虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用初探

韓俊柱，朱勛兵，陳建方

（1.蚌埠醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院 骨科，安徽 蚌埠233040；2.蚌埠醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)影像學(xué)系，安徽 蚌埠 233030）

臨床實(shí)踐教學(xué)是醫(yī)學(xué)教育中最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是醫(yī)學(xué)理論向具體實(shí)踐操作轉(zhuǎn)化的橋梁階段，是成功實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)教育目標(biāo)的關(guān)鍵步驟[1].骨科臨床實(shí)踐教學(xué)更是如此，由于很多部位解剖結(jié)構(gòu)和損傷機(jī)制的復(fù)雜性，正常結(jié)構(gòu)標(biāo)本或模型很難全面揭示其特點(diǎn)，而且對于各類手術(shù)方式也缺乏相應(yīng)的體現(xiàn)[2].多媒體教學(xué)是傳統(tǒng)教學(xué)方法中效果較好的方法，但仍缺乏直觀性和可操作性，對骨科臨床教學(xué)來說教學(xué)效果仍不令人滿意.近年來，隨著3D打印、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了很多新的教學(xué)方法，給骨科臨床教學(xué)效果的提高帶來了新的希望.基于此我院嘗試將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于骨科臨床教學(xué)，并取得了良好的教學(xué)效果，現(xiàn)匯報如下：

1 資料和方法

1.1 研究對象

以2018年1月至2018年3月在蚌埠醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院骨科實(shí)習(xí)的臨床醫(yī)學(xué)本科生60名作為研究對象，以入科序號按照單雙號隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對照組，每組30人.其中，實(shí)驗(yàn)組男16人，女14人，年齡 22-24歲，平均年齡（23±0.3）歲；對照組男15人，女15人，年齡21-24歲，平均年齡（23±0.1）歲.兩組實(shí)習(xí)生的性別、年齡、入科專業(yè)課理論考試成績比較差異不明顯（P＞0.05），存在可比性.

1.2 教學(xué)內(nèi)容

以人民衛(wèi)生出版社出版的《局部解剖學(xué)》[3]中的踝與足部章節(jié)及《外科學(xué)》[4]中的踝部骨折章節(jié)為參考，重點(diǎn)學(xué)習(xí)踝部骨折的解剖、分型、術(shù)前規(guī)劃及手術(shù)培訓(xùn)，分三節(jié)課，每節(jié)課40分鐘進(jìn)行教授，第一節(jié)課為踝部骨折的解剖及分型，第二節(jié)課為踝部骨折的術(shù)前規(guī)劃，第三節(jié)課為踝部骨折的手術(shù)培訓(xùn).

1.3 教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)組采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助教學(xué)，即將踝關(guān)節(jié)CT、MRI等影像資料輸入到工作站中加以融合，構(gòu)建出逼真的三維虛擬解剖模型，便于學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)式學(xué)習(xí)；通過虛擬現(xiàn)實(shí)術(shù)前計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行操作體驗(yàn)，評估手術(shù)風(fēng)險，制定手術(shù)方案；再利用虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)平臺反復(fù)操作直到熟練掌握手術(shù)的每個步驟.對照組采用傳統(tǒng)方法教學(xué)，即借助教師制作的多媒體課件和PACS系統(tǒng)中踝關(guān)節(jié)手術(shù)前后的影像資料講解，幫助學(xué)生理解踝關(guān)節(jié)的解剖特點(diǎn)、骨折分型、術(shù)前規(guī)劃及手術(shù)步驟.

1.4 教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)

對兩組學(xué)生進(jìn)行理論及實(shí)踐（操作）考核，理論考核內(nèi)容包括踝關(guān)節(jié)的局部解剖、踝部骨折的分型、踝關(guān)節(jié)骨折的常用手術(shù)入路、不同手術(shù)入路的優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)征，題型包括選擇題20分、名詞解釋題20分、簡答題40分及論述題20分，滿分100分；實(shí)踐（操作）考核內(nèi)容為在帶教老師監(jiān)督下完成1例同一類型踝關(guān)節(jié)骨折的手術(shù)操作，切口選擇10分、骨折顯露20分、骨折復(fù)位20分、內(nèi)固定選擇10分、內(nèi)固定技術(shù)20分、無并發(fā)癥20分、嚴(yán)重并發(fā)癥-20分，滿分100分.再用自制評分量表對兩組實(shí)習(xí)生對相應(yīng)教學(xué)方法感興趣程度進(jìn)行評價，評價標(biāo)準(zhǔn)：10分＞興趣濃厚≥8分、8分＞興趣一般≥6分、不感興趣＜6分.

