虛擬仿真技術在助產(chǎn)專業(yè)教學中應用

周倩倩， 朱愛勇， 曹文婷， 牛金花， 李 藝， 郁 晶

（1.上海健康醫(yī)學院護理與健康管理學院，上海201318；2.海南衛(wèi)生健康職業(yè)學院護理系，?？?70311；3.上海東海職業(yè)技術學院護理學院，上海200241）

0 引 言

近年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，虛擬仿真已廣泛應用于科研和生產(chǎn)的諸多領域，在高校的實踐教學環(huán)節(jié)中將虛擬仿真作為一種提高學生實訓效果的技術手段已被普遍接受。在醫(yī)學教學實踐中，醫(yī)學生往往需要對涉及人體器官或機體功能開展準確、精細、反復實踐訓練，而采用實體訓練又難于實現(xiàn)，如何利用虛擬仿真技術來開展醫(yī)學教育，已成為當前醫(yī)學教育的研究熱點之一［1-3］。虛擬仿真技術是一種創(chuàng)造虛擬環(huán)境的高科技手段，涵括視覺、聽覺、觸覺三位于一體，用戶借助于專用設備操作虛擬對象，產(chǎn)生如同在真實環(huán)境中操作的感受和體驗，具有感知性、交互性、構想性等特點［1］，因而備受醫(yī)學界青睞。虛擬仿真技術還呈現(xiàn)低成本、可重復性、可視化的特征，不僅促使其很快成為醫(yī)學教學活動中非常有效的技術途徑，而且在國內(nèi)醫(yī)學院校中已研究開發(fā)出比較先進的虛擬仿真實驗案例［3-9］。

相對于一般臨床醫(yī)學教學而言，助產(chǎn)專業(yè)有其自身的特殊性，比如在助產(chǎn)教學中的大部分知識點是“不可視”的，分娩過程本身主要發(fā)生在產(chǎn)婦身體內(nèi)部，采用圖片、視頻等傳統(tǒng)教學方式難以講透，從而影響學生在助產(chǎn)實訓過程中對分娩過程的準確理解和把握，而利用虛擬仿真技術卻可以構建出逼真的助產(chǎn)臨床環(huán)境直觀地看到產(chǎn)婦身體內(nèi)部的變化情況，從而為助產(chǎn)專業(yè)教學提供全新的教學方法［4］。

現(xiàn)針對助產(chǎn)專業(yè)傳統(tǒng)教學方式存在的不足，通過分析虛擬仿真技術在助產(chǎn)實訓教學活動中的優(yōu)勢，初步探討助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學建設的主要內(nèi)容，在此基礎上進一步研究助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學實例，以期對助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學研究提供參考，從而促進助產(chǎn)專業(yè)學科的發(fā)展。

1 虛擬仿真技術應用于助產(chǎn)專業(yè)實訓教學活動的優(yōu)越性

1.1 改變助產(chǎn)專業(yè)教學知識點的“不可視性”特征

助產(chǎn)專業(yè)教學內(nèi)容復雜，而且胎兒出生過程主要發(fā)生在產(chǎn)婦身體內(nèi)部，亦即具有不可視性，學生很難直觀的感知分娩過程，而僅憑單純想象是很難理解和掌握學習的內(nèi)容［9］。分娩過程作為助產(chǎn)專業(yè)教學的核心內(nèi)容，生產(chǎn)時胎兒在子宮中不斷下降，最后從產(chǎn)道娩出，胎兒生產(chǎn)的狀態(tài)變化都在產(chǎn)婦體內(nèi)完成。如果在教學活動中采用虛擬仿真技術為學生展示產(chǎn)婦分娩過程，可以將胎兒外部的子宮及產(chǎn)婦身體設置為可透視，學生就可以從空間角度全方位地直觀學習認識整個分娩過程。同時，學生還可以通過調(diào)整參數(shù)設置來控制分娩發(fā)展進程，得到不同類型的異常分娩過程，可以加深學生對分娩過程的認識和理解。

