虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在骨科臨床帶教中的應(yīng)用

蒙德鵬　趙良瑜　歐陽躍平

摘 要：目的 對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在骨科臨床帶教中的作用進(jìn)行評(píng)估，探討其應(yīng)用前景及可能存在的問題。方法 2016年4月～2018年4月隨機(jī)抽查第二軍醫(yī)大學(xué)本科實(shí)習(xí)生共70人，隨機(jī)分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，每組35人。對(duì)照組使用常規(guī)的教學(xué)方法，試驗(yàn)組在此基礎(chǔ)上進(jìn)行觀看VR手術(shù)視頻的輔助教學(xué)。對(duì)比兩組學(xué)員的經(jīng)管患者數(shù)、出科考理論成績及對(duì)教學(xué)滿意度進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果 試驗(yàn)組平均經(jīng)管患者數(shù)為（3.12±0.21）例，對(duì)照組為（3.24±0.13）例，兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。試驗(yàn)組出科考理論成績?yōu)椋?8.14±11.62）分，高于對(duì)照組的（62.28±10.67）分，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；試驗(yàn)組平均教學(xué)滿意度評(píng)分為（98.78±2.71）分，對(duì)照組為（97.88±3.51）分，兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。結(jié)論 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)較單純傳統(tǒng)教學(xué)方法效果更佳，有良好的應(yīng)用前景。但有部分學(xué)員對(duì)VR設(shè)備感到不適，需工程人員進(jìn)一步改進(jìn)以提高教學(xué)體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；骨科；教學(xué)；視頻；輔助教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.22.006

文章編號(hào)：1006-1959（2018）22-0017-03

Application of Visual Reality Technology in the Clinical Teaching of Orthopedics Interns

MENG De-peng，ZHAO Liang-yu，OUYANG Yue-ping，LIN Hao-dong，CHEN Hui-hao

（Department of Orthopedics，Changzheng Hospital of Second Military Medical University，Shanghai，200003，China）

Abstract：Objective To evaluate the role of virtual reality technology in clinical teaching of orthopedics， and to explore its application prospects and possible problems.Methods From April 2016 to April 2018， a total of 70 undergraduate interns from the Second Military Medical University were randomly selected.They were randomly divided into experimental group and control group with 35 person in each group.The control group used a conventional teaching method， and the experimental group conducted an auxiliary teaching of watching VR surgery video on this basis. Compare the basic situation of the students， the number of patients under management， the theoretical results of the examinations and the satisfaction of teaching.Results The average number of patients in the experimental group was （3.12±0.21）， and the control group was （3.24±0.13），there was no significant difference between the two groups （P>0.05）. The theoretical scores of the experimental group were （78.14±11.62）， which was higher than that of the control group （62.28±10.67），the difference was statistically significant （P<0.05）. The average teaching satisfaction score of the experimental group was （98.78±2.71）， the control group was （97.88±3.51），the difference between the two groups was not statistically significant （P>0.05）.Conclusion VR virtual reality technology combined with traditional teaching is better than traditional teaching methods and has a good application prospect. However， some students feel uncomfortable with VR equipment and need further improvement by engineers to improve the teaching experience.

Key words：Visual reality；Orthopedics；Teaching；Video；Auxiliary teaching

傳統(tǒng)的骨科臨床手術(shù)示教多依賴手術(shù)錄像，這種平面圖象的信息量有限，效率不高，需要我們不斷改進(jìn)教學(xué)手段[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（visual reality，VR）是仿真技術(shù)的一個(gè)重要門類，集合了仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域[2，3]。它能為用戶提供一種完全沉浸式、全景三維的影像顯示[4-6]。目前尚沒有VR技術(shù)在骨科臨床帶教方面應(yīng)用的報(bào)道。本研究中我們擬將VR顯示技術(shù)應(yīng)用于骨科的臨床教學(xué)中，探索該方法的教學(xué)效果。

1資料與方法

1.1一般資料 2016年4月～2018年4月隨機(jī)抽取70位第二軍醫(yī)大學(xué)本科實(shí)習(xí)學(xué)員，采用隨機(jī)數(shù)字表法分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，每組35人。試驗(yàn)組男性25人，女性10人，年齡22～24歲，平均年齡（23.17±1.32）歲；對(duì)照組男性23人，女性12例，年齡22～25歲，平均年齡（23.09±1.61）歲。兩組學(xué)員的性別、年齡等一般資料對(duì)比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性。

