模擬教學在本科超聲醫學實驗教學中的探索*

楊 丹 曾令紅

（1.長沙醫學院醫學影像學院 湖南長沙 410000；2.長沙醫學院附屬第一醫院超聲科 湖南長沙 410000）

超聲醫學影像是醫學影像學專業人才培養中的重要方向，不僅需要本科醫學生掌握廣泛的基礎醫學、臨床醫學、醫學影像診斷學及超聲專業基本理論，還應使影像專業學生掌握一定的臨床操作技能和準確的圖形判讀能力。傳統的超聲醫學實踐教學多通過臨床實習實踐由臨床帶教老師指導學生上機給患者做檢查，經常會涉及一系列特殊問題，比如患者心理、生理、隱私和倫理問題，易引起醫患糾紛，又耗費時間。

近些年，醫學模擬教學（SBME）逐漸成為醫療事業和醫學教育發展過程中的顯著創新和改革措施，不僅能有效地保障患者的安全，而且在訓練和評估醫師和醫學生能力方面卓見成效。SBME是指利用各種模擬措施，重現醫學的臨床工作場景，給學習者提供一個低風險、擬真實的學習環境，有利于學生接受到更專業的臨床知識，收獲到更切實的工作經驗。最早的醫學模擬教學源自解剖模型的應用，并且沿用至今。SBME在超聲中運用最成熟、最久的是模擬結構，比如，穿刺練習（如FNA、CNB）的模具。目前，隨著教育信息化的快速發展，基于現代數字化技術對傳統醫學超聲實驗教學的“以虛補實”的重要作用[1]，虛擬仿真實驗室及模擬人等相繼出現。

超聲模擬教學不僅能模擬真實情景，激發學生主動學習的興趣和積極性，而且能提高教學質量，改善現有教學中學生臨床實踐動手能力差和獨立分析問題、解決問題能力不足的缺陷，是創新與改革醫學教育模式的必經之路。并且，隨著人們維權意識的增強和患者看病要求的提高，超聲模擬教學這種無傷害、無風險、可重復的方式很好地滿足了教學和臨床的需求。

一、超聲醫學模擬教學的起源與發展

在我國的醫學歷史中很早就有過人體模型，如人體針灸模型，距今1000多年前的“天圣銅人”。傳統模型在現代科技技術的輔助下，還衍生出了基于虛擬現實技術的中醫針灸教學系統。最初醫學模擬教學的興起源于人體解剖學的流行，隨著西方醫學的傳入，各種解剖模型開始應用，比如現在解剖實驗室用的腦部模型、全身骨骼模型以及可以更換眼底圖片的眼底檢查模型，這些模型至今仍然用于教學并發揮著重要作用。

現代醫學影像學是傳統醫學與各時代高科技技術碰撞產生的結果，而超聲醫學作為四大醫學影像檢查技術之一，可以通過實時、連續、動態的觀察組織器官的病變，因其無輻射、簡單方便、省時、價格相對較低等優點而廣泛用于臨床。然而，同大多數醫學教育一樣，超聲的實驗教學也會涉及患者心理、生理、隱私和倫理問題，由于臨床床旁教育各種問題的限制，在隨后的超聲醫學教育發展過程中出現了各種超聲結構模型、虛擬仿真實驗室、模擬人和生理驅動型模擬系統。

超聲模擬結構是一種仿真模型，在超聲模擬教學中起源較早，具有成本效益，并易于快速構建，越來越多地被納入超聲醫學教育，如超聲引導的心包穿刺術仿真模型（USGP）用于急診醫師培訓。與此同時，在計算機快速普及的推力下，虛擬仿真實驗室與虛擬現實技術（如VR）應運而生，他們打破虛實之間的界限，將醫學知識更立體直觀的展現在學生面前，極大地激發了學生的學習興趣，能較好地提升教學效果。以高仿真模擬病人為例，在計算機程序中可以設計其生命體征、疾病狀態、應激反應等，學生在其身上做視觸叩聽、輔助檢查、手術操作等模擬病人都有類似于真人的反應。這些新技術的引入，是目前醫學教育的新熱點，他們的優越性不可否認，但是，可否將這些新技術，應用到超聲醫學教學方面、是否優于常規教學方式、能否提高教學質量，仍缺少相關方面的研究[2]。

