基于虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建模擬中藥房及其應(yīng)用評價 Δ

曾鳳萍 ，王夢昕 ，俞辰倩 ，劉國秀 ， ，酈春錦 ，張國兵 ，翟華強 ， ，金世元 （.北京中醫(yī)藥大學中藥學院，北京 088；.北京中醫(yī)藥大學中藥調(diào)劑標準化研究中心，北京 088；.杭州唐古信息科技有限公司，杭州 0058；.仙居縣人民醫(yī)院，浙江 臺州 700）

中藥房是從事中藥調(diào)劑工作的主要場所，是中藥面向社會的窗口。中藥調(diào)劑是以中醫(yī)藥理論為基礎(chǔ)，根據(jù)醫(yī)師處方或患者需求，將中藥飲片或中成藥調(diào)配給患者使用的過程[1]，其關(guān)乎臨床用藥的安全性和有效性，因此對從業(yè)人員有著較高要求。當前各醫(yī)療單位的中藥調(diào)劑人員專業(yè)知識與技能水平參差不齊，日常工作中存在許多操作不規(guī)范的現(xiàn)象，亟須加強全面、系統(tǒng)的中藥調(diào)劑技術(shù)規(guī)范培訓[2]。

虛擬仿真以計算機軟件、硬件為依托，通過擬合不同技術(shù)手段，實現(xiàn)對已知或未知世界的仿真，從而呈現(xiàn)出可視化的實訓操作環(huán)境，在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)互動式教學[3]，有助于學生對專業(yè)知識的理解與應(yīng)用。2017年，教育部提出高校教育信息化戰(zhàn)略，下發(fā)了一系列國家虛擬仿真實驗教學建設(shè)規(guī)劃和政策，借助信息技術(shù)促進教育教學發(fā)展。目前國內(nèi)外學者對虛擬仿真教學的研究熱度持續(xù)增長。例如杜坤等[4]構(gòu)建了由設(shè)備與技能、形態(tài)與結(jié)構(gòu)、組分與功能3個模塊組成的生物學虛擬實驗室，創(chuàng)新了實驗教學模式，完善了虛實互補的教學考核體系；Aggarwal 等[5]回顧了當時可用于腹腔鏡手術(shù)培訓和評估的工具，并提出虛擬仿真模擬器可用于開發(fā)結(jié)構(gòu)化的腹腔鏡手術(shù)培訓計劃。

另外，隨著“醫(yī)工交叉”理念的誕生[6]，虛擬仿真技術(shù)與中醫(yī)藥學教育的融合發(fā)展成為必然趨勢，構(gòu)建虛擬仿真教學平臺，逐漸成為新時代下中醫(yī)藥知識文化傳承與創(chuàng)新的新手段。為順應(yīng)國家政策和時代發(fā)展潮流，本研究借助虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建模擬中藥房，為中醫(yī)藥相關(guān)從業(yè)人員提供系統(tǒng)、規(guī)范、便捷的學習平臺，實現(xiàn)中藥房瀏覽、中藥調(diào)劑知識學習和模擬技能培訓等功能，助力開發(fā)中藥調(diào)劑教育新模式。

1 模擬中藥房的構(gòu)建設(shè)計

1.1 需求調(diào)研

為了解目前中醫(yī)藥學學生及從業(yè)人員對模擬中藥房的建設(shè)知識內(nèi)容及表現(xiàn)形式需求，本研究針對首都醫(yī)科大學北京中醫(yī)醫(yī)院（以下簡稱“北京中醫(yī)醫(yī)院”）進行實地調(diào)研，在實地調(diào)研基礎(chǔ)上對中國中醫(yī)藥信息學會調(diào)配與監(jiān)測分會、北京中醫(yī)藥大學和世界中醫(yī)藥學會聯(lián)合會中藥調(diào)劑專業(yè)委員會成員開展問卷調(diào)查，旨在明確模擬中藥房的知識內(nèi)容范圍和平臺建設(shè)形式，完善模擬中藥房的建設(shè)內(nèi)容。

