虛擬現實技術在艦艇內嚴重骨折急救能力培訓中的應用

朱磊，楊鵬，馬駿，盛嘉雋，陸嘉佳，閆敏

嚴重骨折傷是海戰時常見的受傷類型，其救治是戰創傷救治過程中的重要環節，是軍醫學員的重點學習課目，同時也是必須掌握的內容和戰斗力的體現［1］。急救是指在接受后方正規醫療救治之前，對傷病員采取的緊急處置和護理措施，目的是搶救生命，將傷情對機體的損害減少到最低限度，為后送和后續治療贏得時間和條件［2］。軍事醫學院校應該以提高學員急救能力為主要教學目標，艦艇內嚴重骨折傷急救能力培訓具有其必要性。艦艇因艙室狹小、空間封閉、儀器設備較多等原因，尤其在戰時可能出現不同海況晃動而影響平衡等多種復雜的情況，具有其特殊性［3］。軍醫大學學員平時接觸艦艇的機會極少，對艦艇環境及艦艇戰地急救特殊情境缺乏基本認識。仿真模型如高仿真模擬人、模具或傳統的動物致傷模型，并不能模擬出海戰環境下，在行進艦艇內實施急救的情境。此類內容的教學往往存在課程組織周期長、成本高、仿真度差等特點。以上原因限制了學員對海戰條件下艦艇內傷員骨折急救技術的掌握程度。因此，對現有的教學模式進行改革就顯得尤為重要。虛擬現實（virtual reality，VR）技術為醫學教育改革帶來了新的嘗試，VR 是利用電腦和顯示設備模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺、聽覺等感官的模擬和浸入式體驗，讓用戶如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內的事物［4］。本研究使用VR 技術完整呈現不同海況情況下艦艇內傷員骨折急救操作，并在海軍學員教學中進行了應用，取得了良好效果。現報道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取在海軍軍醫大學第二附屬醫院規培或進修的海軍醫師24 名（均在骨創傷病區輪轉學習過）為研究對象，均為男性，年齡（24.96±0.81）歲。所有對象在輪轉學習期間均接受過骨折、脊柱脊髓傷方面相關理論知識學習及跟臺觀摩或參與過手術操作。所有研究對象對本研究均知情同意。

1.2 研究方法

采用數字表法隨機將24 名學員分為2 個平行教學組，實驗組采用基于VR 技術的仿真教學模式，對照組采用以書本為載體的傳統教學模式，每組12 人。在本研究開始前，組織2 組學員進行海戰傷急救外科學理論基礎摸底考，將該摸底考成績視為樣本基線學科成績。其中，實驗組學員的基線學科成績為（79.8 ± 2.6）分，對照組學員的基線學科成績為（77.9 ± 4.7）分，2 組比較差異無統計學意義（t=1.534，P=0.25），具有可比性。

1.3 教學實施

1.3.1 對照組教學實施 采用傳統課堂授課教學模式，教員課前備課，準備教案和幻燈，學員聽課并記錄筆記。課后，建立師生互動微信群，在課下實踐練習階段，教員及時為學員答疑解惑，包括學員視頻糾錯等方式，即學員練習操作，錄制小視頻，發至微信群，教員進行實時評價反饋。

1.3.2 實驗組教學實施 收集嚴重骨折的病例資料，通過編排、錄制和剪輯等，建立一套基于VR 技術的惡劣海況條件下艦艇內嚴重骨折急救的全景視頻教學課件/訓練模具。以VR 為工具進行仿真教學，在課堂上教員與學員共同佩戴虛擬設備，實現場景穿越，通過移動視角全方位了解艦艇內的環境，感受惡劣海況下艦艇晃動的沉浸式體驗。在虛擬情景中全程參與海戰傷嚴重骨折傷員的診治過程，配合語音講解，學習嚴重骨折的傷情評估方法、緊急救治流程、救治關鍵步驟和技巧。教員在旁邊進行監督，若學員有操作不當的地方隨時給予指導，完成互動式教學。教學后，設置問題，組織學員小組討論、分組匯報，教員簡要點評和答疑解惑，并隨機抽調各討論小組1～2 名學員進入VR 考核模式。考核內容包括惡劣海況環境下嚴重骨折的傷情評估方法、急救原則和手術方案與關鍵步驟，最終由VR 考核系統自動打分，檢驗學員課堂學習效果。課后，教學課件以視頻形式體現，發給學員，指導學員在手機中下載UtoVR 全景視頻播放器軟件，安裝后下載本項目組制作的視頻課件即可播放，實現移動式學習，且學員可以通過微信群與教員互動，獲得答疑解惑。

