虛擬現(xiàn)實技術(shù)在肛腸外科手術(shù)教學中的應(yīng)用

[摘要]"肛腸外科手術(shù)教學面臨諸多挑戰(zhàn)，核心在于手術(shù)技能的精準傳授、實踐操作的充分模擬及手術(shù)風險的控制。因肛腸外科手術(shù)的復(fù)雜性和對醫(yī)生技能的高標準要求，教學難度尤為突出。因此，如何優(yōu)化肛腸外科手術(shù)教育模式，成為該領(lǐng)域教學工作亟待解決的問題。在肛腸外科手術(shù)教學領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實（virtual"reality，VR）技術(shù)的應(yīng)用展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢：不僅可顯著提升學生的學習效率和手術(shù)技能掌握度，還可通過即時反饋機制幫助學生自我評估學習成效，提供高度仿真的模擬手術(shù)場景，增強學習的真實感和有效性。但其高昂的教學成本、技術(shù)上的局限性等阻礙其全面推廣與應(yīng)用。本文旨在探討如何充分利用VR技術(shù)的獨特優(yōu)勢改進肛腸外科手術(shù)教學模式，為該領(lǐng)域的教學實踐提供參考和啟示。

[關(guān)鍵詞]"虛擬現(xiàn)實技術(shù)；肛腸外科；教學；手術(shù)

[中圖分類號]"G642""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.36.020

虛擬現(xiàn)實（virtual"reality，VR）技術(shù)作為一種前沿的計算機技術(shù)，通過VR頭盔、先進計算機系統(tǒng)和精密傳感器等設(shè)備，構(gòu)建高度沉浸且互動式的三維環(huán)境。在此環(huán)境中，學習者不僅可身臨其境地觀察手術(shù)細節(jié)，還可進行模擬操作，與虛擬對象進行實時交互[1-3]。傳統(tǒng)的肛腸外科手術(shù)教學模式高度依賴于現(xiàn)場手術(shù)觀摩與實際操作，然而，由于手術(shù)室環(huán)境的局限性、手術(shù)部位私密性及手術(shù)風險，學生的實踐機會顯得尤為珍貴且有限。這種限制不僅影響學生手術(shù)技能的提升，也影響其在實際操作中的參與度。鑒于這些挑戰(zhàn)，探索并引入新的教學方法顯得尤為迫切。VR作為一項前沿科技，正逐步滲透至肛腸外科臨床手術(shù)教學領(lǐng)域，為教學難題提供可能的解決方案。本研究聚焦于VR技術(shù)在肛腸外科手術(shù)教學中的應(yīng)用潛力，深入剖析其如何助力克服現(xiàn)有教學障礙，以期推動VR技術(shù)在醫(yī)學教育領(lǐng)域的廣泛普及與深入應(yīng)用，為學生帶來更加豐富、安全且高效的學習體驗。

1""肛腸外科手術(shù)教學現(xiàn)狀

當前，盡管中國教育改革持續(xù)深入并取得顯著進展，但在肛腸外科等醫(yī)學專業(yè)的見習帶教實踐中，傳統(tǒng)填鴨式教學模式依然較常見。該模式下，即便在查房、病例分析等本應(yīng)高度互動與實踐導(dǎo)向的教學環(huán)節(jié)中，也往往以教師的單向講授和操作為主，學生更多處于被動接受狀態(tài)，僅通過聽和看來學習，缺乏實質(zhì)性的參與機會。該教學方式不僅限制課堂氛圍的活躍，更影響學生主觀能動性的發(fā)揮，不利于其獨立思考、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)[4]。

肛腸科疾病的發(fā)病部位因其私密性，使患者在接受診療時尤為注重個人隱私。隨著生活水平的提高和維權(quán)意識的增強，患者對個人隱私的重視程度日益提升，因此在診療過程中，往往不愿讓眾多見習生旁觀，更難以建立信任，允許他們進行檢查。為尊重患者的感受，避免引發(fā)不良情緒，教師不得不縮短見習生的觀摩時間，這一做法雖出于善意，但在一定程度上限制了見習生獲取實踐經(jīng)驗和學習的機會。因此，改革并創(chuàng)新教學方式，鼓勵學生積極參與、主動探索，成為當前提升醫(yī)學教育質(zhì)量、培養(yǎng)高素質(zhì)醫(yī)學人才的重要課題。