1.1.1 實地調(diào)研

本研究采用半結(jié)構(gòu)式專家訪談法，制定訪談提綱后，面向北京中醫(yī)醫(yī)院中藥房的4位主任藥師、中藥調(diào)劑人員進行實地走訪，了解北京中醫(yī)醫(yī)院中藥房建設(shè)現(xiàn)狀、中藥師對中藥調(diào)劑技能學習需求和模擬中藥房的建設(shè)需求情況。結(jié)果顯示，在知識需求方面，當前中藥調(diào)劑人員工作內(nèi)容較為固定，中藥調(diào)劑實踐技能較為缺乏，如負責調(diào)配的人員僅負責調(diào)配、可能不熟悉中藥煎煮操作等，而在實際工作中，除簡單的調(diào)配技能外，中藥調(diào)劑人員仍需學習包大包操作、壓處方箋方等其他知識。此外，模擬中藥房的建設(shè)應(yīng)在相關(guān)法律法規(guī)基礎(chǔ)上，以北京中醫(yī)醫(yī)院為主、中藥店為輔進行設(shè)計，建設(shè)場景時可將門診藥房、住院藥房和中藥店融合，盡量全部展示中藥房房間及構(gòu)造。參照中藥調(diào)劑工作所需流程，在平臺展示審方、調(diào)劑供應(yīng)、煎煮、發(fā)藥以及部分中藥飲片形狀辨識和貯存養(yǎng)護知識。在交互需求方面，選擇實操性強的中藥調(diào)劑步驟進行虛擬交互，交互方式自由、便捷。

1.1.2 問卷調(diào)查

通過“問卷星”的形式面向北京中醫(yī)藥大學、中國中醫(yī)藥信息學會調(diào)配與監(jiān)測分會和世界中醫(yī)藥學會聯(lián)合會中藥調(diào)劑專業(yè)委員會成員發(fā)放調(diào)查問卷，共收回問卷73份。結(jié)合調(diào)查對象的個人信息與答題情況，保留有效問卷73 份，采用Excel 2010 與SPSS 23.0 軟件進行統(tǒng)計分析。

結(jié)果顯示，在知識需求方面，中醫(yī)藥學學生及從業(yè)人員對于中藥調(diào)劑實踐技能應(yīng)用需求度較大，包括性狀鑒別、處方應(yīng)付、臨床藥學服務(wù)等。在交互需求方面，被調(diào)查對象對指引方式、考核方式和交互方式各有所好。綜合考慮實地調(diào)研和問卷結(jié)果，本研究將視頻學習、場景瀏覽、模擬體驗3個模塊平行排列設(shè)置，給予用戶高自由度選擇。

1.2 平臺的信息化轉(zhuǎn)化

經(jīng)過實地調(diào)研與問卷調(diào)查，本研究將模擬中藥房建設(shè)內(nèi)容分為中藥房建設(shè)內(nèi)容和中藥調(diào)劑實踐知識兩大模塊。通過整理匯總中藥房建設(shè)相關(guān)文獻、法規(guī)文件中的具體知識，形成中藥房建設(shè)內(nèi)容信息庫；梳理中藥調(diào)劑技術(shù)培訓相關(guān)教材、文獻、法規(guī)文件中的具體知識，形成中藥調(diào)劑流程知識庫，主要參考來源見表1。本研究以中藥房建設(shè)內(nèi)容信息庫和中藥調(diào)劑流程知識庫為數(shù)據(jù)源，人工抽取相對應(yīng)的知識內(nèi)容，從而進行模擬中藥房的構(gòu)建。

平臺構(gòu)建技術(shù)支持由杭州唐古信息科技有限公司提供。通過對模擬中藥房整體架構(gòu)的設(shè)計，結(jié)合C4D（Cinema 4D）、Maya（Autodesk Maya）、ZBrush、3D Max（3D Studio Max）、OC（Octane render）等虛擬仿真技術(shù)和MySQL數(shù)據(jù)庫、Redis數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序編程接口（application programming interface，API）、緩存、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（content delivery network，CDN）、負載均衡、caddy 集群（采用打開集群及服務(wù)處理集群）等技術(shù)，實現(xiàn)了中藥調(diào)劑實踐、中藥房場景瀏覽、動畫教學與虛擬體驗功能。平臺為網(wǎng)址登錄，用戶借助終端設(shè)備在電腦或手機接入網(wǎng)頁即可學習。

