基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學(xué)在神經(jīng)外科臨床實習(xí)中的應(yīng)用

[摘要]"目的"探討基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維（three-dimensional，3D）可視化教學(xué)在神經(jīng)外科臨床實習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用效果。方法"選取2021年6月至2023年5月于嘉興學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科實習(xí)的2017級和2018級嘉興學(xué)院醫(yī)學(xué)院和溫州醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)5年制本科實習(xí)生80名為研究對象，隨機分為對照組和試驗組，每組各40名。對照組實習(xí)生采用基于二維影像圖片或解剖圖譜的傳統(tǒng)臨床教學(xué)方法，試驗組實習(xí)生采用基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化臨床教學(xué)方法。比較兩組實習(xí)生的出科理論考核成績、臨床技能考核成績及對教學(xué)滿意度的自我評價。結(jié)果"試驗組實習(xí)生的出科理論考核成績、臨床技能考核成績均顯著高于對照組（Plt;0.05）。試驗組實習(xí)生的教學(xué)方法、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率、自主學(xué)習(xí)能力、臨床操作能力評分及總分均顯著高于對照組（Plt;0.05）。結(jié)論"基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學(xué)通過課程內(nèi)容生動化實施教學(xué)創(chuàng)新，可提高實習(xí)生的臨床綜合能力和教學(xué)滿意度，具有較好的臨床實習(xí)教學(xué)應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]"虛擬現(xiàn)實技術(shù)；3D可視化；臨床實習(xí)；神經(jīng)外科

[中圖分類號]"R651；G642.44""""""[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.15.022

神經(jīng)外科臨床教學(xué)的難點是實習(xí)生很難在較短的實習(xí)期間真正理解神經(jīng)系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)、掌握神經(jīng)外科臨床理論及操作技能。傳統(tǒng)臨床教學(xué)使用的二維圖像不足以體現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)精細(xì)的三維（three-"dimensional，3D）結(jié)構(gòu)，而非交互式3D圖像無透視、旋轉(zhuǎn)、切割等交互功能，限制使用者的探索興趣，授課內(nèi)容顯得枯燥死板，給臨床教學(xué)帶來極大困難[1]?；谔摂M現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學(xué)通過3D可視設(shè)備向?qū)W習(xí)者傳輸視覺、聽覺等感受，將活體情況下無法觀察到的組織結(jié)構(gòu)或手術(shù)操作過程經(jīng)3D虛擬可視圖像或動畫展現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前，且可自主使用軟件實施放大、旋轉(zhuǎn)、拆分、改變組織透明度等交互操作達(dá)到身臨其境的體驗[2]。目前3D虛擬可視化已逐漸應(yīng)用于各學(xué)科領(lǐng)域，也越來越多地應(yīng)用于臨床教學(xué)[3]。本研究探討基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學(xué)在神經(jīng)外科實習(xí)生臨床實習(xí)中的應(yīng)用效果，以期提高神經(jīng)外科臨床實習(xí)的教學(xué)質(zhì)量。

1""對象與方法

1.1""研究對象

選取2021年6月至2023年5月嘉興學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科實習(xí)的2017級和2018級嘉興學(xué)院醫(yī)學(xué)院和溫州醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)5年制本科實習(xí)生80名為研究對象。納入標(biāo)準(zhǔn)：①全日制5年制臨床醫(yī)學(xué)本科專業(yè)；②在神經(jīng)外科實習(xí)時間均為2周；③對本研究內(nèi)容知情同意且自愿參與其中。排除標(biāo)準(zhǔn)：未能全程完成臨床實習(xí)學(xué)時者。將所有實習(xí)生隨機分為對照組和試驗組，每組各40名。同一批次入科實習(xí)生采用同一種教學(xué)模式，在入科時統(tǒng)一進(jìn)行摸底測試（滿分100分）。對照組實習(xí)生男19名，女21名，平均年齡（22.49±0.81）歲，2017級18名，2018級22名，嘉興學(xué)院醫(yī)學(xué)院27名，溫州醫(yī)科大學(xué)13名，平均摸底測試成績?yōu)椋?6.13±9.94）分；試驗組實習(xí)生男22名，女18名，平均年齡（22.38±0.73）歲，2017級19名，2018級21名，嘉興學(xué)院醫(yī)學(xué)院26名，溫州醫(yī)科大學(xué)14名，平均摸底測試成績?yōu)椋?5.38±10.11）分。兩組實習(xí)生的一般資料比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（Pgt;0.05），具有可比性。兩組均以《外科學(xué)》[4]（第9版）為教材，選取其中神經(jīng)外科章節(jié)為教學(xué)內(nèi)容。兩組帶教老師均為醫(yī)院教學(xué)培訓(xùn)部認(rèn)定的臨床實習(xí)帶教老師，職稱主治醫(yī)師以上。兩組教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)大綱、實習(xí)前理論課進(jìn)度、神經(jīng)外科臨床實習(xí)要求、實習(xí)講授內(nèi)容、出科考核內(nèi)容和出科評價方法均相同。

