虛擬現實技術對軍事訓練傷防治任職教育的效果評價研究

茍文隆,徐 源,路星辰,邵垌仁,王子明,劉 鵬

1.陸軍軍醫大學大坪醫院骨科，重慶 400042; 2.陸軍軍醫大學第二附屬醫院骨科，重慶 400037; 3.陸軍軍醫大學大坪醫院教學辦，重慶 400042; 4.陸軍軍醫大學陸軍軍事訓練傷防治指導中心，重慶 400042

軍事訓練傷是軍事訓練直接導致參訓人員出現組織器官功能障礙或病理改變[1]。近年來，全軍部隊聚力推進備戰打仗，大力開展實戰化軍事訓練，隨著軍事訓練的難度及強度不斷加大，軍事訓練傷的發生率也顯著增加。流行病學調查發現，骨關節及軟組織損傷等運動系統損傷在我軍軍事訓練傷中的占比可高達81.9%～93.7%[2- 3]。基層衛生軍官是軍事訓練傷防治的主力軍，但是由于基層衛生軍官多為臨床醫學專業畢業，缺乏對運動醫學專業知識的系統學習。關節鏡手術是運動醫學治療運動損傷的主要方式，也是治療軍事訓練傷的主要手段，但是在傳統任職教育模式下，基層衛生軍官嚴重缺乏臨床關節鏡手術的實踐機會，導致其對運動系統相關軍事訓練傷防治知識的掌握嚴重不足，無法滿足基層官兵對軍事訓練傷防治的需求。因此，如何改進現行任職教育模式、提升教學效果至關重要。

虛擬現實(virtual reality,VR)技術是以計算機虛擬成像技術為核心，利用多種相關技術生成逼真的虛擬影像，使受試者的視覺、聽覺甚至觸覺等感官在虛擬環境下融為一體，并且通過必要的設備允許受試者與虛擬環境中的對象進行交互、相互影響，使受試者獲得等同真實環境的感受和體驗[4]。在醫學領域中，VR技術已經與解剖學、生理學及外科手術學相結合，產生虛擬醫學系統，為臨床醫學教學、手術指引與評估提供了全新的模式，顯示出它的巨大作用和使用前景[5]。

本研究在傳統任職教育模式的基礎上將VR技術應用于基層衛生軍官軍事訓練傷防治理論與實踐教學中，解決傳統任職教育模式下，學員對運動系統復雜的解剖結構和損傷機制理解不透徹、缺乏實踐手術操作的問題。

資料與方法

1 教學目標和要求

通過對基層衛生軍官進行軍事訓練傷防治任職教育培訓，將基礎理論知識綜合運用于臨床實踐，掌握膝關節軍事訓練傷的診治和關節鏡基本操作技能，培養運動醫學思維和獨立操作能力，為今后從事軍事訓練傷防治工作打下堅實基礎。

2 教學對象和分組

教學對象為陸軍軍醫大學2021、2022年度任職教育培訓班學員50名，均為臨床醫學專業本科畢業生。將50名學員依據學號隨機分為試驗組(傳統任職教育模式聯合VR)25名和對照組(傳統任職教育模式)25名。試驗組男性24名，女性1名，年齡25～33歲，平均29.2歲；對照組男性23名，女性2名，年齡26～33歲，平均29.6歲。兩組一般資料差異無統計學意義，具有可比性(P>0.05)。所有理論教學和實踐教學均由同一教學組實施。

3 實施方法

3.1理論教學過程 對照組由教員根據傳統的教學方法對學生實施理論教學，主要采用PPT授課、解剖模型講解、臨床典型病例床旁查房講解等，并安排學員10個學時自學；試驗組在傳統任職教育的基礎上，利用自學學時安排學生通過混合現實圖像系統(Microsoft holoLens，美國)模擬出膝關節及其周圍結構的解剖模型，依據病變部位及周圍組織的影像學變化，明確區分病變區域、反應區域及正常組織區域，構建數字虛擬仿真三維模型(圖1)。

