模擬醫(yī)學(xué)教育在產(chǎn)前超聲教學(xué)中的應(yīng)用與展望

李林璐，唐曉鴻，趙永鋒

中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院：1.超聲科；2.臨床技能中心， 長沙 410013

產(chǎn)前超聲診斷是超聲醫(yī)學(xué)的重點和難點，也是孕婦孕期常規(guī)檢查中十分重要的檢查項目[1]，完整的高質(zhì)量產(chǎn)前超聲檢查可以篩查出大部分胎兒畸形的情況而實現(xiàn)優(yōu)生優(yōu)育。傳統(tǒng)產(chǎn)前超聲醫(yī)師的培訓(xùn)周期長、難度大[2]，如何規(guī)范地進(jìn)行產(chǎn)前超聲培訓(xùn)，提高培訓(xùn)效率，是目前亟待解決的問題。模擬醫(yī)學(xué)教育(simu- lation based medical education，SBME)是借助各種仿真模型和智能技術(shù)創(chuàng)設(shè)模擬或虛擬患者、臨床場景，代替真實患者進(jìn)行臨床實踐教學(xué)的方法，具有仿真、可重復(fù)、安全的特點，能為學(xué)員在臨床實踐前提供寶貴的體驗式學(xué)習(xí)機(jī)會，采用模擬和虛擬仿真技術(shù)開發(fā)的訓(xùn)練器為產(chǎn)前超聲醫(yī)師培訓(xùn)和評價提供了新的手段。文章主要闡述目前產(chǎn)前超聲培訓(xùn)及能力評估中存在的問題以及模擬醫(yī)學(xué)教育在產(chǎn)前超聲教學(xué)中的應(yīng)用情況。

1 產(chǎn)前超聲教學(xué)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)產(chǎn)前超聲培訓(xùn)主要采用“看、教、練”的方法[1]，學(xué)員通過觀察帶教教師對產(chǎn)檢孕婦行常規(guī)超聲檢查而逐步積累經(jīng)驗，再過渡到自己對真實孕婦行常規(guī)超聲檢查進(jìn)行練習(xí)操作[3]。這樣的培訓(xùn)方法存在一些安全隱患，沒有充足經(jīng)驗的超聲醫(yī)師在對孕婦進(jìn)行檢查時，會增加孕婦的超聲暴露時間，且無法保證檢查的準(zhǔn)確性。此外，隨著民眾維權(quán)意識的增強(qiáng)，經(jīng)驗不足的醫(yī)師在檢查時不熟練的掃查過程可能被孕婦及家屬認(rèn)為是不負(fù)責(zé)任的表現(xiàn)，造成患者的配合度不高，給學(xué)員實踐帶來了困難，并存在引發(fā)醫(yī)患糾紛的風(fēng)險。Gabor P等[4]調(diào)查了31個國家住院醫(yī)師超聲培訓(xùn)的滿意度，約一半國家的受訓(xùn)者認(rèn)為缺乏足夠練習(xí)時間。Tolsgaard M G等[5]的研究顯示接受培訓(xùn)后的學(xué)員對部分超聲基本技能及獨立進(jìn)行診斷仍缺乏信心。

此外，對于產(chǎn)前超聲檢查操作基本能力的評估，目前缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。許多機(jī)構(gòu)設(shè)置了通過培訓(xùn)的最少檢查次數(shù)[3]，如國際婦產(chǎn)科超聲協(xié)會(Interna- tional Society of Ultrasound in Obstetrics and Gyne- cology，ISUOG)建議，要獲得最低產(chǎn)科超聲檢查能力認(rèn)證，學(xué)員應(yīng)接受至少200次監(jiān)督下的產(chǎn)科掃描[6]。但由于個人學(xué)習(xí)曲線不同以及在臨床中遇見的具體病例不同，學(xué)員在通過同樣時間的學(xué)習(xí)后所獲取的能力并不相同。在一項研究[7]中，受訪的86名高年級研究生中有76%的人表示他們需要接受額外的培訓(xùn)才能獨立執(zhí)行超聲檢查，而受訪的437名住院醫(yī)師中有41%的人認(rèn)為超聲培訓(xùn)的最大障礙是缺乏專職教師教學(xué)時間。因此，實現(xiàn)特定數(shù)量的掃描并不代表獲得了一定程度的超聲掃查能力。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的需求[8]。中國的產(chǎn)前超聲醫(yī)師培訓(xùn)目前尚缺乏標(biāo)準(zhǔn)的培訓(xùn)課程，在各級醫(yī)院進(jìn)行產(chǎn)科超聲檢查的醫(yī)師資質(zhì)也參差不齊，這些都成為目前產(chǎn)前超聲教學(xué)中不可忽視的難點。

