利用醫(yī)學(xué)虛擬模型設(shè)備開展臨床技能培訓(xùn)的探討

畢衛(wèi)云，朱財林

1. 空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院 臨床技能培訓(xùn)中心，陜西 西安 710032；2. 西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 胸外科，陜西 西安 710061

引言

計算機(jī)虛擬技術(shù)為醫(yī)學(xué)模擬培訓(xùn)帶來一場新的革命，它的出現(xiàn)成為虛擬模型系統(tǒng)史上劃時代的進(jìn)步[1]。利用虛擬模型系統(tǒng)開展臨床技能培訓(xùn)工作，倡導(dǎo)以盡可能貼近臨床真實環(huán)境和更符合醫(yī)學(xué)倫理學(xué)的方式為臨床醫(yī)師提供便利，不僅省時、省力，而且減少了不必要的創(chuàng)傷[2]。近年來，臨床技能培訓(xùn)中心利用計算機(jī)互動模型和虛擬模擬系統(tǒng)，以真實導(dǎo)入的病例為模板，通過模擬人和虛擬臨床場景[3]，采用觸、視、聽等互動式的練習(xí)，讓臨床醫(yī)師在全面認(rèn)識解剖部位與病變能力的基礎(chǔ)上，提高操作的靈活性、準(zhǔn)確性并且更好地掌握這項操作技術(shù)[4]。

1 虛擬模型設(shè)備在臨床技能培訓(xùn)中的應(yīng)用背景

自從虛擬技術(shù)的開創(chuàng)者依默森研發(fā)了應(yīng)用于呼吸系統(tǒng)和消化系統(tǒng)培訓(xùn)的虛擬內(nèi)窺鏡以及用于普通外科手術(shù)培訓(xùn)的虛擬腹腔鏡以來，虛擬模型設(shè)備在臨床技能培訓(xùn)工作中的應(yīng)用越來越廣泛。英國諾丁漢大學(xué)醫(yī)學(xué)院、香港大學(xué)醫(yī)學(xué)院等[5]眾多頂尖國際醫(yī)學(xué)學(xué)府將這類虛擬模型設(shè)備用于臨床技能培訓(xùn)中，取得了良好效果。同時，國內(nèi)多家高等醫(yī)學(xué)院校接受了美國中華醫(yī)學(xué)基金的資助，開啟了國內(nèi)臨床模擬教學(xué)先河[6]。我國首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院于21世紀(jì)初率先建立高仿真模擬培訓(xùn)中心，從美國引進(jìn)了具有現(xiàn)代生理驅(qū)動高仿真模擬培訓(xùn)的最新技術(shù)HPS。隨后我國其他重點醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院也相繼建立了臨床技能培訓(xùn)中心，并利用醫(yī)療虛擬模型設(shè)備開展臨床技能培訓(xùn)。隨著醫(yī)學(xué)模擬教育技術(shù)的迅速發(fā)展和提高，虛擬模型系統(tǒng)逐漸應(yīng)用到臨床的各個學(xué)科[7]。

2 虛擬模型設(shè)備在我院臨床技能培訓(xùn)中的應(yīng)用

我院臨床技能培訓(xùn)中心是目前國內(nèi)規(guī)模最大、設(shè)施齊全、技術(shù)領(lǐng)先的培訓(xùn)中心之一。模型設(shè)備包括生理驅(qū)動模型、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機(jī)輔助模型和局部功能訓(xùn)練模型等[8]，詳見表1。

表1 我院臨床技能培訓(xùn)中心模型分類與對應(yīng)課程

利用虛擬模型設(shè)備開展培訓(xùn)課程：① 用高端智能人進(jìn)行模擬病例演練，以接近臨床的真實環(huán)境和更符合醫(yī)學(xué)、倫理學(xué)的方式，根據(jù)所設(shè)定的模擬場景，學(xué)員可以觀察到模擬人呼吸變化、瞳孔散大縮小等情況，甚至可以觸及橈動脈搏動以及強(qiáng)弱變化，真實的醫(yī)學(xué)模型、完全手術(shù)室化的工作場景使學(xué)員們有身臨其境之感；② 實行教員與學(xué)員互動，通過采用互動教學(xué)充分調(diào)動學(xué)員的積極性、主動性和創(chuàng)新性，提高教學(xué)效果；③ 采用虛擬模擬訓(xùn)練。下面舉例說明運用模型及開展的對應(yīng)課程。

