腹腔鏡膽囊切除術(shù)虛擬仿真教學(xué)的探索

劉 琦 王效慈 高思齊 查 偉 丁 丹

（新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

0 引言

近年來，隨著云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的產(chǎn)生和進步，不僅為經(jīng)濟的快速發(fā)展帶來了機遇和挑戰(zhàn)，而且改變了人們的生活和教育方式。 其中，以信息技術(shù)與教育資源的交互融合為本質(zhì)特征的虛擬仿真技術(shù)發(fā)揮著獨特優(yōu)勢，并且逐步應(yīng)用到醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，有效緩解了日益擴大的招生規(guī)模引發(fā)的臨床教育資源日益不足的情況。

1 傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)模式面臨的困境

隨著醫(yī)學(xué)院校招生規(guī)模的擴大，傳統(tǒng)教育模式的短板日益突顯，具體如下：一是教育資源的不足。 理實結(jié)合是醫(yī)學(xué)教育的顯著特點。但是，隨著倫理道德觀念的深入和患者隱私意識的增強， 臨床實踐中教育資源不足的現(xiàn)狀日益突出。 二是臨床操作技術(shù)教學(xué)難度增加。 基于創(chuàng)意理念、血管介入技術(shù)、內(nèi)視鏡技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)進入了高速發(fā)展階段[1]。 傳統(tǒng)臨床實驗的教學(xué)模式，已經(jīng)無法開展高難度的臨床操作技能教學(xué)。 三是臨床教學(xué)費用有限。 實驗室的開設(shè)和運營成本等，一直是困擾各醫(yī)學(xué)院校的普遍問題，嚴重制約了醫(yī)學(xué)實踐教學(xué)質(zhì)量的提高[2]。 四是特殊疾病案例有限。 許多臨床病例都具有明顯的季節(jié)性和地域性特征，短期內(nèi)無法找到大量教學(xué)實例讓醫(yī)學(xué)生進行多次反復(fù)的實踐操作訓(xùn)練。 五是對醫(yī)生的手術(shù)操作水平要求高。 在手術(shù)過程中，醫(yī)生的動作要求正確并柔和，對醫(yī)生的手術(shù)操作技術(shù)和經(jīng)驗要求高。 從患者手術(shù)過程的安全性來說， 直接讓醫(yī)學(xué)生接觸手術(shù)是不可能的。因此，醫(yī)學(xué)生缺乏相應(yīng)的實踐操作練習(xí)，無法提高手術(shù)操作水平和增加實際的臨床經(jīng)驗。

2 虛擬教學(xué)平臺綜述

2.1 虛擬仿真教學(xué)技術(shù)特點

虛擬仿真技術(shù)也被稱為VR 技術(shù)， 是利用虛擬系統(tǒng)模擬真實系統(tǒng)的技術(shù)[3]。 在該虛擬環(huán)境中，操作人員通過三維立體虛擬場景和交互設(shè)計有效地利用各種數(shù)據(jù)、信息、設(shè)備和儀器，可以體驗到與實際環(huán)境相同的設(shè)備，并且虛擬環(huán)境中物體的交互讓操作人員仿佛置身于現(xiàn)實世界，進行交互操作，獲得有效的實感和體驗，為臨床教學(xué)的發(fā)展帶來新的契機，是臨床實踐教學(xué)領(lǐng)域乃至醫(yī)學(xué)發(fā)展歷程的進步。

隨著虛擬仿真技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出與臨床醫(yī)學(xué)實踐教育相關(guān)的各種模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。 通過交互醫(yī)療模擬教學(xué)，醫(yī)學(xué)生不僅可以在虛擬仿真醫(yī)療環(huán)境中實現(xiàn)各種臨床技能的操作，還可以減輕心理負擔(dān)和操作壓力，有效提高醫(yī)學(xué)生的臨床操作水平，增強醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和自信。 同時，虛擬仿真教學(xué)豐富了教師的教學(xué)活動，有效地解決了教育資源不足、教育運營成本限制等問題，從根本上實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源和教育資源的相互轉(zhuǎn)換。

2.2 構(gòu)建虛擬教學(xué)平臺必要性

伴隨著“虛擬仿真技術(shù)（VR 技術(shù)）+醫(yī)學(xué)”的熱潮，基于高等教育信息化的指導(dǎo)思想，運用虛擬仿真技術(shù)（VR 技術(shù)）構(gòu)建虛擬實驗教學(xué)平臺，已成為部分醫(yī)學(xué)院校及機構(gòu)著力打造的教學(xué)方式。 相較于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)模式，應(yīng)用的虛擬仿真教學(xué)平臺不僅實現(xiàn)了理論教學(xué)、線上線下督導(dǎo)、評價，更重要的是通過信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源的開發(fā)共享，以期達到提高臨床教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)高層次醫(yī)學(xué)人才的目的等。 這些舉措不僅提升了教學(xué)效果，提高了教育質(zhì)量，而且實現(xiàn)了虛擬仿真技術(shù)（VR 技術(shù)）和教學(xué)實踐的有機結(jié)合，突破了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的限制困境，最終達到提升醫(yī)學(xué)素養(yǎng)和高層次醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的目標。

3 虛擬仿真技術(shù)與腹腔鏡膽囊切除術(shù)教學(xué)結(jié)合

在臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)過程中，學(xué)生掌握慢、訓(xùn)練周期長等因素，一直是困擾臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)的難點之一。 但是，基于虛擬仿真技術(shù)（VR 技術(shù)），可以有效解決這一難題，提高實踐訓(xùn)練的質(zhì)量和效率。

