虛擬現(xiàn)實技術(shù)在艦艇內(nèi)嚴重骨折急救能力培訓(xùn)中的應(yīng)用

朱磊，楊鵬，馬駿，盛嘉雋，陸嘉佳，閆敏

嚴重骨折傷是海戰(zhàn)時常見的受傷類型，其救治是戰(zhàn)創(chuàng)傷救治過程中的重要環(huán)節(jié)，是軍醫(yī)學(xué)員的重點學(xué)習(xí)課目，同時也是必須掌握的內(nèi)容和戰(zhàn)斗力的體現(xiàn)［1］。急救是指在接受后方正規(guī)醫(yī)療救治之前，對傷病員采取的緊急處置和護理措施，目的是搶救生命，將傷情對機體的損害減少到最低限度，為后送和后續(xù)治療贏得時間和條件［2］。軍事醫(yī)學(xué)院校應(yīng)該以提高學(xué)員急救能力為主要教學(xué)目標，艦艇內(nèi)嚴重骨折傷急救能力培訓(xùn)具有其必要性。艦艇因艙室狹小、空間封閉、儀器設(shè)備較多等原因，尤其在戰(zhàn)時可能出現(xiàn)不同海況晃動而影響平衡等多種復(fù)雜的情況，具有其特殊性［3］。軍醫(yī)大學(xué)學(xué)員平時接觸艦艇的機會極少，對艦艇環(huán)境及艦艇戰(zhàn)地急救特殊情境缺乏基本認識。仿真模型如高仿真模擬人、模具或傳統(tǒng)的動物致傷模型，并不能模擬出海戰(zhàn)環(huán)境下，在行進艦艇內(nèi)實施急救的情境。此類內(nèi)容的教學(xué)往往存在課程組織周期長、成本高、仿真度差等特點。以上原因限制了學(xué)員對海戰(zhàn)條件下艦艇內(nèi)傷員骨折急救技術(shù)的掌握程度。因此，對現(xiàn)有的教學(xué)模式進行改革就顯得尤為重要。虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）技術(shù)為醫(yī)學(xué)教育改革帶來了新的嘗試，VR 是利用電腦和顯示設(shè)備模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關(guān)于視覺、聽覺等感官的模擬和浸入式體驗，讓用戶如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物［4］。本研究使用VR 技術(shù)完整呈現(xiàn)不同海況情況下艦艇內(nèi)傷員骨折急救操作，并在海軍學(xué)員教學(xué)中進行了應(yīng)用，取得了良好效果?，F(xiàn)報道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取在海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院規(guī)培或進修的海軍醫(yī)師24 名（均在骨創(chuàng)傷病區(qū)輪轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)過）為研究對象，均為男性，年齡（24.96±0.81）歲。所有對象在輪轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)期間均接受過骨折、脊柱脊髓傷方面相關(guān)理論知識學(xué)習(xí)及跟臺觀摩或參與過手術(shù)操作。所有研究對象對本研究均知情同意。

1.2 研究方法

采用數(shù)字表法隨機將24 名學(xué)員分為2 個平行教學(xué)組，實驗組采用基于VR 技術(shù)的仿真教學(xué)模式，對照組采用以書本為載體的傳統(tǒng)教學(xué)模式，每組12 人。在本研究開始前，組織2 組學(xué)員進行海戰(zhàn)傷急救外科學(xué)理論基礎(chǔ)摸底考，將該摸底考成績視為樣本基線學(xué)科成績。其中，實驗組學(xué)員的基線學(xué)科成績?yōu)椋?9.8 ± 2.6）分，對照組學(xué)員的基線學(xué)科成績?yōu)椋?7.9 ± 4.7）分，2 組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=1.534，P=0.25），具有可比性。

1.3 教學(xué)實施

1.3.1 對照組教學(xué)實施 采用傳統(tǒng)課堂授課教學(xué)模式，教員課前備課，準備教案和幻燈，學(xué)員聽課并記錄筆記。課后，建立師生互動微信群，在課下實踐練習(xí)階段，教員及時為學(xué)員答疑解惑，包括學(xué)員視頻糾錯等方式，即學(xué)員練習(xí)操作，錄制小視頻，發(fā)至微信群，教員進行實時評價反饋。

