虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

劉圓，任力杰，王洋，章能華，鄭妍，吳小紅，胡祎

腦血管病是世界第二大死亡原因，是我國的第一位死亡原因，因其高致殘率和高發(fā)病率等特點(diǎn)，給我國造成了高經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前，腦血管病的防治工作雖已初見成效，但早診早治仍是醫(yī)務(wù)人員的主要工作。對神經(jīng)系統(tǒng)解剖的充分掌握，將為做好早診早治工作打下基礎(chǔ)。傳統(tǒng)解剖學(xué)教學(xué)模式以理論講授為主，輔以尸體標(biāo)本、模型及圖譜影像等教學(xué)工具，這種模式不夠具象化且難以掌握，限制了醫(yī)師的培養(yǎng)，新型解剖學(xué)教學(xué)模式是眾望所歸[1-2]。虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)是一種將多元信息融合而形成的人機(jī)互動狀態(tài)，該狀態(tài)可調(diào)動用戶的視聽覺等多種感知模擬的虛擬世界，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺[3-4]。VR技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，又稱虛擬醫(yī)學(xué)或仿真醫(yī)學(xué)，給醫(yī)學(xué)診斷、治療和手術(shù)等領(lǐng)域帶來很大變化，尤其在醫(yī)學(xué)教育方面。醫(yī)學(xué)生可在虛擬環(huán)境中反復(fù)訓(xùn)練，避免真實(shí)操作帶來的風(fēng)險(xiǎn)和心理壓力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，縮短學(xué)習(xí)周期[5]。同時(shí)，VR技術(shù)可以突破時(shí)間、地點(diǎn)、臨床病例等限制，解決了尸體資源緊張的現(xiàn)實(shí)問題，使解剖實(shí)踐課更加簡單化[6]。VR技術(shù)在一定程度上使解剖學(xué)授課上升了新的臺階[7]。

本研究在神經(jīng)系統(tǒng)解剖教學(xué)過程，將VR教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行對照，通過課后評價(jià)對比教學(xué)效果差異，并通過調(diào)查問卷探索學(xué)生對VR教學(xué)的興趣度，以及VR教學(xué)是否提高學(xué)習(xí)效率等。同時(shí)，探索VR教學(xué)模式的優(yōu)化方案，為VR技術(shù)在解剖學(xué)教學(xué)的推廣奠定基礎(chǔ)。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選擇深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)院2017級臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)未參加過VR教學(xué)、未學(xué)習(xí)神經(jīng)病學(xué)的98名大學(xué)三年級醫(yī)學(xué)生為研究對象。第一階段學(xué)生共56人，其中男性19人，女性37人；第二階段學(xué)生共42人，其中男性16人，女性26人。

1.2 方法

1.2.1 分組 采取分階段隨機(jī)對照試驗(yàn)，實(shí)施分兩階段。采用隨機(jī)數(shù)字表法將醫(yī)學(xué)生分為兩階段，再分為對照組（傳統(tǒng)方法組）和試驗(yàn)組（VR技術(shù)組）。

1.2.2 教學(xué)方法 教學(xué)大綱以人民衛(wèi)生出版社第8版《解剖學(xué)》《神經(jīng)病學(xué)》教材為基準(zhǔn)，第一階段教學(xué)內(nèi)容為腦的解剖和功能，第二階段教學(xué)內(nèi)容為腦血管的解剖。第一階段：由同一帶教老師同一天為兩組醫(yī)學(xué)生講授神經(jīng)系統(tǒng)解剖，試驗(yàn)組采用VR技術(shù)學(xué)習(xí)解剖學(xué)知識，每名醫(yī)學(xué)生可實(shí)操VR設(shè)備5～10 min。對照組采用模型及圖文影像形式，借助PPT幻燈片和人體解剖模型進(jìn)行教學(xué)，并對醫(yī)學(xué)生的問題進(jìn)行解答，時(shí)長2 h。課程中全程錄像，并觀察每名醫(yī)學(xué)生的興趣度、理解力及不良反應(yīng)等。第二階段：由同一老師于1周后為兩組醫(yī)學(xué)生授課，除課程內(nèi)容和難度不同外，其他步驟完全同第一階段。

