臨床醫(yī)學模擬教學的發(fā)展*

張 娜，梁 敏，勞文芹

(廣州醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院，廣州 510260)

近些年，臨床醫(yī)學教育背景正發(fā)生著明顯的變化。一方面，醫(yī)學高校擴招，醫(yī)學生數(shù)量增多，典型臨床病例人均比例低，遠不能滿足臨床教學需要。另一方面，隨著《執(zhí)業(yè)醫(yī)師法》《醫(yī)療事故處理條例》等法律法規(guī)的出臺，患者家屬權利意識的提高及當前醫(yī)療環(huán)境等因素，使得現(xiàn)行的見習、實習教學面臨著很多困難[1]。尤其在兒科，這種矛盾和沖突尤為明顯。與此同時，人工智能在近年來逐漸發(fā)展并深入人心。人工智能旨在研究和探討用機器模擬智能的一系列有關問題，是用于模擬、延伸和擴展人的智能的一門新技術、新科學。隨著人工智能知識體系的不斷完善，人工智能知識體系在醫(yī)學臨床教學中的應用也越來越普遍[2-4]。

國內外的醫(yī)學教育工作者對如何優(yōu)化和改進臨床教學方法，提高臨床教學效果，提升學生學習積極性進行了深入研究。醫(yī)學模擬教學發(fā)展也經歷了以下幾個階段。

1 問診模擬患者(simulated patient，SP)階段

1968年，有學者已經提出了“醫(yī)學教育中模擬人”的概念[5]。模擬患者又稱標準化患者，是指從事非醫(yī)療工作的正常人或患者，經過培訓后能扮演患者，可以根據(jù)自己感受在專門設計的表格上記錄并評估醫(yī)生的操作技能，充當評估者和教師。20世紀70年代初期，亞利桑那州大學的兒科實習生指導員PAULA STILLMAN通過模擬母親回答醫(yī)學生的問題來提高學生的交流能力。之后，加拿大、法國、德國等國家都不同程度地采用此方法進行醫(yī)學教育，美國125所醫(yī)學院有111所應用SP作為教學和評估方法，其中53所醫(yī)學院有專人負責SP項目[6]。近年來，我國的北京協(xié)和醫(yī)院、沈陽醫(yī)科大學、復旦大學醫(yī)學院、同濟醫(yī)科大學等多所院校開始在臨床綜合考試中使用標準化患者，并已證實其評價醫(yī)學生臨床能力的有效性和可靠性[7]。隨著醫(yī)學教育改革的逐漸深入，SP以其在醫(yī)學專業(yè)教育評估和研究方面的獨特優(yōu)勢，逐漸成為兒科臨床教學改革的熱點方向之一[8]。但是，SP教學的局限性也顯而易見，SP只能模擬患兒的主觀敘述部分，如主訴、現(xiàn)病史、既往史、個人史、家族史等，對疾病客觀部分的模擬常較困難，比如咳嗽聲音特點，有痰音還是刺激性干咳，脫水的面貌，身體溫度的變化、體格檢查異常等情況。并且，SP的招募、培訓及工資支出等費用均較高，因此一直未被醫(yī)學院校普遍接受和使用。

2 電子標準化患者階段

隨著計算機的出現(xiàn)及應用的普及，為解決SP招募困難，培訓及工作支出費用高等難題，電子標準化患者出現(xiàn)并逐漸嘗試應用于臨床教學[9]。電子標準化患者教學系統(tǒng)主要有多媒體教學軟件和電子仿真人體模型兩種形式。

多媒體教學軟件中的標準化患者可以在電腦上形象生動的模擬患兒的主訴、病史資料，提供體格檢查特點，增加病例的客觀部分，比如提供脫水的面貌圖片，氣促、呼吸困難的視頻等，體溫、血壓等生命體征的視頻等，提供較完整的疾病資料，幫助學生全面的學習疾病的特點。2006年，馬歇爾大學醫(yī)學院設計的交互患者系統(tǒng)就是一個設計精制的CAI課件，從模擬真實患者病史的采集、物理檢查，結合患者的化驗結果、X線片檢查圖像等，作出臨床診斷，制訂治療計劃，且該系統(tǒng)還會作出評估。但是，多媒體教學軟件不能給學生提供與患者及家屬面對面的直接交流，缺少了醫(yī)學教育中最重要的親身體格檢查環(huán)境。并且，只能提供疾病某一階段的情況，缺乏疾病動態(tài)觀察和思考這一過程[10]。

