虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在胸外科實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

郝蒙福，黃壯士，張文強(qiáng)，宋宣克

（鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院 胸外科，河南 鄭州 450000）

0 引言

胸外科的疾病主要有：肺部疾病、食管疾病和縱隔疾病，由于胸部器官具有復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)和重要的生理功能，所以在臨床教學(xué)過程中，需要強(qiáng)調(diào)臨床醫(yī)師實(shí)踐的重要性[1]。傳統(tǒng)教學(xué)多采用專業(yè)課教材、PPT、解剖圖譜、尸體標(biāo)本等作為載體來實(shí)施教學(xué)活動，有其局限性。近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality,VR）技術(shù)和三維可視化3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中也有了快速發(fā)展，在臨床中應(yīng)用得越來越廣泛[2]。VR技術(shù)是由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的一個(gè)集視聽觸等感覺于一體的沉浸式交互虛擬環(huán)境，他允許操作者進(jìn)行可視化操作，將抽象的、原本“不可見”的解剖及結(jié)構(gòu)三維化[3]。目前，VR技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電子游戲、航空、軍事演練、醫(yī)學(xué)培訓(xùn)及學(xué)科教育等領(lǐng)域[4]，VR技術(shù)具有沉浸性、交互性和感知性等特征。三維可視化3D打印技術(shù)[5]是將數(shù)字模型制作成實(shí)體的三維模型，在許多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用,如模擬麻醉、肝移植和胸部手術(shù)[6-7]。VR技術(shù)和三維可視化3D打印技術(shù)能夠?qū)⑨t(yī)學(xué)教學(xué)中抽象的內(nèi)容生動化、形象化及立體化，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提升臨床教學(xué)效果[8]。目前國內(nèi)尚未有將VR及三維可視化3D打印技術(shù)應(yīng)用于胸外科臨床教學(xué)中的報(bào)道。本研究把VR及三維可視化3D打印技術(shù)應(yīng)用于胸外科臨床帶教中，探究該教學(xué)方法的應(yīng)用效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年10月-2019年10月在我院胸外科臨床實(shí)習(xí)的100名學(xué)生作為受試對象。排除標(biāo)準(zhǔn)：累及請假>2次、遲到/早退>3次。參加學(xué)員被告知研究的方法、目的及意義，并自愿參加。采用隨機(jī)數(shù)字表將其分為試驗(yàn)組和對照組，每組50人。試驗(yàn)組50人，男生21人，女生29人，平均年齡（21.12±0.98）歲；對照組50人，男生26人，女生24人，平均年齡（21.26±0.78）歲。兩組實(shí)習(xí)生在性別、年齡、學(xué)歷等一般資料方面比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P﹥0.05）。

1.2 教學(xué)方法

全部教學(xué)工作由2名長期從事胸外科臨床教學(xué)的醫(yī)師負(fù)責(zé)，他們均接受了統(tǒng)一的臨床教學(xué)培訓(xùn)。試驗(yàn)組和對照組所處的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)內(nèi)容及考核標(biāo)準(zhǔn)相同。

對照組：采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，使用第九版《外科學(xué)》，主要內(nèi)容為胸部疾病的相關(guān)章節(jié)。首先利用胸部模型的解剖來講解主要的解剖學(xué)知識和結(jié)構(gòu)功能，接下來將相關(guān)內(nèi)容與病例結(jié)合起來在ppt上演示并教學(xué)。

試驗(yàn)組：在傳統(tǒng)教學(xué)基礎(chǔ)上將VR和三維可視化3D打印技術(shù)引入教學(xué)中，將患者胸部薄層CT等影像學(xué)資料的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信（digital imaging and communications in medicine，DICOM）數(shù)據(jù)下載并導(dǎo)入到DeepInsight軟件中，處理后可以直觀、準(zhǔn)確地重建出胸部三維解剖模型[9]，重建后的胸部解剖模型圖像可以自由旋轉(zhuǎn)、著色、移動、縮放、測量和分割，能夠使學(xué)生直觀的了解和掌握解剖結(jié)構(gòu)[10]，然后還可以根據(jù)需要將重建后的圖像通過3D打印機(jī)打印出相應(yīng)的實(shí)體模型。

1.3 教學(xué)效果評價(jià)

在臨床實(shí)習(xí)結(jié)束后對兩組實(shí)習(xí)生進(jìn)行考核和問卷調(diào)查，考核方法為：①理論考核，采用試卷形式，總分100分，選擇題和問答題（解剖結(jié)構(gòu)標(biāo)注、重要解剖位置及毗鄰等）；②操作考核，總分100分，包含查體、換藥、胸穿。問卷調(diào)查為：①自制教學(xué)滿意度調(diào)查表，總分20分，由教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)效果四部分組成；②自制問卷調(diào)查表，包括知識掌握程度、三維立體感、提高學(xué)習(xí)興趣、提高自主學(xué)習(xí)能力四部分。評分采用Likert5級評分法，1～5分分別對應(yīng)非常不符合、不太符合、難以判斷、比較符合、非常符合。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 21.0軟件和Excel2016對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，計(jì)量資料使用（）表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料的組間比較采用χ2檢驗(yàn)；以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組實(shí)習(xí)生理論考核與操作考核成績比較