2""VR技術(shù)在肛腸外科手術(shù)中的應(yīng)用

美國科學家Ivan"Sutherland在1966年率先提出VR技術(shù)的概念，并成功研發(fā)出首款頭戴式設(shè)備——Sutherland，為VR技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。時至今日，VR技術(shù)已取得長足的進步，特別是在醫(yī)療領(lǐng)域，其應(yīng)用日益廣泛[5-7]。根據(jù)支持系統(tǒng)的不同配置要求，VR技術(shù)可分為3種類型。①簡單型VR：此類系統(tǒng)僅限于基本的人機交互，無須依賴真實世界的外部支持，也不包含人工智能元素。簡單型VR主要用于實現(xiàn)有限的圖像模擬，且這些模擬是二維的。②加強型VR：該系統(tǒng)同樣支持人機交互，并進一步引入主要感覺（如視覺、聽覺等）的輸入與輸出系統(tǒng)。這些感覺信息來源于對外部輔助設(shè)備的交互，可能包含或不包含人工智能功能。③智能型VR：這是最高級別的VR系統(tǒng)，它不僅提供全面的主要感覺輸入與輸出系統(tǒng)，還融入認知交互功能，通過高度集成的人工智能進行評估與響應(yīng)，這些功能的實現(xiàn)完全依賴于先進的支持系統(tǒng)。在臨床肛腸外科手術(shù)中，VR技術(shù)憑借其獨特的優(yōu)勢，如提供高度逼真的手術(shù)模擬環(huán)境、增強手術(shù)操作的直觀性和準確性等，已成為輔助教學和手術(shù)規(guī)劃的重要工具。

2.1""解剖三維練習

盆底肌位于骨盆底部，是一個復(fù)雜的肌肉群，包括恥骨直腸肌、恥骨尾肌、髂尾肌、髂尾肌前部等。由于位置隱蔽，人們很難直接觀察和感知到這些肌肉的運動和狀態(tài)。肛門肌肉包括肛門括約肌等，同樣位于較隱蔽的部位，且其運動和狀態(tài)也較難被直接感知。這些肌群位置隱蔽、個體差異大，缺乏直觀感受，專業(yè)指導(dǎo)難等特點，但VR在盆底和肛門解剖學的教學中展現(xiàn)出巨大潛力，國外廣泛采用該技術(shù)以提高教學效果[8]。VR系統(tǒng)成功實現(xiàn)骨盆及肛門區(qū)域的高精度三維重建，其主要特性體現(xiàn)在以下3個方面。①強大的交互性：該系統(tǒng)可緊密遵循操作者的指令執(zhí)行操作，并即時提供高度精確的反饋。其定位準確且反饋迅速，近乎完美地模擬真實骨盆的解剖結(jié)構(gòu)，從而確保骨盆參數(shù)測量的真實性和準確性，為臨床診斷和治療提供可靠依據(jù)；②卓越的虛擬體驗：利用先進的計算機技術(shù)，該系統(tǒng)可虛擬構(gòu)建出復(fù)雜的骨盆結(jié)構(gòu)，用戶可在任意角度、任意平面上自由觀察骨盆的三維形態(tài)。這種全方位的視角不僅可增強學習的直觀性，也可極大地提升診斷的精確度和效率；③高度的客觀性：鑒于個體骨盆結(jié)構(gòu)的差異性，傳統(tǒng)的二維圖像測量往往難以應(yīng)用統(tǒng)一的標準，而VR技術(shù)則有效克服這一難題，允許在骨盆的三維立體結(jié)構(gòu)中執(zhí)行多種標準化徑線、角度的測量，確保測量結(jié)果的客觀性和真實性，為骨盆結(jié)構(gòu)特征的評估提供更為科學、準確的方法。