1.3.2 實驗組教學(xué)實施 收集嚴重骨折的病例資料，通過編排、錄制和剪輯等，建立一套基于VR 技術(shù)的惡劣海況條件下艦艇內(nèi)嚴重骨折急救的全景視頻教學(xué)課件/訓(xùn)練模具。以VR 為工具進行仿真教學(xué)，在課堂上教員與學(xué)員共同佩戴虛擬設(shè)備，實現(xiàn)場景穿越，通過移動視角全方位了解艦艇內(nèi)的環(huán)境，感受惡劣海況下艦艇晃動的沉浸式體驗。在虛擬情景中全程參與海戰(zhàn)傷嚴重骨折傷員的診治過程，配合語音講解，學(xué)習(xí)嚴重骨折的傷情評估方法、緊急救治流程、救治關(guān)鍵步驟和技巧。教員在旁邊進行監(jiān)督，若學(xué)員有操作不當(dāng)?shù)牡胤诫S時給予指導(dǎo)，完成互動式教學(xué)。教學(xué)后，設(shè)置問題，組織學(xué)員小組討論、分組匯報，教員簡要點評和答疑解惑，并隨機抽調(diào)各討論小組1～2 名學(xué)員進入VR 考核模式。考核內(nèi)容包括惡劣海況環(huán)境下嚴重骨折的傷情評估方法、急救原則和手術(shù)方案與關(guān)鍵步驟，最終由VR 考核系統(tǒng)自動打分，檢驗學(xué)員課堂學(xué)習(xí)效果。課后，教學(xué)課件以視頻形式體現(xiàn)，發(fā)給學(xué)員，指導(dǎo)學(xué)員在手機中下載UtoVR 全景視頻播放器軟件，安裝后下載本項目組制作的視頻課件即可播放，實現(xiàn)移動式學(xué)習(xí)，且學(xué)員可以通過微信群與教員互動，獲得答疑解惑。

1.4 教學(xué)效果評價

1.4.1 閉卷考試 對2 組學(xué)員進行統(tǒng)一的理論知識考核，評估學(xué)員對于海戰(zhàn)傷四肢、脊柱脊髓、骨盆骨折知識點的掌握。

1.4.2 技術(shù)操作考核 以2 組學(xué)員的模擬人訓(xùn)練實踐考核成績作為考評依據(jù)。每組分別設(shè)置1 個課時的操作考核，2 組考核內(nèi)容均相同。實踐考試前，2 組均分別給予為期2 周的課后復(fù)習(xí)、練習(xí)時間。應(yīng)用自制評分表對2 組學(xué)員進行骨折創(chuàng)傷急救技術(shù)操作統(tǒng)一考核，評估學(xué)員訓(xùn)練效果。

1.4.3 問卷調(diào)查 采用自制問卷對2 組學(xué)員進行課程滿意度調(diào)查，評估2 組學(xué)員對于課程模式的學(xué)習(xí)體驗、對知識點的多元感知和情境感知、對自主學(xué)習(xí)的促進意義、縮短記憶用時和提高學(xué)習(xí)效率、教學(xué)模式趣味性、情境和動畫喧賓奪主增加學(xué)習(xí)負擔(dān)、知識點明確、病例特征典型突出、貼近戰(zhàn)創(chuàng)傷案例救治實踐感官、對教學(xué)模式總體滿意度方面。問卷共包括10 個條目，基于Likert 5 級評分標準，從1～5 級分別為：非常滿意、很滿意、可以、比較滿意或有一點滿意、不滿意。得分以等級為準，最低1 分，最高5 分，得分范圍為10～50 分，得分越高，學(xué)習(xí)感受越好，課程總體滿意度越高。經(jīng)小樣本預(yù)試驗，該問卷的克郎巴赫α（Cronbach’s α）系數(shù)為0.81，說明本問卷具有較好的內(nèi)部一致性信度。問卷調(diào)查結(jié)果顯示，大部分學(xué)員課程滿意度問卷得分≥35 分，因此，本研究中，問卷分值為35 分及以上即認為學(xué)員具有良好的學(xué)習(xí)感受、對課程設(shè)計評價好、滿意度高。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 學(xué)員理論成績、實踐技能考核評分比較

實驗組理論成績評分及實踐技能評分均高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。見表1。

表1 實驗組與對照組學(xué)員海戰(zhàn)傷嚴重骨折知識理論成績和實踐技能考核結(jié)果比較（分，± s）

表1 實驗組與對照組學(xué)員海戰(zhàn)傷嚴重骨折知識理論成績和實踐技能考核結(jié)果比較（分，± s）

注：與對照組比較aP<0.05

組別對照組實驗組實踐成績81.89±3.95 87.12±4.61a人數(shù)12 12理論成績76.96±6.24 82.23±4.31a

2.2 學(xué)員課程滿意度比較

實驗組學(xué)員≥35 分者占83.3%（10/12），對照組學(xué)員占58.3%（7/12），2 組學(xué)員課程滿意度比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（χ2=3.97；P=0.031）。這說明實驗組學(xué)員對課程教學(xué)模式滿意度高于對照組學(xué)員。見表2。

