虛擬仿真訓(xùn)練在“雙耳變溫冷熱試驗(yàn)”臨床技能培訓(xùn)中的應(yīng)用

于 蒙, 吳洪海, 吳庚華, 朱云祥

(1. 揚(yáng)州大學(xué)附屬醫(yī)院, 江蘇 揚(yáng)州, 225001; 2. 揚(yáng)州大學(xué)醫(yī)學(xué)院, 江蘇 揚(yáng)州, 225009)

“雙耳變溫冷熱試驗(yàn)”為前庭功能檢查的重要試驗(yàn)，是醫(yī)學(xué)本科生臨床技能培訓(xùn)和住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)需要掌握的操作項(xiàng)目。臨床實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能，而頭面部的解剖結(jié)構(gòu)精細(xì)、血管神經(jīng)分布復(fù)雜，傳統(tǒng)“教師演示-學(xué)生操作練習(xí)-教師指導(dǎo)”的教學(xué)模式下，學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)少，影響學(xué)習(xí)積極性，根據(jù)醫(yī)學(xué)生臨床技能培訓(xùn)的教學(xué)目的和教學(xué)要求，實(shí)踐教學(xué)有必要進(jìn)行改革和創(chuàng)新[1-3]。

虛擬仿真技術(shù)是采用以計(jì)算機(jī)為核心的現(xiàn)代化高科技手段生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化虛擬環(huán)境效果的信息化技術(shù)。虛擬仿真訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以計(jì)算機(jī)和各種輔助設(shè)備為工具，采用“面向?qū)ο蟆钡脑O(shè)計(jì)理念創(chuàng)建，用戶借助必要的設(shè)備對(duì)虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行操作，產(chǎn)生如同在真實(shí)環(huán)境中實(shí)踐操作的感受，從而完成真實(shí)環(huán)境中臨床醫(yī)學(xué)技能培訓(xùn)的各項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目[4]。本課題組依托國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目開展前庭功能檢查虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[5-7], 探索智能化條件下“教與學(xué)”方法，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 研究資料

將揚(yáng)州大學(xué)醫(yī)學(xué)院統(tǒng)招錄取的2016級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)、中西醫(yī)結(jié)合臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)在校學(xué)生的學(xué)號(hào)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，按隨機(jī)原則選取120名學(xué)生作為研究對(duì)象，其中男生46名，女生74名，平均年齡(20.12±1.18)歲。虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)由揚(yáng)州大學(xué)與揚(yáng)州市螢火蟲網(wǎng)絡(luò)科技有限公司共同研發(fā)，是一種供臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)使用的三維學(xué)習(xí)系統(tǒng)，使用Unity引擎，其中負(fù)責(zé)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目架構(gòu)設(shè)計(jì)、腳本撰寫、模型質(zhì)量監(jiān)控和在線教學(xué)應(yīng)用的專職/兼職實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)教師6名，負(fù)責(zé)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)行控制平臺(tái)程序設(shè)計(jì)、質(zhì)量監(jiān)控資源管理、虛擬教學(xué)系統(tǒng)在線管理與維護(hù)的外聘信息技術(shù)從業(yè)人員2名。該系統(tǒng)采用Unity 3D場(chǎng)景設(shè)計(jì)，通過點(diǎn)擊鍵盤和鼠標(biāo)，學(xué)生根據(jù)提示逐步完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)問答習(xí)題后才能進(jìn)行后續(xù)操作。

1.2 虛擬仿真訓(xùn)練的教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和耳鼻咽喉頭頸外科學(xué)臨床技能培訓(xùn)大綱要求，虛擬仿真訓(xùn)練設(shè)計(jì)為3個(gè)等級(jí)(Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí))。Ⅰ級(jí)任務(wù)中，采用鼠標(biāo)點(diǎn)擊、拖拽方式模擬真實(shí)操作進(jìn)行耳解剖結(jié)構(gòu)功能操作(見圖1)，如點(diǎn)擊“前庭蝸器”進(jìn)行外耳、中耳、內(nèi)耳的血管、神經(jīng)、骨迷路、膜迷路等的解剖(操作步驟設(shè)置錯(cuò)誤或缺漏項(xiàng)問題供交互和考核)，整個(gè)前庭器官運(yùn)動(dòng)過程可360 °動(dòng)態(tài)觀察，且可720 °旋轉(zhuǎn)、縮放、切換前后左右上下視圖。