2.2""手術(shù)模擬與練習

VR模擬器的高度逼真性為學生創(chuàng)造一個沉浸式的學習平臺，使學生在模擬的手術(shù)環(huán)境中親身體驗到與真實手術(shù)相似的視覺挑戰(zhàn)和操作難度。這一特性顯著提升學生在未來真實手術(shù)場景中的表現(xiàn)能力。手術(shù)模擬訓(xùn)練涵蓋多個關(guān)鍵方面。①手術(shù)技能實操演練：在虛擬環(huán)境中，學生可模擬執(zhí)行多種肛腸外科手術(shù)，如精細的腹腔鏡手術(shù)及復(fù)雜的肛瘺切除手術(shù)等。學生親手操作虛擬手術(shù)器械，從切割到縫合，每一步都力求精準，從而熟悉并掌握真實手術(shù)中的關(guān)鍵步驟和技術(shù)要點；②手眼協(xié)調(diào)強化訓(xùn)練：借助虛擬手術(shù)模擬器提供的與真實手術(shù)環(huán)境相似的視覺反饋和空間感知，學生可在反復(fù)練習中顯著提升手眼協(xié)調(diào)能力和操作的精確性。該訓(xùn)練對培養(yǎng)外科醫(yī)生的精細操作技巧至關(guān)重要；③復(fù)雜情景應(yīng)急演練：VR技術(shù)的引入，使學生有機會在虛擬世界中面對各種復(fù)雜多變的手術(shù)場景，包括罕見的解剖變異、突發(fā)的手術(shù)并發(fā)癥等。這種實戰(zhàn)模擬不僅鍛煉學生的應(yīng)變能力，還加深其對手術(shù)風險評估和緊急處理措施的理解，為未來的臨床實踐奠定堅實的基礎(chǔ)。

3""VR技術(shù)在肛腸學習體驗的影響

3.1""激發(fā)學習熱情與動力

VR技術(shù)對學習體驗的一大影響在于其可有效激發(fā)學生的興趣和積極性。借助VR學生可親自進入學習場景，與虛擬環(huán)境進行互動和探索。這種沉浸式的體驗深深吸引學生的好奇心，促使其更加主動地投入學習中，從而提升學習的主動性和熱情。

3.2""打造沉浸式學習場景

VR技術(shù)可構(gòu)建一個讓學生完全沉浸其中的學習環(huán)境。通過頭戴式顯示器和交互設(shè)備，學生可近距離觀察并操作虛擬對象，同時獲得逼真的視覺和觸覺反饋。這種沉浸式的學習環(huán)境極大地增強學生的學習體驗，使其更加專注和投入，進而提升學習效果和記憶力。

3.3""提供個性化學習路徑與即時反饋

此外，VR技術(shù)還可實現(xiàn)學習的個性化和即時反饋。在VR平臺上，學生可根據(jù)自己的學習需求和能力水平進行個性化設(shè)置，選擇適合自己的學習路徑和內(nèi)容。同時，VR還可提供即時的反饋和指導(dǎo)，幫助學生發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤，改進操作技巧。根據(jù)學生的表現(xiàn)，VR還可給出個性化的評估和建議，從而更好地滿足學生的學習需求，提升學習效果和自主學習能力。

4""挑戰(zhàn)與展望

VR技術(shù)的應(yīng)用確實面臨著成本與設(shè)備要求方面的顯著限制。具體而言，VR技術(shù)所需的硬件設(shè)備、專業(yè)軟件及配套的人力資源投入均較為高昂，這些費用往往超出部分教育機構(gòu)的財務(wù)預(yù)算，限制其廣泛推廣與應(yīng)用[9-10]。此外，VR設(shè)備的高效運用還依賴于使用者的操作技能和相關(guān)的技術(shù)支持，這要求教育機構(gòu)不僅要承擔高昂的初期投入，還需額外投入資源進行員工培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)支持，從而進一步加大實施的復(fù)雜性和教育機構(gòu)的經(jīng)濟負擔[11]。同時，外科手術(shù)技術(shù)不斷更新和發(fā)展，新的手術(shù)方法、器械和設(shè)備不斷涌現(xiàn)，而VR技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用需要經(jīng)歷一個相對較長的周期，包括技術(shù)研發(fā)、測試和優(yōu)化等階段。因此，VR技術(shù)的教學內(nèi)容如何在短時間內(nèi)跟上外科手術(shù)技術(shù)的更新速度，減少學生在VR環(huán)境中學習的技能與實際手術(shù)操作之間的差距，是較大的挑戰(zhàn)。