（1）利用局部功能訓(xùn)練模型開展培訓(xùn)課程。局部功能訓(xùn)練模型主要用于開展“三基”課程培訓(xùn)。“三基”指基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本技能[9]。

（2）利用計算機(jī)輔助模型開展Microsim臨床思維培訓(xùn)。以情景模擬教學(xué)[10]、人機(jī)對話、自主學(xué)習(xí)為主的Microsim臨床思維訓(xùn)練。

（3）利用全身、半身仿真模型開展心肺復(fù)蘇急救技能培訓(xùn)[11]。

（4）利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)備開展?？萍寄芘嘤?xùn)，包括腔鏡基本技能訓(xùn)練、虛擬內(nèi)窺鏡訓(xùn)練等。

（5）利用生理驅(qū)動模型開展高級生命支持培訓(xùn)以及臨床急救能力培養(yǎng)。

（6）運用高端模擬人軟件開發(fā)功能，主要是編輯戰(zhàn)創(chuàng)傷模擬人病例，進(jìn)而創(chuàng)建相應(yīng)的創(chuàng)傷急救培訓(xùn)課程，對參訓(xùn)人員扎實掌握急救技能、正確診斷臨床疾病起到積極作用。

3 材料與方法（以虛擬支氣管鏡培訓(xùn)為例）

3.1 培訓(xùn)對象

按照學(xué)習(xí)者的報名先后順序，每期抽取7～8名（只有一臺高級虛擬內(nèi)窺鏡訓(xùn)練系統(tǒng)，學(xué)員輪流練習(xí)）既往未接觸過或未獨立進(jìn)行過支氣管鏡操作的呼吸科醫(yī)師及纖維支氣管鏡相關(guān)科室醫(yī)師。這些醫(yī)師都具有碩士以上學(xué)位，并且均已考取臨床執(zhí)業(yè)醫(yī)師資格證。

3.2 培訓(xùn)模型

虛擬支氣管鏡操作訓(xùn)練系統(tǒng)由一個虛擬支氣管鏡、一個計算機(jī)交互式界面、一臺計算機(jī)和模擬技術(shù)軟件組成。

3.3 評價指標(biāo)

（1）操作用時。操作開始，系統(tǒng)自動計時。

（2）已觀察到支氣管樹的比例。用來評價操作者的準(zhǔn)確性。

（3）出現(xiàn)紅視時間。用來評價操作者的靈活性。

（4）理論考核成績。考試命題嚴(yán)格遵循教學(xué)大綱要求，且從非講課教授專門命題的纖維支氣管鏡試題題庫選題。除理論考試、操作考試，其他各個評價指標(biāo)都來自系統(tǒng)自帶的評估系統(tǒng)，考試過程中由系統(tǒng)自動記錄，培訓(xùn)老師當(dāng)場打印系統(tǒng)考核結(jié)果。

4 統(tǒng)計學(xué)分析（以虛擬支氣管鏡培訓(xùn)為例）

4.1 資料來源

統(tǒng)計近十年虛擬支氣管鏡（共開班35期，每期7～8人）培訓(xùn)的學(xué)員成績，每名學(xué)員分培訓(xùn)前、培訓(xùn)3 h、培訓(xùn)6 h三個階段考核，將276名學(xué)員共828次考試成績作統(tǒng)計分析。虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)自帶評估打分，所有培訓(xùn)學(xué)員的系統(tǒng)評分顯示訓(xùn)練3 h平均分?jǐn)?shù)可以達(dá)到及格線以上，所以選擇3 h作為中期考核；有部分學(xué)員的操作評分在6 h時已接近滿分，考慮到時間及社會效益，選擇6 h作為另一個參考節(jié)點。

4.2 結(jié)果

考核結(jié)果采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，計量數(shù)據(jù)以（±s）表示，組間比較采用均值t檢驗，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。培訓(xùn)前后的各項指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果如表2～3所示。

表2 培訓(xùn)前與培訓(xùn)后成績對比（±s，分）

表2 培訓(xùn)前與培訓(xùn)后成績對比（±s，分）

時間節(jié)點 理論考試 操作考試訓(xùn)練前 73.05±4.35 80.00±5.07訓(xùn)練3 h 82.99±1.07 85.13±2.30訓(xùn)練6 h 94.40±3.51 96.37±2.78 P值 ＜0.001 ＜0.001