1.2 將助產(chǎn)專業(yè)教學知識點的抽象性具體化

由于整個懷孕和分娩過程均在孕產(chǎn)婦體內(nèi)完成，胎兒是不可視的，所以助產(chǎn)的相關知識就比較抽象。比如，胎方位的判別以及抬頭旋轉(zhuǎn)的過程就涉及分娩過程中胎頭和母體位置的變化關系，由于整個過程無法直觀看到，傳統(tǒng)的講授方法是在課堂上通過文字、圖片、模型等形式進行，學生就很難理解。相反，如果通過“虛擬仿真技術”和“分娩模型”相結(jié)合來講授就可以彌補這種傳統(tǒng)教學的不足，從而使得抽象的分娩過程形象化、可視化，學生就易于理解和掌握，同時，進一步加深并強化對分娩過程中胎頭與母體位置關系的理解和認識?？傊?，通過“虛擬仿真技術”將抽象的助產(chǎn)內(nèi)容具體化，不僅可以提高學生學習的積極性，更利于專業(yè)人才的培養(yǎng)。

1.3 彌補傳統(tǒng)助產(chǎn)專業(yè)教學存在的不足

傳統(tǒng)的助產(chǎn)專業(yè)教學主要是通常通過文字、圖片、實景錄像、動畫等教學形式來呈現(xiàn)整個分娩過程，教師往往難于形象生動地向?qū)W生全方位的展示分娩全貌。而利用虛擬仿真技術開展助產(chǎn)專業(yè)實訓教學，可以使學生在虛擬臨床環(huán)境下學習和觀察分娩全過程。除了按照常規(guī)實訓方案進行練習外，還可以進行參數(shù)設置和實訓條件的反復變化，幫助學生理解和認識不同的異常分娩結(jié)果，而不必考慮實訓危險或?qū)嵱柡牟馁M用。另一方面，還可以對不同的實訓方案進行考核，不斷提升學生對分娩知識的理解和掌握程度以跟蹤了解學生的學習效果。

1.4 促進虛擬仿真技術應用于助產(chǎn)專業(yè)實訓教學

如前所述，應用虛擬仿真技術于助產(chǎn)專業(yè)教學活動不僅可以將較為抽象、不可視的胎兒分娩過程形象化和具體化，幫助學生更好地理解和掌握助產(chǎn)專業(yè)知識。同時，還可以在虛擬仿真的臨床環(huán)境中激發(fā)學生的學習興趣，提升學生的動手操作能力，培養(yǎng)學生的助產(chǎn)專業(yè)技能。通過跟蹤考核學生的學習效果，形成有利于人才培養(yǎng)的一系列助產(chǎn)專業(yè)教學新方法，從而促進高端助產(chǎn)人才的培育。另外，將虛擬仿真技術應用于助產(chǎn)專業(yè)教學，充分實現(xiàn)助產(chǎn)專業(yè)的信息化教學，也必將推動助產(chǎn)專業(yè)教學改革和發(fā)展。

2 助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學建設的主要內(nèi)容

助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學不僅解決了難以直觀感受的不可視、比較抽象的母胎體內(nèi)變化的臨床環(huán)境，而且還提供了可重復使用、可靠性好、低成本的教學和實訓條件。為了使助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學更加系統(tǒng)化，便于高端助產(chǎn)專業(yè)人才的培養(yǎng)，對助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學建設的主要內(nèi)容進行探討。根據(jù)多年來的助產(chǎn)專業(yè)教學實踐，助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學建設內(nèi)容至少應包括實訓教學系統(tǒng)、實驗教學案例、實訓儀器、實驗教學案例四大部分，具體內(nèi)容見表1所示。

表1 助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學建設的主要內(nèi)容

2.1 構建助產(chǎn)虛擬仿真實訓教學系統(tǒng)

根據(jù)助產(chǎn)專業(yè)教學的學科特點，將助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學實訓教學劃分為臨床思維訓練系統(tǒng)和單項技能訓練系統(tǒng)，前者包括自然分娩、自由體位分娩和新生兒急救復蘇等，后者可以涵蓋4步觸診、平產(chǎn)接生、人工流產(chǎn)、臀位助產(chǎn)、分娩機制等模塊，實訓教學大綱可以依此進行實訓課程方案設計。