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS24.0統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料使用（±s）表示，用x2檢驗(yàn)來表示計(jì)數(shù)資料，組間比較采用t檢驗(yàn)，以P＜0.001表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

2 結(jié)果

2.1 兩組實(shí)習(xí)生學(xué)習(xí)成績比較

實(shí)驗(yàn)組實(shí)習(xí)生的理論成績、操作成績及總成績均高于對照組，組間比較差異明顯，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），詳見表 1.

表1 兩組實(shí)習(xí)生學(xué)習(xí)成績比較（±s，分）

表1 兩組實(shí)習(xí)生學(xué)習(xí)成績比較（±s，分）

組別 n 理論成績（分） 操作成績（分） 總成績（分）實(shí)驗(yàn)組 30 87.70±2.09 89.10±1.75 88.40±1.50對照組 30 69.90±3.50 66.77±2.27 68.33±2.31 t值 23.94 42.70 39.92 P 值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.2 兩組實(shí)習(xí)生對相應(yīng)教學(xué)方法感興趣程度的比較

實(shí)驗(yàn)組對虛擬教學(xué)興趣濃厚學(xué)生數(shù)占比93.33%（28/30），對照組對傳統(tǒng)教學(xué)興趣濃厚學(xué)生數(shù)占比33.33%（10/30），組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（x2=20.742，P＜0.001），詳見表 2.

表2 兩組實(shí)習(xí)生對相應(yīng)教學(xué)方法感興趣程度比較（n，%）

3 討論

骨科學(xué)是一門實(shí)踐性和理論性較強(qiáng)的學(xué)科，培養(yǎng)學(xué)生的目的主要是應(yīng)用于實(shí)踐[5]，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教學(xué)存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源有限、教學(xué)內(nèi)容抽象難懂、教學(xué)實(shí)驗(yàn)危險性高以及臨床實(shí)踐機(jī)會有限等問題[6].多媒體教學(xué)是以多媒體課件（如PPT）為主進(jìn)行教學(xué)的一種方法，其利用聲音、圖像、動畫等方式能夠在一定程度上增加教學(xué)的趣味性，被視為傳統(tǒng)教學(xué)方法較好的教學(xué)方法.但對骨科臨床教學(xué)來說仍缺乏直觀性和可操作性，學(xué)生在遇到脊柱或關(guān)節(jié)周圍等局部解剖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的損傷和畸形，往往難以理解和掌握，手術(shù)操作能力的培養(yǎng)更是效果不佳.本研究中對照組采用傳統(tǒng)方法教學(xué)，借助多媒體課件并輔以PACS系統(tǒng)中踝關(guān)節(jié)手術(shù)前后的影像資料進(jìn)行講解，課后部分學(xué)生對踝關(guān)節(jié)骨折的損傷機(jī)制及分型仍不十分理解，故對如何治療就更難以理解，加之講授治療時缺乏直觀性和可操作性，實(shí)踐操作的要點(diǎn)更是難以把握，考核的理論成績（69.90±3.50）、操作成績（66.77±2.27）及總成績（68.33±2.31）均不讓人滿意.作為臨床帶教老師，如何在學(xué)生的實(shí)習(xí)階段更好地指導(dǎo)學(xué)生將理論基礎(chǔ)運(yùn)用到臨床實(shí)踐，如何運(yùn)用理論知識分析和解決臨床實(shí)際問題，需要每一位帶教老師不斷積極尋找有效的帶教方法[7].

