婦科腹腔鏡手術(shù)技能培訓(xùn)引入VR技術(shù)的評(píng)估與思考

高婷婷，師增增，楊 瀟，趙宏喜

(空軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科，陜西 西安 710038)

腹腔鏡手術(shù)是現(xiàn)代外科微創(chuàng)手術(shù)治療重要方式之一；由于它腹壁切口小、術(shù)中出血少，成為病人選擇婦科手術(shù)方式的重要衡量指標(biāo)。腹腔鏡相對(duì)比開腹手術(shù)，有其操作特殊性，比如腹壁支點(diǎn)的選擇，手術(shù)野中對(duì)深度的感知、手-眼的協(xié)調(diào)、手術(shù)器械操控的安全性和有效性等[1]；這些技能如果只在手術(shù)室訓(xùn)練是有限且費(fèi)時(shí)的,而且對(duì)病人有一定的安全隱患。腔鏡操作培訓(xùn)是提高腹腔鏡手術(shù)技能非常有效和安全的方法[2]；但是臨床上缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)通過自制或者商用的腹腔鏡模擬箱，在箱體打孔，箱內(nèi)放入縫線、縫針、硅膠等器材于其中，利用腔鏡手術(shù)器械和鏡頭進(jìn)行持針、縫合、打結(jié)及剪線等基本操作，當(dāng)然對(duì)于具備一定腔鏡基礎(chǔ)的高等級(jí)醫(yī)師就需要在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物身上操作。這些模擬培訓(xùn)對(duì)于臨床腔鏡醫(yī)師培訓(xùn)仍存在不少問題，如缺乏訓(xùn)練熟練程度的評(píng)價(jià)、缺乏良好的參照實(shí)例、缺乏認(rèn)知的評(píng)價(jià)以及缺乏相對(duì)專業(yè)的場(chǎng)地和團(tuán)隊(duì)等。因此，需要探索新的便捷、模擬性更強(qiáng)的培訓(xùn)工具和模式。虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)技術(shù)應(yīng)用于臨床教學(xué)的可操作性和實(shí)踐性強(qiáng)，為腔鏡技能的掌握提供了不可替代的新方法。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的應(yīng)用

腔鏡技術(shù)培訓(xùn)是個(gè)復(fù)雜的過程，傳統(tǒng)的“一對(duì)一”“手把手”的教學(xué)模式已經(jīng)過時(shí)了，“教師-學(xué)生”之間這種外科手術(shù)帶教模式受到諸多因素的影響，比如：病人術(shù)中情況復(fù)雜、要求盡量縮短手術(shù)時(shí)間、對(duì)手術(shù)精細(xì)度要求高、無瘤原則等問題，減少了手術(shù)培訓(xùn)的機(jī)會(huì)，嚴(yán)重制約了臨床手術(shù)技能培訓(xùn)活動(dòng)的順利開展。目前較推崇的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)培訓(xùn)、箱式培訓(xùn)、錄像視頻培訓(xùn)，由于它們授課具有多樣性、能更直觀地提高初學(xué)者的手術(shù)技能、對(duì)病人零風(fēng)險(xiǎn)，被廣泛應(yīng)用于臨床教學(xué)中。

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù):是虛擬和現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，是一種計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的模擬現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境的仿真技術(shù)；具有沉浸式、交互式及想象力的特點(diǎn)。在醫(yī)療領(lǐng)域中，目前主要用于臨床干涉、臨床診斷及醫(yī)療技能培訓(xùn)等。

1.1 VR技術(shù)培訓(xùn)的優(yōu)勢(shì)

VR技術(shù)培訓(xùn)將標(biāo)準(zhǔn)化病人應(yīng)用于婦科教學(xué)實(shí)踐中，在VR模擬器上可以訓(xùn)練操作常規(guī)、反應(yīng)能力，并且可以反復(fù)訓(xùn)練；還能用來評(píng)估訓(xùn)練者腹腔鏡技能掌握的深度和廣度；以及聘請(qǐng)有腹腔鏡操作經(jīng)驗(yàn)的專家在VR上進(jìn)行模擬演示。

