虛擬現(xiàn)實(shí)和模擬訓(xùn)練箱在醫(yī)學(xué)生腹腔鏡基本技能培訓(xùn)中的效果比較

徐協(xié)群，花蘇榕，李 琦，趙 峻，潘 慧*

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院 1.基本外科； 2.教育處，北京 100730)

現(xiàn)在有很多種腹腔鏡培訓(xùn)教學(xué)的方式，其中包括虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality)的腹腔鏡技術(shù)培訓(xùn)以及模擬訓(xùn)練箱(simbox)。較理想的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備除可以用來訓(xùn)練腹腔鏡下的基本操作外,還可以完全模擬整個(gè)手術(shù)操作者的手術(shù)過程，就如在真實(shí)人體上完成一臺(tái)手術(shù)的感受一致。模擬訓(xùn)練箱包括監(jiān)視器、訓(xùn)練箱、固定的攝像頭及照明燈。這種模擬器成本低廉，操作者可邊看監(jiān)視器邊在箱外使用器械完成箱內(nèi)的操作。這種設(shè)備模擬了腹腔鏡下手眼分離的操作，能鍛煉操作者腹腔鏡下空間感、方向感及手眼的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，是初學(xué)者較好的一個(gè)訓(xùn)練工具。虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)能夠在提供訓(xùn)練的同時(shí)可以準(zhǔn)確記錄受訓(xùn)者的各項(xiàng)參數(shù)，能夠給出成績評(píng)分，不需要使用耗材，但是這個(gè)系統(tǒng)相對(duì)比較昂貴，便攜性比較差，需要不斷進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和技術(shù)支持。而模擬訓(xùn)練箱相對(duì)便宜，使用真實(shí)的手術(shù)器械，使用合成或者動(dòng)物組織等耗材，耗材相對(duì)便宜。盡管二者各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是在教學(xué)培訓(xùn)效果上均被證實(shí)是行之有效的[1]。

本研究的目的是為了比較虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality)和模擬訓(xùn)練箱(simbox)在腹腔鏡基本技能培訓(xùn)效果方面是否存在差別，探索腹腔鏡技術(shù)培訓(xùn)推廣的經(jīng)驗(yàn)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選擇在北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院八年制，即將進(jìn)入臨床無外科手術(shù)操作訓(xùn)練的見習(xí)生30人。該30人平均隨機(jī)分配到兩組：A組[虛擬現(xiàn)實(shí)組(VR組)，使用虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)LapMentor進(jìn)行培訓(xùn)]；B組[模擬訓(xùn)練箱組(simbox，box組)]。

1.2 研究方法

A組(VR組)使用LapMentor虛擬現(xiàn)實(shí)(Simbionix公司)LapMentor(圖1)進(jìn)行腹腔鏡基本技能培訓(xùn)，包括鏡頭操作(0°和30°鏡頭給移動(dòng)小球照相)、手眼協(xié)調(diào)(用紅色和藍(lán)色觸碰相對(duì)應(yīng)顏色小球)、鈦夾使用(用單手鉗夾流水管)、夾持和抓握(用雙手配合鉗夾流水管)、雙手協(xié)作(雙手配合鉗夾小球放進(jìn)籃子里)、切割(用剪刀模擬剪斷線條)、電灼術(shù)(用電凝鉤燒斷標(biāo)記的線條)和移動(dòng)易位(雙手配合使實(shí)物與其陰影重合)(圖2)。逐漸進(jìn)階操作，每天訓(xùn)練30 min，一共7次。

B組使用模擬訓(xùn)練箱(simbox)(圖3)進(jìn)行腹腔鏡基本技能培訓(xùn)，包括拾豆訓(xùn)練(主要是訓(xùn)練操作者的手眼協(xié)調(diào)能力,操作者一手把持?jǐn)z像頭另一手用腹腔鏡器械拾起豆子移動(dòng)15 cm后放入容器內(nèi))；走線訓(xùn)練(主要是訓(xùn)練操作者的雙手協(xié)調(diào)能力,模擬腹腔鏡下雙手持器械把持并移動(dòng)檢查小腸腸管的過程，受訓(xùn)者雙手器械持起一段線通過雙手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)將線段由一端開始逐漸移至另一端)；移物訓(xùn)練(用于訓(xùn)練手的精細(xì)運(yùn)動(dòng)，訓(xùn)練時(shí)首先用鉗抓持一物塊并將其抬起移動(dòng)到指定位置)；剪紙訓(xùn)練(在訓(xùn)練箱底板上放置一張方形的紙片，按照預(yù)先畫好的簡單圖形，左手持抓鉗，右手持剪刀進(jìn)行的裁剪)。逐漸進(jìn)階操作，每天訓(xùn)練30 min，一共7次(圖4)。因?yàn)槟M訓(xùn)練箱的操作最接近手術(shù)實(shí)際操作，所以培訓(xùn)結(jié)束后以考核在模擬訓(xùn)練箱的操作來評(píng)估實(shí)際的培訓(xùn)效果，每組完成在模擬訓(xùn)練箱內(nèi)在一個(gè)乳膠手套上寬度為5mm的圓形標(biāo)記線內(nèi)剪切出直徑100 mm的圓(圖5)。計(jì)算完成該項(xiàng)任務(wù)的完成時(shí)間，測量操作時(shí)剪切到規(guī)定標(biāo)記線外的距離(精確度)和次數(shù)(準(zhǔn)確度)，比較二組之間的差異。

圖1 腹腔鏡訓(xùn)練虛擬現(xiàn)實(shí)LapMentor (VR)Fig 1 Laparoscopic virtual reality LapMentor