仿真人體模型的發(fā)展及應用一直是醫(yī)學臨床教學中備受重視的部分。其最大的優(yōu)點是可以解決臨床醫(yī)學教學中反復的體格檢查及有創(chuàng)操作對患者帶來的傷害。仿真人體模型的發(fā)展經歷了模擬形態(tài)、解剖參數(shù)的“幾何假人”，仿生材料制造的“物理假人”，具有一定人體反應特征的“電子仿真假人”等幾個階段。電子仿真人體模型也不斷的更新?lián)Q代，力圖盡量真實模擬人體在各種情況下的反應。自1997年以來，國際上陸續(xù)有學者使用智能化水平相對較高的生理驅動型高仿真模擬人(HSP)進行教學，通過在心肺復蘇、靜脈給藥、心包穿刺、輸血輸液、氣管插管、麻醉、各種生命支持設備的運用等醫(yī)療手段將HPS救活[11],考核學員操作技能、現(xiàn)場處置能力、團隊配合意識[12]。在我國，首都醫(yī)科大學是亞洲最早引進HSP的醫(yī)院院校，HSP屬于高端的生理驅動型模擬教學設備，建立在計算機控制的基礎上，具有模擬人類臟器或系統(tǒng)的功能，如模擬心血管系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、泌尿生殖系統(tǒng)、神經系統(tǒng)等。電子仿真人體模型提供了生動、立體形象“患者”，但是電子標準化患者與人體畢竟還是有差異的，盡管可能采用了與人體組織相近似的合成材料，但缺乏真實病情臨床表現(xiàn)的多樣性，仍然不能代替真正的患者[13]。并且，電子仿真人體模型目前同樣不能與人交流，缺乏問診過程，也不能滿足學生身臨其境及人文培養(yǎng)的需要。

3 問診SP、多媒體、電子標準化患者相組合階段

其后，一部分教育工作者逐漸嘗試將問診SP、多媒體、電子標準化患者合用，形成“組合SP”，擴展及延伸SP的作用。組合SP優(yōu)點是：(1)可以幫助醫(yī)學生嘗試醫(yī)師角色，面對標準化患者練習臨床問診技巧、人文關懷等。(2)可在多媒體資料中進一步完善增加病例的客觀部分，比如提供脫水的面貌圖片，氣促、呼吸困難的視頻等，體溫、血壓等生命體征的視頻等。(3)可以在電子仿真人體模型上體格檢查，醫(yī)囑操作演練，全方位的學習疾病，學生可以在自己的理解基礎上問診及處理問題，其臨床思維較只面對一個問診SP時更活躍。

1999年，美國METI公司根據(jù)小兒生理特點，以生理驅動技術為核心，結合兒童自身病理生理特點，搭建兒科醫(yī)生臨床應變能力培訓平臺--PediaSIM-ECS(高級綜合模擬兒童)，能模擬兒科急救，監(jiān)測多項生命體征，并可與監(jiān)護儀、呼吸機等真實設備相連，模擬支氣管肺炎、心力衰竭等呼吸循環(huán)系統(tǒng)常見疾病，可進行心肺聽診等操作[14]。國內的許多醫(yī)學教育工作者也在不斷的進行研究和努力，將SP 與電子模擬人結合，形成“組合SP”教學，輔助醫(yī)學生臨床學習[15]。2002年起，遼寧營口巨成教學科技開發(fā)有限公司生產的仿真電子標準化患者及教學軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括心肺聽診觸診仿真電子標準化患者、腹部觸診仿真電子標準化患者、心肺聽診教學與考核軟件、腹部觸診多媒體教學與考核軟件、心電圖教學與考核軟件、TOP2000多媒體教學網(wǎng)，真正實現(xiàn)了仿真電子標準化患者與多媒體技術相結合的教學新模式，這些在醫(yī)學臨床教學中均發(fā)揮了重要的作用。也有人嘗試將SP、多媒體及仿真模擬人三者結合應用于醫(yī)學臨床教學。這種三合一式的教學對于學生的醫(yī)患溝通能力、疾病評估能力及解決問題的能力都有明顯的提高。其效果顯著優(yōu)于對照組，即傳統(tǒng)臨床教學模式[16]。

相較于傳統(tǒng)醫(yī)學教育及單純SP教育，“組合SP”教學對醫(yī)學生臨床技能及思維提高具有明顯的幫助?！敖M合SP”教學仍有一個不可逾越的缺點，就是它不能模擬患者的病情變化。不能模擬“針對患者病情變化→對病情的轉歸進行判斷→調整相應的治療措施”這個過程。這個思維過程在臨床工作中具有重要的意義?，F(xiàn)行幾乎所有的計算機輔助教學所設計的軟件和電子模擬人，都是基于患者某個時點的病情，也即只是基于病情的點和面；即使是床旁的臨床見習，學生也只能看到患者某個時點的癥狀和體征，不能產生對疾病產生動態(tài)認識。

4 計算機模擬患者階段

為了彌補多媒體資料、患兒仿真模型缺乏疾病動態(tài)觀察和思考這一過程，現(xiàn)階段有少部分教學工作者開始試圖通過計算機模擬技術，制作患者疾病的計算機動態(tài)模型。實際上，計算機模擬患者并非不可思議，早在1999年計算機模擬考試(CCS)就已經正式作為美國醫(yī)師執(zhí)照考試的一部分，我國CCS考試的開發(fā)與應用還處于探索與推廣階段，但由于技術限制，計算機模擬患者一直未能在日常教學工作中廣泛開始。近些年，計算機領域發(fā)生了天翻地覆的進步，人工智能技術的出現(xiàn)使得計算機模擬患者廣泛應用于醫(yī)學教學成為了可能，通過模擬患者因某種疾病從入院到治療各階段的臨床過程，形象生動的將理論與實際相聯(lián)系，幫助學生全面的認識某種疾病，并培養(yǎng)學生在病情觀察中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的臨床思維。神經外科領域，國外已有人嘗試建立較大規(guī)模的顱腦創(chuàng)傷資料庫對真實世界的顱腦創(chuàng)傷病情、治療及預后進行分析[17]，也已經有人對人工智能應用于醫(yī)學影像教育作用進行研究與構想[18]。

