VR技術在臨床婦科學教學中的應用

黃筱雨 洪莉 陳茂 肖雅

醫(yī)學是研究人類生命過程以及同疾病作斗爭的一門科學，醫(yī)學教育則是醫(yī)學發(fā)展的基石。隨著現(xiàn)代通信技術的進步，高度發(fā)展的信息化社會對醫(yī)學教育提出了新的要求[1-2]。尤其在5G 的快速建設和發(fā)展下，教育必將迎來新的變革。虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）技術是一種交互式虛擬仿真技術[3-4]，將VR 技術應用于醫(yī)學教育實踐符合我國新時代“互聯(lián)網+職業(yè)教育”的發(fā)展需求[5]。婦科學作為臨床醫(yī)學主要學科之一，對其從業(yè)醫(yī)師在解剖知識、臨床操作水平、臨床思維、分析能力、醫(yī)學影像閱讀能力以及醫(yī)患溝通能力等各方面都有相當高的要求。醫(yī)學教育中的傳統(tǒng)教學方式易受空間、時間及資源水平的限制，難以滿足實際需求。傳統(tǒng)教育手段的不足限制了臨床婦科學教學的進一步發(fā)展。VR 技術作為一種新興計算機技術，能夠為拓展臨床婦科學教學方式提供了一種新的思路。

1 應用現(xiàn)狀及意義

VR 作為一種以計算機技術為核心的新興技術，可以構建虛擬環(huán)境。用戶可以借助特殊設備，實現(xiàn)與虛擬物體的交互，并獲得與真實世界相同的感受[3]。VR 技術以其交互性，沉浸感及想象性為其三大特點，實現(xiàn)對用戶感官世界的直觀性、精準性、實時性的提高[4]。

我國當前的醫(yī)學教育涵蓋多階段的學習：從理科基礎知識，到臨床專業(yè)課程、專業(yè)實習以及住院醫(yī)師培訓、繼續(xù)醫(yī)學教育等。醫(yī)學生們不僅被要求掌握醫(yī)學基礎知識及專業(yè)知識，更應該掌握規(guī)范的臨床技能、具備豐富的臨床經驗及醫(yī)患溝通能力。而這些能力的獲得離不開足夠的實踐機會及專業(yè)的臨床指導。步入新世紀以來，我國醫(yī)學迅猛發(fā)展，國家對全民健康和現(xiàn)代醫(yī)療的重視不斷增加。醫(yī)療環(huán)境的變化、社會期望的改變、患者對隱私權的重視及自我保護意識的增強，都使得傳統(tǒng)的臨床教學模式已不能適應現(xiàn)有環(huán)境[6]。與此同時，醫(yī)療環(huán)境順應現(xiàn)代法律法規(guī)及醫(yī)療條例規(guī)范的完善，醫(yī)療人員及醫(yī)學培育人才隊伍的不斷壯大，現(xiàn)在的醫(yī)學生們較以往，更難獲取臨床實操機會，嚴重影響臨床教學質量[7-8]。國內外大量報道佐證，VR技術已廣泛應用于外科學、產科、口腔醫(yī)學、護理學、康復醫(yī)學及醫(yī)學影像學等臨床醫(yī)學教育之中，還在解剖學等基礎醫(yī)學教育中得到了應用[9-10]。由此可見，VR 技術表現(xiàn)出對衛(wèi)生事業(yè)和醫(yī)療教育行業(yè)的發(fā)展的積極作用和應用潛力。已有報道稱，VR 手術示教平臺的開發(fā)提供了沉浸式、全面立體的觀學體驗[11]。另一項教學研究將VR 技術與腹腔鏡技術的教學相結合，并通過隨機對照實驗發(fā)現(xiàn)：與對照組相比，VR 模擬組的學生的技術水平在訓練后有顯著改善，并且可實現(xiàn)“0”錯誤[12]。VR 平臺不僅提高了學生的參與感及學習興趣，而且相較于傳統(tǒng)教學方式更能擴展手術視野。因此不難預見，VR 作為一種新興技術，能夠有效地提高婦科醫(yī)生臨床操作水平，適用于臨床教學和技能培訓工作。

2 應用優(yōu)勢

醫(yī)學教育的傳統(tǒng)模式一向以“課堂面授結合實踐操作訓練”為主。然而在全國醫(yī)療需求猛增、臨床醫(yī)學專業(yè)招生規(guī)模不斷擴大的背景下，各醫(yī)學院都面臨著經驗豐富的師資團隊相對不足、臨床培訓及實踐機會欠缺等諸多挑戰(zhàn)[13]。相較于傳統(tǒng)教育手段而言，VR 技術結合教學具有多重優(yōu)勢。

2.1 虛擬現(xiàn)實在婦科課堂教學應用

（1）知識的展現(xiàn)方式更加生動多樣。既往教學多以單一枯燥地解讀課本知識為主，偶爾輔以臨床實踐。VR 結合式課堂能增加教學課堂的趣味性和互動性。不僅豐富教學手段，更能調動學生的學習興趣、積極性及主動性[14-15]。

