虛擬現實技術在神經系統解剖學教學中的應用研究

劉圓，任力杰，王洋，章能華，鄭妍，吳小紅，胡祎

腦血管病是世界第二大死亡原因，是我國的第一位死亡原因，因其高致殘率和高發病率等特點，給我國造成了高經濟負擔。目前，腦血管病的防治工作雖已初見成效，但早診早治仍是醫務人員的主要工作。對神經系統解剖的充分掌握，將為做好早診早治工作打下基礎。傳統解剖學教學模式以理論講授為主，輔以尸體標本、模型及圖譜影像等教學工具，這種模式不夠具象化且難以掌握，限制了醫師的培養，新型解剖學教學模式是眾望所歸[1-2]。虛擬現實（virtual reality，VR）技術是一種將多元信息融合而形成的人機互動狀態，該狀態可調動用戶的視聽覺等多種感知模擬的虛擬世界，使人產生身臨其境的感覺[3-4]。VR技術應用于醫學，又稱虛擬醫學或仿真醫學，給醫學診斷、治療和手術等領域帶來很大變化，尤其在醫學教育方面。醫學生可在虛擬環境中反復訓練，避免真實操作帶來的風險和心理壓力，增強學習興趣，縮短學習周期[5]。同時，VR技術可以突破時間、地點、臨床病例等限制，解決了尸體資源緊張的現實問題，使解剖實踐課更加簡單化[6]。VR技術在一定程度上使解剖學授課上升了新的臺階[7]。

本研究在神經系統解剖教學過程，將VR教學模式與傳統教學模式進行對照，通過課后評價對比教學效果差異，并通過調查問卷探索學生對VR教學的興趣度，以及VR教學是否提高學習效率等。同時，探索VR教學模式的優化方案，為VR技術在解剖學教學的推廣奠定基礎。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選擇深圳大學醫學院2017級臨床醫學專業未參加過VR教學、未學習神經病學的98名大學三年級醫學生為研究對象。第一階段學生共56人，其中男性19人，女性37人；第二階段學生共42人，其中男性16人，女性26人。

1.2 方法

1.2.1 分組 采取分階段隨機對照試驗，實施分兩階段。采用隨機數字表法將醫學生分為兩階段，再分為對照組（傳統方法組）和試驗組（VR技術組）。

1.2.2 教學方法 教學大綱以人民衛生出版社第8版《解剖學》《神經病學》教材為基準，第一階段教學內容為腦的解剖和功能，第二階段教學內容為腦血管的解剖。第一階段：由同一帶教老師同一天為兩組醫學生講授神經系統解剖，試驗組采用VR技術學習解剖學知識，每名醫學生可實操VR設備5～10 min。對照組采用模型及圖文影像形式，借助PPT幻燈片和人體解剖模型進行教學，并對醫學生的問題進行解答，時長2 h。課程中全程錄像，并觀察每名醫學生的興趣度、理解力及不良反應等。第二階段：由同一老師于1周后為兩組醫學生授課，除課程內容和難度不同外，其他步驟完全同第一階段。

1.2.3 調查問卷 課后匿名發放調查問卷。查閱國內外文獻，結合專家意見，制訂調查問卷，其中第1題總體滿意度需學生從1～10分中選取一個整數來打分，第2～11題10個維度分別從非常同意、同意、不同意及非常不同意4個角度進行回答。調查問卷題目如下：①您對此教學模式整體滿意程度（計量資料）；②有助于對神經系統解剖的理解；③增加了對學習的興趣度；④是一種實用、有效的教學手段；⑤可提高對知識的掌握程度；⑥可提高學習效率；⑦提高您的參與度；⑧使學習變得更有趣；⑨提高學習的積極性；⑩提高課程的互動性；未來應該被廣泛應用；詢問試驗組學生對課程的評價及意見（開放性試題）。

1.2.4 考核方法 課程結束后，進行統一命題的閉卷考試，限時10 min，兩個階段的試卷分別由10道單項選擇題組成，每道題1分，總計10分。題目包括神經和血管結構、功能、組成和定位，難度與深圳大學神經病學期末考試相同。考察學生對理論知識的掌握程度，其中第一階段的試題難度高于第二階段課程。

1.2.5 設備 設備采用人民衛生出版社有限公司生產的3D解剖虛擬訓練器，可在虛擬場景中全方位觀看人體結構，任意拆解和抓取人體結構等操作。設備軟件含有中樞神經系統解剖結構數量≥278個，周圍神經系統解剖結構數量≥289個，且與醫學院校通用《解剖學》教材一致，依據四川大學華西基礎醫學與法醫學院標本資源庫和《中國人體質調查》等資料，在四川大學數位專家的全程指導下開發，具有權威性。

