增強現(xiàn)實教學(xué)在眼科專業(yè)型碩士生顯微手術(shù)培訓(xùn)中的應(yīng)用

樊寧 申曉麗 司姣 馬大卉

摘要增強現(xiàn)實（Augmented Reality， AR）技術(shù)作為一種新興的教學(xué)手段，給臨床專業(yè)型碩士研究生創(chuàng)造了全新的學(xué)習(xí)條件、開辟了新的學(xué)習(xí)途徑和方法，提高了眼科顯微手術(shù)操作的學(xué)習(xí)效率，同時保障了患者的醫(yī)療安全。眼科手術(shù)模擬器應(yīng)用AR技術(shù)、以高度仿真的模擬人眼來代替真實患者的病眼，再現(xiàn)疾病特點，給臨床碩士生提供了一個無風(fēng)險、可反復(fù)訓(xùn)練的白內(nèi)障和玻璃體手術(shù)的技能操作平臺。學(xué)習(xí)過程由淺入深，可個性化選擇某種操作技術(shù)，從簡單的眼內(nèi)操作，到撕囊、水分離、超聲乳化、玻璃體切除、視網(wǎng)膜光凝、剝除內(nèi)界膜等手術(shù)步驟，可提供仿真度高、且能反復(fù)雙手練習(xí)的手術(shù)場景，并且系統(tǒng)自動分析操作技術(shù)評分，使專業(yè)型碩士生的眼科顯微操作培訓(xùn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，拓展了眼科技能教學(xué)的發(fā)展空間，為醫(yī)學(xué)教育和教學(xué)改革提供了全新的思路，具有很大的應(yīng)用價值，勢在必行。

關(guān)鍵詞 增強現(xiàn)實 眼科 手術(shù)模擬器 教學(xué)

中圖分類號：G643文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.25.020

Application of Augmented Reality Teaching in Microsurgery Training for Clinical Ophthalmology Postgraduates

FAN Ning， SHEN Xiaoli， SI Jiao，MA Dahui

（[1]Shenzhen Eye Hospital， Shenzhen， Guangdong 518040；

[2]Shenzhen Eye Hospital Affiliated to Jinan University， Shenzhen， Guangdong 518040）

AbstractAugmented Reality （AR） as an emerging teaching method， creates a brand-new learning condition for young ophthalmologists， especially clinical master’s students. It not only improves the learning efficiency but also further guarantees the medical safety of patients. Ophthalmic surgery simulator uses AR technology and simulates human eyes instead of real patients to reproduce disease features， providing a risk-free and repeatable training platform for learners to practice cataract and vitreous surgery skills. From simple to complex， the learner can freely choose certain technical surgerysteps to practice repeatedly， suchas capsulorhexis， waterseparation， ultrasonic emulsification， vitrectomy and internal limiting membrane peeling etc. High simulation training could make ophthalmic microscopic training of the clinical master students more normalized and standardized， which expands the development space of ophthalmology teaching and provides a new way of thinking for medical education and teaching reform. It has great application value and is the direction of future practice.

Keywordsaugmented reality； Ophthalmology； surgical simulator； teaching

近年來，眼科顯微手術(shù)模擬教學(xué)開始應(yīng)用于臨床年輕醫(yī)生以及研究生的培養(yǎng)，已取得一定的效果。但與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，顯微手術(shù)模擬教學(xué)使學(xué)生的顯微手術(shù)基本技能學(xué)習(xí)效率和掌握程度明顯提高。眼科手術(shù)模擬教學(xué)具有教學(xué)過程標(biāo)準(zhǔn)、評估考核規(guī)范、由淺入深、可無限次反復(fù)訓(xùn)練等優(yōu)點。尤其針對剛進入臨床的專業(yè)型碩士研究生，雖然具備一定理論基礎(chǔ)，但顯微技術(shù)操作基礎(chǔ)薄弱、臨床動手機會不多的情況，眼科手術(shù)模擬器應(yīng)用AR技術(shù)以仿真模擬人眼代替真實患者的病眼，他們提供了一個無風(fēng)險、可反復(fù)訓(xùn)練的白內(nèi)障和玻璃體手術(shù)技能操作平臺。這種沉浸式的逼真訓(xùn)練環(huán)境，提高了學(xué)習(xí)的主動性和興趣，同時保障了患者的醫(yī)療安全，也促進了臨床技能教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革。

1眼科顯微手術(shù)培訓(xùn)的必要性

根據(jù)中國眼健康白皮書2020年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國目前有4.48萬名眼科醫(yī)生，相當(dāng)于每5萬人中僅有1.6名眼科醫(yī)生。[1]而在邊遠地區(qū)尤其是具有顯微手術(shù)技術(shù)的眼科醫(yī)生缺乏的現(xiàn)象更為嚴重。