VR技術(shù)培訓(xùn)與傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)不同，其優(yōu)勢(shì)在于：培訓(xùn)環(huán)境安全，減少了訓(xùn)練者對(duì)真實(shí)手術(shù)操作中的壓力，允許出錯(cuò)，使其更積極主動(dòng)；訓(xùn)練者可以重復(fù)交替練習(xí)，并可以收到即刻觸覺反饋[3]，且有有效的監(jiān)督機(jī)制，不需要在培訓(xùn)教師的監(jiān)督下完成；能提供客觀的衡量標(biāo)準(zhǔn)；而且沒有倫理影響。2個(gè)隨機(jī)多中心對(duì)照研究顯示，對(duì)于初學(xué)者來說，VR培訓(xùn)比傳統(tǒng)的床旁面對(duì)面培訓(xùn)更有效[4]。

另外，學(xué)生還可通過VR技術(shù)觀看真實(shí)手術(shù)過程，一方面透過立體視角真實(shí)體驗(yàn)手術(shù)操作，不遺漏任何細(xì)節(jié)，與浸入式教學(xué)不謀而合；另一方面在手術(shù)觀摩的過程中可以實(shí)時(shí)與手術(shù)醫(yī)師進(jìn)行溝通，增加了模擬教學(xué)的互動(dòng)性。

1.2 VR技術(shù)培訓(xùn)的局限性

VR技術(shù)培訓(xùn)中，訓(xùn)練者因?yàn)槿狈?shí)踐的機(jī)會(huì)，出現(xiàn)問題后時(shí)常會(huì)顯得混亂而沒有頭緒；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化病人的表現(xiàn)、理解能力、動(dòng)手能力表現(xiàn)參差不齊；缺乏與真實(shí)病人之間的有效溝通；手術(shù)操作相對(duì)流程化，缺少了個(gè)體差異、靈活性的訓(xùn)練；想要達(dá)到真實(shí)的手術(shù)操作能力，單純VR技術(shù)培訓(xùn)是不夠的，必須得有一定數(shù)量真實(shí)手術(shù)操作的積累。因此，VR技術(shù)培訓(xùn)與真實(shí)手術(shù)訓(xùn)練是互補(bǔ)的。

目前，大多數(shù)對(duì)VR技術(shù)培訓(xùn)曲線的研究結(jié)果顯示，VR技術(shù)培訓(xùn)對(duì)提高初學(xué)者手術(shù)水平、操作能力及對(duì)器械的掌握上均有明顯效果。但是，對(duì)于有腔鏡手術(shù)經(jīng)驗(yàn)醫(yī)生的培訓(xùn)效果沒有結(jié)論。加之，VR技術(shù)培訓(xùn)費(fèi)用較高，不適合普遍使用。因此，VR技術(shù)培訓(xùn)更適合初學(xué)者的早期培訓(xùn)，用于培訓(xùn)曲線早期，減輕對(duì)病人安全性的負(fù)擔(dān)。

1.3 VR技術(shù)培訓(xùn)的實(shí)施方法

由于訓(xùn)練者水平參差不齊，針對(duì)不同水平的訓(xùn)練者進(jìn)行有效的手術(shù)技巧培訓(xùn)，合理選擇標(biāo)準(zhǔn)化病人，是保障教學(xué)質(zhì)量的必要條件。因此，建議在培訓(xùn)前，對(duì)訓(xùn)練者的綜合水平進(jìn)行評(píng)估，將其分成低、中、高三種級(jí)別：無經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)學(xué)生；低年資、有初級(jí)腹腔鏡手術(shù)經(jīng)驗(yàn)、但是還沒有進(jìn)入學(xué)習(xí)曲線的婦科醫(yī)生；有穩(wěn)定的、熟練腹腔鏡手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的、需要更深層次地提高手術(shù)技巧的婦科醫(yī)生；針對(duì)不同級(jí)別的訓(xùn)練者進(jìn)行相應(yīng)的手術(shù)操作培訓(xùn)；同時(shí)，對(duì)訓(xùn)練者的操作過程進(jìn)行全程記錄、并對(duì)操作能力的提高情況進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)或者打分，這樣的培訓(xùn)效果會(huì)更好。