（2）加深學生對于抽象知識的立體感知。人體解剖并非單純二維結構，因此學生很難在腦海中建立復雜的空間構造認知，進而無法理解課堂上教授的生理、病理結構。VR 技術可以將原本刻板書面的理論知識以三維立體動畫甚至互動視頻、交互游戲等形式展示，突破復雜文字描述和平面圖片的束縛。VR 技術能夠幫助學生更好地理解各類生理過程[16]，例如分娩過程中嬰兒通過產道時女性盆底的變化，月經周期中激素、子宮、卵巢的周期性改變等，也可以用于展示各種病理解剖結構狀態(tài)，如盆底器官脫垂、子宮內膜異位癥、子宮及附件腫瘤等。

（3）VR 技術更易實現(xiàn)個性化教學。VR 可以與人工智能、機器學習等技術結合，通過在學生端收集學生數(shù)據(jù)，并在云平臺終端進行整理和分析，從而進行個性化的資料推薦、學習輔導及知識考核等。

（4）VR 技術革新教學方式和模式，幫助教師從機械重復的教學勞動中解放，有更多時間研究和更新精品課程。

（5）VR 技術打破醫(yī)學教育中時間及空間的壁壘[17]。傳統(tǒng)臨床觀摩指的是醫(yī)學生通過旁觀手術操作獲得間接臨床經驗。這種教學方式往往因為缺乏有經驗的教師及實際觀摩視野不足，無法滿足教學需求。VR 平臺通過互聯(lián)網邀請名家名師，進行“空中課堂”等課程的錄制和制作。學生則可以通過VR 技術可以“沉浸式”“參與”到手術之中。VR 技術還可以搭載“遠程咨詢”等服務，以實現(xiàn)遠程手術指導和醫(yī)療協(xié)作，真正實現(xiàn)優(yōu)秀教育資源的共享。

2.2 虛擬現(xiàn)實在婦科臨床操作中的教學應用

在婦科臨床工作中，熟練的臨床操作及手術技能是考驗醫(yī)師水平不可缺失的一環(huán)，而這必然要求學生們通過不斷地臨床實訓獲得經驗掌握技能。婦科學是臨床醫(yī)學的重要學科，主要涉及盆腔內生殖系統(tǒng)及外生殖系統(tǒng)相關疾病。由于其解剖結構極為復雜，并且疾病種類較多，因此對于婦科學員來說手術學習難度較大。

傳統(tǒng)教學多依靠人體及動物尸源或者各類仿真模擬器具。人體尸源稀缺成本高，尸體保存狀態(tài)會直接影響組織結構的清晰度和對生理狀態(tài)的呈現(xiàn)；動物實驗作為替代模型，在使用過程中不可避免會對實驗動物造成傷害。實驗中的試劑、器械耗材同樣具有一定成本；人體仿真解剖模具模擬度低，然而很多結構的相對空間位置關系無法重現(xiàn)。有限的人體標本與模型只能為部分學生提供實踐機會，而且解剖知識過于平面化，缺乏真實性，導致很多學生理解和掌握情況不佳。解剖結構的掌握不足，往往導致后期臨床技能操作中自信心缺乏，阻礙其學習發(fā)展。

VR 技術可以通過模擬真實人體解剖結構，讓學生可以使用VR 頭盔進行可視化操作，更好地了解各組織及器官的相對位置、結構、內部血管和神經的分布狀況等信息，而且可以進行反復操作練習。在設計婦科VR 課程時，應根據(jù)婦科臨床教學的實際需求，開發(fā)傾向于更加具有針對性的程序。將虛擬現(xiàn)實技術運用在婦科臨床技能培訓中，可以保證在有限的場地內更多的操作平臺，有效地解決教學資源不足的問題。除此之外，VR 技術還能解決學習時間受限，操作場景無法適應等問題。VR 技術具有高仿真、可重復、多互動、高安全等特性，學生們可以通過模擬課程，在出現(xiàn)錯誤時在系統(tǒng)指導下得到實時反饋，同時可以根據(jù)評價進行反復改正，積累成功經驗，實現(xiàn)安全高質量低成本無創(chuàng)的臨床實踐練習，大幅減少教學成本。