圖1 耳的3D虛擬仿真解剖結(jié)構(gòu)功能

Ⅱ級(jí)任務(wù)中，檢查者做好檢查前各項(xiàng)檢查準(zhǔn)備工作并進(jìn)行醫(yī)患溝通，通過詢問病史、既往健康狀況、過敏史等掌握患者的病因、癥狀和體征。虛擬仿真“雙耳變溫冷熱試驗(yàn)”通過3D動(dòng)畫形態(tài)展現(xiàn)檢查方法，運(yùn)用動(dòng)畫模擬被檢查者取仰臥位、頭前屈30 °, 360 °旋轉(zhuǎn)透視被檢查者冷熱水灌注迷路半規(guī)管的三維空間位置關(guān)系及與眼震頻率相互運(yùn)動(dòng)反饋?zhàn)兓?/p>

Ⅲ級(jí)任務(wù)中, 3D場(chǎng)景仿真檢查者打開雙耳變溫冷熱試驗(yàn)儀，調(diào)試儀器并選擇正確的注氣量、注氣時(shí)間、熱刺激溫度、冷刺激溫度。灌注時(shí)(半規(guī)管垂直位透明，畫中畫可視化路徑)囑受試者閉眼，向受試者外耳道分別注入氣體，參數(shù)分別為流量8 L、灌注時(shí)間60 s、熱刺激溫度50 ℃、冷刺激溫度24 ℃。

虛擬仿真“雙耳變溫冷熱試驗(yàn)”實(shí)訓(xùn)操作中設(shè)置問答供交互和考核: ① 虛擬患者水、氣灌注次序。② 眼震COWS原則(冷刺激為抑制性刺激眼震向?qū)?cè)，熱刺激為刺激性刺激眼震向同側(cè))特征分析。③ 中樞性眩暈和周圍性眩暈的診斷與鑒別診斷方法。④ 當(dāng)鼓膜穿孔時(shí), 4 ℃氯霉素滴眼液微量冰水試驗(yàn)的灌注方法和診斷意義。⑤ 半規(guī)管輕癱(CP)診斷數(shù)據(jù)分析。⑥ 優(yōu)勢(shì)偏向(DP)診斷數(shù)據(jù)分析。⑦ 診斷病例，完成報(bào)告。⑧ 虛擬仿真訓(xùn)練操作過程中可隨時(shí)重新加載程序，重置所有界面操作，虛擬仿真技能訓(xùn)練Ⅰ～Ⅲ級(jí)任務(wù)結(jié)束，進(jìn)行問卷調(diào)查。見表1。

表1 虛擬仿真訓(xùn)練臨床技能Ⅰ～Ⅲ級(jí)任務(wù)

1.3 虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)使用方法

待學(xué)生學(xué)完人體系統(tǒng)解剖學(xué)、人體局部解剖學(xué)、耳鼻咽喉頭頸外科學(xué)相應(yīng)的理論課和實(shí)驗(yàn)課，教師安排學(xué)生使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，具體操作訓(xùn)練時(shí)間為每周一至周五16: 30—18: 30以及周六、周日全天。學(xué)生有特殊情況可通過微信/QQ軟件與在線教學(xué)老師聯(lián)系，調(diào)整操作訓(xùn)練時(shí)間。制作網(wǎng)頁(yè)端版本，登錄需注冊(cè)(已有賬號(hào)密碼者直接登錄)，可選擇學(xué)生端、教師端、管理員端的方式點(diǎn)擊進(jìn)入。登錄界面: 雙耳變溫冷熱試驗(yàn)實(shí)景圖。學(xué)生登錄端平臺(tái)內(nèi)容有: 個(gè)人信息管理(可進(jìn)行密碼重置)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、個(gè)人實(shí)驗(yàn)操作記錄(時(shí)間、次數(shù)、成績(jī)、錯(cuò)誤點(diǎn))、互動(dòng)交流管理(可進(jìn)行提問解答)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改(提交報(bào)告后，可看到提交內(nèi)容)。教師登錄端平臺(tái)內(nèi)容有: 信息管理(可進(jìn)行密碼重置)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)(可查看實(shí)驗(yàn)操作記錄，包括時(shí)間、次數(shù)、成績(jī)、錯(cuò)誤點(diǎn))、互動(dòng)交流管理(可進(jìn)行提問解答)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改、教學(xué)資源管理按鈕、在線測(cè)試按鈕、系統(tǒng)設(shè)置按鈕、刷新列表按鈕、平臺(tái)管理等。管理員登錄端平臺(tái)內(nèi)容同教師端，且信息管理中增加實(shí)驗(yàn)公告管理、平臺(tái)管理。