2 模擬虛擬技術(shù)與模擬醫(yī)學(xué)教育

現(xiàn)代SBME誕生于20世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)和醫(yī)學(xué)、教育學(xué)發(fā)展的結(jié)晶，SBME的使用從早期的局部功能模型、標(biāo)準(zhǔn)化病人，到融合了計算機(jī)、數(shù)字信息、虛擬仿真技術(shù)的高仿真模擬人、虛擬仿真病人，本身也是一部科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史[9]。

最早的模擬教學(xué)源于解剖學(xué)的興起。西方杰出藝術(shù)家達(dá)·芬奇被譽(yù)為近代解剖學(xué)的鼻祖，他曾繪制大量人體解剖圖譜用于解剖學(xué)的教學(xué)和研究。北宋年間針灸用“天圣銅人” 是可考證的歷史上最早的模擬教學(xué)用具；挪威玩具制造商Laerdal A開發(fā)了早期心肺復(fù)蘇訓(xùn)練產(chǎn)品[10]，這也是中國醫(yī)學(xué)教師最熟悉的模擬教具，適用于單項臨床技能訓(xùn)練。

20世紀(jì)計算機(jī)的出現(xiàn)及發(fā)展給醫(yī)學(xué)教育工作者帶來許多創(chuàng)新靈感。Abrahamson S J于1967年推出了第一個計算機(jī)控制的能模擬正常呼吸、心音、動脈搏動、睜眼、發(fā)紺、氣道及10種編碼藥物作用的模擬患者“SIMONE”[11]。Schwi H A等于1985年首次合作描述了一個以軟件為基礎(chǔ)，基于屏幕交互的完整的麻醉模擬訓(xùn)練器。計算機(jī)輔助訓(xùn)練系統(tǒng)通過計算機(jī)軟件將人體生理、病理、藥理、數(shù)學(xué)模型和臨床病例、治療反應(yīng)有機(jī)地結(jié)合起來創(chuàng)建“虛擬病人”,學(xué)生可以選擇各種病例進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和測試,系統(tǒng)不僅能夠呈現(xiàn)病例的初始狀態(tài)，還能通過程序?qū)崿F(xiàn)對治療和操作的反應(yīng)[12]。

綜合“虛擬現(xiàn)實和觸覺感知反饋技術(shù)”的計算機(jī)訓(xùn)練系統(tǒng)是高端模擬技術(shù)發(fā)展的另一個方向，主要用于有創(chuàng)的手術(shù)或器械輔助診療新技術(shù)訓(xùn)練[13-15]。此類系統(tǒng)通過軟件創(chuàng)造虛擬的患者環(huán)境和病情,操作者通過計算機(jī)屏幕或者視覺眼鏡看到臨床真實場景,通過設(shè)備和界面與計算機(jī)互動，操作模擬器械在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生運動，計算機(jī)實時呈現(xiàn)，操作者通過作用于電子硬件載體的“力反饋”技術(shù),真實感受自己在醫(yī)療操作過程中的各種觸覺信息。該訓(xùn)練系統(tǒng)將計算機(jī)軟件與電子硬件載體完美結(jié)合，將醫(yī)療操作中的視覺、聽覺和觸覺融為一體,主要應(yīng)用在三級學(xué)科醫(yī)師的培訓(xùn)和繼續(xù)教育之中。

既往大量的研究[16-18]聚焦新型模擬訓(xùn)練器開發(fā)和新技術(shù)在SBME的應(yīng)用，充分證實了其有效性，同時也普遍認(rèn)為SBME具體模型和技術(shù)的選擇應(yīng)以教學(xué)目標(biāo)為基礎(chǔ)。SBME可以縮短學(xué)習(xí)曲線并提高受訓(xùn)者的臨床技能水平，有利于提高學(xué)習(xí)興趣、鞏固理論知識、提高臨床思維能力。

3 模擬醫(yī)學(xué)教育與產(chǎn)前超聲

產(chǎn)前超聲檢查難度及風(fēng)險均很大，任何方面的疏忽都容易對孕婦及胎兒造成不良后果。由于產(chǎn)科超聲檢查所涉及的人群很特殊，在培訓(xùn)中無法像普通超聲檢查一樣輕易地找到可用于教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化病人，模擬醫(yī)學(xué)教育在產(chǎn)前超聲中的應(yīng)用主要采取各種超聲模擬裝置來實現(xiàn)[1]。