2.3 虛擬現(xiàn)實在臨床心理素質培訓中的教學應用

臨床實操似乎是醫(yī)學院臨床技能訓練教學的最佳手段，但往往其開展受到醫(yī)學倫理、醫(yī)療安全等種種限制[18-19]。實際臨床婦科工作中，患者具有一定特殊性，患者及其家屬對各項醫(yī)療操作更為敏感，因此難以完全避免醫(yī)患糾紛的發(fā)生。年輕醫(yī)生剛剛進入臨床階段時，實操經驗不足，心理素質不佳時更易導致操作失誤，從而降低患者對醫(yī)生及醫(yī)療機構的信心。因此，如何提高年輕醫(yī)師的心理素質及與醫(yī)患溝通能力成為臨床婦科教學中重要的課題之一。以往傳統(tǒng)醫(yī)學教育通過招募并訓練標準化病人（standard patient，SP），通過他們準確表現(xiàn)醫(yī)療過程中患者的實際臨床情況，幫助醫(yī)學生模擬真實臨床工作場景。SP 的標準化、系統(tǒng)化培訓往往需要投入大量的人力、資源、金錢和時間。而通過VR 技術重建的SP 模型，可以通過整合分析大量臨床數(shù)據(jù)實現(xiàn)真正意義上的“標準化”和“隨機化”，同時有效規(guī)避傳統(tǒng)SP涉及的醫(yī)學倫理問題。VR 技術還可以通過構建醫(yī)療場景，使得學生沉浸于“真實”情景中，體驗醫(yī)患溝通每一個環(huán)節(jié)。具體而言，第一，VR技術可以通過模擬臨床操作（例如節(jié)育環(huán)的放置，婦科檢查）及手術（腹腔鏡、宮腔鏡、陰道鏡等），讓年輕醫(yī)生可以通過反復練習，提前熟悉各項操作，鍛煉手感，進而消除恐懼心理以降低在實際工作中的失誤。第二，VR 技術可以模擬各種醫(yī)患糾紛的情景。例如與患者及家屬的術前談話、醫(yī)療處置過程中各項意外突發(fā)事故的發(fā)生等，讓醫(yī)學生身臨其境并根據(jù)情景做出選擇，最終VR 中學生們的表現(xiàn)由臨床帶教老師評價并提出改進建議。該方法旨在提升年輕醫(yī)生的臨床能力，鍛煉其心理素質。這種VR 訓練提供了試錯機會，也成為臨床教學中評估學生臨床能力的利器。

除此之外還能通過虛擬現(xiàn)實技術對醫(yī)學生進行心理指導和咨詢。在臨床實際中，一些醫(yī)學生和醫(yī)療人員出現(xiàn)了心理上的異常，這些異常大部分是由環(huán)境因素導致（醫(yī)療糾紛等），并對其職業(yè)心理和職業(yè)生涯產生了不可避免的消極看法。虛擬現(xiàn)實可以構建出一種沉浸式虛擬環(huán)境，讓其逐漸適應環(huán)境，進而改善心理問題。

3 VR 技術應用前景中的挑戰(zhàn)

3.1 技術要求高

VR 技術對信息傳輸速度、圖像算法、硬件設備都有著較高的要求。而醫(yī)學教學資源數(shù)據(jù)量大，對清晰度要求高，相關配套設施不足[10]，這些都對VR 技術在醫(yī)學教學中的應用提出了挑戰(zhàn)。

3.2 建立成本高

VR 技術尚在發(fā)展階段，其對技術、制造工藝的要求高，在大規(guī)模推廣之前成本居高不下。因此VR 教學系統(tǒng)的前期建立需要醫(yī)學院校、政府等給予支持[20]。

3.3 場景真實度仍需完善

由于VR 虛擬環(huán)境是由開發(fā)者提前構思設計，難以避免內容固定。同時受限于目前VR 技術的發(fā)展程度，以及新技術新應用的開發(fā)難度，VR 在實際醫(yī)療教學中應用的程序及設定甚至過于單一及理想化，無法模擬真實、緊急、突發(fā)情況的發(fā)生[21]。在使用的過程中，使用者反饋其3D 效果欠缺，真實與虛擬世界的銜接性有待提高。同時手術醫(yī)生在VR 場景中難以體驗真實環(huán)境下的緊張感，對醫(yī)學生心理素質和技能的培養(yǎng)質量難以保證。因此在未來醫(yī)療教育VR 設備的開發(fā)中，不僅需要從硬件方面提升儀器精確度和反饋真實感，在軟件設置上也可以通過設置特殊場景或提高場景真實度，真正實現(xiàn)VR 在醫(yī)學應用領域的突破。

目前VR 技術已在不少醫(yī)學院校中開展實踐，并獲得了良好的教學效果。隨著我國科學技術的發(fā)展以及對高新技術的日益重視，相信VR 技術在臨床婦科教學領域的應用將會取得更大的發(fā)展。但必須認識到，現(xiàn)階段我國的虛擬現(xiàn)實技術僅在起步與探索階段，與國外相比還有很大差距。目前來看，虛擬現(xiàn)實技術在實際應用過程中面臨著諸多的挑戰(zhàn)，虛擬現(xiàn)實技術并不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的教學方式。虛擬現(xiàn)實技術的進一步發(fā)展，應當聚焦于提高設備的便捷性、經濟性和實用性。VR 技術的進步和運用將為臨床婦科學教學工作注入新的活力。