1.3 統計學方法 數據采用SPSS 22.0軟件進行統計和分析，計數資料以例數表示，比較采用χ2檢驗，計量資料以表示，比較采用t檢驗，等級資料采用Mann-WhitneyU檢驗，以P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料 第一階段中試驗組26人，其中男性6人，女性20人，平均年齡21.5±0.8歲，《解剖學》筆試成績為72.00±12.37分。對照組共30人，其中男性13人，女性17人，平均年齡21.6±0.7歲，《解剖學》筆試成績為67.31±10.87分。兩組學生性別（χ2=2.55，P=0.11）、年齡（t=-0.49，P=0.63）、基線成績（t=-1.49，P=0.14）差異均無統計學意義。

第二階段試驗組共20人，其中男性9人，女性11人，平均年齡20.6±4.4歲，《解剖學》筆試成績為74.95±11.77分。對照組22人，其中男性7人，女性15人，平均年齡21.3±0.7歲，《解剖學》筆試成績為71.59±9.65分。兩組學生性別（χ2=0.77，P=0.38）、年齡（t=-0.76，P=0.46）、基線成績（t=1.02，P=0.32）差異均無統計學意義。

2.2 教學評價 第一階段、第二階段試驗組成績高于對照組，差異有統計學意義（表1）。

表1 兩階段試驗組與對照組理論課成績比較

2.3 調查問卷結果

2.3.1 整體滿意度 經對問卷篩選后，第一階段對照組收集24份有效問卷，試驗組收集25份有效試卷。第二階段對照組收集16份有效問卷，試驗組收集19份有效試卷。第一階段、第二階段兩組整體滿意度差異無統計學意義（表2）。

表2 兩階段試驗組與對照組整體滿意度評價

2.3.2 各維度教學效果評價 將兩個階段中試驗組和對照組的問卷合并統計，發現試驗組學生對VR教學“使學習變得更有趣”“提高課程的互動性”的評價高于對照組，差異有統計學意義，其他維度兩組差異均無統計學意義（表3）。

表3 兩階段試驗組與對照組（合并統計）各維度教學效果評價

2.3.3 建議和意見 課后12位醫學生主動參與反饋，參與測評的醫學生表示此教學方法很好，提高了上課時的專注度，希望可廣泛用于教師講課，以達到事半功倍的效果，提高學習效率。部分學生提出了建設性意見，如建議延長自主練習時間，使VR設備的解剖結構更加精細。學生認為此種教學方法很有趣，激發了學習熱情，減少了對神經病學的恐懼。學生希望將VR教學早日應用于現實教學中。

3 討論

傳統神經系統解剖教學使用標本、模型及視頻圖畫等方式增強學生對知識的理解，但仍比較抽象。另外，教學模具的局限性、尸體標本的數量及質量也會對學生的理解產生影響，這些因素都在一定程度上降低學生的學習積極性，進而阻礙解剖學教學的發展[8]。VR技術支持多人同時操作，且可反復操作，打破模具和標本的數量限制，降低了教學用品損耗[9-10]。

本研究通過采取分階段隨機對照的試驗方式，減少因課程難度不同導致結果不同所帶來的偏倚。兩階段試驗可避免因試卷難易度及試題構成對試驗結果的影響。

在教學的兩個階段中，試驗組學生的理論成績均高于傳統組學生，表明VR技術更有助于醫學生掌握解剖學理論知識，提高學習成績。因課后試卷于課后及時發放，故應用VR技術的教學方法可能是一種比傳統教學方法更及時、更直觀、更有效的獲取知識的方式，但對醫學生遠期的影響仍待進一步研究。

問卷調查中，學生認為VR教學使學習變得有趣且提高了課程的互動性。興趣是促進學習的內在驅動力，因此有利于學生提高學習成績。另外，入組的大部分醫學生表示，如果有VR設備可用，他們更愿意使用VR作為學習工具。

綜上所述，在神經系統解剖學教學過程中引入VR技術可突破對教學模型及尸體的依賴，將抽象的神經組織以一種的逼真的方式展現給學生，提高學生的理解能力，激發學生的學習積極性和興趣，提高學生的學習成績。VR為解剖學教學帶來新的機遇，值得進一步推廣和應用。