與其它模擬設(shè)備的發(fā)展歷程一致，早期產(chǎn)科超聲模擬裝置以實體模型為基礎(chǔ)[19]，特點是價格低廉、易于制作。一項胎豬模擬器[20]以熱封的胎豬作為模型，通過使用真實超聲掃描儀對胎豬解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃查，以提高產(chǎn)前超聲醫(yī)師的經(jīng)驗。這類實體模型與真實胎兒解剖結(jié)構(gòu)可能存在較大差異；因模型靜態(tài)，某些動態(tài)功能和參數(shù)也無法呈現(xiàn)。

目前所使用的產(chǎn)科超聲診斷模擬裝置是模擬和虛擬技術(shù)相結(jié)合的高仿真模擬器，通常包含一個孕婦模型、帶傳感裝置的模擬超聲探頭，以及與傳感探頭相連的裝載軟件的計算機(jī)。傳感探頭用于感應(yīng)其在孕婦模型上滑動的位置，而計算機(jī)則可實時呈現(xiàn)與傳感探頭位置、角度相對應(yīng)的虛擬數(shù)字超聲圖像。

這類系統(tǒng)中孕婦模型內(nèi)并無胎兒，呈現(xiàn)的胎兒超聲圖像為虛擬數(shù)字影像，其圖像重建有插值和生成兩種方法[1,21]。插值法首先需要獲取真實孕婦及胎兒的超聲圖像，為獲取足夠數(shù)據(jù)需要多切面掃查數(shù)千張不同方向的超聲圖像互為補(bǔ)充。采用3D Volume建模，使用插值技術(shù)恢復(fù)丟失信息，將低分辨率圖像生成高分辨率圖像，并對未掃查到的圖像部分進(jìn)行插入補(bǔ)充，以此由真實的臨床超聲數(shù)字信息形成與模擬孕婦軀干位置相對應(yīng)的虛擬胎兒數(shù)字超聲影像。這種圖像生成方法由重建而得，圖像質(zhì)量可能會受原圖像清晰度影響。此外，由于缺乏模擬人與真實采集超聲圖像數(shù)據(jù)空間上的精準(zhǔn)匹配關(guān)系，因此計算機(jī)上所顯示的超聲圖像數(shù)據(jù)可能不完全與模擬探頭所處位置一一對應(yīng)。生成法則是通過計算機(jī)模型創(chuàng)建虛擬二維胎兒超聲影像，即提前構(gòu)造一個計算機(jī)胎兒模型，從模型中提取超聲二維切面信息并對其進(jìn)行細(xì)節(jié)化加工而形成。這種生成方式可以對不同疾病及不同活動狀態(tài)的胎兒進(jìn)行建模，但其圖像可能存在“卡通化”的不真實感等缺陷[22]。

產(chǎn)科高仿真模擬裝置能模擬一個虛擬孕婦環(huán)境，可探及胎兒、羊水、胎盤，并能與真實超聲裝置一樣形成常規(guī)B超、彩色多普勒、頻譜多普勒圖像。傳統(tǒng)的教學(xué)方法依賴于通過學(xué)員想象胎兒在母體中的實際位置而達(dá)到獲取所需觀察切面的目的，學(xué)員常因缺乏空間思維而掃查困難。高仿真模擬器常常通過后期的數(shù)據(jù)合成，在計算機(jī)上呈現(xiàn)出虛擬的三維胎兒的位置及其與傳感探頭的位置關(guān)系，從而能更好地幫助受訓(xùn)者建立空間思維、改善手眼協(xié)調(diào)性；高仿真模擬器還可以為學(xué)員提供反饋、允許重復(fù)練習(xí)，并能夠?qū)Σ煌愋图半y度的疾病進(jìn)行學(xué)習(xí)。

4 模擬醫(yī)學(xué)教育在產(chǎn)前超聲教學(xué)中的應(yīng)用

目前，有許多學(xué)者對超聲模擬器在醫(yī)師培訓(xùn)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。在對模擬器的主觀感受上，許多研究[23-25]證實了醫(yī)師對模擬培訓(xùn)方法的支持。Arya等[23]對28名參與超聲模擬培訓(xùn)的學(xué)員進(jìn)行調(diào)查，受訓(xùn)者認(rèn)為模擬培訓(xùn)是對臨床學(xué)習(xí)的有效補(bǔ)充，并非常支持將模擬培訓(xùn)應(yīng)用于臨床超聲實踐。