2.2 開發(fā)助產(chǎn)虛擬仿真實驗教學案例

按照上述的助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真實訓教學系統(tǒng)設計，助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真實驗教學可選擇沉浸式虛擬仿真技術和增強現(xiàn)實技術來開展。結(jié)合助產(chǎn)專業(yè)課程教學內(nèi)容，可應用虛擬仿真技術來設計若干案例。例如，利用沉浸式虛擬仿真技術展現(xiàn)整個平產(chǎn)接生的整個過程；還可以結(jié)合現(xiàn)有AR專用骨盆模型，實時操作，虛擬的3D胎兒就可以通過這個真實骨盆，通過增強現(xiàn)實技術，形成虛實結(jié)合的教學模式。這樣，通過讓學生感知由視覺、聽覺、觸覺等構成的虛擬環(huán)境來達到超越感官的課程學習體驗。

2.3 建設助產(chǎn)虛擬仿真實訓平臺

助產(chǎn)接產(chǎn)技術是助產(chǎn)專業(yè)領域非常重要的組成部分，是助產(chǎn)專業(yè)的基礎，也是最核心的技術之一，熟練掌握助產(chǎn)接產(chǎn)技術是培養(yǎng)助產(chǎn)專業(yè)領域人才的重要組成部分。目前學校用于助產(chǎn)接產(chǎn)技術教學實訓的設備存在價格貴、數(shù)量少、運行成本高等問題，例如一套模擬自然分娩的設備，高端全自動設備費用高達上百萬元，即使非全自動設備也要幾十萬元，國內(nèi)學校限于財力是無法大規(guī)模購置的［10］。由于學校實體設備較少，學生難以一對一操作，教師一般只能通過演示實體設備和播放視頻的方式授課。這樣雖然可以幫助學生加強理解，但是并不能看到子宮內(nèi)部胎兒的實際變化情況，學生難以掌握抽象的內(nèi)容，導致學生學習興趣不高，重難點部分難以理解等后果。助產(chǎn)虛擬仿真儀器系統(tǒng)可重復使用，可大大節(jié)約實驗環(huán)節(jié)的教學經(jīng)費，解決模擬自然分娩的設備數(shù)量少、價格昂貴和學生需求之間的矛盾。

2.4 實踐助產(chǎn)虛擬仿真實驗教學案例

助產(chǎn)虛擬仿真系統(tǒng)采用VR虛擬現(xiàn)實技術，在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中進行模擬演練，在預設的虛擬產(chǎn)房中模擬操作，使用者通過手柄或數(shù)據(jù)手套來精確定位手部運動，從而實現(xiàn)用雙手操控虛擬世界的三維對象，可以逼真地進行助產(chǎn)專業(yè)學習和訓練。針對助產(chǎn)虛擬仿真實訓教學案例可以設置一個相對閉環(huán)的完整使用機制：使用—評價—反饋—改進—再使用［11］，教師和學生對助產(chǎn)虛擬仿真實訓教學案例使用后應及時進行評價，再根據(jù)用戶評價結(jié)果、課堂教學效果等反饋信息來改進和調(diào)整案例。

3 助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學實例

3.1 臨床思維訓練系統(tǒng)

（1）臨床思維3D情景模擬訓練系統(tǒng)（自然分娩）。產(chǎn)科臨床思維訓練系統(tǒng)可以從“第一產(chǎn)程”“第二產(chǎn)程”“第三產(chǎn)程”綜合模擬［12］，培養(yǎng)學生的臨床思維，內(nèi)置的練習模式和考核模式（見圖1），老師可隨時查看學生的學習成果。

圖1 臨床思維3D情景模擬訓練系統(tǒng)（自然分娩）

（2）臨床思維3D情景模擬訓練系統(tǒng)（自由體位分娩）。由于自由體位是目前最新的分娩方式［12］，教科書的資料也非常有限，學生也沒有辦法有限地得到學習，自由體位模塊可以讓學生學習不同體位的狀態(tài)（見圖2），可進一步理解不同體位胎兒和骨盆的關系，及不同體位的優(yōu)缺點。

圖2 臨床思維3D情景模擬訓練系統(tǒng)（自由體位分娩）

（3）臨床思維3D情景模擬訓練系統(tǒng)（新生兒急救復蘇）。新生兒復蘇軟件能夠系統(tǒng)、動態(tài)地評估新生兒的體征包括：評估足月、羊水、哭聲、肌張力、膚色、呼吸、心率。軟件提供多個案例，針對不同案例的評估結(jié)果提供對應的決策方法，完整、清楚、準確地展現(xiàn)了新生兒復蘇的操作流程。用戶可以從多個模式、多個方位對操作步驟逐一進行觀看。軟件自帶的多案例特點，可使學生模擬不同的新生兒復蘇的操作流程。首先進行動態(tài)評估，評估新生兒的體征進而判斷新生兒復蘇的具體操作流程。新生兒復蘇的操作流程包括：常規(guī)護理、復蘇后護理、初步復蘇、給氧、正壓人工呼吸、胸外按壓等步驟（見圖3）。