1.3 平臺內(nèi)容設(shè)計

中藥調(diào)劑是一項復(fù)雜而細致的工作，需要從業(yè)人員具有扎實的理論知識基礎(chǔ)和實踐操作能力。根據(jù)前期調(diào)研結(jié)果，模擬中藥房主要設(shè)計了平行排列的視頻教學和模擬操作兩部分。平臺內(nèi)容由教學視頻、動畫視頻、仿真藥房和模擬體驗組成，根據(jù)用戶的交互需求對中藥調(diào)劑流程進行仿真模擬，用戶可以通過選擇感興趣的模塊進行交互學習，總體框架如圖1所示。

1.3.1 教學視頻

中藥調(diào)劑理論知識學習是其實踐操作的基礎(chǔ)。在理論教學視頻的基礎(chǔ)上，平臺設(shè)計中藥調(diào)劑真人課程，選取國醫(yī)大師金世元“傳統(tǒng)中藥調(diào)劑實踐操作”“中藥柜斗譜編排規(guī)律”“銅舂砸藥”“傳統(tǒng)包裝‘一口印’”“中藥調(diào)劑事業(yè)亟須‘后浪’的繼承與發(fā)揚”“傳統(tǒng)中藥調(diào)劑基本操作及流程”共6節(jié)教學視頻，對視頻圖像、視頻音頻和視頻文字等進行規(guī)范化處理，充分展示傳統(tǒng)中藥調(diào)劑流程，繼承和發(fā)揚傳統(tǒng)中藥調(diào)劑特色。

1.3.2 動畫視頻

在真人視頻課程的基礎(chǔ)上，本研究借助虛擬仿真技術(shù)自主設(shè)計中藥調(diào)劑教學動畫視頻，以《北京市中藥飲片調(diào)劑規(guī)程》（2011年版）為參照對中藥調(diào)劑流程進行詳細介紹。介紹的基本流程包括審方、計價、調(diào)配、復(fù)核、包裝、煎煮、發(fā)藥7個環(huán)節(jié)及相應(yīng)操作重點。用戶通過觀看動畫視頻，可以更好地理解和掌握知識點，同時在視覺上也能獲得更好的體驗。

1.3.3 仿真藥房

中藥房是中藥調(diào)劑的主要場所，中藥調(diào)劑操作步驟的進行離不開中藥房。借助三維建模技術(shù)建設(shè)場景，建立中藥調(diào)劑流程所需的所有虛擬仿真模型，包括中藥房、燈光、主要設(shè)施及工具等，分為全景漫游和自由瀏覽。仿真藥房全景漫游與各房間界面自由瀏覽展示見圖2和圖3。

圖2 模擬中藥房全景漫游展示

圖3 模擬中藥房各房間自由瀏覽展示

全景漫游自動展示中藥房現(xiàn)代布局，介紹審方室、中藥飲片調(diào)劑室、傳統(tǒng)煎藥室、自動煎藥機煎藥室、發(fā)藥窗口等場景及相應(yīng)房間功能及設(shè)施。自由瀏覽部分展示模擬中藥房平面圖，點擊相應(yīng)的房間名稱，會進入相應(yīng)的三維房間，全角度展現(xiàn)場景內(nèi)設(shè)施及可利用工具；點擊相應(yīng)設(shè)施及可利用工具，會進一步顯示擺放和詳細信息。例如，點擊進入中藥飲片調(diào)劑室，系統(tǒng)會介紹調(diào)劑室用來進行調(diào)配、復(fù)核、包裝、發(fā)藥操作，舊稱“店堂”，是藥師為患者配方、發(fā)藥的重要場所。其基礎(chǔ)設(shè)施有飲片斗柜、調(diào)劑臺、包裝臺、藥架等，調(diào)劑工具有計量工具、搗藥工具、清潔工具、包裝工具和箋方，均依次展示在漫游界面中，點擊即可查看相應(yīng)三維物品信息。在仿真藥房中，用戶可以自由探索，針對自身不足之處進行學習優(yōu)化。仿真藥房的設(shè)計打破了時間和空間限制，全角度直觀展示逼真的中藥房場景，給用戶提供了真實感、呈現(xiàn)感、交互感相結(jié)合的學習環(huán)境。