許多眼科疾病需要手術(shù)治療，而大多數(shù)手術(shù)需要在顯微鏡下操作。眼科顯微手術(shù)技術(shù)具有精確度高、操作復(fù)雜、學(xué)習(xí)曲線長等特點。[2]眼科顯微手術(shù)培訓(xùn)是眼科住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)和研究生培養(yǎng)必不可少的部分，也是培養(yǎng)和考核的重要教學(xué)內(nèi)容。既對學(xué)生進行規(guī)范、系統(tǒng)的顯微手術(shù)基本技能培訓(xùn)，也為他們以后的臨床工作開展打下扎實的基礎(chǔ)。同時結(jié)合理論教學(xué)、動物眼操作及臨床實踐，能使學(xué)生更快掌握正確的顯微手術(shù)基本方法和常用技巧，融會貫通，盡快成長為優(yōu)秀的眼科醫(yī)生。

2眼科醫(yī)生顯微手術(shù)技能培養(yǎng)的困境

眼科臨床專業(yè)型碩士研究生中不少是應(yīng)屆本科生，本身顯微鏡下手術(shù)操作基礎(chǔ)薄弱，常規(guī)臨床實踐的學(xué)習(xí)方式，需要若干次觀摩手術(shù)、觀看手術(shù)錄像、循序漸進的分步驟練習(xí)，往往需要較長時間才能達到可以獨立完成手術(shù)的水平。并且由于每個學(xué)生的學(xué)習(xí)機會和條件不同，學(xué)習(xí)效率和效果差異大。目前眼科手術(shù)醫(yī)生顯微技能培養(yǎng)工作所面臨的困難包括：

眼科手術(shù)多為表面麻醉或局部麻醉下操作，帶教困難：術(shù)中患者意識清醒，能聽到操作過程的任何聲響，帶教教師在手術(shù)中既要保障手術(shù)順利進行，又要為學(xué)生帶教，提供實踐機會，在實施過程中有較大難度。

顯微操作的復(fù)雜性：眼科手術(shù)大多需要在顯微鏡下完成，對手術(shù)者的心理素質(zhì)和術(shù)中手的穩(wěn)定性有較高的要求。作為初學(xué)者，顯微操作最常見的問題就是手和腳與眼的配合不協(xié)調(diào)，容易手忙腳亂。另外，與非顯微鏡操作相比，顯微鏡操作最大的問題就是顯微鏡下所看到的物體是“虛像”，物體之間的距離、位置、空間高度都有差別，在顯微鏡下操作并不容易。

初學(xué)者的心理壓力：臨床手術(shù)在真實患者身體上操作，作為學(xué)生，雖然老師在身邊，但難免感到壓力，而且術(shù)中會發(fā)生各種手術(shù)并發(fā)癥，直接影響學(xué)生的手術(shù)操作信心，產(chǎn)生手術(shù)恐懼癥，導(dǎo)致手術(shù)操作學(xué)習(xí)曲線長，提升速度慢。

豬眼與人眼的不同：Wet Lab是近年來推出的一種全新眼科實踐教學(xué)模式。豬眼的大小與人眼接近，價格比較便宜，而且可以通過各種方式模擬出白內(nèi)障，是常用的Wet Lab手術(shù)模擬眼。豬眼的角膜、鞏膜、晶體前囊膜、晶體后囊膜，都要比人眼組織的厚度增加數(shù)倍，模擬手術(shù)操作時，手感與人眼會有很大不同。比如，豬眼在白內(nèi)障手術(shù)練習(xí)中，后囊距離較遠、囊膜也較人眼厚很多，因此后囊破裂的機會要遠遠低于人眼。在豬眼上的安全動作，對于人眼手術(shù)來說可能是危險的。

因此，利用手術(shù)模擬器輔助臨床教學(xué)，高度真實模擬手術(shù)操作過程，通過反復(fù)模擬訓(xùn)練，可以不斷改進手術(shù)操作中遇到的問題，使手術(shù)操作準(zhǔn)確規(guī)范，提高學(xué)習(xí)效率，從而縮短學(xué)習(xí)曲線。

3手術(shù)模擬器的教學(xué)特點

VRmagic眼科手術(shù)模擬器，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)（virtualreality， VR）應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，研究開發(fā)的手術(shù)模擬系統(tǒng)基于物理傳感模型，高度真實地模擬眼部解剖結(jié)構(gòu)，與組織進行實時的動態(tài)交互。手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)包含白內(nèi)障手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)和玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)。白內(nèi)障模塊內(nèi)含20種以上的白內(nèi)障操作，包含撕囊、劈核、灌注/抽吸、人工晶狀體植入等白內(nèi)障超聲乳化的各個步驟，還含有合并晶狀體懸韌帶松弛、全白晶狀體核的撕囊、標(biāo)準(zhǔn)張力環(huán)植入等特殊、復(fù)雜白內(nèi)障情況的處理。玻璃體視網(wǎng)膜模塊整合了非接觸式倒像廣角鏡，輔以鞏膜頂壓、光纖亮度調(diào)節(jié)等助手功能，課程包含雙手配合、導(dǎo)光光纖的使用、視網(wǎng)膜光凝訓(xùn)練等眼底手術(shù)基本的步驟，還含有人造玻璃體后脫離、內(nèi)界膜剝除、視網(wǎng)膜前膜剝除、視網(wǎng)膜脫離等復(fù)雜病例處理的操作練習(xí)。