1.2納入及排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：①臨床五年制本科實(shí)習(xí)學(xué)員；②參加過外科學(xué)大課及解剖學(xué)學(xué)習(xí)并通過相應(yīng)考試。排除標(biāo)準(zhǔn)：①資料不完整；有明顯錯(cuò)誤、前后矛盾而導(dǎo)致結(jié)果不可信；③因佩戴VR設(shè)備導(dǎo)致身體不適或其他原因未能進(jìn)行試驗(yàn)者。

1.3方法

1.3.1骨折理論知識(shí)復(fù)習(xí) 由長期承擔(dān)第二軍醫(yī)大學(xué)本科教學(xué)工作的2名高年資醫(yī)師（含副主任醫(yī)師1名，主治醫(yī)師1名）向?qū)W員進(jìn)行統(tǒng)一授課，兩組學(xué)員所處的教學(xué)環(huán)境相同，授課為小班制，每次5～6人，授課內(nèi)容為20 min的“骨折概述”。課堂上結(jié)合幻燈、X線及CT圖象講授骨折分類與治療等知識(shí)。理論課結(jié)束后，兩組學(xué)員均參加日常查房及參與日常手術(shù)。

1.3.2 VR視頻制作 挑取長征醫(yī)院日常典型的骨科手術(shù)病例，其中上肢骨折1例，下肢骨折1例，骨盆骨折1例，脊柱骨折1例。術(shù)前向患者告知視頻拍攝的可能并簽署知情同意書，研究設(shè)計(jì)過程報(bào)醫(yī)院倫理委員會(huì)審批。在手術(shù)中于術(shù)者頭部視角使用360°全景攝像頭（Theta S，理光公司，日本）對(duì)手術(shù)過程進(jìn)行全程拍攝。所得視頻文件導(dǎo)出剪輯備用。

1.3.3 VR手術(shù)視頻學(xué)習(xí) 試驗(yàn)組學(xué)員完成統(tǒng)一的授課后立即進(jìn)行VR視頻的學(xué)習(xí)。每人使用VR設(shè)備（Gear VR眼鏡，Samsung公司，韓國）及預(yù)裝的軟件（Oculus軟件，Oculus公司，美國）觀看上述剪輯后手術(shù)視頻，每段視頻剪輯后約10 min，涵蓋手術(shù)的主要步驟。學(xué)員們根據(jù)VR視頻，加深對(duì)該部分解剖形態(tài)、骨折類型、手術(shù)過程及內(nèi)固定放置等內(nèi)容的理解和學(xué)習(xí)。

1.4結(jié)果評(píng)價(jià) 骨科4周實(shí)習(xí)期結(jié)束后，對(duì)兩組學(xué)員進(jìn)行問卷測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括專業(yè)考核及一般調(diào)查，專業(yè)考核為一份總分100分的骨折概述理論考卷，均為選擇題，主要包括骨科局部解剖（35分），骨折分類（25分），骨折治療原則（40分）。一般調(diào)查內(nèi)容包括調(diào)查對(duì)象的年齡、參與手術(shù)臺(tái)數(shù)、治療組患者數(shù)量及對(duì)教學(xué)的滿意度及建議等。教學(xué)滿意度量表為本課題組根據(jù)調(diào)查分析的一般原則制成，總分100分，該量表由表頭、一般情況及20余個(gè)彼此有關(guān)系的問題組成。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 所有的調(diào)查數(shù)據(jù)由2個(gè)不參與研究設(shè)計(jì)的參與人采用雙錄入法，錄入Excel表格，結(jié)果表示為（x±s）。所有數(shù)據(jù)均采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量數(shù)據(jù)采用方差齊性檢驗(yàn)和獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料以（%）表示，采用？字2檢驗(yàn)。P<0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

試驗(yàn)組平均經(jīng)管患者數(shù)為（3.12±0.21）例，對(duì)照組為（3.24±0.13）例，兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。試驗(yàn)組出科考理論成績?yōu)椋?8.14±11.62）分，高于對(duì)照組的（62.28±10.67）分，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；試驗(yàn)組平均教學(xué)滿意度評(píng)分為（98.78±2.71）分，對(duì)照組為（97.88±3.51）分，兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見圖1。

3討論

骨科是以骨關(guān)節(jié)肌肉系統(tǒng)疾病為研究治療對(duì)象的學(xué)科，專業(yè)性強(qiáng)、病種繁多，病變部位失去正常的解剖關(guān)系也加大學(xué)員學(xué)習(xí)的難度。骨科內(nèi)植物手術(shù)對(duì)無菌層流條件的要求比其余科室程度更高，這一定程度上也阻礙了實(shí)習(xí)生更深入更全面的觀察手術(shù)過程[7]。骨科解剖涵蓋面廣，有些部位如腘窩、骨盆、髖臼等位置深在且形態(tài)復(fù)雜也對(duì)教學(xué)提出了更高的要求[8，9]。傳統(tǒng)的尸體模型、手術(shù)視頻等教學(xué)載體信息量有限，難以對(duì)復(fù)雜的部位及手術(shù)方式進(jìn)行全面的展示，需要我們探尋新的臨床教學(xué)方法。

