虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在臨床實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用探討

劉振寧， 楊 賀， 魏貴貴， 趙 敏*

（1.中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院，遼寧 沈陽 110004；2.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，遼寧 沈陽 110001）

臨床醫(yī)學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用科學(xué)，不但要求學(xué)生充分掌握理論知識(shí)，而且要求學(xué)生熟練地掌握臨床操作技能。但是，隨著我國醫(yī)學(xué)院校學(xué)生不斷擴(kuò)招，患者維權(quán)意識(shí)不斷增強(qiáng)以及國家頒布的醫(yī)療法律法規(guī)，大學(xué)附屬醫(yī)院以及教學(xué)醫(yī)院能夠提供實(shí)習(xí)醫(yī)生或者住院醫(yī)臨床操作的機(jī)會(huì)越來越少，臨床實(shí)踐教學(xué)很難良好開展。因此，臨床實(shí)踐教學(xué)是我國目前臨床醫(yī)學(xué)教育的棘手之處。

模擬訓(xùn)練在臨床實(shí)踐教學(xué)中起著至關(guān)重要的作用。通過模擬訓(xùn)練，學(xué)生不僅可以獲得信心，還可以獲得專業(yè)知識(shí)，學(xué)會(huì)在安全的環(huán)境中應(yīng)用理論知識(shí)，并在訓(xùn)練中掌握臨床技能[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)即VR（Virtual Reality）技術(shù)是近年來得到迅猛發(fā)展的新技術(shù)。它通過計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，結(jié)合各種控制設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)虛擬的世界，讓體驗(yàn)者進(jìn)入虛擬世界里，從而通過視覺、觸覺和聽覺等獲得身臨其境的感受。它綜合了計(jì)算機(jī)圖像處理與模式識(shí)別，智能技術(shù)、傳感技術(shù)、語言處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多門科學(xué)，是現(xiàn)代科技革命的里程碑[2]。目前，VR技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械制造、軍事航天、建筑設(shè)計(jì)以及學(xué)科教育等領(lǐng)域。VR技術(shù)具有感知性、沉浸感、交互性和真實(shí)性等特征，可以彌補(bǔ)醫(yī)學(xué)教育本身內(nèi)容抽象、實(shí)驗(yàn)資源缺乏等不足，更真實(shí)形象地展示教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)臨床授課效果[3]。本文將對VR技術(shù)在臨床實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討和展望，更好地應(yīng)用于臨床實(shí)踐教學(xué)工作中。

1 我國臨床實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀

我國很多醫(yī)學(xué)院校以及附屬醫(yī)院均已建立臨床實(shí)踐技能培訓(xùn)中心，通過標(biāo)準(zhǔn)化病人、臨床教學(xué)模型、計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)和虛擬化教學(xué)設(shè)備，對學(xué)生進(jìn)行臨床技能培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提高教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生在此平臺(tái)基礎(chǔ)上對模擬教學(xué)設(shè)備反復(fù)練習(xí)臨床操作流程，深入學(xué)習(xí)臨床技能。國內(nèi)教育學(xué)者借助臨床教學(xué)資源、模擬教學(xué)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)等方式提高學(xué)生臨床操作能力和臨床思維能力[4]，并在考核的過程中引入標(biāo)準(zhǔn)化病人、綜合技能測試等項(xiàng)目全方位考核臨床實(shí)踐技能，從實(shí)踐教學(xué)和臨床考核兩方面提高臨床技能效果。

雖然目前的臨床技能培訓(xùn)方式已經(jīng)大大地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)臨床教學(xué)資源的不足，緩解了臨床實(shí)踐教學(xué)的壓力，但是在臨床技能培訓(xùn)中仍然存在著諸多問題。比如，傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式缺乏真實(shí)教學(xué)體驗(yàn)，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；技能操作仍然局限于操作的培訓(xùn)，缺乏操作技能與臨床應(yīng)用的綜合性應(yīng)用；缺乏人文關(guān)懷，只把模型當(dāng)作模型，沒有體現(xiàn)醫(yī)生對患者的關(guān)心體貼；不能體現(xiàn)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)以及批判思維的培養(yǎng)[5]。因此，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育理念提出應(yīng)該重視目前臨床實(shí)踐教學(xué)所存在的不足，全面提高臨床崗位勝任力，培養(yǎng)出素質(zhì)高、能力強(qiáng)的優(yōu)秀醫(yī)學(xué)人才。

