虛擬技術在創傷骨科臨床見習中的應用前景

王靜威

摘要：概述目前創傷骨科臨床見習教學的現狀及問題，介紹虛擬現實、增強現實技術及其在骨科臨床見習中改善教學效果的應用前景。

關鍵詞：虛擬技術，骨科臨床見習，應用

中圖分類號：G646 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）31-0057-02

一、創傷骨科臨床見習的現狀

臨床見習作為醫學生對醫學理論知識轉化為臨床實際操作的重要環節，效果的好壞直接決定了醫學生是否能將所學的知識在臨床工作中進行合理的運用。隨著互聯網的發展及科技的發展，傳統的醫學教育模式已經跟不上現代教育的發展要求，“填鴨式”的教育很難吸引學生的注意力，更不用說讓他們記住老師所講的知識。骨科學作為外科學的重要部分，專科性及實踐性較強，知識內容比較抽象，學生不容易理解，延續傳統方法進行臨床見習帶教難度大，主要表現在以下幾個方面：（1）臨床見習時間不固定，骨科典型急癥病人有時效性，學生經常不能碰到合適的教學病例；（2）患者自我保護意識增強，拒絕配合教學工作；（3）骨折病人需要制動，無法進行臨床查體，學生不能體會其典型特點。結合骨科的特點，我們在教學中往往采用的是口頭講述結合影像學資料的方法進行知識點的傳授，學生自我思考減少及積極性不高。如何調動學生的積極性讓其主動的融入到臨床見習中成為目前骨科臨床帶教的難題。

目前常用的教學方法主要有：基于講座的學習方法（LBL）、基于個案的學習方法（CBL）、基于問題的學習方法（PBL）以及基于團隊的學習方法（TBL）。為了達到更好的教學效果，老師們往往綜合各種教學模式并結合道具、多媒體甚至現在流行的3D打印技術，對于傳授醫學知識來說有較好的教學效果，但并不能模擬骨科復雜的解剖模型及真實的搶救或檢查場景，臨床見習效果不佳。臨床見習教學如何能夠像玩電腦游戲那樣讓學生忘我地投入，結束后還能沉浸在見習過程的體驗當中意猶未盡。這時候我們可以借助虛擬現實技術（VR）及在此基礎上發展的增強現實技術（AR）。

二、什么是VR、AR？

虛擬現實技術（VR）是一種基于計算機信息技術的沉浸式交互系統。它是采用以計算機技術為核心的現代高科技來生成逼真的融視、聽、觸覺于一體的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生親臨現場等同真實環境的感受和體驗。虛擬現實系統可以使用戶在計算機生成的三維環境中進行實時漫游、交互。它包括交互（interaction）、三維圖形（3D-graphics）、沉浸（immersion）三個部分。在虛擬環境中，用戶能夠在計算機生成的虛擬世界中移動并且交互，還可根據自身的感覺，對虛擬世界中的物體進行考察和操作，參與其中的事件，而計算機提供視、聽、觸覺等直觀而又自然的實時感知，使參與者“沉浸”于模擬情境中。

增強現實技術（AR），也叫混合現實技術。原理是借助計算機圖形技術和可視化技術產生現實環境中不存在的虛擬對象，并通過傳感技術準確的將虛擬對象準確地放置在真實環境中，借助顯示設備將虛擬對象與現實環境融為一體，被人類感官所感知，從而達到超越現實的感官體驗。AR的三個特點是：結合虛擬與現實、即時互動、3D定位。

前者為完全虛擬，后者虛擬和現實場景結合，但都可以不受時間和空間的限制，只要事先通過應用程序編輯好所要呈現的場景或者模型，就可以通過可視化設備給使用者身臨其境的感官體驗。

虛擬現實和增強現實技術目前在工業、醫療、軍事、教育、游戲、展覽等領域都表現出良好的應用前景。如在軍事領域的模擬飛行訓練；在游戲領域可以為玩家呈現全息圖像、虛擬逼真的游戲環境，豐富玩家的體驗；在零售業中可以實現一鍵試穿；在醫療方面，國內已有醫院利用虛擬現實技術進行骨科手術的術前設計，我院也在近幾年建立了虛擬腔鏡的培訓中心。在教育教學方面，虛擬技術帶來的視覺感官體驗可以彌補目前教學方法刻板缺乏實景體驗的短板。有研究表明愉悅的心情和豐富色彩的環境，能增強人腦杏仁核記憶功能。這正好就是虛擬技術帶給我們的體驗。