1.4 教學效果評價

1.4.1 閉卷考試 對2 組學員進行統一的理論知識考核，評估學員對于海戰傷四肢、脊柱脊髓、骨盆骨折知識點的掌握。

1.4.2 技術操作考核 以2 組學員的模擬人訓練實踐考核成績作為考評依據。每組分別設置1 個課時的操作考核，2 組考核內容均相同。實踐考試前，2 組均分別給予為期2 周的課后復習、練習時間。應用自制評分表對2 組學員進行骨折創傷急救技術操作統一考核，評估學員訓練效果。

1.4.3 問卷調查 采用自制問卷對2 組學員進行課程滿意度調查，評估2 組學員對于課程模式的學習體驗、對知識點的多元感知和情境感知、對自主學習的促進意義、縮短記憶用時和提高學習效率、教學模式趣味性、情境和動畫喧賓奪主增加學習負擔、知識點明確、病例特征典型突出、貼近戰創傷案例救治實踐感官、對教學模式總體滿意度方面。問卷共包括10 個條目，基于Likert 5 級評分標準，從1～5 級分別為：非常滿意、很滿意、可以、比較滿意或有一點滿意、不滿意。得分以等級為準，最低1 分，最高5 分，得分范圍為10～50 分，得分越高，學習感受越好，課程總體滿意度越高。經小樣本預試驗，該問卷的克郎巴赫α（Cronbach’s α）系數為0.81，說明本問卷具有較好的內部一致性信度。問卷調查結果顯示，大部分學員課程滿意度問卷得分≥35 分，因此，本研究中，問卷分值為35 分及以上即認為學員具有良好的學習感受、對課程設計評價好、滿意度高。

1.5 統計學處理

2 結果

2.1 學員理論成績、實踐技能考核評分比較

實驗組理論成績評分及實踐技能評分均高于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）。見表1。

表1 實驗組與對照組學員海戰傷嚴重骨折知識理論成績和實踐技能考核結果比較（分，± s）

表1 實驗組與對照組學員海戰傷嚴重骨折知識理論成績和實踐技能考核結果比較（分，± s）

注：與對照組比較aP<0.05

組別對照組實驗組實踐成績81.89±3.95 87.12±4.61a人數12 12理論成績76.96±6.24 82.23±4.31a

2.2 學員課程滿意度比較

實驗組學員≥35 分者占83.3%（10/12），對照組學員占58.3%（7/12），2 組學員課程滿意度比較差異有統計學意義（χ2=3.97；P=0.031）。這說明實驗組學員對課程教學模式滿意度高于對照組學員。見表2。

表2 實驗組與對照組學員課程滿意度調查結果［例（%）］

3 討論

既往研究指出，對艦艇軍醫的繼續教育一定要重視外科技能培訓，尤其要強化戰傷救治能力培訓［5］。就創傷而言，近年來，隨著海軍訓練、出航任務的增加，軍事訓練傷發生率也大大增加（由2001 年的12.07%，增加為2008 年的29.80%）［6］。無論平、戰時，官兵都需要一支強有力的衛勤保障隊伍，這就更加體現了對于艦艇軍醫開展外科急救技能培訓的緊迫感和重要性。艦艇有著艙室狹小、通道狹窄、空間封閉、風浪晃動等特點，所以艦艇環境下開展骨折傷員急救和平時在開闊環境中的操作有著明顯的不同。傳統以課堂講授為中心的“填鴨”式教學模式易導致理論與實際脫節，制約了學生潛能的開發，容易導致學生綜合分析復雜病例能力的缺乏，形成定向思維。學員缺少自主探索、合作和交流，也難以通過自己的想象力完成對艦艇艙室救治環境的想象重塑，無法體會戰現場急救的緊迫感，同時也不利于鍛煉其緊急應變的能力。優化任職教育，拓展培訓方式，走出傳統的教學方式，推廣虛擬仿真培訓技術的建設與應用［7］，使用VR 技術全方位展示惡劣海況下艦艇環境及嚴重骨折急救的過程，使學員得到更為具象的認識和理解，便于學員在掌握知識的同時培養系統思維和邏輯思維［8］，提高了教學質量及授課滿意度。