圖3 臨床思維3D情景模擬訓練系統(tǒng)（新生兒急救復蘇）

3.2 助產(chǎn)技術單項技能訓練系統(tǒng)

助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)一共分為5個模塊，四步觸診、平產(chǎn)接生、人工流產(chǎn)、臀位助產(chǎn)、分娩機制。

（1）四步觸診（見圖4）。①可以全方位、多模式的展示四步觸診的步驟，逐步觀看操作步驟，例如，在透視模式下可以顯示出子宮內(nèi)胎兒情況。②可設置胎產(chǎn)式（橫產(chǎn)式、縱產(chǎn)式、斜產(chǎn)式）、胎先露（枕先露、面先露、臀先露）、胎方位（枕左前、枕右前、枕左后、枕右后、枕左橫、枕右橫等），設置后實時更新胎兒在子宮的位置和狀態(tài)。

圖4 四步觸診

（2）平產(chǎn)接生。從接產(chǎn)前準備到接產(chǎn)步驟，直觀、清楚地展示平產(chǎn)接生的步驟，可以模擬宮口打開的全過程，真實模擬練習消毒的方法和順序、接生的方法和手段，可以從多種模式、不同方位對操作步驟逐一進行觀看，手勢動作可放大、移動、旋轉(zhuǎn)視角或隱藏器具來詳細查看。例如，可以在透視模式下觀看接生手法，給學生身臨其境的感受（見圖5）。

圖5 平產(chǎn)接生

（3）人工流產(chǎn)。學生可以評估人工流產(chǎn)術的適應癥，并且系統(tǒng)中的操作步驟直觀、清楚，還可以在模擬操作過程當中，可以通過軟件3D實時的查看器械或手在陰道和子宮內(nèi)部的具體方位和動作［13］（見圖6），這是傳統(tǒng)教學手段無法實現(xiàn)的。

圖6 人工流產(chǎn)

（4）臀位助產(chǎn)。由于臀位分娩非常復雜，有3次內(nèi)旋轉(zhuǎn)，過去很難教學，老師沒有合適的教學手段表現(xiàn)臀位的機制和過程，通過軟件，學生可以在透視模式下觀看臀位助產(chǎn)過程中胎兒如何發(fā)生臀位的內(nèi)旋轉(zhuǎn)和復位（見圖7），肩部如何內(nèi)旋轉(zhuǎn)以及如何娩出上肢和頭部的關鍵手法，學生自己操作時可以更加熟練地掌握規(guī)范。

圖7 臀位助產(chǎn)

（5）分娩機制。非常完整的展示枕前位分娩機制七個步驟［14-15］（包括銜接、下降、俯屈、內(nèi)旋轉(zhuǎn)、仰伸、復位和外旋轉(zhuǎn)）中胎頭不斷下行的過程中和骨盆的關系變化情況（見圖8），將原來非常抽象的分娩機制直觀呈現(xiàn)出來，便于學生理解復雜抽象的分娩機制過程，可以觀察到胎頭的前囟門和后囟門。

圖8 分娩機制

4 結(jié) 語

虛擬仿真技術在助產(chǎn)專業(yè)教學上的應用，達到了提高實驗教學的目的。結(jié)果表明，該技術克服原有助產(chǎn)實訓教學中分娩過程的“不可視性”，讓學生更直觀地看到胎兒在母體內(nèi)的變化情況，有利于學生對助產(chǎn)專業(yè)知識更好地吸收內(nèi)化，有助于提高學生接產(chǎn)時實際處理能力，不斷提升助產(chǎn)專業(yè)學生的實踐與創(chuàng)新能力，從而提升教學質(zhì)量。虛擬仿真技術是助產(chǎn)專業(yè)教學的重要發(fā)展方向之一，必將開創(chuàng)現(xiàn)代助產(chǎn)專業(yè)教學的新未來。