另外，應(yīng)提高教師的指導(dǎo)水平，及時(shí)對(duì)評(píng)分考核系統(tǒng)和指導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)水平的有效調(diào)整；然后，根據(jù)不同級(jí)別設(shè)置相應(yīng)的培訓(xùn)內(nèi)容和專業(yè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，以便從VR技術(shù)培訓(xùn)中獲得最大收益。

有研究顯示，通過對(duì)訓(xùn)練者分級(jí)和考核評(píng)估系統(tǒng)的及時(shí)調(diào)整，可以提高低級(jí)訓(xùn)練者考試成績(jī)53.98%，縮短手術(shù)時(shí)間29.48%；提高中級(jí)訓(xùn)練者考試成績(jī)108.92%，縮短手術(shù)時(shí)間36.52%[1]。

2 VR技術(shù)培訓(xùn)效果評(píng)估

目前，對(duì)VR技術(shù)培訓(xùn)結(jié)果的評(píng)估，有些是基于操作水平的評(píng)估，有些是基于病人情況的評(píng)估；有客觀評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行打分，也有主觀評(píng)估系統(tǒng)，比如問卷；以及一些評(píng)估工具，比如利克特量表(Likert Scales)。

常用的評(píng)估方法有：①計(jì)算完成一個(gè)具體任務(wù)的操作時(shí)間。比如：將時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化，測(cè)量從預(yù)處理到手術(shù)完畢的時(shí)間長(zhǎng)度；時(shí)間越長(zhǎng)，距離基準(zhǔn)線越遠(yuǎn)，說明完成效果越差；或者測(cè)量清晰手術(shù)視野的持續(xù)時(shí)間；②將訓(xùn)練者在VR模擬器上真實(shí)操作過程與控制器上標(biāo)準(zhǔn)操作過程進(jìn)行對(duì)比；③使用客觀評(píng)估工具，比如：客觀結(jié)構(gòu)化臨床技能評(píng)估(OSATS)，腹腔鏡技能的全面手術(shù)評(píng)估(GOALS)；④其他的評(píng)估和測(cè)量方法[5]:(整體/部分)的手術(shù)操作錯(cuò)誤次數(shù)、每只手重復(fù)移動(dòng)的次數(shù)等。

目前，探尋培訓(xùn)評(píng)估方法的客觀指標(biāo)是研究熱點(diǎn)，2個(gè)大型前瞻性高質(zhì)量研究，均聚焦于訓(xùn)練者掌握某項(xiàng)手術(shù)技能的學(xué)習(xí)曲線過程，通過手術(shù)操作能力的提高記錄下曲線長(zhǎng)度，該2項(xiàng)研究均描繪出了訓(xùn)練者相似的學(xué)習(xí)曲線；可見，不論培訓(xùn)前手術(shù)技能的高低、是否有偶然的最佳手術(shù)操作以及培訓(xùn)次數(shù)的多少，所有訓(xùn)練者在獲得某項(xiàng)操作技能的學(xué)習(xí)曲線是相似的，這為訓(xùn)練者反應(yīng)能力的測(cè)量提供了客觀依據(jù)[6]。也有研究顯示，對(duì)使用VR模擬器進(jìn)行操作反應(yīng)能力的評(píng)估是有爭(zhēng)議的，不建議把VR模擬器作為評(píng)估工具。