近年來，“基于問題的學習”(PBL)教學方法在醫(yī)學教育各領域中得到大力推廣[19-20]。PBL是以病例為先導，以問題為基礎，以學生為主體，以教師為導向的小組討論式教學方法，它改變了“填鴨式”的傳統(tǒng)教學模式，培養(yǎng)自學習慣和終生學習能力，以及勇于競爭的意識，并且有助于建立學生的批判性思維[21]。PBL已在全世界很多醫(yī)學院校得到了應用，其教學效果得到了各方的肯定。國內大多只是部分采用，與大課并排進行，即所謂的“混合式”課程。在此基礎上，建立廣泛的疾病計算機模型，采用計算機模擬教學，輔以PBL的方法，設計出臨床實際所要考慮的問題，面對計算機模擬患者如同對待真實的患者，一步步解決臨床所要面臨的難題。目前已經有一些兒科學者已經在嘗試建立各種兒科疾病的計算機模型，輔以PBL的教學思維進行疾病模型的設計，并應用于臨床教學，取得了肯定的效果[22]。

計算機模擬疾病的動態(tài)模型有效地提高了教學質量，解決了當前臨床教學配合度低的科室，比如兒科，教學工作中面臨的困境，對于臨床教學具有重要意義。特別是大規(guī)模真實病例資料建立的計算機動態(tài)模型可以體現(xiàn)出真實診療過程中疾病臨床表現(xiàn)的多樣性，病程變化的復雜性，對于鍛煉醫(yī)學生的臨床思維能力非常有幫助。但是此種教學方法比起SP、電子模擬人仍然是缺少了交流和實踐查體的過程，缺少臨床工作角色代入感，更適合具有一定臨床經驗的醫(yī)師再學習，對于初入臨床的醫(yī)學生見習和實習操作性欠佳。

5 高仿真情景模擬下的臨床培訓

近兩年，有學者提出高仿真情景模擬下的臨床培訓這一概念[23]。例如，在模擬重癥監(jiān)護室環(huán)境下，配備HPS及各種生命支持設備，學員輪流對HPS進行心肺復蘇、呼吸衰竭救治的演練[24]，一位老師在后臺負責HPS病例程序的運行操作，另一位授課老師在教室里指導學員。后臺操作老師首先通過電腦操作系統(tǒng)中的病例程序設置HPS病情發(fā)生變化，現(xiàn)場授課老師根據(jù)HSP的病情變化引起生命支持設備相應的反應或設置和口述生命支持設備的各種故障現(xiàn)象，請學員迅速做出判斷和處理。在這個過程中，現(xiàn)場授課老師充當了SP的一部分角色，提供給學生詢問病史機會，口述病情，補充了生理驅動型高仿真模擬人不能敘述病史這一不足。在高仿真情景模擬下，根據(jù)學生對疾病判斷、處理的不同，通過后臺電腦操作，調整高仿真模擬人心率、血壓、呼吸等生命變化，體現(xiàn)了臨床診療過程的多種可能性和不可逆轉性，表現(xiàn)了疾病動態(tài)的過程，對于鍛煉醫(yī)學生的臨床思維能力非常有幫助。并且，高仿真情景將學習背景環(huán)境設置為與實際臨床工作高度類似的空間，便于學生醫(yī)生角色的代入，真切地進入臨床診療工作。開展高仿真情景模擬下的臨床教學對醫(yī)學院校的硬件、軟件配置都有較高的要求，需要同時具有模擬真實臨床工作的場地、經過SP培訓具有臨床經驗的教師、生理驅動型高仿真模擬人、熟悉電腦操作的技術員等資源，因此，至今在國內外都沒有廣泛的應用及推廣。但高仿真情景模擬下的臨床教學確實是醫(yī)學臨床教學中目前優(yōu)勢最大、效果最好的一種教學模式。

醫(yī)學是一門實踐性極強的學科，醫(yī)學生不僅要有扎實的醫(yī)學基礎知識、專業(yè)知識，更重要的是對知識的綜合應用及提高臨床實踐技能水平。能與醫(yī)學生對話的高科技計算機智能模擬人是未來臨床教學的發(fā)展趨勢[25]，現(xiàn)代醫(yī)學模擬教學以高科技為基礎，以模擬臨床實際情景為前提，以實踐教學、情景教學和個體化教學為特征，以其有醫(yī)療環(huán)境而無醫(yī)療風險為突出優(yōu)點，必將在醫(yī)學教學方法上再次掀起一場革命。