虛擬現實技術在護理領域的應用研究進展1)

任延艷,劉化俠,武江華,李 蕾

虛擬現實(virtual reality,VR)技術是近十幾來年發展起來的一項新技術,已經逐漸從實驗室走向實際應用,并在軍事、航空航天、醫學、教育、娛樂等領域有著廣泛的應用。目前,由于虛擬現實技術的優勢在醫學教育、醫學實踐中的作用日益突出,虛擬現實技術被護理管理層和護理教育者關注并越來越多的應用到護理教育和臨床護理中。現就虛擬現實技術的概況及在護理領域的應用現狀綜述如下。

1 虛擬現實技術概況

虛擬現實技術又稱“靈境技術”“虛擬環境”“賽伯空間”等,是指利用計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸等一體的虛擬環境,用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬世界中的物體進行交互,相互影響,從而產生親臨真實環境的感受和體驗[1]。它所呈現的3D擬真場景,讓使用者產生印象深刻的視覺或聽覺等效果,進而可以刺激整個大腦的學習。它可以虛擬地建立起與真實環境相近的學習場景,使學生似乎已處于真實環境之中。基于虛擬現實技術的可操作性、真實性、可重復性等優點,它已經成為當今教育技術和計算機多媒體輔助教學的重要發展方向之一。目前,在我國虛擬現實技術已經應用于護理領域中臨床護理、護理教學及護理技能訓練等方面。

2 虛擬現實技術在護理教育中應用的意義

在虛擬教學系統中,學習者所能接觸到的不再是符號化的知識,而是不斷從事與實踐相關的體驗活動。因此,虛擬系統的情景化、生動化、交互性可以給學生全新的學習體驗,提高學習的積極性和主動性;虛擬臨床情景不僅可以彌補教學條件的不足,減少多組學生反復接觸病人導致的倫理困惑,充分體現人文關懷[2];而且可以突破時間、空間的限制,較好地解決護理教學的時間、地點、設備、臨床病例等限制性問題[3];此外,學生在虛擬環境中反復訓練,可以避免真實操作帶來的風險,減輕受訓者心理壓力 。因此,虛擬現實技術不僅在各個領域應用廣泛,而且在醫學教育中的作用越來越重要,尤其在提高病人的安全性和培養學生能力等方面顯示出巨大優勢。虛擬技術作為影響未來科技水平的重要因素,引入到護理實踐教學中具有十分重要的現實意義。

3 虛擬現實技術在護理教學中的應用

3.1 虛擬臨床瀏覽(virtual clinical excursions,VCE)[4]美國在20世紀80年代就應用虛擬技術建立臨床病例庫,用于考試和教學。在護理教育領域,2005年以來虛擬臨床瀏覽系列教學軟件和指導手冊已發展到第6版,覆蓋內外科護理學、婦產科護理學、兒科護理學和護理學技術等課程,并且提供網絡學習資源。虛擬臨床瀏覽結合護理教科書,建立了虛擬醫院(pacific view regional hospital)。進入虛擬醫院,可以學習溝通、記錄、評估和安全給藥。虛擬臨床瀏覽包括豐富的資源,例如電子病歷、病人記錄、醫囑、給藥記錄、特殊檢查結果等,幫助學生熟悉日常護理工作,從而提高臨床判斷和批判性思維能力。

3.2 虛擬課堂 在講解人體解剖學中,將“虛擬人”應用于教學過程是虛擬課堂的一個典型實例。德國漢堡Eppendorf大學醫學院醫用數學和計算機研究所建立了一個名為VOXELM AN的虛擬人體系統,它包括人體每種解剖結構的三維模型,肌肉、骨骼、血管及神經等任一部分都是三維可視的,使用者戴上頭盔顯示器就可以模擬解剖過程[5]。

3.3 技能單項訓練 局部功能訓練模型(part task trainer,PTT)提供了對人體一個或多個局部功能的模擬或者是對一種或多個護理操作的模擬,使學生對某局部功能得到了解,使某個護理操作得到訓練,是一種裂解的專項護理操作技能訓練。主要訓練護生的單項護理操作技能,如手臂模型可以模擬人類真實的血管,穿刺過程中有落空感和模擬真實血液流出,高級電腦心肺復蘇模型可以進行心肺復蘇的模擬訓練,大小與真人相仿,在操作時可有語音提示和報警聲來顯示其操作的正確與否。這些能提供給護生更為完備的操作條件[6]。