1.2""研究方法

1.2.1""對照組""對照組實習(xí)生采用基于二維影像圖片或解剖圖譜的傳統(tǒng)臨床教學(xué)方法。選擇神經(jīng)外科解剖圖譜及臨床病例的CT、MR二維影像作為主要教學(xué)資料輔助實施理論講課及操作技能培訓(xùn)。

1.2.2""試驗組""試驗組實習(xí)生采用基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化臨床教學(xué)方法。使用3D-MAX軟件將神經(jīng)系統(tǒng)解剖及相關(guān)手術(shù)、臨床操作制成3D虛擬圖像或動畫傳輸?shù)絍R眼鏡或3D全息屏并顯示3D可視虛擬圖像或動畫，見圖1、圖2。帶教老師參照臨床典型案例，利用3D可視虛擬模型講解神經(jīng)外科解剖及理論知識，同時學(xué)生可自主使用3D建模軟件進(jìn)行虛擬圖像放大、旋轉(zhuǎn)、拆分、改變組織透明度等操作以探索學(xué)習(xí)顱腦解剖知識。帶教老師使用3D可視虛擬動畫模擬神經(jīng)外科手術(shù)情景、演示臨床操作，老師的講授答疑穿插在學(xué)生觀看過程中，通過反復(fù)觀摩虛擬動畫和互動模擬演示實現(xiàn)知識和技能的傳授。

1.3""效果評價

1.3.1""出科考核""出科考核包括出科理論考核、臨床技能考核，滿分均100分。出科理論考核內(nèi)容主要包括顱內(nèi)壓增高的病因、臨床表現(xiàn)及治療措施；各類顱腦損傷的臨床表現(xiàn)、診斷、鑒別診斷及手術(shù)指征；顱腦腫瘤的分類及臨床表現(xiàn)；顱內(nèi)動脈瘤的臨床表現(xiàn)及診斷、治療措施等。試卷有選擇題、填空題、開放式簡答題、案例分析題4種類型。臨床技能考核內(nèi)容包括腰椎穿刺術(shù)、頭部換藥術(shù)。兩組實習(xí)生均由科室實習(xí)帶教秘書和兩名帶教老師現(xiàn)場打分考核。兩組均在實習(xí)結(jié)束時完成上述考核。

1.3.2""對教學(xué)滿意度的自我評價""采用自主設(shè)計的教學(xué)滿意度問卷調(diào)查表，對教學(xué)方法、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率、自主學(xué)習(xí)能力，臨床操作能力共5項進(jìn)行自我評價，每項1～5分，總分5～25分，分值越高代表對教學(xué)滿意度越高。所有問卷均采用不記名方式統(tǒng)一發(fā)放，然后現(xiàn)場對問卷進(jìn)行百分百回收。此表由實習(xí)生在實習(xí)結(jié)束時完成自評。

1.4""統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS"25.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，組間比較采用t檢驗；計數(shù)資料以人數(shù)（百分率）[n（%）]表示，組間比較采用χ2檢驗。Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2""結(jié)果

2.1""兩組實習(xí)生的出科理論考核成績及臨床技能考核成績比較

試驗組實習(xí)生的出科理論考核成績、臨床技能考核成績均顯著高于對照組（Plt;0.05），見表1。

2.2""兩組實習(xí)生的教學(xué)滿意度自我評價比較

試驗組實習(xí)生的教學(xué)方法、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率、自主學(xué)習(xí)能力、臨床操作能力評分及總分均顯著高于對照組（Plt;0.05），見表2。