見表1。

表1 兩組實(shí)習(xí)生理論考核、操作考核成績比較（）

表1 兩組實(shí)習(xí)生理論考核、操作考核成績比較（）

2.2 兩組實(shí)習(xí)生調(diào)查問卷表及教學(xué)滿意度比較

見表2。

表2 兩組實(shí)習(xí)生問卷調(diào)查及教學(xué)滿意度比較（）

表2 兩組實(shí)習(xí)生問卷調(diào)查及教學(xué)滿意度比較（）

3 討論

3.1 VR+3D打印技術(shù)在胸外科臨床教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

由于胸部解剖概念復(fù)雜、結(jié)構(gòu)抽象，傳統(tǒng)的教學(xué)模式利用解剖圖譜、幻燈片等工具講解，而且填鴨式的教學(xué)不能調(diào)動實(shí)習(xí)生的積極性，從而使得教學(xué)質(zhì)量不高[11]。將VR及3D打印技術(shù)引入到臨床教學(xué)中，使得枯燥無味的解剖知識變得生動，便于實(shí)習(xí)生的理解和記憶。有利于提高實(shí)習(xí)生的學(xué)習(xí)積極性和自主學(xué)習(xí)能力。

3.2 在胸外科臨床教學(xué)中應(yīng)用VR+3D打印技術(shù)能提高實(shí)習(xí)生的教學(xué)質(zhì)量

我們將VR+3D打印技術(shù)應(yīng)用到臨床教學(xué)中，結(jié)果顯示：試驗(yàn)組的理論考核和操作考核成績得分均高于對照組（P<0.05）。褚婕[12]等對160名實(shí)習(xí)護(hù)士進(jìn)行分組研究，發(fā)現(xiàn)VR教學(xué)組的教學(xué)質(zhì)量較對照組有明顯提高。國外有學(xué)者[13]研究發(fā)現(xiàn)VR技術(shù)在外科教育培訓(xùn)中能夠顯著提高培訓(xùn)者外科技能的獲取速度。Francesco Volonte[14]等研究發(fā)現(xiàn)利用開源OsiriX軟件將肺癌患者的CT圖像進(jìn)行三維重建，這樣可以使住院醫(yī)師能夠很清楚、直觀的了解肺內(nèi)解剖，通過圖像分割、平移、隱藏等明確病變與周圍組織的關(guān)系，可以提高住院醫(yī)師的技能成績。Takuro Miyazaki[5]等報(bào)道應(yīng)用3D打印技術(shù)成功重建患者的氣管、支氣管，順利完成手術(shù)，并幫助住院醫(yī)師了解氣管的解剖。T.Joda[15]等通過一項(xiàng)系統(tǒng)回顧研究發(fā)現(xiàn)將VR技術(shù)運(yùn)用到本科生的培訓(xùn)中，可以對其學(xué)習(xí)課程的質(zhì)量有積極的影響，并使學(xué)生在快樂中掌握知識及技能。Sule Biyik Bayram[16]等通過一項(xiàng)隨機(jī)對照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組學(xué)生（應(yīng)用VR技術(shù)組）的平均期末考試成績顯著高于對照組平均期末考試成績。Christopher Cao[17]等研究發(fā)現(xiàn)目前VR技術(shù)在外科教育中應(yīng)用廣泛，在解剖學(xué)教育中，與傳統(tǒng)2D圖像相比，3D圖像能使受訓(xùn)者對關(guān)鍵解剖特征的識別能力有明顯提高。本研究進(jìn)一步證明了將VR+3D打印技術(shù)應(yīng)用到胸外科臨床教學(xué)中可以提高學(xué)生的理論考核和操作考核成績。

3.3 VR+3D打印技術(shù)在胸外科臨床教學(xué)中應(yīng)用可提高實(shí)習(xí)生的臨床教學(xué)滿意度

本研究結(jié)果顯示：試驗(yàn)組在知識掌握程度、三維立體感、提高學(xué)習(xí)積極性、提高自主學(xué)習(xí)能力、教學(xué)滿意度5個(gè)方面的得分均高于對照組（P<0.05）。Yeshwanth Pulijala[18]等通過一項(xiàng)隨機(jī)對照研究發(fā)現(xiàn)VR技術(shù)在外科醫(yī)師的培訓(xùn)中不但可以提高其理論知識成績，而且更重要的是能提高其興趣和自信心。Marie-Stéphanie Bracq[4]通過一項(xiàng)可行性研究發(fā)現(xiàn)VR技術(shù)可作為初級外科培訓(xùn)工具，受訓(xùn)者對其有很好的滿意度和評價(jià)。Claudia Villanueva[19]等研究發(fā)現(xiàn)VR作為外科教育技術(shù)的一部分，在心胸外科學(xué)員培訓(xùn)中是一個(gè)很有前途和價(jià)值的輔助工具，可以在一定程度上提高學(xué)員的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。本研究將VR技術(shù)引入臨床教學(xué)中，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)臨床帶教的不足之處，使教學(xué)內(nèi)容更加生動有趣，提高實(shí)習(xí)生的學(xué)習(xí)積極性和自主學(xué)習(xí)能力。

4 小結(jié)

近年來，VR和3D打印技術(shù)得到了越來越多的研究，其更廣泛的應(yīng)用于臨床教育中，允許醫(yī)學(xué)生和住院醫(yī)師能在受控的環(huán)境中練習(xí)，從而避免嚴(yán)重錯(cuò)誤的發(fā)生[20]。通過將VR+3D打印技術(shù)應(yīng)用于臨床帶教中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)立體化，提高了實(shí)習(xí)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高臨床帶教效果。但是，VR和3D打印技術(shù)仍有其局限性，使用者的體驗(yàn)感較差、設(shè)備昂貴以及研發(fā)成本高等，隨著光學(xué)、處理能力、圖像保真性的不斷發(fā)展，未來這些問題都能被解決[21]。

目前，國內(nèi)關(guān)于將VR和三維可視化3D打印技術(shù)應(yīng)用于胸外科臨床教學(xué)中的報(bào)道并不多見，本文屬于初步探究，我們期望將來會有更多的研究，以評價(jià)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和三維可視化3D打印技術(shù)在胸外科臨床帶教中的優(yōu)缺點(diǎn)。