1.4 虛擬仿真訓(xùn)練的評(píng)價(jià)方法

學(xué)生虛擬仿真訓(xùn)練任務(wù)有虛擬仿真實(shí)訓(xùn)操作、實(shí)驗(yàn)考核、報(bào)告提交、問題討論、師生互動(dòng)、教學(xué)檔案歸檔等?？荚噧?nèi)容依據(jù)耳鼻咽喉頭頸外科學(xué)課程教學(xué)大綱要求進(jìn)行選擇。課程考試采用閉卷形式，考察學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，滿分100分; 平時(shí)成績(jī)根據(jù)醫(yī)學(xué)生臨床技能培訓(xùn)Ⅰ～Ⅳ級(jí)實(shí)操訓(xùn)練考試內(nèi)容進(jìn)行考核，滿分100分; 學(xué)生成績(jī)構(gòu)成比為課程考試占70%，平時(shí)成績(jī)占30%。虛擬仿真訓(xùn)練作為醫(yī)學(xué)生臨床技能培訓(xùn)的輔助學(xué)習(xí)手段，完成情況不計(jì)入總成績(jī)。醫(yī)學(xué)人文科學(xué)素養(yǎng)、人際交流與團(tuán)隊(duì)協(xié)作、執(zhí)業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)與實(shí)施等培育方法以文獻(xiàn)閱讀和案例研討為主，完成情況不計(jì)入總成績(jī)。

咨詢醫(yī)學(xué)心理學(xué)和醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)專家意見后設(shè)計(jì)問卷調(diào)查表，問卷Cronbach′sα=0.896，效信度良好[8-12]。學(xué)生問卷調(diào)查設(shè): ① 理論學(xué)習(xí)3個(gè)條目; ② 技能訓(xùn)練4個(gè)條目; ③ 興趣、愛好、人文3個(gè)條目。教師問卷調(diào)查設(shè): ① 理論教學(xué)3個(gè)條目; ② 技能訓(xùn)練4個(gè)條目; ③ 興趣、愛好、人文3個(gè)條目。問卷題目均為選擇題，每題選項(xiàng)為是(3分)、尚可(2分)、不是(1分)，學(xué)生問卷和教師問卷滿分均為30分。問卷以無記名方式填寫，當(dāng)場(chǎng)發(fā)放、填寫并回收，共發(fā)放學(xué)生問卷120份、教師問卷30份，問卷有效回收率為100%。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié) 果

2.1 虛擬仿真訓(xùn)練考核成績(jī)

學(xué)生使用正確的用戶名和密碼登錄，即可進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)Ⅰ～Ⅲ級(jí)訓(xùn)練任務(wù)。帶教老師可精密化跟蹤學(xué)生實(shí)操訓(xùn)練過程，并由終端采集數(shù)據(jù)反饋給師生，師生可就學(xué)習(xí)過程中遇到的問題進(jìn)行交互討論。在訓(xùn)練操作中，所有學(xué)生依次完成虛擬仿真訓(xùn)練Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)階梯式學(xué)習(xí)任務(wù)，對(duì)鼓室六壁構(gòu)造、小兒咽鼓管解剖特點(diǎn)、聽功能主客觀檢查、雙耳變溫冷熱試驗(yàn)、模擬患者等理論知識(shí)和臨床技能的熟練度提高，課程學(xué)習(xí)成績(jī)提高, Ⅰ～Ⅲ級(jí)虛擬仿真訓(xùn)練任務(wù)完成情況較好，成績(jī)呈正態(tài)分布曲線，見圖2～4。Ⅰ級(jí)任務(wù)學(xué)習(xí)考核得分>90分者有77名，平均成績(jī)(86.33±10.51)分; Ⅱ級(jí)任務(wù)學(xué)習(xí)考核得分>90分者有93名，平均成績(jī)(89.89±8.37)分; Ⅲ級(jí)任務(wù)學(xué)習(xí)考核得分>90分者有109名，平均成績(jī)(92.23±5.04)分。Ⅲ級(jí)任務(wù)考核成績(jī)優(yōu)于Ⅱ級(jí)、Ⅰ級(jí)任務(wù)，且Ⅲ級(jí)任務(wù)成績(jī)優(yōu)秀(>90分)者人數(shù)多于Ⅱ級(jí)、Ⅰ級(jí)任務(wù)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