1.2.3 調(diào)查問卷 課后匿名發(fā)放調(diào)查問卷。查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，結(jié)合專家意見，制訂調(diào)查問卷，其中第1題總體滿意度需學(xué)生從1～10分中選取一個(gè)整數(shù)來打分，第2～11題10個(gè)維度分別從非常同意、同意、不同意及非常不同意4個(gè)角度進(jìn)行回答。調(diào)查問卷題目如下：①您對此教學(xué)模式整體滿意程度（計(jì)量資料）；②有助于對神經(jīng)系統(tǒng)解剖的理解；③增加了對學(xué)習(xí)的興趣度；④是一種實(shí)用、有效的教學(xué)手段；⑤可提高對知識的掌握程度；⑥可提高學(xué)習(xí)效率；⑦提高您的參與度；⑧使學(xué)習(xí)變得更有趣；⑨提高學(xué)習(xí)的積極性；⑩提高課程的互動性；未來應(yīng)該被廣泛應(yīng)用；詢問試驗(yàn)組學(xué)生對課程的評價(jià)及意見（開放性試題）。

1.2.4 考核方法 課程結(jié)束后，進(jìn)行統(tǒng)一命題的閉卷考試，限時(shí)10 min，兩個(gè)階段的試卷分別由10道單項(xiàng)選擇題組成，每道題1分，總計(jì)10分。題目包括神經(jīng)和血管結(jié)構(gòu)、功能、組成和定位，難度與深圳大學(xué)神經(jīng)病學(xué)期末考試相同。考察學(xué)生對理論知識的掌握程度，其中第一階段的試題難度高于第二階段課程。

1.2.5 設(shè)備 設(shè)備采用人民衛(wèi)生出版社有限公司生產(chǎn)的3D解剖虛擬訓(xùn)練器，可在虛擬場景中全方位觀看人體結(jié)構(gòu)，任意拆解和抓取人體結(jié)構(gòu)等操作。設(shè)備軟件含有中樞神經(jīng)系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)數(shù)量≥278個(gè)，周圍神經(jīng)系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)數(shù)量≥289個(gè)，且與醫(yī)學(xué)院校通用《解剖學(xué)》教材一致，依據(jù)四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院標(biāo)本資源庫和《中國人體質(zhì)調(diào)查》等資料，在四川大學(xué)數(shù)位專家的全程指導(dǎo)下開發(fā)，具有權(quán)威性。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，計(jì)數(shù)資料以例數(shù)表示，比較采用χ2檢驗(yàn)，計(jì)量資料以表示，比較采用t檢驗(yàn)，等級資料采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)，以P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 第一階段中試驗(yàn)組26人，其中男性6人，女性20人，平均年齡21.5±0.8歲，《解剖學(xué)》筆試成績?yōu)?2.00±12.37分。對照組共30人，其中男性13人，女性17人，平均年齡21.6±0.7歲，《解剖學(xué)》筆試成績?yōu)?7.31±10.87分。兩組學(xué)生性別（χ2=2.55，P=0.11）、年齡（t=-0.49，P=0.63）、基線成績（t=-1.49，P=0.14）差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

第二階段試驗(yàn)組共20人，其中男性9人，女性11人，平均年齡20.6±4.4歲，《解剖學(xué)》筆試成績?yōu)?4.95±11.77分。對照組22人，其中男性7人，女性15人，平均年齡21.3±0.7歲，《解剖學(xué)》筆試成績?yōu)?1.59±9.65分。兩組學(xué)生性別（χ2=0.77，P=0.38）、年齡（t=-0.76，P=0.46）、基線成績（t=1.02，P=0.32）差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 教學(xué)評價(jià) 第一階段、第二階段試驗(yàn)組成績高于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。