2 VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用

VR技術(shù)創(chuàng)造了一種以人為主的虛擬空間，是一種多源信息融合的、交互式三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的仿真系統(tǒng)[6]。通常情況下，VR系統(tǒng)由專業(yè)圖形處理計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)、輸入設(shè)備和演示設(shè)備等組成。使用者通過使用個(gè)人頭戴式顯示器（HMD）或CAVE系統(tǒng)沉浸于虛擬世界之中，IVR系統(tǒng)根據(jù)物理部位提供直接的感官反饋，與使用者產(chǎn)生互動(dòng)[7]。

VR技術(shù)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育的重要發(fā)展方向之一，目前在虛擬解剖學(xué)和虛擬實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)域教學(xué)應(yīng)用。虛擬解剖學(xué)是通過虛擬仿真三維軟件技術(shù)建立人體結(jié)構(gòu)，可以選擇任意層面、任意器官進(jìn)行人體解剖，并可以通過動(dòng)畫技術(shù)在血管、氣管、消化道等進(jìn)行觀察，學(xué)生可以了解人身體內(nèi)部復(fù)雜的神經(jīng)、血管和器官[8]。虛擬實(shí)驗(yàn)室是通過虛擬過程了解某些實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原理、操作步驟，了解某些分子合成、藥物設(shè)計(jì)、核酸分子雜交技術(shù)等，徹底打破空間和時(shí)間的限制，提供生動(dòng)逼真的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境[9]。VR技術(shù)能夠立體地呈現(xiàn)可視化場景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)降低教學(xué)成本[8]。

3 VR技術(shù)與臨床實(shí)踐教學(xué)

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)一般是在采用現(xiàn)場觀察和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，存在著不能反復(fù)練習(xí)以及對實(shí)驗(yàn)動(dòng)物存在傷害等缺點(diǎn)。而使用模擬設(shè)備或者模擬人在一定程度上降低了消耗成本，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)技能教學(xué)的不足。這些模型有一定的使用壽命，在反復(fù)使用一段時(shí)間以后，需要重新購買昂貴的新設(shè)備［10］。VR技術(shù)提供了理想的訓(xùn)練平臺(tái)，通過觸覺、壓力反饋裝置擁有更為真實(shí)的體驗(yàn)；同時(shí)具有零醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)、無患者傷害、可反復(fù)練習(xí)、交互性等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以迅速提高操作者的實(shí)踐技能。目前，VR 技術(shù)已經(jīng)在血管外科［11］、神經(jīng)外科［1］、骨科［12］等學(xué)科手術(shù)得到開展和應(yīng)用。這些外科手術(shù)對低年資住院醫(yī)來說尤為重要，只有在術(shù)前反復(fù)的練習(xí)達(dá)到熟練的程度，才能在實(shí)際臨床工作中減少醫(yī)源性傷害，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)成功率［13］。

以腹腔鏡手術(shù)為例，在2008年，由Naciel A等［14］研發(fā)的通過圖像處理技術(shù)、力學(xué)反饋設(shè)備和運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)構(gòu)建的虛擬腹腔鏡模擬器VBLAST。該項(xiàng)系統(tǒng)為操作者提供了一個(gè)具有真實(shí)感的虛擬訓(xùn)練環(huán)境，通過視覺、聽覺、觸覺感知等多種器官學(xué)習(xí)各種手術(shù)操作技術(shù)，例如抓取、夾運(yùn)和放置敏感性小物體的技能；訓(xùn)練切開、鈦夾使用、剪刀使用和持針縫合打結(jié)等臨床基本技能。這些基本操作訓(xùn)練為腹腔鏡初學(xué)者奠定了手術(shù)操作基礎(chǔ)，鍛煉了手眼的協(xié)調(diào)性以及手的精細(xì)動(dòng)作。此外，基于高性能計(jì)算機(jī)環(huán)境下的VR技術(shù)還可以對操作者的操作做出實(shí)時(shí)響應(yīng)，使操作者感覺像在真實(shí)人體上操作一樣，從而提高臨床技能培訓(xùn)的效果［15］。根據(jù)操作者的臨床基礎(chǔ)不同，設(shè)定不同難度的訓(xùn)練項(xiàng)目。受訓(xùn)練操作者可以反復(fù)練習(xí)，在每次練習(xí)后會(huì)出現(xiàn)評(píng)估報(bào)告，詳細(xì)評(píng)估學(xué)員的操作表現(xiàn)，包括操作時(shí)間、對組織的副損傷以及出血量。操作完成后，操作者可以根據(jù)評(píng)估內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)針對薄弱環(huán)節(jié)加強(qiáng)練習(xí)。