3.1 VR 技術有利于提高學員學習的興趣和滿意度

傳統的課堂教學模式方式陳舊，較沉悶，特別關注結論的記憶和掌握，容易忽視學員對知識的體驗過程，難以喚起學員的學習熱情和智慧活動的積極性。VR 技術對臨床情景的模擬有利于激發學員內在的認可度，VR 視頻互動教學中，強調師生之間互動、團隊學員之間互動，通過分配任務和協作可以實現團隊學習資源共享和操作實踐的完成，使得臨床思維的構建、成員之間協同配合默契程度、對傷情的探討交流等非技術性能力也在訓練中得到了鍛煉和提高。在學習過程中，通過虛擬訓練模具，學習者在腦海里事先建立動作概念和運動表象，有利于在認知上提前為操作做好準備和計劃，更容易獲得知識和鞏固技能。同時，又能增強學員訓練的自信心，調節應對急救操作時的緊張感等。此外，在VR 技術輔助的教學中，學員享有教員在旁邊指導技術要點、答疑解惑的條件，有利于增強模擬教學的情景化和有針對性地進行個體化教學，激發學員的學習興趣和動力，提高滿意度。問卷調查結果顯示，與對照組學員比較，實驗組學員學習感受更好，滿意度更高，這表明基于VR 技術的仿真教學模式更受學員認可。

以VR 為工具仿真教學，實現聲、圖、文并茂，可將抽象的知識理論表達得具體形象，帶來了一種新穎的教學形式，使學習富有趣味，交互式操作模式可以給學員帶來人機交互的體驗；同時，多角度、全方位的動態查看，可以讓學員感受惡劣海況對急救操作的影響；另外，教學課件以視頻形式體現，可以分發給所有學員，學員能夠通過自己的手機隨時進行播放，無論是在教室還是宿舍，只需佩戴一副VR眼鏡即可觀看學習。與傳統的課堂教學相比，學員可以擺脫空間和時間上的限制，自由安排學習時間和地點，增強了學員學習的主動性。

3.2 VR 技術有助于提高救治理論知識水平

本研究發現，對照組教學時講解艦艇環境下救治特點往往過于空洞，學員由于缺乏對艦艇環境的了解，無法深刻理解艦艇環境下救治特點的具體原因，容易導致學員對知識的理解過于膚淺、記憶不深刻、不能活學活用等情況。實驗組通過傷員的醫學影像數據重建高真實感的骨折創傷模型，經可視化繪制和渲染后導入到VR 設備中，使用VR 技術全方位呈現艦艇艙室環境中的各個視角下的動態過程，同時對在行進中的艦艇艙內四肢骨折、脊柱骨折、骨盆骨折等戰傷急救操作進行模擬，學員在VR 技術創設的海上傷病員醫療救治的特殊環境下，學習嚴重骨折傷現場急救過程，獲得沉浸式學習的體驗，有利于提高學員學習效果，即學習者在接近真實的學習環境中通過高度參與互動、演練而提升技能［9］，有利于增強學員對知識點和關鍵救治技能的理解和掌握，解決教學難點［10］。本研究發現，實驗組學員理論及實踐操作考核評分均高于對照組，差異具有統計學意義。這表明，VR 技術訓練教學模式提高了教學質量和學員的學習效果，能夠有效彌補傳統教學方法的不足。既往研究發現，應用VR 技術輔助海戰條件下艦艇嚴重骨折傷員急救操作實踐教學，培訓后學員理論考試成績顯著高于培訓前，差異有統計學意義（P<0.01）。學員對課程興趣顯著增強，提高了對知識點和操作技能的掌握速度和程度，教學效果滿意［11］。本研究與該研究結果一致。分析原因可能是VR 情境帶來視覺、聽覺等感官刺激，激發技能動作所用力肌肉的相應興奮沖動，對于動作技能的形成和知識點的強化領悟具有積極的推動作用。此外，操作技能需要通過反復不斷地練習和不斷地自我糾正，才能將大腦中動作圖式精確化，達到最佳訓練效果。虛擬訓練模具可以反復應用，有利于不斷提醒學員操作要點的特征，明確任務目標，提高實踐訓練的有效性。

綜上所述，使用VR 技術進行實戰環境的模擬教學是使教學貼近實戰的重要手段，可有效提高學員對艦艇復雜環境特點的認知，從而更加明確掌握戰現場環境下的救治特點和技巧，有效提高學員實戰化急救技術水平。VR 仿真教學模式依托建構主義學習理論［12］，使得學生由知識的被動接受者轉變為信息知識的主動建構者。本研究將VR 技術引入海戰傷嚴重骨折急救的教學中，為探索建立以學生為中心的教學新模式提供了策略，有助于重設教學模式，提高教學效率與教學質量，達到創新教育的目的。此教學經驗可推廣性強，有助于培養更多高素質軍事醫學人才，具有一定的社會意義和科學價值。