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

參加腹腔鏡基本技能訓(xùn)練的醫(yī)學(xué)生平均年齡23.4歲，男∶女比例為1.14∶1，30名學(xué)生均為右利手。兩組分別在虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality，A組，n=15)和模擬訓(xùn)練箱(simbox，B組，n=15)訓(xùn)練結(jié)束后進(jìn)行考核操作：在模擬訓(xùn)練箱內(nèi)在一個(gè)乳膠手套上寬度5 mm的圓形標(biāo)記線內(nèi)剪切出直徑100 mm的圓，分別記錄完成這個(gè)操作的時(shí)間，測量操作時(shí)剪切到規(guī)定標(biāo)記線外總的距離(精確度)和次數(shù)(準(zhǔn)確度)(表1)。

圖2 腹腔鏡訓(xùn)練虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)項(xiàng)目Fig 2 Content of laparoscopic virtual reality training

圖3 腹腔鏡模擬訓(xùn)練箱Fig 3 Laparoscopic simbox trainer

圖4 腹腔鏡模擬訓(xùn)練箱培訓(xùn)項(xiàng)目Fig 4 Content of laparoscopic simbox training

圖5 腹腔鏡模擬訓(xùn)練考核項(xiàng)目Fig 5 Posttraining evaluation of laparoscopic skills training

表1 各組培訓(xùn)后考核結(jié)果Table 1 Performance of post-training in different

3 討論

該項(xiàng)研究的主要目的是為了確認(rèn)不同腹腔鏡模擬方法對(duì)腹腔鏡基本技能培訓(xùn)效果是否存在差異。目前已經(jīng)有不同實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)和模擬訓(xùn)練箱均能夠達(dá)到提高腹腔鏡操作技能的效果[1]，但是這二者在培訓(xùn)效果上有沒有差異？通過本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)看來, 不同的腹腔鏡培訓(xùn)方法之間的培訓(xùn)效果沒有顯著的差異，說明這兩種培訓(xùn)方式要優(yōu)于傳統(tǒng)的外科教學(xué)方式，比傳統(tǒng)腹腔鏡帶教省時(shí)省力，效率高，而且培訓(xùn)效果差不多。模擬訓(xùn)練箱能夠提供真實(shí)手術(shù)操作的觸覺反饋，而這個(gè)感覺反饋要優(yōu)于虛擬現(xiàn)實(shí)的感覺反饋。該結(jié)果與報(bào)道結(jié)果[2]一致。培訓(xùn)者在虛擬現(xiàn)實(shí)和模擬訓(xùn)練箱上的表現(xiàn)與實(shí)際手術(shù)操作是一致對(duì)應(yīng)的，而且在住院醫(yī)師和初學(xué)醫(yī)學(xué)生中的結(jié)果是類似的[3]。對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)，腹腔鏡扶鏡完全不同于真實(shí)的腹腔鏡手術(shù)中和模擬訓(xùn)練箱的鏡頭操作。在虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練組最后幾個(gè)項(xiàng)目如切割、電灼、移動(dòng)易位中鏡頭是由計(jì)算機(jī)操作。另外虛擬現(xiàn)實(shí)受訓(xùn)者的觸覺反饋是根據(jù)計(jì)算機(jī)根據(jù)電運(yùn)動(dòng)計(jì)算模擬出來的，當(dāng)然就沒有模擬訓(xùn)練箱使用真正的手術(shù)中器械得到觸覺反饋那么準(zhǔn)確。不過有研究表明，盡管虛擬現(xiàn)實(shí)的觸覺反饋跟真正的觸覺反饋不一樣，但是其對(duì)于腹腔鏡的培訓(xùn)效果卻差不多，或者說沒有差異[4]。

虛擬現(xiàn)實(shí)腹腔鏡基本技能培訓(xùn)能夠重現(xiàn)更加理想真實(shí)的手術(shù)環(huán)境，在外科技能培訓(xùn)過程中發(fā)揮越來越重要的作用。它能夠讓受訓(xùn)者在一個(gè)無壓力、無監(jiān)督和無時(shí)間限制的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行技能訓(xùn)練。虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)軟件能夠模擬幾乎所有的腹腔鏡基本和高階操作，而且能夠提供實(shí)時(shí)反饋和操作評(píng)價(jià)和評(píng)分，因此更加受到培訓(xùn)者和受訓(xùn)者的青睞，但是由于設(shè)備昂貴，并且后期維護(hù)費(fèi)用比較高而使得廣泛推廣受到了限制。而模擬訓(xùn)練箱使用原來腹腔鏡手術(shù)幾乎一樣的設(shè)備，能夠比較真實(shí)的模擬實(shí)際手術(shù)操作，設(shè)備相對(duì)便宜，易于維護(hù)，能夠使用動(dòng)物臟器或者合成材料進(jìn)行培訓(xùn)，因此在經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)受限的地區(qū)比較容易推廣。

結(jié)合本研究結(jié)果和其他研究者的結(jié)果，虛擬現(xiàn)實(shí)和模擬訓(xùn)練箱腹腔鏡二者在腹腔鏡基本技能培訓(xùn)效果方面沒有差異，綜合兩種不同模擬訓(xùn)練方式的前期投入以及后期維護(hù)成本和兩種不同培訓(xùn)方式的效果，從二者的性價(jià)比或者投入產(chǎn)出效益比可以看出，模擬訓(xùn)練箱的性價(jià)比還是要比虛擬現(xiàn)實(shí)高，比較適合中國各地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的國情特點(diǎn)，比較適合基層醫(yī)學(xué)院或者教學(xué)醫(yī)院進(jìn)行推廣。