1.3.4 模擬體驗

單純的視頻教學只能學習基本的理論知識，缺少對客觀事物的認知[7]，而中藥調(diào)劑學具有實訓教學技術(shù)性、實用性強的特點，因此在教學視頻的基礎(chǔ)上，平臺為用戶提供了中藥調(diào)劑流程模擬體驗。根據(jù)用戶需求，平臺設(shè)計審方、調(diào)配、包裝、煎煮、發(fā)藥共5個交互性強的中藥調(diào)劑環(huán)節(jié)，以備體驗，如圖4所示。

圖4 模擬中藥房虛擬操作平臺展示

（1）審方，即處方審核，是藥房調(diào)劑流程中的第一道程序，又是中藥調(diào)劑人員必備的一項重要技能。審方環(huán)節(jié)由審方動畫、審方指引和審方模擬3個部分組成，其中審方指引包含計價模擬。審方動畫再次展示審方操作重點，審方指引進行審方流程操作介紹，用戶可進一步學習處方書寫規(guī)范。在審方模擬部分，通過系統(tǒng)隨機發(fā)放處方，用戶可進行中藥處方審核：對處方的規(guī)范性、處方用藥的合理性、處方給付的準確性和處方用藥的配伍禁忌進行審核，主要包括藥品名稱、用法用量、處方前記、腳注、十八反、十九畏等[8]；實時關(guān)注處方中飲片異名同物情況和不同地區(qū)飲片炮制差異。

（2）中藥調(diào)配是中藥房工作的重要組成部分，是辨證論治、遣方用藥的充分體現(xiàn)，中藥調(diào)配的質(zhì)量與臨床用藥安全聯(lián)系密切。在調(diào)配環(huán)節(jié)中，平臺設(shè)計視頻學習、三維場景、模擬體驗和中藥普及4個部分。視頻學習展現(xiàn)調(diào)配工作的重難點，三維場景展示中藥飲片調(diào)劑室三維場景，可360°旋轉(zhuǎn)場景模型，視野可以放大或縮小，點擊場景內(nèi)設(shè)施及工具可展示詳細信息。調(diào)配模擬體驗設(shè)計搗藥、調(diào)劑（戥稱的使用規(guī)則）、復(fù)核、配藥4個操作，點擊相應(yīng)圖標進行相應(yīng)操作模擬，例如點擊搗藥操作，在不需要清潔的情況下，可以進行搗藥操作的步驟模擬：放入藥物，使用舂棒，根據(jù)藥物特質(zhì)選擇適宜的搗藥力度將其搗碎，倒出藥物，最后使用軟布清場。中藥普及為中藥藥柜展示，平臺設(shè)計常見中藥飲片圖譜，點擊相應(yīng)中藥飲片名稱，即可展示其圖片、來源、產(chǎn)地、性狀鑒別、炮制與臨床、處方應(yīng)付、臨床藥學服務(wù)內(nèi)容。

（3）包裝環(huán)節(jié)是中藥調(diào)劑工作的重要步驟之一。中藥飲片需要包裝，現(xiàn)代煎藥機使用時也需要對中藥飲片和湯劑進行包裝，因此包裝環(huán)節(jié)也分為視頻教學和模擬體驗兩部分內(nèi)容，視頻學習分為配藥包裝和煎藥包裝。配藥包裝，傳統(tǒng)為包裝紙包裝，現(xiàn)多為紙袋包裝；使用煎藥包裝時，內(nèi)服藥和外服藥應(yīng)使用不同的標志注明。模擬體驗分為包大包和包小包操作，根據(jù)提示逐步完成，可實現(xiàn)零基礎(chǔ)學習。