圖2 Ⅰ級(jí)考核成績(jī)得分

圖3 Ⅱ級(jí)考核成績(jī)得分

圖4 Ⅲ級(jí)考核成績(jī)得分

2.2 虛擬仿真訓(xùn)練的效果評(píng)價(jià)

三維模擬仿真動(dòng)畫最基礎(chǔ)的技術(shù)是還原人體器官或組織的原貌，“雙耳變溫冷熱試驗(yàn)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)前庭功能器官透視化呈現(xiàn)有利于教師教學(xué)與學(xué)生研習(xí)。大多數(shù)學(xué)生表示喜歡虛擬仿真訓(xùn)練實(shí)操方式，認(rèn)為使用虛擬仿真系統(tǒng)學(xué)習(xí)加深了對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，3D動(dòng)感界面能提高學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)知識(shí)的興趣，有助于提高臨床技能實(shí)際操作訓(xùn)練的熟練程度等，見表2。

表2 120名學(xué)生對(duì)虛擬仿真訓(xùn)練的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)[n(%)]

“雙耳變溫冷熱試驗(yàn)”通過頁(yè)面文字提示引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作，包括動(dòng)手操作和儀器參數(shù)設(shè)置。對(duì)于關(guān)鍵性步驟如灌注氣的流量、溫度、患者的特殊體位等界面會(huì)給出提示。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)頁(yè)面總結(jié)出檢查操作的注意事項(xiàng)，能幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)焦慮，促進(jìn)其順利完成“醫(yī)學(xué)生—醫(yī)生”的角色轉(zhuǎn)換。學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滿意度與虛擬仿真訓(xùn)練能幫助理解記憶理論知識(shí)、3D動(dòng)感界面激發(fā)創(chuàng)新思維、提高操作熟練度、提高動(dòng)手能力、有利于臨床實(shí)習(xí)和職業(yè)醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)呈正相關(guān)關(guān)系，見表3。

表3 學(xué)生對(duì)虛擬仿真訓(xùn)練滿意度的影響因素分析

本次發(fā)放教師問卷30份，參與問卷調(diào)查的教師平均年齡為(45.23±18.69)歲，均有PBL教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并教授過1～2門理論課程。大多數(shù)教師認(rèn)為，虛擬仿真訓(xùn)練可以提高教學(xué)效果，有利于學(xué)生掌握耳部解剖結(jié)構(gòu)和雙耳變溫冷熱試驗(yàn)檢查方法的臨床技能培訓(xùn)內(nèi)容，教學(xué)方法創(chuàng)新性好，能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維等，見表4。

3 討 論

臨床輔助診療儀器具有精密度高、操作性能不易掌握等特點(diǎn)，因而高等醫(yī)學(xué)院校迫切需要加強(qiáng)臨床醫(yī)學(xué)技能培訓(xùn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)，以滿足臨床需求[13-14]。

虛擬仿真訓(xùn)練教學(xué)可克服傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)的弊端[15-16]。人體結(jié)構(gòu)精細(xì)化、生理功能復(fù)雜化、神經(jīng)血管分布非可直視化等特點(diǎn)，使得以人體為研究對(duì)象的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)方法和技能培訓(xùn)方法受到了一定限制。虛擬仿真技術(shù)借助計(jì)算機(jī)技術(shù)生成的實(shí)驗(yàn)室診療環(huán)境可產(chǎn)生逼真的視覺、聽覺效果，學(xué)生通過操作鼠標(biāo)或鍵盤對(duì)儀器設(shè)備和被檢查者進(jìn)行360 °觀察、720 °解構(gòu)，克服了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)課程教學(xué)中掛圖、幻燈片、錄像等方法的缺點(diǎn)，是當(dāng)前耳鼻咽喉頭頸外科學(xué)的一種新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