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality,VR）技術(shù)是一門建立在多學(xué)科高端發(fā)展成果上的新興邊緣技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)交互接口、傳感與測量、微電子技術(shù)和精確力反饋系統(tǒng)等眾多相關(guān)科研領(lǐng)域，具備沉浸感、想象性和交互性三個本質(zhì)特征[8].所謂沉浸性是指參與者可身臨其境地沉浸于虛擬環(huán)境中，與模擬環(huán)境相互融合；交互性是指參與者可以對虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行操作，同時虛擬環(huán)境會根據(jù)參與者的操作調(diào)整環(huán)境中的相關(guān)對象的狀態(tài)以對參與者進(jìn)行反饋；構(gòu)想性是指虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)賦予參與者廣闊的想象空間，參與者可以主動地、創(chuàng)造性地對虛擬環(huán)境進(jìn)行觀察和操作[9].憑借上述特性，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于臨床實(shí)踐教學(xué)或手術(shù)培訓(xùn)，理論上能夠顯著提高教學(xué)效果.國內(nèi)外一些學(xué)者也據(jù)此進(jìn)行了一些嘗試.Touch Surgery公司開發(fā)了一款名為Touch Surgery的軟件，從擺放體位到消毒鋪單，再到術(shù)式模擬（包括切口選擇、術(shù)區(qū)探查、骨折復(fù)位、鋼板螺釘選擇固定、縫合收尾等），通過模擬整個手術(shù)流程讓醫(yī)學(xué)生得到沉浸式的鍛煉[10].黃若昆等將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于髖部骨折手術(shù)模擬，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重建了髖部骨折的三維模型，并對骨折進(jìn)行了虛擬手術(shù)復(fù)位固定，建立了髖部骨折數(shù)字化虛擬可視重建及手術(shù)模擬的技術(shù)方法[11].趙志球等建立了基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的股骨遠(yuǎn)端骨折復(fù)位虛擬手術(shù)系統(tǒng)，可用于手術(shù)培訓(xùn)和術(shù)前計(jì)劃[12].廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院龔文鋒等采用Myrian肝臟三維手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)軟件對肝癌患者的CT數(shù)據(jù)進(jìn)行肝臟重建并進(jìn)行模擬手術(shù)切除，并通過與對照組對比研究后發(fā)現(xiàn)：兩組學(xué)生在肝臟內(nèi)外部解剖掌握情況、肝臟腫瘤認(rèn)識情況、學(xué)習(xí)興趣性、教學(xué)方法滿意度、手術(shù)方式認(rèn)識程度等方面差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05或P＜0.01），兩組學(xué)生考核成績差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）；實(shí)驗(yàn)組考核成績優(yōu)秀率67.86%，對照組優(yōu)秀率23.21%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）[13].南方醫(yī)科大學(xué)附屬小欖醫(yī)院王小平等術(shù)前將患者CT圖像數(shù)據(jù)集導(dǎo)入Mimics10.01軟件，建立復(fù)雜脛骨Pilon骨折三維數(shù)字化模型，對骨折塊進(jìn)行復(fù)位、植入內(nèi)固定等虛擬手術(shù).結(jié)果發(fā)現(xiàn)重建的Pilon骨折三維數(shù)字化模型可準(zhǔn)確反映骨折特點(diǎn)，輔助術(shù)者準(zhǔn)確對骨折分型；虛擬手術(shù)可逼真模擬臨床手術(shù)[14].虛擬手術(shù)系統(tǒng)提供了一個虛擬的3D環(huán)境以及可交互操作平臺，較之傳統(tǒng)手術(shù)教學(xué)，具有無損耗、可重復(fù)性和可指定性等優(yōu)點(diǎn)，有助于在短時間內(nèi)提高手術(shù)操作的熟練度和精細(xì)度[15].本研究中我們對實(shí)驗(yàn)組采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助教學(xué)，將踝關(guān)節(jié)影像資料輸入到工作站中加以融合，構(gòu)建出逼真的三維虛擬解剖模型，便于學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)式學(xué)習(xí)；通過虛擬現(xiàn)實(shí)術(shù)前計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行操作體驗(yàn)，評估手術(shù)風(fēng)險，制定手術(shù)方案；再利用虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)平臺反復(fù)操作直到熟練掌握手術(shù)的每個步驟.研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)組的理論成績（87.70±2.09）、操作成績（89.10±1.75）及總成績（88.40±1.50）均高于對照組，兩組實(shí)習(xí)生成績的差異性顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）.兩組實(shí)習(xí)生的學(xué)習(xí)興趣相比后發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)組對虛擬教學(xué)興趣濃厚學(xué)生數(shù)占比93.33%（28/30），對照組對傳統(tǒng)教學(xué)興趣濃厚學(xué)生數(shù)占比33.33%（10/30），組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（x2=20.742，P＜0.001）.據(jù)此，我們認(rèn)為將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于骨科臨床教學(xué)中，能夠提高教學(xué)效果和增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特性，將其應(yīng)用于骨科臨床教學(xué)，有助于激發(fā)學(xué)醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高骨科臨床教學(xué)質(zhì)量，但其尚處于實(shí)驗(yàn)和探索階段，還需與傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行融合，做到虛實(shí)結(jié)合，相互補(bǔ)充，以進(jìn)一步提高骨科臨床教學(xué)效果.