增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）在心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科 陳 挺 王家美 文 鳳*

一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)教學(xué)中應(yīng)用的背景

（一）心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)教學(xué)的痛點(diǎn)

心臟內(nèi)科心律失常射頻消融術(shù)是通過穿刺股靜脈，在X線透視下將導(dǎo)管送入心臟，標(biāo)測目標(biāo)靶點(diǎn)并進(jìn)行消融的一種微創(chuàng)介入手術(shù)。相比傳統(tǒng)的開胸手術(shù)，它具有手術(shù)創(chuàng)傷小，只需局麻，手術(shù)時間短，患者承受的痛苦輕，手術(shù)安全性高、術(shù)后恢復(fù)快、費(fèi)用相對較低、療效立竿見影的優(yōu)點(diǎn)。不過正是因?yàn)槿绱耍膬?nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)中，醫(yī)生無法直接通過設(shè)備或肉眼直接觀看手術(shù)過程，操作反饋需要通過抽象的心電圖數(shù)據(jù)和二維數(shù)字造影來確認(rèn)導(dǎo)管位置，術(shù)者需要關(guān)注的信息龐雜，而心臟手術(shù)的高危特性決定術(shù)者需要具有快速反饋和應(yīng)對能力，因此對術(shù)者要求極高。筆者長期參與相關(guān)手術(shù)培訓(xùn)教學(xué)工作，發(fā)現(xiàn)優(yōu)中選優(yōu)的心內(nèi)科醫(yī)生，也要通過至少1 年以上的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，才能基本達(dá)到某項(xiàng)手術(shù)入門的水準(zhǔn)。因此，心律失常射頻消融手術(shù)的培訓(xùn)具有難度大、培養(yǎng)周期長（1 年僅僅入門）等特點(diǎn)，讓有的醫(yī)生望而卻步，不敢跨入此行業(yè)。

（二）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)教學(xué)中的優(yōu)勢

1.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的優(yōu)勢

一是化不可見為可見。使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將CT掃描數(shù)據(jù)構(gòu)建的心臟模型投影到人體心臟部位（教具相應(yīng)位置），把整個手術(shù)中最核心的問題不可見變?yōu)榭梢姡鉀Q核心痛點(diǎn)。二是化繁為簡。使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將心臟模型、CT 掃描數(shù)據(jù)、導(dǎo)管數(shù)據(jù)、心電圖數(shù)據(jù)整合起來，同步顯示，降低手術(shù)中需要處理的龐雜信息，并且引導(dǎo)手術(shù)操作者完成手術(shù)，降低難度。三是展示清晰。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將現(xiàn)實(shí)的人體、心臟模型對應(yīng)起來，配合心電圖等數(shù)據(jù)整合輸出成課件視頻，便于學(xué)生學(xué)習(xí)觀看。四是反饋明確。心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)當(dāng)中，手術(shù)過程不可見，每個操作需要通過影像掃描、關(guān)鍵點(diǎn)位置比對、心電圖等生理數(shù)據(jù)分析來確定操作效果。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，把虛擬數(shù)據(jù)和實(shí)際人體重合在一起，每個操作都可以即時看到反饋。五是實(shí)踐充分。通過結(jié)合教具，我們將病例數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)抽調(diào)出構(gòu)建擬真的手術(shù)環(huán)境，讓學(xué)員有充分的實(shí)踐機(jī)會來消化理論，提升手感，應(yīng)對手術(shù)中的各種情況。

2.相較傳統(tǒng)教學(xué)的進(jìn)步

筆者長期從事心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)教學(xué)工作，有著豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。通過在教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐測試，發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)方法具有更好的教學(xué)效果，這里我們選取了兩組同期學(xué)員進(jìn)行實(shí)際教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)組（6 人）全體合格時間 13 個月 8 個月中評測試分?jǐn)?shù)（平均） 62 71.7終評測試分?jǐn)?shù)（平均） 71.2 86.6傳統(tǒng)教學(xué)組（5 人）

教學(xué)后，我們通過發(fā)放不記名問卷的方式，向兩組學(xué)員征求意見（問卷發(fā)放時成績未出），100%（50 名）學(xué)員均表現(xiàn)出對增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)的興趣，且表示這種教學(xué)方式更容易學(xué)習(xí)。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用示范

（一）全套技術(shù)手段的應(yīng)用示范方案——射頻消融術(shù)教學(xué)

針對現(xiàn)有心臟射頻消融手術(shù)的技術(shù)問題，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開發(fā)了射頻消融手術(shù)的課件系統(tǒng)，讓學(xué)生更直觀精準(zhǔn)地完成心臟射頻消融手術(shù)模擬，優(yōu)化龐雜數(shù)據(jù)，讓學(xué)員更容易理解和上手。該課件的上述技術(shù)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括操作輸入模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、中央處理器、數(shù)據(jù)存儲器、AR 3D建模模塊、數(shù)據(jù)智能處理模塊、AR 頭戴顯示設(shè)備和多媒體輸出設(shè)備。