全世界對(duì)VR技能培訓(xùn)的評(píng)估方法都不盡相同，對(duì)培訓(xùn)終點(diǎn)也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，衡量培訓(xùn)效果的專業(yè)評(píng)估工具和方法是欠缺的，仍需要大樣本多參數(shù)的高質(zhì)量研究來提供有價(jià)值的信息、學(xué)習(xí)曲線和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 VR技術(shù)培訓(xùn)和未培訓(xùn)人員的手術(shù)效果評(píng)估比較

一項(xiàng)研究顯示，未經(jīng)過訓(xùn)練的醫(yī)生的手術(shù)時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)58%[7]；而且，OSATS評(píng)分、對(duì)術(shù)中寬度的測(cè)量、長(zhǎng)度深度的感知，雙手的靈活性都相對(duì)任何形式的培訓(xùn)較差[8]。

VR技術(shù)培訓(xùn)對(duì)手術(shù)用時(shí)和考試成績(jī)均有提高作用；研究顯示，對(duì)于低級(jí)別訓(xùn)練者，VR技術(shù)培訓(xùn)可提高其考試成績(jī)53.98%，手術(shù)時(shí)間縮短29.48%；對(duì)于中級(jí)別訓(xùn)練者，VR技術(shù)培訓(xùn)可提高其考試成績(jī)108.92%，手術(shù)時(shí)間縮短36.52%。

2．2 VR技術(shù)培訓(xùn)與其他模擬培訓(xùn)的手術(shù)評(píng)估比較

手術(shù)中通過腹腔鏡器械感知到的組織抵抗力和觸覺反饋對(duì)提高手術(shù)技能有重要意義[9]，Hiemstra[10]對(duì)比了有觸覺反饋和無觸覺反饋的VR技術(shù)培訓(xùn)，結(jié)果顯示，有觸覺反饋的VR技術(shù)培訓(xùn)跟箱體式培訓(xùn)效果相比較，在手術(shù)時(shí)間、最短手術(shù)路徑及多余手術(shù)動(dòng)作上都是有優(yōu)勢(shì)的，無觸覺感知的VR技術(shù)培訓(xùn)效果不如箱體式，箱體式有相對(duì)更真實(shí)的觸覺反饋，相對(duì)更容易讓訓(xùn)練者接受[9]。

有研究顯示：VR技術(shù)培訓(xùn)結(jié)果優(yōu)于錄像視頻培訓(xùn)，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；VR技術(shù)培訓(xùn)分別與箱式培訓(xùn)、錄像視頻培訓(xùn)相比較，在手術(shù)用時(shí)、考試得分上均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；也有研究顯示，VR技術(shù)培訓(xùn)后參加箱式培訓(xùn)考核更容易；反之，經(jīng)過箱式培訓(xùn)去參加VR技術(shù)培訓(xùn)考核過關(guān)的比例顯著降低，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；當(dāng)然，也有相反的研究結(jié)果。

為什么會(huì)出現(xiàn)相反的研究結(jié)果呢？第一，相比箱式培訓(xùn)，對(duì)VR技術(shù)培訓(xùn)的適應(yīng)性更難；第二，對(duì)于不同培訓(xùn)方法的評(píng)估，哪種考核方法最有效，取決于測(cè)量方法和量度、直接法還是間接法[11]；所以，缺乏統(tǒng)一的客觀的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，培訓(xùn)工具間沒有一致的可比性；因此，會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的差異。加之，個(gè)人學(xué)習(xí)方法和接受度各異，在學(xué)習(xí)結(jié)果上都會(huì)有較大差異；本質(zhì)上，針對(duì)不同個(gè)體，不同培訓(xùn)模擬器也有不一致性。因此，對(duì)于不同的任務(wù)需要不同的技能培訓(xùn)方法[12]和不同的實(shí)施手段；比如：取出離體標(biāo)本需要觸覺模擬器；體內(nèi)打結(jié)、釘子夾閉需要手-眼協(xié)調(diào)模擬器。