圖1 學員使用混合現實圖像系統模擬出膝關節及其周圍結構的解剖結構，依據病變部位及周圍組織的影像學變化進行軍事訓練傷防治理論學習

3.2實踐教學過程 利用筆者單位軍事訓練傷病例數據庫，在教員指導下安排所有學員模擬收治軍事訓練膝關節損傷患者，每名學員收治患者數≥5例。采用觀摩手術錄像的方式學習，觀摩過程中教員對手術操作要點、鏡下解剖結構、病變特點進行現場講解，觀摩手術≥10例，并安排學員10個學時自學。試驗組學員在傳統任職教育的基礎上，利用自學學時在教員帶領下使用VirtaMed ArthroS關節鏡模擬系統(Virtamed，瑞士)進行虛擬關節鏡手術操作，該系統主要由計算機虛擬成像系統、膝關節解剖模型和手術操作器械三部分組成(圖2)，可以模擬多種膝關節損傷后關節鏡下手術場景，學員可以使用配套手術器械在解剖模型中進行虛擬手術操作，操作動作及關節內解剖結構的變化均可實時呈現在虛擬成像系統中，并且可以模擬組織間的相互碰撞與力反饋。試驗組中每名學員需完成模擬膝關節滑膜切除、半月板損傷修整、前交叉韌帶損傷重建、軟骨損傷修復等手術總計≥10例(圖3)。

圖2 瑞士VirtaMed ArthroS關節鏡模擬系統，主要由虛擬成像系統、膝解剖模型和手術操作器械三部分組成

圖3 使用VirtaMed ArthroS系統進行虛擬場景下膝關節鏡手術技術操作培訓。a.教員示范操作；b.學員模擬手術操作

4 評價指標

任職教育培訓結束后對兩組學員進行理論筆試和模擬手術操作考核以評價教學效果，理論試卷題目選自歷年執業醫師骨科相關試題，共計50題，均為客觀性選擇題，滿分100分。模擬手術操作考核采用關節鏡手術技能評價工具(the arthroscopic surgical skill evaluation tool,ASSET)[6]，需要完成三項膝關節鏡操作：(1)標準的膝關節鏡診斷性檢查操作，完整觀察關節內解剖結構；(2)異物取出操作：使用關節鏡取出6個環(3個在外側間室，3個在內側間室)；(3)指定使用刨刀修整外側半月板的瓣狀撕裂，以獲得半月板穩定。模擬手術操作評分總分60分，其中診斷性操作25分，治療性操作35分。

5 統計學分析

結 果

試驗組理論筆試和模擬手術操作考核成績均明顯高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)，見表1。

討 論

軍事訓練傷是一個長期困擾各國軍隊完成軍事訓練和作戰任務的難題，每個軍事組織都需要去平衡任務對士兵能力的要求與訓練強度的關系，盡量避免在非戰斗時發生損傷，因為軍事訓練傷是導致官兵發生功能障礙、殘疾和提前退役的主要原因[7-8]。研究表明，美國陸軍在基礎戰斗訓練中，軍事訓練傷的發生率在25%～50%。由于我軍早期對軍事訓練傷的診斷和統計標準不明確，所以我軍軍事訓練傷的發生率在6.9%～18.7%，新入伍人員中的發生率可達44.7%[9]。筆者長期參加中央軍委軍事訓練傷防治“三巡”任務發現，骨關節、肌肉、韌帶等急、慢性運動系統損傷在我軍軍事訓練傷中占比80%左右。