研究表明，經(jīng)過眼科手術(shù)模擬系統(tǒng)培訓(xùn)的眼科醫(yī)生在超乳手術(shù)中使用的超聲能量更小，手術(shù)時間縮短。英國皇家眼科學(xué)院10年跟蹤研究了1400例手術(shù)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過VRmagic眼科手術(shù)模擬系統(tǒng)訓(xùn)練后的眼科醫(yī)生在真實手術(shù)過程中并發(fā)癥減少40%。[3-4]

使用手術(shù)模擬器進行眼科專業(yè)型碩士研究生顯微手術(shù)操作培訓(xùn)的優(yōu)點包括：

3.1顯微手術(shù)技能操作培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)、考核規(guī)范

眼科手術(shù)模擬器對每個手術(shù)步驟，都有規(guī)范的手術(shù)操作要求。學(xué)生按照每個步驟的規(guī)范化的手術(shù)操作進行訓(xùn)練，手術(shù)模擬器在每個手術(shù)步驟完成后可為操作者即時反饋評估信息，以便學(xué)生能夠系統(tǒng)地提高手術(shù)操作水平。考核評估內(nèi)容包含了與器械使用和手術(shù)效率相關(guān)的各種參數(shù)及評分。通過分析學(xué)生每次的培訓(xùn)結(jié)果和評分，匯總后可以了解每個學(xué)生的學(xué)習(xí)曲線，有助于個性化因材施教。

3.2提供高仿真、無風(fēng)險、由淺入深、可反復(fù)訓(xùn)練的平臺

眼科手術(shù)模擬器提供了沉浸式的逼真訓(xùn)練環(huán)境，沒有面對真實患者的醫(yī)療風(fēng)險，在全球一些大學(xué)及綜合醫(yī)院的教學(xué)實踐中被認為是一種高效的培訓(xùn)方式。[5]培訓(xùn)課程提供了大量高仿真模擬病例及訓(xùn)練模塊，再現(xiàn)疾病特點，學(xué)生可以從基本技能開始、獨立且重復(fù)完成各項手術(shù)步驟，幫助學(xué)生練習(xí)處理復(fù)雜的手術(shù)操作并無限次重復(fù)訓(xùn)練。

Pokroy等的研究結(jié)果表明，在VRmagic手術(shù)模擬器上訓(xùn)練過的住院醫(yī)師在進入真實的手術(shù)環(huán)境時，顯著縮短了白內(nèi)障手術(shù)的學(xué)習(xí)曲線。[6]McCannel和Ferris等研究者也做了類似研究，發(fā)現(xiàn)接受過VRmagic眼科手術(shù)模擬系統(tǒng)培訓(xùn)的手術(shù)醫(yī)生在白內(nèi)障手術(shù)時發(fā)生術(shù)中并發(fā)癥（如后囊破裂或連續(xù)環(huán)形撕囊失敗）的概率低于沒有接受過VRmagic眼科手術(shù)模擬器培訓(xùn)的醫(yī)生。[3，7]

手術(shù)模擬器在我國的應(yīng)用實踐也有一些文獻報道。多項研究證實，手術(shù)醫(yī)師在白內(nèi)障手術(shù)模擬器培訓(xùn)中獲得的經(jīng)驗可以有效地提高手術(shù)技術(shù)的精確度和靈活性。既往研究發(fā)現(xiàn)接受過白內(nèi)障手術(shù)模擬器的訓(xùn)練者可以有效縮短學(xué)習(xí)曲線，尤其對相對不擅長手術(shù)的住院醫(yī)師有更多的益處。[8-9]具體表現(xiàn)為手術(shù)中超聲乳化時間更短、所用能量更小，以及術(shù)中并發(fā)癥更少。

