在《错配》系列中,我们深入探讨了国防产业核心的科学技术——士兵与间谍的世界。
如果建筑倒塌或发生爆炸,需要医疗救治的人数往往远远超过能够提供救助的人数。这种不匹配定义了大规模伤亡事件。军方最著名的研发机构 DARPA 希望找出如何更好地应对这些情况,以便更多人能幸存下来。
这就是该机构所谓的 DARPA Triage Challenge(分诊挑战)的目标,这是一个为期三年的项目,将于 11 月 6 日启动,届时将整合医学知识、自动驾驶汽车、无创传感器和算法,在患者过多而医疗资源不足的情况下,对患者进行优先排序和护理规划,这一过程通常称为分诊。尚未命名的团队将展开竞赛,以检验他们的系统能否在大型、复杂的情况下对受伤人员进行分类并确定其治疗需求。
灾难的“分诊帽”
根据国防卫生局(Defense Health Agency)科罗拉多斯普林斯地区创伤医疗主任 Stacy Shackelford 的说法,分诊并非易事,即使是那些以其为职业的人来说也是如此。该机构的职责之一是管理军队的医院和诊所。“即使在创伤医学界,分诊的概念也是一个有些神秘的话题,”她说。
“Triage”(分诊)一词源于法语,其本意是“对伤亡人员进行分类”。当大量人员同时受伤时,一线救援人员无法给予所有人同等、同步的关注。因此,他们将伤亡人员分为几类:轻伤,轻微受伤;延误,重伤但非立即危及生命;危重,重伤到立即治疗可能挽救生命;以及期望,死亡或可能很快死亡。“这确实是一种决定谁需要救命干预、谁可以等待的方法,”Shackelford 说,“这样你就能为最多的人带来最大的好处。”
在何时以及如何治疗谁的问题一直很重要,但随着全球紧张局势的性质以及主要影响平民的灾难的变化,这一问题已成为国防部关注的焦点。“目前,军事威胁很大程度上围绕着如果我们与中国发生冲突或与俄罗斯开战会发生什么,”Shackelford 说。令人恐惧的启示是,与近期发生的冲突相比,受伤和死亡人数将更多。“仅仅是可能发生的伤亡人数就很多。”还可以看看乌克兰战争。
随着气候变化,一些非军事灾难——洪水、野火等——的严重程度、频率和不可预测性也在发生变化。与此同时,枪击事件发生得过于频繁;受损的核电站可能带来放射性风险;地震导致建筑物倒塌;维护不善的建筑物自行倒塌。美国统一服务大学国家灾难医学与公共卫生中心主任 Jeffrey Freeman 表示,即使是疫情,也是一种缓慢或持续的灾难。它通常不被认为是“大规模伤亡事件”。但 Freeman 说,“从某些方面来看,其影响是相似的,即有大量危重病人需要治疗,但不同之处在于,需要治疗的人并不局限于一个地理区域。”他继续说道,在这两种情况下,“分诊都至关重要。”
Freeman 的组织目前正在管理一项国会授权的对国家医疗灾难系统的评估,该系统成立于 20 世纪 80 年代,用于管理国防部、军事治疗设施、退伍军人事务医疗中心和卫生与公众服务部下属的民用医院如何应对包括海外作战在内的大规模灾难。他认为,DARPA 分诊挑战对于应对现有系统不堪重负的事件非常重要——这是一个现在和将来都很好的目标。“灾难或战争本身在某种程度上是不可预测的、看似不频繁的事件。它们在发生时几乎是随机的,”他说。“灾难或灾难状态实际上是一致的。总有灾难发生,总有冲突发生。”
他将全球灾难状况描述为“持续的”,他认为这使得分诊挑战“永恒”。
此外,Shackelford 说,分诊的概念几十年来几乎没有太大发展,这意味着 DARPA 分诊挑战的潜在成果(如果成功的话)可以极大地改变“为最多的人带来最大的好处”的方法。然而,有了 DARPA,研究总是有风险的:该机构致力于实现艰巨的科学和技术目标,并且 经常会失败,这种模式被称为“高风险、高回报”的研究。
DARPA 的分诊挑战项目经理 Jean-Paul Chretien 对这项风险可能带来的成果寄予厚望——例如,能够识别比看起来伤情更严重的受害者。“从外观很难判断他们有内伤,”他说。人们通常用来确定患者状况的生物特征是正常的生命体征:脉搏、血压、呼吸。“我们现在知道,这些是严重伤害的滞后指标,因为身体能够进行代偿,”Chretien 说。但是当身体无法再代偿时呢?“他们真的会一落千丈,”他说。换句话说,患者的脉搏或血压可能看起来正常,但仍可能存在严重的潜在伤害,潜藏在这看似好消息之下。他希望分诊挑战能够发现更及时的生理指标来指示此类伤害——这些指标可以在患者危在旦夕之前被检测到。