虛擬仿真訓(xùn)練教學(xué)可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以“雙耳變溫冷熱試驗(yàn)”虛擬仿真訓(xùn)練為例，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中解剖功能結(jié)構(gòu)重要部分采用畫中畫技術(shù)設(shè)計(jì)，檢查方法重要參數(shù)設(shè)為高亮標(biāo)尺，做到重點(diǎn)、難點(diǎn)突出。虛擬仿真訓(xùn)練的教學(xué)模式使得學(xué)生可以不受時(shí)間、空間的限制，而Unity 3D場(chǎng)景設(shè)計(jì)可以讓學(xué)生有身臨其境的感覺。在人體標(biāo)本緊缺的前提下，對(duì)人體內(nèi)部器官組織的仿真模擬有助于學(xué)生提高實(shí)操技能熟練度和鞏固理論知識(shí)。本研究學(xué)生考核成績(jī)直方圖顯示, Ⅰ～Ⅲ級(jí)理論知識(shí)考核成績(jī)呈正態(tài)分布曲線，且Ⅲ級(jí)任務(wù)考核成績(jī)優(yōu)秀者人數(shù)多于Ⅱ級(jí)、Ⅰ級(jí)任務(wù)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

虛擬仿真訓(xùn)練教學(xué)可激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。臨床醫(yī)生的人體解剖學(xué)功底與外科手術(shù)操作能力呈正相關(guān)，但人體解剖學(xué)標(biāo)本的稀缺性和臨床技能操作訓(xùn)練假體的珍貴性限制了學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作練習(xí)的次數(shù)，也影響了學(xué)習(xí)的便捷性。虛擬仿真訓(xùn)練可使學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作虛實(shí)互補(bǔ)，既能鍛煉基本操作能力，又能提高臨床診療技術(shù)水平，打通了醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識(shí)和臨床醫(yī)學(xué)知識(shí)的通路，提高了學(xué)生醫(yī)學(xué)知識(shí)整體水平和臨床診療技術(shù)水平[17-20]。

虛擬仿真訓(xùn)練教學(xué)可促進(jìn)教學(xué)模式的改變。本研究認(rèn)為，以臨床思維和臨床實(shí)踐能力培養(yǎng)為核心，打通基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)療的通路是醫(yī)學(xué)教育發(fā)展的內(nèi)在要求。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)建了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)相結(jié)合的新型實(shí)驗(yàn)課程體系[21-23]?！半p耳變溫冷熱試驗(yàn)”虛擬仿真訓(xùn)練是基于器官功能和疾病體征的虛擬實(shí)訓(xùn)操作練習(xí)，設(shè)計(jì)了臨床技能培訓(xùn)實(shí)操訓(xùn)練教學(xué)課程、教學(xué)風(fēng)控質(zhì)量與評(píng)價(jià)、學(xué)生自主管理學(xué)習(xí)流程, Ⅰ～Ⅲ級(jí)任務(wù)實(shí)現(xiàn)了“教與學(xué)”的交互評(píng)價(jià)[24-25]。本研究結(jié)果顯示，虛擬仿真訓(xùn)練能將課程理論知識(shí)和技能培訓(xùn)實(shí)操練習(xí)有機(jī)結(jié)合，借助虛擬仿真教學(xué)手段，使學(xué)生早期接觸臨床，后期回歸基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)生全課程、大跨度學(xué)科實(shí)操訓(xùn)練整合，改變了臨床技能實(shí)訓(xùn)教學(xué)的模式。學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果分析顯示，學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的滿意度與虛擬仿真訓(xùn)練幫助理解記憶理論知識(shí)、激發(fā)創(chuàng)新思維、提高操作熟練度、提高動(dòng)手能力、有利于臨床實(shí)習(xí)和職業(yè)醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)呈正相關(guān)。