表1 兩階段試驗(yàn)組與對照組理論課成績比較

2.3 調(diào)查問卷結(jié)果

2.3.1 整體滿意度 經(jīng)對問卷篩選后，第一階段對照組收集24份有效問卷，試驗(yàn)組收集25份有效試卷。第二階段對照組收集16份有效問卷，試驗(yàn)組收集19份有效試卷。第一階段、第二階段兩組整體滿意度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表2）。

表2 兩階段試驗(yàn)組與對照組整體滿意度評價(jià)

2.3.2 各維度教學(xué)效果評價(jià) 將兩個(gè)階段中試驗(yàn)組和對照組的問卷合并統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組學(xué)生對VR教學(xué)“使學(xué)習(xí)變得更有趣”“提高課程的互動性”的評價(jià)高于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其他維度兩組差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表3）。

表3 兩階段試驗(yàn)組與對照組（合并統(tǒng)計(jì)）各維度教學(xué)效果評價(jià)

2.3.3 建議和意見 課后12位醫(yī)學(xué)生主動參與反饋，參與測評的醫(yī)學(xué)生表示此教學(xué)方法很好，提高了上課時(shí)的專注度，希望可廣泛用于教師講課，以達(dá)到事半功倍的效果，提高學(xué)習(xí)效率。部分學(xué)生提出了建設(shè)性意見，如建議延長自主練習(xí)時(shí)間，使VR設(shè)備的解剖結(jié)構(gòu)更加精細(xì)。學(xué)生認(rèn)為此種教學(xué)方法很有趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情，減少了對神經(jīng)病學(xué)的恐懼。學(xué)生希望將VR教學(xué)早日應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)教學(xué)中。

3 討論

傳統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)解剖教學(xué)使用標(biāo)本、模型及視頻圖畫等方式增強(qiáng)學(xué)生對知識的理解，但仍比較抽象。另外，教學(xué)模具的局限性、尸體標(biāo)本的數(shù)量及質(zhì)量也會對學(xué)生的理解產(chǎn)生影響，這些因素都在一定程度上降低學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)而阻礙解剖學(xué)教學(xué)的發(fā)展[8]。VR技術(shù)支持多人同時(shí)操作，且可反復(fù)操作，打破模具和標(biāo)本的數(shù)量限制，降低了教學(xué)用品損耗[9-10]。

本研究通過采取分階段隨機(jī)對照的試驗(yàn)方式，減少因課程難度不同導(dǎo)致結(jié)果不同所帶來的偏倚。兩階段試驗(yàn)可避免因試卷難易度及試題構(gòu)成對試驗(yàn)結(jié)果的影響。

在教學(xué)的兩個(gè)階段中，試驗(yàn)組學(xué)生的理論成績均高于傳統(tǒng)組學(xué)生，表明VR技術(shù)更有助于醫(yī)學(xué)生掌握解剖學(xué)理論知識，提高學(xué)習(xí)成績。因課后試卷于課后及時(shí)發(fā)放，故應(yīng)用VR技術(shù)的教學(xué)方法可能是一種比傳統(tǒng)教學(xué)方法更及時(shí)、更直觀、更有效的獲取知識的方式，但對醫(yī)學(xué)生遠(yuǎn)期的影響仍待進(jìn)一步研究。

問卷調(diào)查中，學(xué)生認(rèn)為VR教學(xué)使學(xué)習(xí)變得有趣且提高了課程的互動性。興趣是促進(jìn)學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動力，因此有利于學(xué)生提高學(xué)習(xí)成績。另外，入組的大部分醫(yī)學(xué)生表示，如果有VR設(shè)備可用，他們更愿意使用VR作為學(xué)習(xí)工具。

綜上所述，在神經(jīng)系統(tǒng)解剖學(xué)教學(xué)過程中引入VR技術(shù)可突破對教學(xué)模型及尸體的依賴，將抽象的神經(jīng)組織以一種的逼真的方式展現(xiàn)給學(xué)生，提高學(xué)生的理解能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。VR為解剖學(xué)教學(xué)帶來新的機(jī)遇，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。