依據我軍的衛勤保障規則，基層衛生軍官特別是營、旅級衛生軍官是我軍基層部隊軍事訓練傷防治的主力軍，他們不但要擔負部隊軍事訓練時的衛勤保障任務，還要負責平時軍事訓練傷防治的醫學教育和指導監督任務。然而，由于基層衛生軍官大多是臨床醫學專業本科畢業，對運動醫學相關知識了解和掌握不足，往往不能完全勝任基層部隊軍事訓練傷的防治任務。因此在任職教育培訓中，對基層衛生軍官進行運動醫學診療能力的培養十分重要。然而由于運動醫學所涉及的解剖結構復雜、專業知識廣，臨床操作技術要求高，學習難度大，培訓周期長，傳統任職教育模式存在以下問題：(1)由于學科的特殊性，解剖結構和損傷機制復雜，教員很難講解，且理論學習十分枯燥，通過傳統影像學和模式圖的教學很難使學員全面理解和掌握；(2)在運動醫學學習過程中，需具有良好的立體感知能力，熟悉各個解剖結構立體關系，對操作精細程度要求更加嚴格。而傳統任職教育模式下，學員對局部解剖的理解多來自于平面教學媒體，立體感知困難，加之關節鏡鏡下視野的特殊性明顯區別于常規教學模型，并且操作手術器械時需要眼、腦、雙手的協調同步，往往導致學員操作學習難度大，教員講授障礙多。學員普遍反映運動醫學授課內容抽象，理解十分困難，即使強行記憶后，知識點遺忘也非常迅速，實際手術操作時難度大，自信心不足。

VR技術主要利用計算機模擬生成一個逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環境，使人感覺身臨其境[10]。臨床上該技術已經廣泛用于模擬一些復雜的骨科手術，進行術前指導規劃[11]。VR技術仿真出的解剖模型能夠清晰顯示骨關節及周圍結構，包括局部骨骼形態、血管神經結構及走向、肌腱韌帶肌肉起止、體表標志及生物力學等特征，而且可以從任意角度、任意剖面觀察人體結構。該技術不但能夠促進學員對運動系統解剖學的理解，而且能夠豐富理論教學內容，提高學員的學習興趣，有助于加強學員對知識點的記憶[12]。除此之外，運動醫學傳統手術操作教學是把患者直接作為實踐對象，是一種以患者為載體的“學徒”教學模式，在傳統任職教育模式下，學員很難獲得獨立操作的機會，限制了學員對軍事訓練傷發生機制及診治原則的學習。而VR技術可以通過模擬手術場景，結合真實手術器械，使學員在虛擬人體上進行解剖觀察，反復操作，從而能夠從安全的錯誤中取得臨床經驗，增加了學習內容的形象性和趣味性，提高了學員培訓信心[13]。20世紀90年代，美軍率先將VR技術應用于軍事領域，目前該技術已經進入實戰化階段，并廣泛滲透軍事生活的各個方面，主要集中在虛擬戰場環境、軍事訓練和武器裝備研發等方面。而VR技術在軍事醫學領域的應用，多集中在模擬戰現場急救環境、戰創傷應激障礙和軍事訓練傷治療康復等方面，在軍事訓練傷防治任職教育方面的研究較少[14-16]。

本研究通過將VR技術融入軍事訓練傷防治任職教育中，顯著提高了基層衛生軍官對軍事訓練傷防治的理論及實踐操作考核成績。VR技術為軍事訓練傷防治培訓提供了一個逼真、生動、安全的教學平臺，避免了傳統學徒式教學方法的弊端，對基層衛生軍官操作能力的提升有顯著幫助，具有其獨特優勢。筆者相信隨著VR技術的不斷進步和軍事訓練傷病例庫的不斷完善，VR技術可為基層衛生軍官提供更加真實的培訓體驗，進一步推動我軍軍事訓練傷防治工作的進步，更好地保障部隊從嚴開展實戰化訓練。

作者貢獻聲明：茍文隆：論文撰寫及修改、資料搜集；徐源、劉鵬：實驗設計、培訓實施；路星辰：資料整理及統計學分析；邵垌仁、王子明：研究指導、培訓管理、經費支持