（4）中藥煎煮是一項復(fù)雜精細的工作，也是影響中藥療效的關(guān)鍵因素。隨著中藥湯劑使用越來越廣泛，中藥煎煮技能培訓的開展迫在眉睫。在煎煮環(huán)節(jié)中，平臺設(shè)計傳統(tǒng)煎藥和自動煎藥機模擬體驗煎藥，包括浸藥、煎藥、包裝、清洗消毒操作，關(guān)注處方中藥物有無先煎、后下、包煎、烊化等特殊煎煮法[9]。另外，隨著自動化程度的逐步提升，大規(guī)模醫(yī)院通常配備代煎中心，煎藥人員還需要掌握煎藥機、煎藥鍋等大型煎藥設(shè)備的操作，學會設(shè)置浸泡時間、煎煮次數(shù)、煎煮時間等參數(shù)[10]。

（5）發(fā)藥是調(diào)劑流程中的最后一個環(huán)節(jié)，也是面向患者或其家屬的一個重要窗口，需確保合理用藥與安全用藥。在此環(huán)節(jié)，平臺提示調(diào)劑人員認真核對藥品信息，并在藥包上或處方上簽名發(fā)放，向患者交代用藥說明，提示鮮藥保鮮，檢查藥品齊全。

由上可知，模擬中藥房的設(shè)計采用人機交互式操作，用戶通過點選步驟進行學習操作，每一步操作都會有相應(yīng)的提示，可以帶給用戶“過關(guān)升級”的游戲感覺，有利于提高用戶學習熱情，滿足用戶的知識需求與交互需求。

2 模擬中藥房的應(yīng)用效果評價

2.1 模擬中藥房評價量表研究方法

基于平臺的運行測試，本研究團隊開展了為期2 個月的多地模擬中藥房評價量表研究，通過參考大量文獻，結(jié)合實地調(diào)研與訪談，對量表條目進行編寫。量表在專家評議中取得認可，進行信度和效度分析后使用[11—12]。

評價量表主要從教學性、科學性、技術(shù)性、藝術(shù)性以及使用性5 個方面對條目內(nèi)容進行設(shè)計。利用EpiData 3.1 軟件建立數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計，采用SPSS 23.0 軟件進行分析。定量資料用平均值進行描述，定性資料用滿分比進行描述。

評價對象分別來自北京中醫(yī)醫(yī)院、北京中醫(yī)藥大學、浙江天道有限公司、上海上藥華宇藥業(yè)有限公司、浙江蕭然醫(yī)藥有限公司以及仙居縣中醫(yī)院。共發(fā)放65 份評價量表，回收有效評價量表65份，未發(fā)現(xiàn)缺填、漏填情況，有效回收率100%。

2.2 模擬中藥房評價量表研究結(jié)果

根據(jù)反饋結(jié)果，模擬中藥房評價量表平均得分為93.31分，表現(xiàn)良好。所有條目評價得分均高于80分，其中高于90分的評價量表有60份，占比高達92.31%，表明平臺建設(shè)獲得醫(yī)藥企業(yè)、醫(yī)療機構(gòu)以及中醫(yī)藥專業(yè)高校三方好評，用戶滿意度高，具體情況見表2。

表2 模擬中藥房評價量表滿分比情況

另外，從表2 模擬中藥房建設(shè)評價條目滿分比情況可以看出，用戶在各評價條目之間打分差距較小，各條目滿意度在0.86～0.99之間，較為接近，表明該評價量表具有一定的穩(wěn)定性。

在評價量表的5 個方面中，用戶對教學性滿意度為0.91（滿分44，得分40.25）；對科學性滿意度為0.97（滿分16，得分15.57）；對技術(shù)性滿意度為0.91（滿分15，得分13.63）；對藝術(shù)性滿意度為0.94（滿分13，得分12.24）；對使用性滿意度為0.96（滿分12，得分11.56）?？梢?，被調(diào)查對象對模擬中藥房的教學性、科學性、技術(shù)性、藝術(shù)性和使用性5個方面滿意度均較高。