這套課件所使用的相關(guān)AR 輔助心臟射頻消融術(shù)技術(shù)已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利，通過這套課件可以直觀顯示原先不能直接實(shí)時看到的心臟內(nèi)部情況和治療進(jìn)展情況，結(jié)合物理擬真假人教具，讓學(xué)員更直觀精準(zhǔn)地完成模擬的心臟射頻消融手術(shù)。簡化了學(xué)員需要關(guān)注的龐雜數(shù)據(jù)，極大縮短了學(xué)習(xí)時間，同時記錄學(xué)員的各種操作，方便導(dǎo)師從旁指點(diǎn)修正，提升整體教學(xué)質(zhì)量。

（二）教學(xué)中應(yīng)用的方向闡釋

1.更加直觀的內(nèi)容展示

傳統(tǒng)教學(xué)中存在著明顯的內(nèi)容展示不夠直觀和因此產(chǎn)生的認(rèn)知不同步問題。授課教師只能通過手術(shù)的掃描影像視頻（學(xué)生需要三維想象力），結(jié)合各種生理數(shù)據(jù)（學(xué)生需要聯(lián)系印象想象力）、3D 模型、教具等進(jìn)行講解，過多的內(nèi)容需要學(xué)生根據(jù)教師講述進(jìn)行想象，教師表達(dá)內(nèi)容和學(xué)生想象內(nèi)容存在巨大的認(rèn)知不同步的可能。而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)展示內(nèi)容直觀，不再是平面的圖片和影像掃描視頻，而是直觀擺在所有學(xué)員面前的虛擬心臟。導(dǎo)師可以根據(jù)需要，放大、旋轉(zhuǎn)、拆解標(biāo)記，所有學(xué)員可以通過頭顯設(shè)備同時觀看，師生雙方不存在需要想象力補(bǔ)足的內(nèi)容，也不存在因?yàn)檎J(rèn)知差異而造成的想象物不對等問題。心電圖等數(shù)據(jù)在這里都可以和虛擬的心臟統(tǒng)合起來，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生改變，學(xué)生可以直觀地看到心臟的物理變化，更容易理解教學(xué)內(nèi)容。

2.反饋明確的教學(xué)訓(xùn)練

教學(xué)的訓(xùn)練操作也不再是對著冰冷的物理教具，而是擬真的3D 心臟（結(jié)合物理教具）。結(jié)合各種病例數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，學(xué)生可以看到自己做出某個操作后對患者心臟造成的影響，訓(xùn)練過程中充滿即時反饋，告別了過去單方面無反饋的冰冷訓(xùn)練模式，最大限度提升了整個教學(xué)訓(xùn)練的有效性。而這樣的訓(xùn)練過程中，產(chǎn)生的一切操作數(shù)據(jù)都可以被導(dǎo)師獲得。導(dǎo)師可以通過生理數(shù)據(jù)的分析以及學(xué)生的操作表現(xiàn)，為學(xué)生訓(xùn)練成績打分，也能更好地監(jiān)控學(xué)生的訓(xùn)練結(jié)果，以便針對不同學(xué)生遇到的不同問題進(jìn)行糾正，確保不同的個體都能達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

3.應(yīng)對更多治療環(huán)境的教學(xué)示范

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，尤其是在訓(xùn)練中，往往經(jīng)歷的是標(biāo)準(zhǔn)化的訓(xùn)練流程，而現(xiàn)實(shí)中因?yàn)椴∪藗€體差異，手術(shù)過程往往都是非標(biāo)狀況。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教學(xué)系統(tǒng)，我們可以通過病例數(shù)據(jù)庫，將各種狀況數(shù)據(jù)疊加在原本一成不變的物理教具上，徹底改觀訓(xùn)練過程。可以讓學(xué)員在訓(xùn)練過程中，面對各種各樣的復(fù)雜情況，積累經(jīng)驗(yàn)，也樹立應(yīng)對更多復(fù)雜環(huán)境的信心。

三、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)及教學(xué)中的應(yīng)用展望

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)的教學(xué)工作打開了一扇大門，一舉解決了現(xiàn)有心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)教學(xué)中最大的瓶頸，降低了學(xué)習(xí)難度，減少了入門精通的時間，同時提升了最終的訓(xùn)練效果，提升了學(xué)員的手術(shù)操作經(jīng)驗(yàn)水平。然而，現(xiàn)有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還處于起步階段，一方面相關(guān)設(shè)備價(jià)格較高，設(shè)備還有一些笨重和不方便的地方，性能和成本還有待市場成熟后倒推技術(shù)進(jìn)步；另一方面，相關(guān)軟件的開發(fā)還處于需求定制階段，沒有足夠的科技公司關(guān)注并進(jìn)行投入，沒有經(jīng)過成熟市場驗(yàn)證，沒有經(jīng)過反復(fù)用戶體驗(yàn)驗(yàn)證和市場競爭后的產(chǎn)品革新和技術(shù)革新。但是，該技術(shù)在心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)教學(xué)中的作用是毋庸置疑的。我們有理由相信，隨著行業(yè)發(fā)展和其他基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)會越加成熟和穩(wěn)定，也會有更多的公司應(yīng)用該技術(shù)投入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，促進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)步和提升，屆時使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行心內(nèi)科心律失常射頻消融手術(shù)教學(xué)將會更加普及和有效。