表2 實驗組與對照組學(xué)員課程滿意度調(diào)查結(jié)果［例（%）］

3 討論

既往研究指出，對艦艇軍醫(yī)的繼續(xù)教育一定要重視外科技能培訓(xùn)，尤其要強化戰(zhàn)傷救治能力培訓(xùn)［5］。就創(chuàng)傷而言，近年來，隨著海軍訓(xùn)練、出航任務(wù)的增加，軍事訓(xùn)練傷發(fā)生率也大大增加（由2001 年的12.07%，增加為2008 年的29.80%）［6］。無論平、戰(zhàn)時，官兵都需要一支強有力的衛(wèi)勤保障隊伍，這就更加體現(xiàn)了對于艦艇軍醫(yī)開展外科急救技能培訓(xùn)的緊迫感和重要性。艦艇有著艙室狹小、通道狹窄、空間封閉、風(fēng)浪晃動等特點，所以艦艇環(huán)境下開展骨折傷員急救和平時在開闊環(huán)境中的操作有著明顯的不同。傳統(tǒng)以課堂講授為中心的“填鴨”式教學(xué)模式易導(dǎo)致理論與實際脫節(jié)，制約了學(xué)生潛能的開發(fā)，容易導(dǎo)致學(xué)生綜合分析復(fù)雜病例能力的缺乏，形成定向思維。學(xué)員缺少自主探索、合作和交流，也難以通過自己的想象力完成對艦艇艙室救治環(huán)境的想象重塑，無法體會戰(zhàn)現(xiàn)場急救的緊迫感，同時也不利于鍛煉其緊急應(yīng)變的能力。優(yōu)化任職教育，拓展培訓(xùn)方式，走出傳統(tǒng)的教學(xué)方式，推廣虛擬仿真培訓(xùn)技術(shù)的建設(shè)與應(yīng)用［7］，使用VR 技術(shù)全方位展示惡劣海況下艦艇環(huán)境及嚴重骨折急救的過程，使學(xué)員得到更為具象的認識和理解，便于學(xué)員在掌握知識的同時培養(yǎng)系統(tǒng)思維和邏輯思維［8］，提高了教學(xué)質(zhì)量及授課滿意度。

3.1 VR 技術(shù)有利于提高學(xué)員學(xué)習(xí)的興趣和滿意度

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式方式陳舊，較沉悶，特別關(guān)注結(jié)論的記憶和掌握，容易忽視學(xué)員對知識的體驗過程，難以喚起學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和智慧活動的積極性。VR 技術(shù)對臨床情景的模擬有利于激發(fā)學(xué)員內(nèi)在的認可度，VR 視頻互動教學(xué)中，強調(diào)師生之間互動、團隊學(xué)員之間互動，通過分配任務(wù)和協(xié)作可以實現(xiàn)團隊學(xué)習(xí)資源共享和操作實踐的完成，使得臨床思維的構(gòu)建、成員之間協(xié)同配合默契程度、對傷情的探討交流等非技術(shù)性能力也在訓(xùn)練中得到了鍛煉和提高。在學(xué)習(xí)過程中，通過虛擬訓(xùn)練模具，學(xué)習(xí)者在腦海里事先建立動作概念和運動表象，有利于在認知上提前為操作做好準備和計劃，更容易獲得知識和鞏固技能。同時，又能增強學(xué)員訓(xùn)練的自信心，調(diào)節(jié)應(yīng)對急救操作時的緊張感等。此外，在VR 技術(shù)輔助的教學(xué)中，學(xué)員享有教員在旁邊指導(dǎo)技術(shù)要點、答疑解惑的條件，有利于增強模擬教學(xué)的情景化和有針對性地進行個體化教學(xué)，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣和動力，提高滿意度。問卷調(diào)查結(jié)果顯示，與對照組學(xué)員比較，實驗組學(xué)員學(xué)習(xí)感受更好，滿意度更高，這表明基于VR 技術(shù)的仿真教學(xué)模式更受學(xué)員認可。