3 討論

3.1 中藥調(diào)劑技術(shù)培訓基地建設(shè)的痛點、難點問題

近年來，隨著國家對中藥調(diào)劑人員培養(yǎng)的重視程度逐漸提升，院校教育對中藥調(diào)劑技術(shù)培訓基地建設(shè)不斷進行探索，多以線下形式為主，圍繞以“仿真藥房”為基礎(chǔ)的模擬教學，對學生進行中藥飲片和中成藥的調(diào)劑訓練[13]；或組織學生到醫(yī)院、醫(yī)藥公司、藥店參觀學習，認識中藥調(diào)劑模式及其工作流程[14]。在線下的參觀和實踐過程中，由于受到場地、資金、時間、教學資源等多因素限制，藥房實習和模擬藥房培訓基地建設(shè)存在較大困難，一定程度上阻礙了學校人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。此外，本研究在需求調(diào)研過程中，通過走訪北京中醫(yī)醫(yī)院，發(fā)現(xiàn)中藥房工作人員日常工作量較大，沒有時間參與較多的學習，傳統(tǒng)線下教育培訓的方式不便于調(diào)劑從業(yè)人員的職業(yè)教育；而醫(yī)院雖會定期開展繼續(xù)教育理論知識學習，但針對中藥調(diào)劑實踐技能的教學較為匱乏。

3.2 模擬中藥房建設(shè)的優(yōu)勢

本研究深度融合虛擬仿真技術(shù)與中藥調(diào)劑技術(shù)構(gòu)建了模擬中藥房，以學生為中心進行線上自主學習。平臺為提供多種體驗，將傳統(tǒng)教學視頻與動畫教學視頻相結(jié)合，通過對數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)站建設(shè)以及虛擬仿真技術(shù)的研究，全面實現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)與中藥房、中藥調(diào)劑知識的融合展現(xiàn)；集視頻教學、動畫教學、藥房仿真和模擬體驗4個核心模塊于一體，緊密聯(lián)系中藥房工作布局、中藥調(diào)劑理論知識和實踐技能，不僅有效降低了中藥調(diào)劑技能培訓的教學成本，充分滿足了不同用戶的學習需求和智能體驗需求，還解決了中藥調(diào)劑技能教育培訓內(nèi)容零散、不規(guī)范、教育資源不平衡的問題，促進了中藥調(diào)劑人才培養(yǎng)的高質(zhì)量發(fā)展，以期提升中醫(yī)臨床藥學的服務(wù)水平。

同時，平臺支持電腦端和移動端兩種不同使用形式，且在兩個端口均實現(xiàn)了4個核心模塊的功能。平臺獲取方式自由、注冊方便、登錄便捷、系統(tǒng)穩(wěn)定、加載速度快，通過計算機網(wǎng)絡(luò)向社會全面共享模擬中藥房的數(shù)字資源，既能向中醫(yī)藥從業(yè)人員提供中藥調(diào)劑技能培訓的新途徑，又能使中醫(yī)藥相關(guān)人員輕松獲得中藥調(diào)劑知識與技能體驗，促進了傳統(tǒng)中醫(yī)藥知識的科普教育以及優(yōu)秀中醫(yī)藥文化的傳承創(chuàng)新。

在平臺的運行測試過程中，模擬中藥房受到了醫(yī)藥企業(yè)、醫(yī)療機構(gòu)及中醫(yī)藥專業(yè)高校等眾多被調(diào)查對象的高度認可，表明虛擬仿真在線教學方式大大提升了中藥調(diào)劑技能培訓的教學效果。但本研究仍存在一定不足，如在實地調(diào)研過程中僅訪談了北京地區(qū)的中藥師，對模擬中藥房的需求調(diào)研可能存在地域差異。在后續(xù)應(yīng)用過程中，擬對其他省份的醫(yī)療機構(gòu)持續(xù)關(guān)注，對模擬中藥房內(nèi)容及技術(shù)不斷完善，使其更加規(guī)范化、標準化。

綜上所述，模擬中藥房的建設(shè)是在新時代信息化背景下對中藥調(diào)劑教育新模式進行的一次有益探索，一定程度上滿足了中藥調(diào)劑行業(yè)的人才培養(yǎng)需求，為中藥調(diào)劑從業(yè)人員、中醫(yī)藥學學生提供了專業(yè)的中藥調(diào)劑技能培訓指導(dǎo)，有利于促進中藥調(diào)劑實踐技能的傳承與發(fā)展。