目前， 虛擬仿真手術(shù)主要包括達·芬奇機器人模擬手術(shù)系統(tǒng)、虛擬手術(shù)臺操作系統(tǒng)、虛擬腹腔鏡手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)等[4]。 基于這些虛擬仿真手術(shù)系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)生可以在計算機生成的和實際手術(shù)操作環(huán)境、操作過程幾乎“完全一樣”的虛擬手術(shù)環(huán)境中體驗手術(shù)器具使用、學(xué)習(xí)如何操作手術(shù)， 提高應(yīng)對術(shù)中突發(fā)狀況的能力。同時， 醫(yī)學(xué)生通過對虛擬人體模型進行手術(shù)操作，不僅“真實”體驗了手術(shù)的全過程，而且可以反復(fù)進行手術(shù)操作，在不斷的實踐操作中積累經(jīng)驗，達到提升實踐操作的目的。

虛擬腹腔鏡手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)也是一種虛擬仿真教學(xué)形式，主要是利用計算機模擬腹腔鏡手術(shù)的基本實踐環(huán)境。 醫(yī)學(xué)生通過操作虛擬的人體模型，完成物體運輸、切斷、電冷凝、眼協(xié)動等訓(xùn)練，達到掌握手術(shù)基本技能的目的。 因此，腹腔鏡虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)對于醫(yī)學(xué)生掌握腹腔鏡手術(shù)的基本技術(shù)具有明顯的訓(xùn)練效果和價值。 同時，虛擬仿真技術(shù)與腹腔鏡膽囊切除術(shù)教學(xué)相結(jié)合的優(yōu)點如下：（1） 腹腔鏡膽囊切除術(shù)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的出現(xiàn)， 極大地節(jié)約了教學(xué)資源，豐富了教師的教學(xué)水平，同時，也方便了醫(yī)學(xué)生自主實踐操作，將知識更好地應(yīng)用于實踐中，提高了醫(yī)學(xué)生的臨床操作能力[5-6]。 （2）醫(yī)學(xué)生和醫(yī)生獲得大量實踐操作腹腔鏡膽囊切除術(shù)的機會，不斷積累經(jīng)驗，掌握臨床操作技術(shù)，有效增加可實施腹腔鏡膽囊切除術(shù)的優(yōu)秀醫(yī)生和醫(yī)學(xué)生的數(shù)量。 （3）手術(shù)前，醫(yī)生使用虛擬仿真教學(xué)視頻直觀解說手術(shù)流程、 術(shù)后康復(fù)等情況，不僅讓患者和家人了解“真實”的手術(shù)過程和術(shù)后狀況，而且有效緩解了患者和家人的心理壓力和思想包袱，降低了醫(yī)療糾紛的發(fā)生率。 （4）虛擬仿真技術(shù)具有百分百的“容錯率”。 通過虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，即使醫(yī)學(xué)生操作失誤也不會造成人身事故，百分百的“容錯率”可以最大限度緩解醫(yī)學(xué)生的思想壓力，營造輕松的手術(shù)環(huán)境。 （5）虛擬手術(shù)環(huán)境的構(gòu)建依賴于虛擬現(xiàn)實技術(shù)、醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)、計算機工具等，生動地展現(xiàn)了醫(yī)生制訂手術(shù)方案、實施手術(shù)演示、開展手術(shù)訓(xùn)練、手術(shù)教學(xué)、術(shù)中指導(dǎo)手術(shù)、術(shù)后康復(fù)等工作。 通過虛擬手術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)，教師可以讓醫(yī)學(xué)生對手術(shù)的整個過程有明確的認識。 比如，術(shù)前準備流程，手術(shù)操作流程，術(shù)后康復(fù)治療等，這一系列教學(xué)內(nèi)容可以讓醫(yī)學(xué)生更好地掌握臨床操作技能，提升醫(yī)學(xué)素養(yǎng)。

4 總結(jié)與反思

4.1 總結(jié)

通過很好地結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)和腹腔鏡膽囊切除術(shù)，建立了虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)。不僅能有效解決教學(xué)資源不足、臨床操作教學(xué)運營費用有限的問題，而且適應(yīng)了“虛擬現(xiàn)實+醫(yī)學(xué)”的發(fā)展趨勢，讓更多的醫(yī)學(xué)生和醫(yī)生通過虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)進行大量的臨床實踐操作，總結(jié)手術(shù)過程中的相關(guān)經(jīng)驗和教訓(xùn)， 熟練掌握腹腔鏡膽囊切除術(shù)。 同時，為提高醫(yī)學(xué)教育水平、教學(xué)模式創(chuàng)新提供了新思路，醫(yī)學(xué)生也運用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，提高了學(xué)習(xí)的興趣和實際的臨床操作能力。

4.2 反思

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各醫(yī)學(xué)院校和科學(xué)實驗，但仍然有一定的局限性。 首先，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容不能完全覆蓋所有患者在疾病和手術(shù)中所發(fā)生的突發(fā)情況。 其次，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)以虛擬的形式出現(xiàn)，不能讓醫(yī)學(xué)生和醫(yī)生真實地感受到患者腹部器官的溫度和濕度。 最后，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)不能準確模擬真實的操作過程，醫(yī)療器械上的數(shù)據(jù)也不完全真實，無法滿足準確性的要求。 因此，虛擬仿真教學(xué)不能完全替代臨床實踐教學(xué)，但隨著現(xiàn)代多媒體技術(shù)手段的應(yīng)用和虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的進一步完善和發(fā)展，結(jié)合臨床實踐教學(xué)，構(gòu)建“虛實結(jié)合”，完成優(yōu)勢互補，通過資源共享，實現(xiàn)現(xiàn)代化教學(xué)形式，可以發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育和科學(xué)研究方面的優(yōu)勢。