表3 培訓(xùn)前與培訓(xùn)3 h、培訓(xùn)6 h后操作指數(shù)對比（±s）

表3 培訓(xùn)前與培訓(xùn)3 h、培訓(xùn)6 h后操作指數(shù)對比（±s）

時間節(jié)點 整體操作用時/s完成支氣管探查比例/%訓(xùn)練前 443.0±101.0 73.0±29.0 52.0±14.9訓(xùn)練3 h 293.0±46.0 39.0±26.0 79.4±12.1訓(xùn)練6 h 217.0±40.0 23.0±11.5 94.6±4.8 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001紅視時間/s

5 利用虛擬模型設(shè)備開展臨床技能培訓(xùn)的優(yōu)勢

我國醫(yī)學(xué)生的培養(yǎng)雖然沒有美國的漫長[12]，但也要經(jīng)過5～8年的理論知識學(xué)習(xí)后，再到臨床科室經(jīng)歷1～3年的規(guī)范化培訓(xùn)。臨床操作技術(shù)的掌握是醫(yī)學(xué)生實習(xí)中的重點。學(xué)生經(jīng)過多年的理論學(xué)習(xí)和規(guī)范化培訓(xùn)，雖然獲得了非常豐富的理論知識，但是操作技能卻無法滿足臨床需求，理論知識與臨床實踐存在嚴(yán)重脫節(jié)。國家醫(yī)學(xué)考試中心在臨床執(zhí)業(yè)醫(yī)師資格考試中[13]，通過虛擬操作評價臨床技能，也很大程度上推進(jìn)了各院校標(biāo)準(zhǔn)化病人與臨床技能培訓(xùn)建設(shè)。通過虛擬模型設(shè)備為各類醫(yī)師及學(xué)員提供寬闊的培訓(xùn)平臺，開展多層次培訓(xùn)，是臨床實踐教學(xué)成功走向臨床應(yīng)用與實施的重要保障。

（1）利用虛擬模型開展臨床技能培訓(xùn)能改善醫(yī)患關(guān)系，減少醫(yī)患矛盾。以往只能在病人身上進(jìn)行臨床技能操作練習(xí)，傳統(tǒng)的臨床實驗教學(xué)模式已無法滿足高難度的臨床教學(xué)。在此背景下，現(xiàn)代化的臨床技能培訓(xùn)中心逐步引進(jìn)了盡可能貼近臨床實際需求的高仿真虛擬系統(tǒng)來開展臨床技能培訓(xùn)和考核，對醫(yī)學(xué)生的培養(yǎng)具有重要意義[14]。

（2）虛擬模型為醫(yī)學(xué)模擬教學(xué)提供支撐。利用高仿真模擬訓(xùn)練系統(tǒng)代替真實患者和模擬真實場景進(jìn)行臨床技能培訓(xùn)可以快速提高醫(yī)學(xué)生的臨床操作技能，同時減少患者的傷害和避免醫(yī)療糾紛的發(fā)生[15]。

（3）虛擬模型有利于醫(yī)學(xué)生的心理健康成長。虛擬模型培訓(xùn)的最大優(yōu)勢是在教學(xué)和使用過程中可以實現(xiàn)針對某一疾病診斷與治療過程的反復(fù)訓(xùn)練，既不會因操作不當(dāng)造成不良后果，更不會出現(xiàn)醫(yī)療事故，從而減輕了學(xué)習(xí)者的心理壓力，有利于學(xué)習(xí)者心理的健康成長[16]。

（4）虛擬模型系統(tǒng)有利于醫(yī)學(xué)生臨床思維的培養(yǎng)。虛擬模型系統(tǒng)應(yīng)用于臨床技能培訓(xùn)能為醫(yī)學(xué)生在較早期接觸臨床提供機(jī)會和條件，能迅速提高醫(yī)學(xué)生的臨床技能，積累一定的臨床經(jīng)驗，增加了臨床實際操作的安全性，體現(xiàn)了對患者的人文關(guān)懷[17]。通過多樣病例的反復(fù)訓(xùn)練，有利于臨床綜合診斷思維能力的培養(yǎng)[18]。