肛腸外科作為一門高度依賴于精準解剖知識與豐富實踐經(jīng)驗的臨床學科，其手術(shù)操作的復(fù)雜性和高風險性對傳統(tǒng)的教學模式構(gòu)成嚴峻考驗[12]。面對這一挑戰(zhàn)，VR技術(shù)憑借其沉浸式的體驗、高度的交互性及強大的構(gòu)想能力，已在脊柱外科、神經(jīng)外科、腦外科及婦產(chǎn)科的手術(shù)教學領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著成效，不僅可提升教學質(zhì)量，還可促進學生的快速成長。

綜上，VR技術(shù)在肛腸外科手術(shù)教學中應(yīng)用前景廣闊，是傳統(tǒng)教學方法的有力補充。肛腸外科的低年資醫(yī)生通過VR技術(shù)可在一個安全、可控的虛擬環(huán)境中，反復(fù)練習復(fù)雜的手術(shù)步驟，深刻理解解剖結(jié)構(gòu)，并在模擬的真實手術(shù)場景中鍛煉應(yīng)急處理能力和決策水平。該教學模式不僅可有效降低傳統(tǒng)手術(shù)教學中的風險，還可顯著提升教學效率與效果，為肛腸外科領(lǐng)域培養(yǎng)更多技藝精湛、經(jīng)驗豐富的專業(yè)人才。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻]

[1] SOKO?OWSKA"B."Impact"of"virtual"reality"cognitive"and"motor"exercises"on"brain"health[J]."Int"J"Environ"Res"Public"Health，"2023，"20（5）："4150.

[2] NG"P"Y，"BING"E"G，"CUEVAS"A，"et"al."Virtual"reality"and"surgical"oncology[J]."Ecancermedicalscience，"2023，"17："1525.

[3] OMORI"K，"SHIGEMOTO"N，"KITAGAWA"H，"et"al."Virtual"reality"as"a"learning"tool"for"improving"infection"control"procedures[J]."Am"J"Infect"Control，"2023，"51（2）："129–134.

[4] 梁萬年."中國社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)和全科醫(yī)學教育的現(xiàn)狀與對策[J]."中國全科醫(yī)學，"2004，"7（11）："769–770.

[5] 翟吉良，"金迪，"楊波."虛擬現(xiàn)實技術(shù)在膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)教學中的應(yīng)用探索[J]."中華骨與關(guān)節(jié)外科雜志，"2020，"13（10）："840–843.

[6] 楊秀華，"孟濤."虛擬現(xiàn)實技術(shù)在產(chǎn)科住院醫(yī)師手術(shù)培訓(xùn)中的應(yīng)用[J]."中國繼續(xù)醫(yī)學教育，"2021，"13（2）："85–88.

[7] 李林林，"于振坤，"樊紅光，"等."虛擬現(xiàn)實技術(shù)在心血管外科手術(shù)教學培訓(xùn)中的初步應(yīng)用研究[J]."中國循環(huán)雜志，"2019，"34（3）："289–294.

[8] DOBSON"H"D，"PEARL"R"K，"ORSAY"C"P，"et"al."Virtual"reality："New"method"of"teaching"anorectal"and"pelvic"floor"anatomy[J]."Dis"Colon"Rectum，"2003，"46（3）："349.

[9] 馮師健，"何語實，"黃中力."虛擬現(xiàn)實技術(shù)在泌尿外科臨床手術(shù)教學中的應(yīng)用[J]."繼續(xù)醫(yī)學教育，"2024，"38（4）："125–128.

[10] 郭發(fā)才，"張翔宇，"張洮路，"等."虛擬現(xiàn)實技術(shù)在血管外科臨床教學培訓(xùn)中的應(yīng)用價值[J]."衛(wèi)生職業(yè)教育，"2023，"41（18）："66–70.

[11] 魏磊鑫，"高陽."虛擬現(xiàn)實技術(shù)在脊柱外科手術(shù)教學中的應(yīng)用[J]."中國現(xiàn)代醫(yī)生，"2023，"61（19）："106–108，"111.

[12] 李霜，"賈夢瀅，"尤朝香，"等."虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術(shù)在結(jié)直腸外科中的研究進展[J]."中國醫(yī)學裝備，"2023，"20（12）："201–206.

（收稿日期：2024–10–12）

（修回日期：2024–12–13）

（修回日期：2024–12–04）