2.3 VR技術(shù)培訓(xùn)是否會(huì)提高婦科手術(shù)操作能力

培訓(xùn)時(shí)間是影響培訓(xùn)效果的獨(dú)立因素；手術(shù)操作的熟練度、手術(shù)時(shí)間與培訓(xùn)時(shí)間是呈正相關(guān)的[13]。Gallagher[14]認(rèn)為：新手應(yīng)該先在模擬器上訓(xùn)練，直到他們達(dá)到手術(shù)操作的基本水平，然后通過專家評(píng)估，方可實(shí)施同類病人的手術(shù)操作[15]。

手術(shù)技能的最終評(píng)估，依賴于對(duì)真實(shí)病人的手術(shù)效果評(píng)價(jià)[11]。有研究對(duì)比了VR技術(shù)培訓(xùn)和箱式培訓(xùn)在真實(shí)病人手術(shù)中的客觀評(píng)分，結(jié)果顯示兩者有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，不論GRS評(píng)分、手術(shù)用時(shí)，VR技術(shù)更優(yōu)[16]。但是，研究結(jié)果的判斷取決于選用的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，這樣的研究結(jié)果并不具有絕對(duì)說服力。

3 討論

3.1 VR技術(shù)用于臨床技能培訓(xùn)

VR技術(shù)培訓(xùn)是在手術(shù)室之外進(jìn)行婦科手術(shù)培訓(xùn)最重要的方式之一，一臺(tái)優(yōu)化的設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)指令、速效的監(jiān)督機(jī)制、全面安排、不同手術(shù)難度的水平設(shè)置、有效的觸覺反饋，這些都可以提高手術(shù)操作、手術(shù)精準(zhǔn)度、減少術(shù)中時(shí)間，提高手術(shù)技能；在美國(guó)，已經(jīng)全面開始要求心內(nèi)科醫(yī)生使用VR技術(shù)培訓(xùn)復(fù)雜的、高難度的手術(shù)操作，比如：頸動(dòng)脈支架術(shù)，主動(dòng)脈瓣置換術(shù)，并且臨床效果反饋好；同時(shí)，也在探討將VR技術(shù)應(yīng)用于其他臨床復(fù)雜外科手術(shù)操作培訓(xùn)中[17]。

腹腔鏡手術(shù)更加強(qiáng)調(diào)崗前技能培訓(xùn)，所以有必要將VR技術(shù)引入到腹腔鏡技能培訓(xùn)，可先通過虛擬現(xiàn)實(shí)的模擬鍛煉基本操作技能，再對(duì)操作技能進(jìn)行連續(xù)性評(píng)估，提供個(gè)人或者小組的學(xué)習(xí)曲線，最后，經(jīng)過專家反復(fù)、全面的技能評(píng)估，方可進(jìn)行真實(shí)病人的手術(shù)操作培訓(xùn)。

3．2 VR技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用

在中國(guó)，VR技術(shù)仍處于起步摸索階段[18]。雖然起步較晚，但很多科研院所都在積極探索，當(dāng)然也取得了一些鼓舞人心的成果，比如中科院軟件所、中科院自動(dòng)化所等機(jī)構(gòu)根據(jù)臨床需求主要針對(duì)醫(yī)學(xué)圖像三維重建及可視化進(jìn)行研究，讓模擬世界里看得更加真實(shí)；還有一些機(jī)構(gòu)主要研究實(shí)時(shí)力反饋的交互技術(shù)，讓操作更加真實(shí)。國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院與解放軍總醫(yī)院聯(lián)合開發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)支持力反饋的鼻腔鏡手術(shù)仿真系統(tǒng)，讓VR技術(shù)真正地走進(jìn)臨床、走進(jìn)醫(yī)學(xué)教育[19]。鑒于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及發(fā)展，在婦產(chǎn)科諸多方面已經(jīng)開始逐漸發(fā)揮作用，尤其是在婦科青年醫(yī)師的培訓(xùn)方面。相信在不遠(yuǎn)的將來，我國(guó)會(huì)有更多地關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和腹腔鏡聯(lián)合或者機(jī)器人手術(shù)聯(lián)合的教學(xué)研究報(bào)道。