6 討論

近年來，我院臨床技能培訓(xùn)中心以教育國際化理念為指導(dǎo)，依照國際最新診治指南，按照既定的培訓(xùn)工作計劃，有步驟、有重點地組織開展了形式多樣的培訓(xùn)，提高了臨床醫(yī)務(wù)人員的業(yè)務(wù)技術(shù)和操作技能[19]，形成了在國內(nèi)有影響和領(lǐng)先的科室和專業(yè)，為各類醫(yī)學(xué)模擬培訓(xùn)提供了借鑒。

為提高培訓(xùn)質(zhì)量、效率，我院培訓(xùn)中心教員在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，編印培訓(xùn)大綱和培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)，將系統(tǒng)化的培訓(xùn)分為理論講解、操作演示、操作訓(xùn)練及理論與操作考核、培訓(xùn)效果分析等五個階段。在每一次培訓(xùn)結(jié)束后，培訓(xùn)教員對整個過程做統(tǒng)計學(xué)分析，尤其是訓(xùn)練前后效果分析，并進(jìn)行總結(jié)及改進(jìn)。以虛擬內(nèi)窺鏡（抽取支氣管鏡培訓(xùn)數(shù)據(jù)分析）培訓(xùn)為例，培訓(xùn)結(jié)束以考核成績?yōu)榛鶞?zhǔn)，按照學(xué)習(xí)曲線圖進(jìn)行效果分析。培訓(xùn)采用訓(xùn)練前、訓(xùn)練3 h和6 h結(jié)束后，分別進(jìn)行定量能力測試考核。如表2～3所示，培訓(xùn)前的成績與培訓(xùn)后成績差異有統(tǒng)計學(xué)意義。與訓(xùn)練前相比，理論成績由（73.05±4.35）分提高到（94.40±3.51）分（P＜0.001），操作成績由（80.00±5.07）分提高到（96.37±2.78）分（P＜0.001）。整體操作用時由（443.0±101.0）s減少到（217.0±40.0）s（P＜0.001），出現(xiàn)紅視時間由（73.0±29.0）s減少到（23.0±11.5）s，到達(dá)支氣管樹的比例由52.19%±14.9%增加到94.6%±4.8%（P＜0.001）。將訓(xùn)練3 h與6 h后考核結(jié)果比較，6 h訓(xùn)練后的統(tǒng)計結(jié)果基本都優(yōu)于3 h。虛擬支氣管鏡培訓(xùn)以來，參訓(xùn)人數(shù)約276人，每名學(xué)員參訓(xùn)15次，60學(xué)時，約4000余人次。從理論成績與操作成績分析，所有學(xué)員會熟練操作，并且成績合格，最少要經(jīng)歷3 h上機(jī)訓(xùn)練。培訓(xùn)6 h后參訓(xùn)者的成績不但達(dá)到了優(yōu)秀水平，成績也趨于平穩(wěn)狀態(tài)，考慮到時間、經(jīng)濟(jì)效益，故選擇6 h作為結(jié)點。臨床調(diào)查研究，經(jīng)過虛擬醫(yī)療模型培訓(xùn)后的醫(yī)師與沒經(jīng)過培訓(xùn)的醫(yī)師相比，在真實病人身上操作出現(xiàn)的訓(xùn)練過程過長、診斷過程反復(fù)、病人持續(xù)不適和醫(yī)療風(fēng)險增加等現(xiàn)象大大減少[20]。

7 總結(jié)