三、虛擬技術在創傷骨科臨床見習教學的優勢

（一）骨科解剖教學

骨科解剖作為骨科臨床教學的基礎，非常精細且復雜。血管供養神經及各組織器官，神經支配肌肉，肌肉收縮帶動骨骼關節活動。以往的教學只能通過尸體解剖分別的了解各個組織的解剖，并不能很好的展示各組織器官之間的功能作用，同時由于標本來源及標本數量的限制、標本質量的參差不齊，同一個標本使用后不可重復性，福爾馬林的氣味，學生可操作的空間、時間有限，課前教師需要花較多時間準備等這些弊端都可能對實際教學效果產生負面的影響。但借助虛擬技術構建的三維人體解剖模型，就可以生動的再現骨骼肌肉神經血管之間的相互作用，學生更容易接受知識的同時亦可在老師的指導下輕松愉快的進行虛擬的人體解剖而不必受到上述限制和忍受刺鼻的氣味。就算不理解或者操作失誤亦可以重新進行，在操作的過程中能體會到更為真實的人體結構及其功能，一次性構建反復使用，同時解決醫學倫理及標本來源質量等問題，大大降低教研室老師的工作量及教學的成本，這是傳統教學無法做到的。

（二）虛擬骨科手術或操作演示

利用虛擬技術開展的臨床虛擬教學不受病例、場地以及時間等諸多因素的制約，可以使教學活動根據需要隨時隨地展開，大大增加醫學生的實踐機會，從而取得良好的教學效果[11]。如構建骨科常見手術的標準操作流程，一方面向醫學生展示手術過程，讓學生對外科手術有感性認識。另一方面，醫學生可以通過模擬操作，預演手術并了解正確和錯誤的操作可能給患者造成何種影響，培養學生設計縝密治療方案的能力，訓練學生手術技能的同時增強其對患者認真負責的意識。再如構建常見骨折模型，演示骨折發生、發展及治療的過程，學生可以體驗骨折復位及各種固定方法，從而解決了真實骨折病人因反復操作帶來的疼痛和加重損傷的問題，增加了學生的學習機會。

（三）可視化醫患互交

骨科臨床見習中，經常會碰到一些具有典型臨床癥狀的患者因為疼痛或者心理問題拒絕配合教學工作，學生只能通過老師的描述或者觀看視頻錄像了解病例，臨床實踐性較差。通過虛擬現實/增強現實技術，構建典型病例的虛擬患者，醫學生佩戴可視化裝備進入接診患者的場景，在老師的指導下對其進行問診體查，學習醫患溝通技巧，同時達到培訓學生熟練掌握正確的查體方法及如何進行合理的醫患溝通的目的。此外，通過轉換虛擬患者的語言輸出，還可以訓練學生在多語言環境下與患者溝通的能力，具有實戰意義。

（四）骨科綜合急救場景的模擬教學

開放性骨折、肢體離斷、骨盆骨折等這類骨科急重癥病例，首診處理的及時與否，關系到病人的生命及預后。對于醫學生來說這些病例包含許多急救處理的實戰知識，如果能夠親身體驗將會受益匪淺。但這些病例往往有時效性、不可預見性，而且就算正好碰到，有時因為病人家屬的急迫、病人情況緊急等客觀原因，并不可能通過帶教手把手指導學生一步步的處理。利用虛擬現實或增強現實技術，通過預構的場景和虛擬病人，老師有時間演示急救處理的過程，學生也可以身臨其境地觀看或親自操作并學習這些骨科常見急重癥的處理知識，相對于單純用幻燈片或者教科書講解更行之有效。

四、結語

醫學教育注重實踐，對教學方法、實習條件及學生的學習效果都有很高的要求，全現實的教學場景成本很高，對于復雜的病例無法真實的模仿和體現。虛擬現實、增強現實技術的應用，可以給創傷骨科的教師提供了豐富的途徑以拓展教學空間，給學生深入的實境感和深刻的印象，增強學生的學習興趣及其對所學知識的記憶，同時提高教學效率并減少無謂的教學資源消耗。雖然目前儀器設備和軟件開發上存在明顯的限制，購買設備的費用較高，但是隨著科技的發展，虛擬技術深入醫學教育的各個領域只是時間的問題，我們期待它帶來新的教育革命。

參考文獻：

[1]唐文：醫學教育的新途徑-以問題為基礎的教學方法.復旦教育論壇1996，17（4）：24-25.

[2]Johnson C：Team-Based Learning for Health Professions Education：A Guide to Using Small Groups for Improving Learning.The Journal of Chiropractic Education 2009 Spring，23（1）：47-48.