrà fare triage e prestare soccorso; inoltre, il medico che gestisce il PMA (se presente) dovrà completare la gestione dei pazienti per il trasporto verso l’Ospedale: la celerità di questa operazione garantirà il normale flusso in-out dei pazienti soccorsi sul campo, il cui codice di gravità rischia di peggiorare se l’accesso al PMA non è consentito.
Nelle immagini che seguono (Figg. 5, 6 e 7) vengono illustrati alcuni esempi di visualizzazione. In particolare nella figura 5 compare la tenda del Posto Medico Avanzato (PMA) che viene posizionato al centro del campo, scelta che si rivelerà errata dal punto di vista logistico, nella Figura 6 si ha una visione dagli spalti (Vigile del Fuoco) e nella Figura 7 si vedono in soggettiva le macerie dopo il crollo della tribuna nord-ovest, con fumo e detriti che rendono difficoltosa la valutazione della scena.

Per ogni paziente, il cui stato evolve nel tempo a seconda delle cure più o meno prestate, è possibile:

• valutare lo stato di coscienza tramite il Glasgow Coma Score (GCS), nelle sue componenti E, V ed M: particolare attenzione è stata posta nel realismo della risposta al dolore per una corretta valutazione della componente M, spesso la più importante e dirimente;
• valutare la frequenza respiratoria;
• valutare la simmetria dell’espansione toracica;
• valutare il diametro e la reattività pupillare;
• valutare la superficie di corpo ustionata (in fase di realizzazione);
• paziente immobile, paziente seduto, paziente che cammina.

Queste informazioni visive (e, nel caso della componente V del GCS, anche uditive) permettono di:

• eseguire il Triage (ad esempio seguendo il protocollo START);
• rilevare la possibile evenienza di pneumotorace;
• ipotizzare un danno encefalico da trauma cranico;
• ipotizzare una intossicazione acuta da inalazione di fumo;
• valutare eventuali danni alla colonna vertebrale.

Di seguito (Figg. 8 e 9) vengono mostrate alcune immagini relative al VirtualManikin, dove particolare attenzione è stata posta nel realismo dinamico della risposta agli stimoli dolorosi per valutare – fra l’altro – la componente M del GCS.

Creare i propri scenari

La filosofia alla base del Progetto e-DISTRICT CiPro è permettere la customizzazione dei contenuti didattici, su misura per gli enti ed i governi che vogliano utilizzare il framework come strumento didattico o di ricerca. Ulteriori informazioni e contatti sono reperibili nel Documento Progress 7 (www.edcipro.org) a cura dell’ente capofila del Progetto, il Consorzio Scuola Cominità Impresa (CSCI) di Novara (www.cscinovara.it).

Conclusioni

La visualizzazione in prima persona nell’ambito di un ambiente collaborativo virtuale è utile per imparare a decifrare realtà ed ambienti ostili, oltre che per comprendere le problematiche di interfacciamento con le altre figure in gioco (banalmente: se i soccorritori medici ed infermieri sono vestiti – questo avviene nella realtà – allo stesso modo, come sarà possibile capire chi è il medico? Questa è una delle problematiche di decifrazione dello scenario, soprattutto nel caso di interventi di soccorso in paesi esteri). Tuttavia, i limiti di questo tipo di rappresentazione iniziano ad intravedersi quando si tratta di gestire aspetti prettamente logistici su una vasta area, come può essere l’area metropolitana di una grande città, con i suoi Ospedali e le sue infrastrutture.

Bibliografia

1. Delooz H, Emergency medicine: an anaesthesiologist’s concept. in Baillière’s Clinical Anaesthesiology 1992; 6(1): 1-23.
2. De Boer J, Order in chaos: modelling medical management in disasters. Eur J Emerg Med. 1999;6(2):141-8.
3. Hales LD, “Training: a product of business planning”. Training & Development Journal 1986; 4:65-6.
4. Marchiraju R, 2003, Do I Really See a Bone? Proceedings of the 14th IEEE Visualization 2003 (Vis’03).
5. La Mura F, Gribaudo M, Calignano F et al. Esercitazioni 3D al computer e scenari simulati di medicina d’emergenza e delle catastrofi: il ruolo del fotorealismo. Min Anestesiol 2006;72 n. 10.