虛擬模型設(shè)備借鑒臨床真實模型系統(tǒng)設(shè)計，力求在虛擬環(huán)境中為參訓(xùn)者提供真實的畫面和場景。目前我院臨床技能培訓(xùn)中心還未擁有完全的純VR或AR技術(shù)模型設(shè)備，只是大部分?？萍寄芘嘤?xùn)設(shè)備的操作原理中都含有部分VR技術(shù)，諸如達(dá)芬奇模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)等。VR技術(shù)成功彌補(bǔ)了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的不足，它利用計算機(jī)生成的虛擬環(huán)境，在教學(xué)中虛擬環(huán)境的真實性讓操作者完全沉浸到此環(huán)境中，有種身臨其境的感覺，真正實現(xiàn)了人機(jī)交互，臨床醫(yī)師可以靈活操作并能得到虛擬環(huán)境最真實的反饋。達(dá)芬奇模擬訓(xùn)練系統(tǒng)打破了以往人眼所受的局限，它的操作臂包括左、右臂和三臂，機(jī)器手可以在360°的空間下靈活穿行，能將控制柄的大幅度移動按照比例轉(zhuǎn)換成病人體內(nèi)的精細(xì)動作，防止人手可能出現(xiàn)的抖動現(xiàn)象[21]。同樣，達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)借用VR技術(shù)逼真地呈現(xiàn)了臨床真實手術(shù)操作場景，仿真度高、操作靈活、模塊逼真、更精準(zhǔn)[22]。而虛擬內(nèi)窺鏡所借用的VR技術(shù)倡導(dǎo)以盡可能貼近臨床的真實環(huán)境，利用計算機(jī)互動模型系統(tǒng)，采用觸、視、聽等互動式的練習(xí)來提高操作的靈活性、準(zhǔn)確性。由此可見絕大多數(shù)虛擬模型設(shè)備利用計算機(jī)交互界面追蹤解剖位置動態(tài)變化，提供給操作者真實的力反饋。

利用虛擬模型設(shè)備開展臨床醫(yī)師手術(shù)技能培訓(xùn)，可以讓臨床醫(yī)師身臨真實手術(shù)場景。學(xué)員通過在虛擬的訓(xùn)練場景中，按照訓(xùn)練之前制定的學(xué)習(xí)計劃和考核方案進(jìn)行學(xué)習(xí)，不斷提高基本操作技能[23]。同時還可以讓臨床醫(yī)師發(fā)現(xiàn)臨床操作中的不足和常見問題，不斷地總結(jié)、思考。通過反復(fù)訓(xùn)練，強(qiáng)化疑難、易混知識點[24]，對于提高培訓(xùn)質(zhì)量，降低醫(yī)療風(fēng)險具有重要意義[25]。當(dāng)然，在采用虛擬模型設(shè)備開展培訓(xùn)的同時，也發(fā)現(xiàn)眾多不足。首先，臨床技能培訓(xùn)缺乏規(guī)范化模擬教學(xué)管理，醫(yī)院培訓(xùn)管理工作尚處于摸索發(fā)展中；其次，缺乏優(yōu)秀的病例編輯團(tuán)隊，現(xiàn)階段應(yīng)用的主要是系統(tǒng)自帶的病例，對于臨床罕見、疑難病例目前還不能做到自主編輯和應(yīng)用，沒有充分利用生理驅(qū)動型模擬系統(tǒng)之類的高端設(shè)備[26]，無法滿足臨床培訓(xùn)的需求；最后，虛擬設(shè)備屬于高端電子產(chǎn)品，頻繁使用必然帶來高發(fā)的設(shè)備故障，維修與升級的代價昂貴[27]，如何更好地保持設(shè)備的穩(wěn)定性，保障醫(yī)院教學(xué)工作的順利開展，還需要更多的研究。

綜上所述，利用虛擬模型設(shè)備開展臨床技能培訓(xùn)是醫(yī)學(xué)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢，建立系統(tǒng)化的培訓(xùn)課程更是利用虛擬模型設(shè)備開展培訓(xùn)的核心。雖然國內(nèi)外都已廣泛開展虛擬現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)培訓(xùn)，但是目前普遍缺乏規(guī)范化的培訓(xùn)課程體系和適合虛擬模型特點以及不同層次醫(yī)生個性化成長的培訓(xùn)課程。因此，需要進(jìn)一步探索和創(chuàng)建更符合臨床需求的培訓(xùn)課程體系，通過課程實施，提升參訓(xùn)者的動手能力，提高培訓(xùn)質(zhì)量。未來我院將依托虛擬模型設(shè)備系統(tǒng)這個橋梁，利用中心先進(jìn)的模型設(shè)備，開發(fā)戰(zhàn)傷救治病例，建立戰(zhàn)傷救治流程，開展模擬多種戰(zhàn)爭環(huán)境下的戰(zhàn)傷救治課程，并引進(jìn)國際化標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)傷培訓(xùn)課程，積極培育優(yōu)秀導(dǎo)師隊伍，努力建成智慧型臨床技能培訓(xùn)中心。