二、超聲醫學模擬教學的現狀與存在的問題

1.基礎醫學理論知識學習與臨床醫學實踐能力培養的割裂

從學科發展規律來看，基礎醫學與臨床醫學是密不可分的，合久必分，分久必合也是醫學學科發展的自然規律。多數醫學影像學專業分為四年學校本部的基礎教育、一年醫院臨床教育，學生管理也由學院管理轉為不同醫院管理。現階段，尚難以實現基礎理論教育階段和醫院臨床實踐教育階段一體化教學管理。醫學生醫院學習管理受諸多因素影響，患者意愿、醫院帶教老師經驗等都讓學生所受教育參差不齊。不僅外界因素影響教學質量，兩階段教師教授內容也各有側重，基礎理論教學緊跟臨床進展和醫院教師帶教回歸書本基礎的教學目標不能有效實現。學習內容及學習方式的巨大差異使兩階段教學的內容嚴重分裂，極易導致學生基礎知識不能充分運用到臨床，不常用的基礎知識也逐漸忘記，學生的臨床思維無法形成。基礎醫學理論知識學與臨床醫學實踐能力培養割裂的問題在醫學影像學專業尤為突出，實習機會較臨床專業少很多，導致醫學基礎理論向臨床實踐能力融合化的發展目標難以實現。

2.重理論輕實踐，應用型人才少

我國醫學專業教育存在兩種教育傾向，一種是只注重技能操作的訓練，一種是存在本科教育“理論化”，培養出的學生多具有較深的理論知識，具有一定的科研能力，但缺乏實踐技能操作的能力，無法成為醫療行業亟需的有較高綜合素質、較強實踐能力的應用型人才，這種傾向多在普通本科院校中出現。2014年《關于加快發展現代職業教育的決定》中明確提出，要引導一批本科高校向應用技術類高校轉型。截至2013年，中國高校畢業生中，40%是應用型人才，60%是學術型人才。五年制醫學影像學專業的學生有四年學校本部基礎教育、一年醫院臨床教育，不僅要學臨床專業理論還要掌握醫學影像專業理論，理論學習負擔重而臨床實踐機會少，使得完成應用型醫學人才的培養目標困難加大。因此，亟需構建醫學應用型人才的培養模式，以行業特色高校人才培養模式為例進行實證分析，從實踐上支持并驗證理論構架的合理性，進而服務經濟社會發展，為推動我國高等教育改革發展，培養出更多的高素質應用型技術技能人才作出貢獻。

3.醫學模擬教學在超聲醫學實驗教學中的發展與應用

醫學模擬系統（BMSE）初步可分為：基礎解剖模型、局部功能訓練模型、計算機交互式模型、虛擬培訓系統以及生理驅動型綜合模擬系統（HPS）。基礎解剖模型即最常見的解剖實驗里的模型，例如全身骨骼模型，目前主要用于示教，它有真實解剖結構所不具有的一些特點，解剖層次清晰、結實耐用，并且隨著3D打印技術的應用，解剖模型的結構越來越準確。局部功能訓練模型多用于局部單項臨床技能操作的訓練，比如眼底檢查模型，底片還可換成其他眼底病變的照片。計算機交互式模型是通常所說的模擬人，利用計算機編寫程序，通過局部機械裝置與計算機系統發生相互關系，模擬人身體會反映出真實人類具有的一些基本特征，學生可在模擬人身上進行整體臨床思維的培養和綜合臨床技能的鍛煉，但計算機交互式模型有一個缺點就是它不能反映出人體生理和病理上的變化。虛擬培訓系統集先進的力反饋技術、計算機軟件技術、虛擬感知技術及人的行為學研究于一體，學生能在電腦屏上看到人體環境，聽到病人的聲音，體會到真實的觸感，在視覺、聽覺、觸覺上模擬真實患者情況，主要用于現在各種輔助檢查（如內窺鏡、腹腔鏡、心血管介入手術、超聲）培訓。生理驅動型綜合模擬系統是如今最高端的醫學模擬系統，即高仿真模擬人，具有完備的生命支持系統，可以記錄模擬患者各項生理參數，并具有真實人類的四大生命體征、瞬目等，能廣泛用于護理、急救等方面。可以看出，醫學模擬的應用非常廣泛，現在也起著非常大的作用，在未來擁有廣闊的發展空間。

近年來，臨床醫學的教育背景正發生著比較顯著的變化。一方面，醫學高校擴大招生，醫學生數量不斷增多，典型病例出現概率較低，需要醫學生較以往更要具有隨機應變的能力，對醫療教育工作者也發出了更大的挑戰。特別是在少見、罕見病例上，對于教師來說都不甚了解，更別說教了。另一方面，隨著患者及其親屬維權意識的提高，《中華人民共和國執業醫師法》《中國醫療事故處理條例》等法律制度的實施與完善，使得臨床教學面臨著諸多困難。與此同時，基于計算機技術的虛擬仿真實驗技術和模擬人逐漸發展起來并深入人心。首先，計算機技術最突出的優點就是對各種案例都能即時存檔，不僅為后續的教學及研究提供便利，還能依靠高科技還原真實情景。以虛擬仿真實驗室的教學方式為例，在模擬重癥監護室環境下，每個學生都可在電腦上操作需要配備的各種生命支持設備，并進行心肺復蘇、呼吸衰竭、床旁影像檢查的練習。其次，不論是虛擬仿真技術還是模擬人的應用，都是在沒有接觸真實患者的情況下進行的各種操作，對患者無風險，能使許多初接觸臨床的醫療工作者減少不必要的醫療糾紛。

