虛擬現實技術在白內障超聲乳化手術培訓中的應用

王敏希 殷麗敏 包興旺 潘雪萍 呂喆 侯澤江

目前，白內障仍然是我國排名第一的可逆性致盲眼病，防治白內障致盲，任務艱巨［1］。超聲乳化是治療白內障的主流術式，也是眼科醫師需要學習掌握的重要手術方式。白內障超聲乳化聯合人工晶體植入術具有數量多、節奏快、專業性強、無菌要求嚴，手術時間短，安全隱患多等特點［2］。由于白內障手術時間短、且采用表面麻醉，患者全程處于清醒狀態，對外部刺激較敏感，害怕、焦慮、緊張、失去控制是手術患者常見的情緒障礙［3］。因此不便于手術過程中操作的實踐教學。虛擬現實（virtual reality，VR）技術，是采用以計算機為核心的現代高科技方法生成虛擬環境，用戶借助設備對虛擬環境中的手術對象進行操作，模擬真實世界手術操作的感受和體驗［4］，其在醫學領域的教學和臨床實踐逐步應用與推廣。本研究探討VR技術在眼科住院醫師白內障手術操作培訓中的效果。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2018年6月至2020年12月溫州醫科大學附屬眼視光醫院進行住院醫師規范化培訓的醫師58名，隨機分為觀察組和對照組。其中對照組29名，其中男13名，女16名；年齡（24.48±0.95）歲。觀察組29名，其中男11名，女生18名，年齡（24.50±0.92）歲。兩組基本資料比較差異無統計學意義（P＞0.05）。

1.2 方法 帶教教師均為有＞5年教學經驗的高年資白內障主刀醫師，培訓時間為1個月。觀察組：采用VR技術對研究對象進行眼科手術培訓，具體流程：（1）學習系統自制的白內障超聲乳化手術的基本操作，并由帶教教師進行講解內容包含手術步驟、操作要點及術中可能遇到的并發癥處理。（2）應用本系統的虛擬操作平臺進行制作切口、連續環形撕囊、白內障超聲乳化以及人工晶體植入進行操作，該系統會對操作者的操作步驟和操作精準度進行自動識別，并提示操作者進行調整和重復操作，操作步驟正確后方可進入下一個步驟，糾正后可繼續可對操作者的訓練掌握程度進行持續改進，訓練自動化評價系統可以對白內障超聲乳化手術的操作位置精度判斷。對照組：采用傳統手術帶教的方式進行教學包括帶教老師參考白內障手術教材，制作PPT課件對解剖和手術流程進行分步講解，平均每個工作日觀摩＞10臺白內障手術，在培訓期間每位學員可在帶教老師的指導下進行2～3只豬眼的白內障手術操作練習。

1.3 評價方法 2名帶教老師觀看所有學員的動物實驗操作，并對每一位學員的操作規范性和動作穩定性（評分10分為滿分）、手術時間、能否順利完成撕囊、超聲乳化步驟，及操作發生的并發癥等方面進行共同評價。發放調查問卷，調查學員對兩種培訓的效果、不同特點的體會以及對顯微手術培訓的建議。

2 結果

2.1 操作考試評價 觀察組撕囊完成比例、手術時間、操作規范性和穩定性、并發癥發生比例均優于對照組（P＜0.05），見表1。

表1 兩組考試成績評價

2.2 教學滿意度評價 觀察組滿意度優于對照組（P＜0.05），見表2。

表2 兩組教學滿意度評價［n（%）］

3 討論

白內障超聲乳化手術培訓作為眼科醫師手術培訓的重要內容，其手術培訓方式也在不斷探索更新。傳統白內障手術學習模式是主要通過臨床實踐進行學習，低年資醫師首先學習理論知識，并在臨床中反復觀摩主刀醫師手術，了解手術步驟，并在此基礎上分步驟進行學習。由于白內障手術時間短、對操作的精確性要求高，且采用表面麻醉，患者對外部刺激較敏感，由經驗較少的醫師進行操作，由于操作空間小，略有失誤就可能出現嚴重手術并發癥，因此，年輕醫師很難有較多的手術機會。

動物實驗手術培訓在一些有條件的醫院逐步開展，其通過新鮮豬眼（或動物眼）模擬臨床手術操作平臺，并配備專業的手術顯微鏡、超聲乳化設備以及眼科顯微操作器、耗材等，可供學員進行白內障的核處理、人工晶狀體植入等手術操作的實踐需求。由于其投入成本高，且重復性差，動物眼手術的體驗與實際人眼手術差異大。因此，動物眼不適宜作為一種常規性的全程白內障手術訓練方法，可以作為進入實際手術前熟悉手術設備和流程的階段性訓練方法。

VR技術根據現實手術環境參數，為住院醫師創造一個高度逼真的學習環境：提供三維圖像，模擬使用者的手和眼睛的運動，結合VR相關技術形成一種仿現實系統［5］。VR技術已在國外起步較早，已用于各種眼科程序，包括球后注射、撕囊、白內障超聲乳化手術、視網膜光凝和玻璃體視網膜手術［6］。

本研究所采用的自主研發的VR仿真白內障訓練自動化評價系統以網絡平臺為基礎，根據手術室的真實環境使用Virtools軟件進行建模，內容豐富，營造一個逼真的三維交互虛擬場景，讓培訓者仿佛身臨其境。該系統包括三大模塊：（1）操作演示：結合臨床實踐編制操作標準，收集白內障超聲乳化手術基本操作流程，制作成視頻，編入軟件，供學員觀看學習標準化手術流程和規范；（2）操作練習：為操作演示和操作練習建立手術操作的界面提示，包括眼科顯微鏡練習，制作切口、連續環形撕囊、白內障超聲乳化以及人工晶體植入及各種手術并發癥處理等操作步驟。利用鍵盤、鼠標對虛擬環境中的操作對象進行評估和執行，系統會隨時提示每步操作的對錯；如錯則無法進行下一步操作，糾正后可繼續可對操作者的訓練掌握程度進行持續改進，訓練自動化評價系統可以對白內障超聲乳化手術的操作位置精度判斷。（3）操作考核。培訓者進行在線模擬操作，考核過程中不再提示對錯，整個操作結束給予分數和評價。

本研究結果顯示，觀察組撕囊完成比例、手術時間、操作規范性和穩定性均優于對照組（P＜0.05）。在VR仿真白內障訓練自動化評價系統中，進行撕囊操作時，系統會對操作過程中的錯誤感應及反饋性提示，如撕囊直徑過小，鑷子是否碰到角膜、撕囊是否過度用力導致懸韌帶不穩定甚至損傷、囊膜破裂。同時，觀察組學員經過本系統的反復練習，手術過程中不斷經過系統糾錯，可以使得手術流暢程度、規范化程度得到較大提升。出現失誤后經過系統提示，練習者可以進行反復操作、熟悉規范化的手術流程。但觀察組學在模擬器上難以感受到現實手術中的前房穩定性、懸韌帶的穩定性，核的硬度等方面，在VR系統中僅完成核的吸出，這些不足還有待于白內障VR培訓設備的提升。再逼真的模擬操作也不能代替實際操作訓練。

白內障手術培訓是眼科醫師手術培訓的重要內容。本研究結果顯示，VR技術的應用在學員中取得較好的滿意度，年輕醫師可以通過虛擬手術環境進行關鍵步驟的反復演練，很快適應手術流程，縮短學習時間。另外，可考慮將基于VR技術的白內障超聲乳化手術專科培訓系統與傳統動物試驗顯微操作培訓相結合，應用于眼科白內障手術培訓。