CathSim靜脈穿刺訓練系統是由Immersion Medical(原名HT醫學系統)公司研制的優秀的教學交互性軟件[7],目前已經在英美的許多醫學院校使用。該系統包括軟件和觸覺反饋裝置即靜脈穿刺用的“胳膊”和一臺電腦,它可設置在實際工作中可能遇到的各類病人,包括不同年齡、血管狀況以及疾病嚴重程度的病人。學生可以通過鼠標任意選擇病人,在穿刺過程中通過顯示器可以看到局部的解剖和進針角度,當針頭穿過AccuT-ouch9裝置的“皮膚”進入血管時,學生會有真實的突破感;系統同時還模擬病人的自然反應,例如出血和皮膚阻力、血腫以及疼痛,假如操作不理想,系統還會模擬病人發出“哎呀,好痛”的聲音,及時給學生以反饋。系統不僅可以播放標準操作過程,而且學生的操作過程也可錄制下來,以供學生和指導老師進行評價[8]。

3.4 綜合技能訓練 利用3DS MAX技術,設計虛擬環境中的綜合性技能訓練模塊。該模塊針對每個訓練項目,備有不同病例。學生可隨意選擇不同病情的病人及不同的搶救方案,從而導致不同的結局。例如,模擬一個與醫院設備、環境相仿的空間,包括醫生、護士、呼吸心搏驟停的病人及病人家屬。學生通過操縱桿、開關、按鈕、鍵盤、鼠標、觸摸屏等界面裝置輸入,接受系統提供的各種感官信息,經過判斷和決策對系統進行操縱和控制。模塊對訓練的過程和結果進行綜合評分。這個模塊可以提供一套從虛擬到現實的綜合臨床護理訓練條件,全面培養學生在臨床推斷、危機處理及判斷思考方面的能力,更加充分的掌握臨床護理經驗[9]。

日本NEC公司研制了“SimCoeur”軟件系統[10],該系統可以模擬急診病人每分鐘的臨床表現,能顯示包括CT和X線等圖像信息,系統還可設置1 000余種病人情境,學生給病人提供治療措施后能及時得到病人的反應。由于該系統能提示治療被延誤或錯誤后的補救措施,可豐富學生的應變經驗。該公司研制的“Sim Nursing”模擬急診病人軟件系統,已于1998年投入日本市場,該軟件系統可進行護理程序的模擬訓練,學生能按照完整的護理程序對病人進行全程護理[8]。

3.5 臨床護理思維訓練 疼痛管理系統是第一個基于網絡的系列交互性的疼痛護理仿真系統[11]。給學生提供了一個護理癌癥術后病人急性疼痛的仿真過程,在此過程中學生必須應用評判性思維的技巧來評價疼痛、計劃和實施藥物治療,并且評價病人對治療的反應。使用該系統,學生可體會實際工作中與病人、醫生和其他護理人員的交互,從錯誤中吸取教訓,并且可以樹立自信使自己成為果斷、有知識并且關心病人的護士。

3.6 虛擬教學軟件 庹焱等[12]開發了《急救護理學教學與訓練模擬系統》的教學用軟件系統,包括學習模塊和訓練模塊兩個部分。該系統運用計算機模擬傷現場急救的基本過程,實施情境教學,目的在于培養學員急救思維,提高其應急能力。在護理本科《急救護理學》教學中進行模擬訓練,教學雙方都體會到計算機模擬訓練是傳統教學方法的良好補充,對提高學員的綜合急救素質有重要意義。

3.7 現場急救演示 如模擬一個急救場面,配合聲音和畫面的刺激,造成一種緊張的現場氣氛,學生在這種模擬的場景中對計算機上給定的成批傷員進行救護。學生首先要判斷傷員的傷情,根據傷情的輕重緩急決定對傷員的急救順序,并且對傷員進行及時而有效地處理,如果處理不及時或處理不當,傷員就會死亡。通過這種訓練可以全面提高學生的臨床綜合判斷能力和各項醫療護理操作能力,培養敏捷、正確思維,從而減少醫療護理差錯事故和糾紛在臨床實踐中的發生[13,14]。

3.8 基礎護理模型人(basic anatomical model,BAM)BAM是展示人體基本結構的模型,其產品外形逼真。它主要用于基礎護理技能操作和健康評估的問診及護理體檢,所以這類模型在教學中主要用于示教和訓練,使枯燥的學習變得生動、易懂,趣味性增強[15]。