3.3與WetLab和臨床實踐學(xué)習(xí)相結(jié)合，縮短顯微操作學(xué)習(xí)曲線

對于眼科專業(yè)型碩士研究生，建議采取以下流程進行顯微操作培訓(xùn)：[10]（1）首先完成眼科學(xué)理論課程學(xué)習(xí)，包括眼球的解剖和組織學(xué)、生理學(xué)、了解常見眼病的病因病理、臨床表現(xiàn)特征及診療原則。（2）同時輪轉(zhuǎn)眼科門急診、功能檢查室、門診治療室和手術(shù)室，使同學(xué)們了解眼科醫(yī)療常規(guī)、掌握無菌觀念，熟悉眼科常規(guī)檢查、熟悉了解眼科顯微手術(shù)步驟。（3）在對眼科顯微手術(shù)有了一定的感性認識和理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，可在眼科顯微手術(shù)模擬器系統(tǒng)進行顯微鏡下的基本操作訓(xùn)練，掌握顯微鏡下的操作技巧、培養(yǎng)立體感，學(xué)會控制器械的位置和穩(wěn)定性。通過反復(fù)練習(xí)，通過手術(shù)模擬器系統(tǒng)評分考核合格之后可以進入動物眼的Wet Lab教學(xué)和臨床顯微手術(shù)的實踐學(xué)習(xí)。（4）在手術(shù)實驗室的顯微鏡下，利用動物眼球進行顯微鏡下的基本操作訓(xùn)練。比如角膜、鞏膜和結(jié)膜切口的縫合、小梁和虹膜組織的切除，以及白內(nèi)障手術(shù)角鞏膜切口制作、撕囊、水分離、超聲乳化等顯微操作技術(shù)，進一步掌握精細操作技巧、提高三維立體視覺及觸覺反應(yīng)。（5）學(xué)生在掌握了一定的眼科顯微手術(shù)操作技巧基礎(chǔ)上，再回到手術(shù)模擬器上進行白內(nèi)障超聲乳化手術(shù)和玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)的專項手術(shù)步驟練習(xí)。此時結(jié)合臨床顯微手術(shù)一助的實踐，以及臨床手術(shù)視頻的反復(fù)觀摩，這種交錯學(xué)習(xí)模式，可以大大縮短從動物眼、手術(shù)模擬器到人眼的轉(zhuǎn)換、磨合過程；并且真正做到以學(xué)生為主體，注重臨床技能培訓(xùn)，臨床基本功扎實，并充分保障了患者安全。[11]

眼科手術(shù)模擬器和動物手術(shù)訓(xùn)練結(jié)合，在一定程度上彌補了臨床實踐機會不足的問題。在學(xué)生掌握了一定顯微操作基本功和立體感的基礎(chǔ)上，結(jié)合臨床實踐和手術(shù)視頻觀摩學(xué)習(xí)，按上述流程研究生進行培訓(xùn)，對學(xué)生的顯微手術(shù)技巧培訓(xùn)很有幫助。

4手術(shù)模擬器在眼科教學(xué)的應(yīng)用前景

眼科手術(shù)模擬器以仿真模擬人眼代替真實患者，提供了一個無風(fēng)險、可反復(fù)訓(xùn)練的白內(nèi)障和玻璃體手術(shù)技能操作平臺，使學(xué)生的眼科顯微操作培訓(xùn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，拓展了眼科教學(xué)的發(fā)展空間，為醫(yī)學(xué)教育和教學(xué)改革提供了全新的思路，具有很大的應(yīng)用價值，勢在必行。

手術(shù)模擬器連接有顯示屏，可以通過視頻會議進行遠程教學(xué)和在線教學(xué)，節(jié)省了大量的人力和物力。特別是新冠疫情期間，避免大規(guī)模人員聚集，避免人員走動，有利于疫情的防控。

手術(shù)模擬器基于計算機系統(tǒng)的評分體系的進一步發(fā)展優(yōu)化，也是今后的研究方向之一。手術(shù)模擬器中的機器人導(dǎo)師，可以及時提醒學(xué)生錯誤操作及可能導(dǎo)致并發(fā)癥發(fā)生的不規(guī)范動作，從而降低手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生機會，對學(xué)生的心理素質(zhì)和學(xué)習(xí)曲線都有很好的促進作用。另外，模擬器也可以作為手術(shù)能力評價的考核工具，評估在不同的培訓(xùn)階段醫(yī)師的手術(shù)能力。[12]

雖然既往研究發(fā)現(xiàn)，眼科手術(shù)模擬器對于提高操作者的顯微鏡下操作的穩(wěn)定性、縮短學(xué)習(xí)曲線、減少手術(shù)并發(fā)癥等方面有一定的效果，但仍需更長時間、更大規(guī)模的前瞻性研究，了解操作者在轉(zhuǎn)換到真實患者手術(shù)過程中可能存在的問題，更好地將眼科手術(shù)模擬器與Wet Lab動物眼訓(xùn)練和臨床實踐教學(xué)方式融合交匯。

基金項目名稱：廣東省高水平臨床重點專科（深圳市配套建設(shè)經(jīng)費）資助（No.SZGSP014）

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