產(chǎn)科超聲模擬器在超聲醫(yī)師培訓(xùn)中的有效性已在多項研究中得到驗證。Burden等[26]通過初學(xué)者及專家5次連續(xù)模擬頂臀長(CRL)及3次雙頂徑(BPD)的測量研究，發(fā)現(xiàn)通過模擬器的重復(fù)，初學(xué)者能很快接近專家級的準(zhǔn)確性和效率；Le Lous M[27]等對初學(xué)者進(jìn)行1h模擬器培訓(xùn)，發(fā)現(xiàn)初學(xué)者獲取股骨長(FL)標(biāo)準(zhǔn)切面的時間縮短了30%；Rosen H等[28]的一項前瞻性隨機(jī)對照-試驗比較了產(chǎn)科模擬器及志愿者孕婦兩種培訓(xùn)方法對初學(xué)者在中孕期胎兒胎頭標(biāo)準(zhǔn)切面獲取的培訓(xùn)效果，發(fā)現(xiàn)兩種方法均能顯著提升初學(xué)者的產(chǎn)科超聲掃查能力，產(chǎn)科超聲模擬器的培訓(xùn)效果優(yōu)于傳統(tǒng)培訓(xùn)方法，并且可以為新手提供更多益處。

除了作為培訓(xùn)工具外，產(chǎn)科超聲模擬器還可以用于評估學(xué)員的技能水平[29]。目前，對產(chǎn)科超聲模擬器在超聲醫(yī)師能力評估中的應(yīng)用已有一些研究，Cha- louhi等[30]的研究要求學(xué)員在模擬器與志愿者孕婦上分別獲取相同的超聲切面圖像，根據(jù)切面上解剖結(jié)構(gòu)的顯示對圖像進(jìn)行評價，研究發(fā)現(xiàn)學(xué)員在模擬器與志愿者孕婦上的得分具有相關(guān)性，運用模擬器考核時具有較好的研究者間一致性，但該評價方法尚無法評估學(xué)員與患者之間的互動能力。Burden等[26]的一項研究使用模擬器對培訓(xùn)前超聲初學(xué)者及專家對孕婦早孕期CRL和BPD的測量進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)模擬器能夠很好地區(qū)分不同經(jīng)驗醫(yī)師的掃查水平。雖然既往產(chǎn)前超聲模擬培訓(xùn)的研究多涉及培訓(xùn)后產(chǎn)科超聲醫(yī)師能力的評估，但多數(shù)研究未對評估方法的信度、效度進(jìn)行評價，因此應(yīng)用產(chǎn)科模擬器對超聲醫(yī)師進(jìn)行能力評估需要更科學(xué)、大規(guī)模的實證研究證據(jù)。

5 模擬醫(yī)學(xué)教育在產(chǎn)前超聲醫(yī)師培訓(xùn)中的挑戰(zhàn)與展望

模擬教學(xué)能夠讓經(jīng)驗不足的產(chǎn)前超聲醫(yī)師在進(jìn)行真實孕婦掃查前，在模擬虛擬環(huán)境中進(jìn)行多次練習(xí)，更好地理解胎兒的解剖特點，為產(chǎn)前超聲醫(yī)師的培訓(xùn)提供了更加安全、有效的選擇。

但目前此類設(shè)備在技術(shù)上仍需進(jìn)一步改進(jìn)。市面上產(chǎn)科超聲模擬器仍然難以完全模擬真實的臨床情況，如羊水、胎兒胎位、胎兒的活動及孕婦自身因素(如腹壁層脂肪厚度)等，病例種類也非常有限。現(xiàn)有模擬器可能更適用于初學(xué)者或經(jīng)驗欠豐富的學(xué)員進(jìn)行練習(xí)，在對基本掃查掌握后仍需要在真實孕婦上進(jìn)行練習(xí)掃查以獲得在實際患者上檢查和診斷的能力。此外，由于模擬虛擬設(shè)備購買、維修的價格昂貴，推廣基于模擬器的培訓(xùn)可能要考慮成本與獲益等多個方面的因素。

SBME于20世紀(jì)90年代引入中國，近年在醫(yī)學(xué)教育大改革的背景下，迎來了快速發(fā)展的時期，中國現(xiàn)已有超過1000家醫(yī)院建立了現(xiàn)代化臨床模擬教學(xué)基地。同時，醫(yī)學(xué)模擬技術(shù)和方法也被包括國家醫(yī)師資格考試在內(nèi)的多種醫(yī)學(xué)考試作為重要的考核評估工具。不斷改進(jìn)產(chǎn)前超聲模擬訓(xùn)練設(shè)備，開發(fā)系列產(chǎn)前超聲模擬培訓(xùn)課程，探討建立標(biāo)準(zhǔn)評價體系，將有助于提高和保證中國產(chǎn)前超聲醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量。