远距离评估
DARPA 分诊挑战可能会产生这样的结果,因为它为竞争对手(其中一些 DARPA 会资助他们参与比赛,另一些则会自筹资金)设定了两个独立的目标。第一个目标是处理分诊的初级阶段(现场人员分类),第二个目标是处理进入治疗后的情况。
对于初级阶段,分诊挑战的参赛者必须开发传感器系统,能够从远处评估受害者,收集受伤的生理信号数据。从远处进行此操作可以使救援人员在过程中避免接触辐射或不稳固的建筑物等危险。目标是到比赛结束时,系统能够自主运行。
根据 DARPA 的项目公告,此类系统所寻找的信号可能包括“活动能力、严重出血、呼吸窘迫和警觉性”。参赛者可以为机器人或无人机配备计算机视觉或运动跟踪系统、使用光测量血容量变化的仪器、分析呼吸或心脏活动的激光,或语音识别能力。或者以上所有功能。然后,团队开发的算法必须从收集到的数据中得出有意义的结论——例如,谁需要“立即”进行救命治疗。
DARPA 分诊挑战的第二个重点是,在最危急的伤者接受治疗之后的那段时期——即分诊的次级阶段。在此阶段,参赛者将开发技术来深入了解患者的状况,并观察那些正在发出求救信号的细微变化。这一阶段的真正创新将来自算法方面:例如,软件可以解析心电图的细节——可能使用与皮肤接触的无创电极——观察心脏活动的整个波形,而不仅仅是心跳的“滴答”声,或者软件可以类似地分析脉搏血氧仪的输出,以监测红细胞中携带的氧气。
Shackelford 本人则对团队将时间概念纳入分诊感兴趣——这听起来很明显,但在混乱的悲剧中实践起来却很困难。某些情况在时间上是极其受限的。有什么东西砸到你让你无法呼吸?救援人员有三分钟的时间来解决这个问题。大出血?五到十分钟止血,三十分钟输血,一小时进行手术。“所有这些因素都真正影响了在任何给定时间对人有帮助的东西,”她说。它们也揭示了什么不会有帮助,以及谁已经无法帮助了。
模拟灾难
DARPA 尚未公布其计划资助的团队,自筹资金的团队也尚未公开身份。但无论他们是谁,在接下来的三年里,他们将面临一系列竞赛——每年年底一次,每次竞赛都将解决分诊的主要和次级方面。
初级分诊阶段的竞赛将非常活跃。“我们将模拟大规模伤亡现场,”Chretien 说。当然,不会有人有真正的开放性伤口或三度烧伤,而是扮演灾难幸存者的演员。还有一些假人也会被散落在现场。团队将携带他们的传感器设备,如无人机和机器人。“这些系统必须自己找到伤亡人员,”他说。
这些竞赛将设有三个场景供团队轮换,就像一个压力极大的障碍赛。“我们将根据他们完成测试的速度,”Chretien 说,“他们找到伤亡人员的能力,以及他们评估其医疗状况的准确性来评分。”
但这并不容易:该机构对场景的描述称,它们可能涉及狭窄的空间和广阔的场地,明亮的光线和完全的黑暗,“灰尘、雾、薄雾、烟雾、谈话声、闪光灯、热点以及枪声和爆炸声”。受害者可能被埋在瓦砾下,或者彼此重叠,这给传感器带来了检测和区分他们的挑战。
DARPA 还在构建一个模拟实地场景的虚拟世界,用于挑战的虚拟版本。“这将是一个类似电子游戏的ので环境,但[具有]相同的想法,”他说。计划进行实体竞赛的团队可以在数字环境中进行练习,Chretien 还希望那些没有足够硬件来巡视物理世界的团队也能在数字方面一试身手。“在实际拥有参与资源方面,这应该会更容易,”他说。
次级阶段的竞赛将不那么戏剧化。“没有机器人系统,也没有物理模拟,”Chretien 说。取而代之的是,团队将获得来自马里兰州创伤中心和匹兹堡大学过去入院患者的真实临床创伤数据。他们的任务是利用这些匿名的患者数据来确定每个人的状况,以及当时应该采取何种干预措施。
总共有 700 万美元的奖金将在三年内发放,前两年只有 DARPA 没有支付参赛费用的团队才有资格领取。
同样重要的是:许多生命。“我们能通过技术做些什么,使我们更有效率、更有效,”Freeman 说,“以我们有限的人力?”
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