3""討論

在本研究中，應(yīng)用基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學(xué)與傳統(tǒng)的基于二維影像圖片或解剖圖譜教學(xué)相比可有效提高實習(xí)生的出科理論考核成績和臨床技能考核成績及教學(xué)滿意度。分析原因：①基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學(xué)可將枯燥抽象的神經(jīng)系統(tǒng)解剖變得生動具體，提高學(xué)習(xí)效率。通過反復(fù)觀看高仿真性的3D可視虛擬解剖結(jié)構(gòu)圖像或動畫，使用軟件實施放大、旋轉(zhuǎn)、拆分、改變組織透明度等交互操作，達(dá)到生動化體驗促進(jìn)實習(xí)生對復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)直觀快速理解[5-7]。圖1是3D可視腦干小腦解剖結(jié)構(gòu)虛擬圖像，與二維解剖圖譜相比，3D虛擬圖像具有高仿真性，將復(fù)雜細(xì)微的腦干小腦解剖結(jié)構(gòu)生動立體地展現(xiàn)在眼前。特別是12對顱神經(jīng)的結(jié)構(gòu)，顱神經(jīng)從腦干的發(fā)出部位、上下前后的關(guān)系，以往依靠二維圖譜很難理解其空間位置所在、具體形態(tài)結(jié)構(gòu)、毗鄰關(guān)系，但通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)3D可視化處理，使本來隱晦難懂的解剖結(jié)構(gòu)全景式顯現(xiàn)，不僅清晰可見，而且可通過旋轉(zhuǎn)3D圖像達(dá)到360°全方位觀察[8]。由此可縮短學(xué)習(xí)時間，加深理解程度，提高學(xué)習(xí)效率。②基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學(xué)能虛擬再現(xiàn)神經(jīng)外科手術(shù)及臨床操作過程，促進(jìn)實習(xí)生對神經(jīng)外科常見疾病診治及手術(shù)操作過程的理解。利用3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作3D可視虛擬動畫可模擬神經(jīng)外科診療、手術(shù)、臨床操作過程，再現(xiàn)或創(chuàng)造出具體生動的醫(yī)療場景，且不受時間、空間、地點及臨床資源不足等條件的限制，還可反復(fù)使用實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)[9-10]。圖2是3D可視顱腦手術(shù)虛擬動畫模擬顱內(nèi)動脈瘤介入栓塞手術(shù)過程，通過3D可視虛擬仿真動畫演示的形式將顱內(nèi)動脈瘤介入栓塞手術(shù)的過程形象化、具體化、標(biāo)準(zhǔn)化，運用視覺表現(xiàn)方法呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，如腦血管的解剖、動脈瘤形成機制、動脈瘤好發(fā)部位、介入手術(shù)操作步驟、手術(shù)使用的器械材料等。而以往的教學(xué)主要通過教科書內(nèi)的二維圖譜講解神經(jīng)外科疾病的解剖結(jié)構(gòu)、病理生理、手術(shù)操作過程，難以達(dá)到如此生動的場景教學(xué)，也很少有機會實際觀摩手術(shù)，導(dǎo)致實習(xí)生對神經(jīng)外科疾病的病理機制及診療過程一知半解。通過3D可視虛擬仿真動畫的標(biāo)準(zhǔn)化形象化演示，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加生動具體，加固學(xué)習(xí)記憶。再加上教學(xué)中師生面對面互動反饋可幫助實習(xí)生快速形成臨床思維，促進(jìn)實習(xí)生對神經(jīng)外科臨床診治過程的理解和對臨床操作技能的掌握[11-14]。③基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學(xué)可增加實習(xí)生對學(xué)習(xí)的興趣，提高自主學(xué)習(xí)能力，提升教學(xué)滿意度。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可模擬3D解剖結(jié)構(gòu)、疾病的病理過程、外科手術(shù)過程、臨床操作等多種教學(xué)場景，可提供視覺、聽覺等多感官反饋，使實習(xí)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生沉浸式的體驗，增加對學(xué)習(xí)的興趣，樹立對學(xué)習(xí)的信心，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，從而提升教學(xué)滿意度[15-17]。

綜上，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學(xué)應(yīng)用于神經(jīng)外科臨床實習(xí)教學(xué)可有效提高實習(xí)生對神經(jīng)外科理論知識的學(xué)習(xí)能力和臨床實踐能力，提高教學(xué)滿意度。但3D可視化教學(xué)是一種新興教學(xué)模式，要用到3D可視教學(xué)設(shè)備，需花費一定時間和經(jīng)費制作3D虛擬圖像或動畫，增加備課時間成本和經(jīng)濟(jì)成本。展望未來，通過批量化3D虛擬制作可節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本、通過帶教教師的3D可視化教學(xué)專項培訓(xùn)可提高備課效率。隨著新興技術(shù)不斷運用于醫(yī)學(xué)教學(xué)，其對提高臨床教學(xué)質(zhì)量的作用也日益增大，因此基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學(xué)必將在臨床教學(xué)中發(fā)揮更加重要的作用。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2023–09–21）

（修回日期：2023–09–27）