以VR 為工具仿真教學(xué)，實現(xiàn)聲、圖、文并茂，可將抽象的知識理論表達得具體形象，帶來了一種新穎的教學(xué)形式，使學(xué)習(xí)富有趣味，交互式操作模式可以給學(xué)員帶來人機交互的體驗；同時，多角度、全方位的動態(tài)查看，可以讓學(xué)員感受惡劣海況對急救操作的影響；另外，教學(xué)課件以視頻形式體現(xiàn)，可以分發(fā)給所有學(xué)員，學(xué)員能夠通過自己的手機隨時進行播放，無論是在教室還是宿舍，只需佩戴一副VR眼鏡即可觀看學(xué)習(xí)。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比，學(xué)員可以擺脫空間和時間上的限制，自由安排學(xué)習(xí)時間和地點，增強了學(xué)員學(xué)習(xí)的主動性。

3.2 VR 技術(shù)有助于提高救治理論知識水平

本研究發(fā)現(xiàn)，對照組教學(xué)時講解艦艇環(huán)境下救治特點往往過于空洞，學(xué)員由于缺乏對艦艇環(huán)境的了解，無法深刻理解艦艇環(huán)境下救治特點的具體原因，容易導(dǎo)致學(xué)員對知識的理解過于膚淺、記憶不深刻、不能活學(xué)活用等情況。實驗組通過傷員的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)重建高真實感的骨折創(chuàng)傷模型，經(jīng)可視化繪制和渲染后導(dǎo)入到VR 設(shè)備中，使用VR 技術(shù)全方位呈現(xiàn)艦艇艙室環(huán)境中的各個視角下的動態(tài)過程，同時對在行進中的艦艇艙內(nèi)四肢骨折、脊柱骨折、骨盆骨折等戰(zhàn)傷急救操作進行模擬，學(xué)員在VR 技術(shù)創(chuàng)設(shè)的海上傷病員醫(yī)療救治的特殊環(huán)境下，學(xué)習(xí)嚴重骨折傷現(xiàn)場急救過程，獲得沉浸式學(xué)習(xí)的體驗，有利于提高學(xué)員學(xué)習(xí)效果，即學(xué)習(xí)者在接近真實的學(xué)習(xí)環(huán)境中通過高度參與互動、演練而提升技能［9］，有利于增強學(xué)員對知識點和關(guān)鍵救治技能的理解和掌握，解決教學(xué)難點［10］。本研究發(fā)現(xiàn)，實驗組學(xué)員理論及實踐操作考核評分均高于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。這表明，VR 技術(shù)訓(xùn)練教學(xué)模式提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)員的學(xué)習(xí)效果，能夠有效彌補傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足。既往研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用VR 技術(shù)輔助海戰(zhàn)條件下艦艇嚴重骨折傷員急救操作實踐教學(xué)，培訓(xùn)后學(xué)員理論考試成績顯著高于培訓(xùn)前，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.01）。學(xué)員對課程興趣顯著增強，提高了對知識點和操作技能的掌握速度和程度，教學(xué)效果滿意［11］。本研究與該研究結(jié)果一致。分析原因可能是VR 情境帶來視覺、聽覺等感官刺激，激發(fā)技能動作所用力肌肉的相應(yīng)興奮沖動，對于動作技能的形成和知識點的強化領(lǐng)悟具有積極的推動作用。此外，操作技能需要通過反復(fù)不斷地練習(xí)和不斷地自我糾正，才能將大腦中動作圖式精確化，達到最佳訓(xùn)練效果。虛擬訓(xùn)練模具可以反復(fù)應(yīng)用，有利于不斷提醒學(xué)員操作要點的特征，明確任務(wù)目標，提高實踐訓(xùn)練的有效性。

綜上所述，使用VR 技術(shù)進行實戰(zhàn)環(huán)境的模擬教學(xué)是使教學(xué)貼近實戰(zhàn)的重要手段，可有效提高學(xué)員對艦艇復(fù)雜環(huán)境特點的認知，從而更加明確掌握戰(zhàn)現(xiàn)場環(huán)境下的救治特點和技巧，有效提高學(xué)員實戰(zhàn)化急救技術(shù)水平。VR 仿真教學(xué)模式依托建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論［12］，使得學(xué)生由知識的被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒅R的主動建構(gòu)者。本研究將VR 技術(shù)引入海戰(zhàn)傷嚴重骨折急救的教學(xué)中，為探索建立以學(xué)生為中心的教學(xué)新模式提供了策略，有助于重設(shè)教學(xué)模式，提高教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量，達到創(chuàng)新教育的目的。此教學(xué)經(jīng)驗可推廣性強，有助于培養(yǎng)更多高素質(zhì)軍事醫(yī)學(xué)人才，具有一定的社會意義和科學(xué)價值。