4 虛擬現實技術在臨床護理中應用的意義

虛擬現實技術生成逼真的視、聽、觸等一體化的虛擬環境,可以使病人在真實的娛樂情境中改善消極體驗,在安全的環境中進行鍛煉和學習;虛擬現實技術應用到康復訓練領域,一方面利用虛擬現實技術為病人提供一個生動、逼真的游戲康復訓練環境;另一方面實現康復器械產生被動牽引和病人主動訓練相結合的治療作用。該技術也為遠程護理提供了新范例,給臨床思維和技能訓練提供了新途徑。另外,在為病人開展護理教育、疼痛護理方面,虛擬現實技術都有十分重要的現實意義。

5 虛擬現實技術在臨床護理中的應用

5.1 在疼痛護理中的應用[16,17]華盛頓大學附屬Har-borview燒傷中心于1999年將虛擬現實技術首次應用于2例嚴重燒傷的青少年病人,即病人戴著頭盔,進行名為“蜘蛛世界”(virtual wiggly-legged spider)的游戲,戴在病人手指上的電磁跟蹤系統可以讓病人在抓到虛擬世界中的物品時有真實的感覺。該系統不僅可以分散病人的注意力,使病人的疼痛感和焦慮感明顯減輕,而且使病人在不知不覺中進行肢體伸展運動,利于病人的康復。

5.2 在腫瘤護理中的應用 為減輕腫瘤病人化療不適,日本國立癌癥研究中心醫院開發了“虛擬療法”(virtual therapy)[18]和癌癥心理虛擬現實治療法[19]。其原理是利用特殊的視聽設備,如逼真的立體電影等,使患病臥床的病人仿佛感覺在森林里漫步或在海邊聆聽濤聲,從而達到心情放松、緩解痛苦的效果。

5.3 在病人健康教育中的應用 病人健康教育的方法較多,虛擬游戲是其中之一,名為“健康英雄”(health hero)的游戲已經應用于兒科病人的健康教育,通過游戲可提高患兒的自尊和自我效能,增加學習興趣,提高學習效果。蔡新良等[20]報道,應用虛擬技術對髖骨骨折病人健康教育效果明顯。

5.4 在康復訓練中的應用 美國加州洛瑪琳達大學研制的“神經康復工作站”可用于治療因嚴重事故引起的或先天性身體缺陷,讓其沉浸在與真實世界的物理規律不盡相同的虛擬現實之中,從而有助于恢復病人感覺或運動障礙。Gourlay等[21,22]利用虛擬技術設計的虛擬廚房,幫助因腦損傷等造成生活技能缺失的病人學習重要的日常生活技能,研究證明虛擬現實環境產生的計算機刺激有利于各種生活功能恢復。國內將虛擬現實技術應用于運動康復也進入了實踐階段,河北工業大學自主研制了利用虛擬現實和外骨骼技術進行手臂外骨骼康復治療的方案[23]。清華大學也研制了一種虛擬現實康復車,集心理治療和康復訓練于一體,能顯著加快康復進程[24]。

5.5 在遠程護理中的應用 紐約州立大學研制出一種電子手套,通過手套指端的感應器收集醫務人員給病人體檢時雙手的感覺,存入電子數據庫;同時遠方的護理人員選擇該數據,只要戴上手套就可體驗到好似親自給該病人體檢的感覺,可以用于遠程的護理會診[25]。

6 展望

通過虛擬實境的模擬練習,鍛煉和拓展學生的綜合素質,為提高護理臨床教學質量做出新的探索。應用虛擬現實技術可以使病人在真實的娛樂情境中改善消極體驗,在安全的環境中進行鍛煉和學習;虛擬現實技術應用到護理領域具有十分重要的現實意義。

虛擬現實技術在護理教育和臨床護理中應用前景廣闊。但我國的虛擬現實技術起步較晚,尤其是在護理領域仍存在著許多尚未解決的理論問題和尚未涉及的領域,這些都為目前的研究提供了方向,如在社區護理和護理管理中的應用等。但隨著護理管理和護理教育者的重視,相信虛擬現實技術在護理領域將有更加廣泛、更加深入的應用,這必將給臨床護理和護理教育事業帶來重大的變革。

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