4 VR技術(shù)的缺點(diǎn)

盡管VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育、技術(shù)培訓(xùn)等領(lǐng)域取得了顯著的發(fā)展和進(jìn)步，但目前仍然存在著許多不足，比如虛擬模型的真實(shí)度欠佳、長時(shí)間使用VR可以造成使用者視覺疲勞和影響學(xué)生身心健康、某些VR技術(shù)成本較高而運(yùn)行性能較低、智能化人機(jī)交互設(shè)備不夠完善、力學(xué)反饋實(shí)時(shí)性等。由于VR模擬技術(shù)最大的優(yōu)勢是能夠提供高度的沉浸感，隔離了虛擬和現(xiàn)實(shí)，減少了師生互動(dòng)［16］。由于VR設(shè)備昂貴，維護(hù)費(fèi)用相對比較高，因此在全國范圍內(nèi)推廣受到很大的限制。因此，未來的VR技術(shù)需要遵循低成本、高性能的發(fā)展準(zhǔn)則，朝著技術(shù)應(yīng)用輕松化和可行化等方向發(fā)展，通過與Internet技術(shù)結(jié)合，促進(jìn)醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展和進(jìn)步。

5 VR技術(shù)提升臨床崗位勝任力的展望

臨床實(shí)踐教學(xué)不能僅僅停留在培訓(xùn)學(xué)生掌握技能的層面上，更要注重臨床崗位勝任力的綜合培養(yǎng)。2017年美國急診醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議專家推薦虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來要在急診教學(xué)評(píng)估以及現(xiàn)實(shí)平臺(tái)開發(fā)進(jìn)行深入研究，從而全方位評(píng)價(jià)急診醫(yī)生的勝任能力［17］。未來可以根據(jù)教學(xué)大綱或者教學(xué)需要設(shè)計(jì)臨床疾病的典型病例，利用VR技術(shù)建立虛擬患者與學(xué)生交互系統(tǒng)，學(xué)生可以對虛擬患者進(jìn)行問診和查體，虛擬患者可以做出語言和機(jī)體的反應(yīng)，學(xué)生可以通過病史以及臨床查體，結(jié)合臨床影像學(xué)資料對虛擬患者的疾病進(jìn)行初步診斷。在明確診斷的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以使用建立在物理模擬器基礎(chǔ)上的VR教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行臨床基本操作，如腰穿、腹穿、胸穿、心肺復(fù)蘇、清創(chuàng)縫合等。針對高年資住院醫(yī)師以及主治醫(yī)師，可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)虛擬手術(shù)，如闌尾切除術(shù)、腹腔鏡手術(shù)、開顱神經(jīng)外科手術(shù)等。針對虛擬患者疾病進(jìn)行藥物治療，虛擬患者對藥物反應(yīng)情況以及出現(xiàn)不良反應(yīng)如何處理，最終完成該虛擬患者從就診到出院綜合治療。在設(shè)計(jì)病例時(shí)，可以設(shè)計(jì)不同的診斷方法和治療方案。VR技術(shù)應(yīng)用到臨床實(shí)踐教學(xué)中，可以提高實(shí)踐操作能力，全方位提高學(xué)生或者受訓(xùn)醫(yī)師的臨床崗位勝任力。

6 結(jié)語

隨著VR技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，現(xiàn)代化臨床實(shí)踐教學(xué)應(yīng)該重視VR技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，構(gòu)建良好的醫(yī)學(xué)虛擬教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)質(zhì)量。但是，VR虛擬教學(xué)是對真實(shí)教學(xué)的補(bǔ)充，不能代替真實(shí)教學(xué)。因此，臨床醫(yī)學(xué)院要高度重視臨床實(shí)踐操作，加大臨床投入，為學(xué)生提供更多更好的實(shí)踐機(jī)會(huì)。VR技術(shù)虛擬教學(xué)與物理模擬器有機(jī)結(jié)合，可以促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，在未來的臨床實(shí)踐教學(xué)中發(fā)揮著重要作用。