VR技術(shù)是目前發(fā)展迅猛、應(yīng)用廣泛的IT技術(shù)之一[10]。VR技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：通過機(jī)電陀螺儀等傳感設(shè)備感知人的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)、眼睛、手勢(shì)或其他人體行為活動(dòng)；由計(jì)算機(jī)來處理與參與者的動(dòng)作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)用戶的輸入作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，并分別反饋到用戶的五官。此外，VR技術(shù)還包括由計(jì)算機(jī)生成的、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維立體逼真圖像以模擬環(huán)境[11]。目前，實(shí)現(xiàn)這一切只需要簡單的智能手機(jī)或VR頭戴眼鏡即可。

VR在醫(yī)學(xué)教育方面有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。它可以三維立體的建立虛擬的人體解剖模型，借助感應(yīng)球、感應(yīng)手套，學(xué)生能夠很直觀全面的學(xué)習(xí)人體各解剖結(jié)構(gòu)，這是一種沉浸式，360°全景的實(shí)景展示，生動(dòng)性及全面性方面較現(xiàn)有的傳統(tǒng)教具優(yōu)勢(shì)明顯。在醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)方面通過利用VR技術(shù)，學(xué)生可在虛擬環(huán)境中對(duì)“尸體”進(jìn)行解剖和模擬各種手術(shù)練習(xí)。在上世紀(jì)90年代初就有研究者建立了虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練器，通過這個(gè)系統(tǒng)可模擬虛擬的手術(shù)臺(tái)、手術(shù)燈，更重要的是虛擬簡單的外科工具（如手術(shù)刀、剪、鉗等），可用于腿部及腹部外科手術(shù)模擬。但那時(shí)候VR技術(shù)存在虛擬效果不足，響應(yīng)速度慢的特點(diǎn)。有學(xué)者發(fā)明導(dǎo)管插入的模擬器，學(xué)生可以據(jù)此反復(fù)實(shí)踐導(dǎo)管插入動(dòng)脈過程而不會(huì)造成任何“患者的不適”；還有學(xué)生可以利用眼球模擬模型觀察甚至試驗(yàn)手術(shù)移去晶狀體的全過程，并直觀、浸入式的觀察到眼睛前部重要結(jié)構(gòu)[12]。2016年4月世界上第1臺(tái)360°VR外科手術(shù)進(jìn)行了線上直播，借助于患者正前方的VR攝像頭，全世界的醫(yī)師可舒服的坐在沙發(fā)上、通過頭戴設(shè)備浸入式的觀看整個(gè)復(fù)雜緊張的手術(shù)過程。

VR技術(shù)的應(yīng)用極大的促進(jìn)了醫(yī)學(xué)教育的革新，讓醫(yī)學(xué)生可以毫無阻礙的、任意角度的觀摩學(xué)習(xí)。但目前國內(nèi)尚沒有一項(xiàng)關(guān)于VR技術(shù)在骨科臨床帶教中作用的研究報(bào)道?；诖耍覀?cè)O(shè)計(jì)了該項(xiàng)研究，對(duì)比傳統(tǒng)方法和VR視頻輔助教學(xué)兩種方法的教學(xué)效果，結(jié)果顯示，VR視頻加傳統(tǒng)教學(xué)方法較單純的傳統(tǒng)骨科臨床帶教方法更有優(yōu)勢(shì)。

VR技術(shù)用于骨科帶教有以下優(yōu)點(diǎn)：①與其他傳統(tǒng)手術(shù)示教方法相比，這是一種完全浸入式、360°全景影像，學(xué)生們主觀體驗(yàn)如同身臨其境，印象更深，學(xué)習(xí)興趣也更濃厚。②目前該技術(shù)實(shí)現(xiàn)方便，成本低廉，例如本研究中使用的360°全景攝像機(jī)、VR眼鏡成本僅3000元。③VR視頻還具有可復(fù)制性，易于傳播的優(yōu)點(diǎn)。VR技術(shù)同樣有明顯的缺點(diǎn)：有部分學(xué)生佩戴后感到明顯眩暈、惡心等不適，這可能與硬件的響應(yīng)速度不夠有關(guān)；目前簡單易用的VR設(shè)備分辨率仍不夠高，VR視頻的制作精度仍不夠高，需要IT專家和教育工作者努力在未來尋求解決。

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收稿日期：2018-5-7；修回日期：2018-5-17

編輯/楊倩