2019年1月24日，國務院印發《國家職業教育改革實施方案》，提出進一步辦好新時代職業教育，其中就包括提升“雙師型”教師（同時具備理論教學和實踐教學能力的教師）和實踐性教學課時占比，促進產教融合，打造高水平實踐教學基地。自2020年，我校積極響應國家號召，順應國家政策，在本院醫學影像學院開展了師生共研項目和校企合作超聲智能數據應用項目，近20名師生共同參與到校企合作超聲智能數據應用項目當中，由此激發了同學們的科研熱情，開始進行超聲AI、醫學影像模擬實驗的研究。在模擬結構方面的研究開始較早，現已有專注研制模擬結構的科研小組，并已經申請了基于超聲圖像的膽囊結石病灶模擬結構的專利，自制超聲導聲墊、囊腫模型等也制作熟練并運用于超聲教研室教學當中，師生們反饋頗佳，同時在繼續研制新模型過程中。

SBME在超聲中運用最久的超聲結構模型，是指利用組織模擬材料制作正常組織器官、病理組織器官和超聲引導穿刺技術、麻醉等模型，可加強超聲科室與其他科室的融合貫通。就臨床教學來說可將超聲模擬結構分為兩種類型：1、無創檢查模型，適用于普通超聲檢查。如氣球灌水并在里面放一顆小石頭可以模擬膽囊結石；用玩具娃娃放入導聲體里可模擬胎兒，清晰地看出胎兒脊柱。2、超聲引導下模型，適用于有創檢查或超聲引導下治療的臨床前訓練。比如無籽葡萄可模擬腫塊，周圍塑以超聲導聲體，可進行超聲引導下可進行穿刺練習；藍膠模型、自制明膠模型及自制豆腐模型運用于超聲引導下神經阻滯教學；用合適的橡膠手套模擬一種超聲引導下經皮腎插入訓練模擬器；還有用氣球套氣球的方法做的心包穿刺仿真模型。結構模型可以在超聲醫學的不同方面應用，包括超聲醫學成像、系統的質量控制、新圖像處理算法的評估和課程培訓。這些模型的優點是我們可以根據需要進行重復練習，無需低溫保存，耐用且易用，我院制作的模型，在一堂課中用于10次左右的穿刺練習，沒有腐爛也沒有質量惡化的跡象；通過改變基質中成分的密度，改變聲速和振幅衰減系數，還可以制作其他類型的模型。在制作模型的過程中，我們也遇到了一些問題，因為導聲體用的材料都是較透明的，使組織器官可視化，在之后的制作過程中，我們用染料色素解決了這一問題。總體來說，這是一種廉價、安全、有效的替代方案。由此可見，SBME在超聲教學中的應用前景非常可觀。

4.醫學模擬教學在超聲醫學實驗教學中的發展與展望

除上述仿真模型外，虛擬仿真實驗室、模擬人以及虛擬現實技術等高新技術，也為超聲模擬教學帶來了豐富的臨床資料，對常規實驗教學起到了重要的補充作用，特別是在新冠疫情的大背景下，不僅打破了時空的限制，也順應了信息化時代教育的新規律，是目前包括超聲醫學在內的臨床醫學教育中優勢最大、效果最佳的一種教學方式。

目前，醫學模擬教學在超聲醫學實驗教學中的發展重點是將傳統的學徒式實驗教學與虛擬仿真實驗室結合，實現全方位培育學生綜合實踐能力的目標。超聲影像虛擬實驗室的構建，圍繞學生的學習興趣及困惑，利用軟件工程，結合PACS系統，建造一個集教學、自學與虛擬操作于一體的仿真實驗平臺，將超聲儀器、檢查流程、虛擬病人、新型超聲技術等超聲相關知識包含在內，在學生面前展現出“虛中有實，虛實結合”的效果。我們相信在國家政策的大力支持下，通過不斷完善創新與改革，超聲醫學模擬教學將在超聲教學中占據越來越重要的位置。

結語

超聲醫學是一門理論性、綜合性和實踐性都極強的學科，要求學生不僅要夯實復雜的基礎醫學知識，更重要的是熟練運用理論知識，進行靈活的技能操作，不斷提高綜合實踐能力。現代醫學模擬教學以高科技為載體，以模擬臨床實際情況為前提，融入實踐教學、情景教學和個體化教學，以其有醫療環境而無醫療風險為顯著優點，必將在醫學教學史上再次掀起一場革命，值得醫學教育者們不斷探索，我們希望未來的師生們受以上各種模擬醫學方式的啟發，并以此為基礎繼續創造更多的變化，推進超聲醫學模擬教學的發展。