腹腔鏡膽囊切除術虛擬仿真教學的探索

劉 琦 王效慈 高思齊 查 偉 丁 丹

（新鄉醫學院三全學院，河南 新鄉 453000）

0 引言

近年來，隨著云計算、大數據等技術的產生和進步，不僅為經濟的快速發展帶來了機遇和挑戰，而且改變了人們的生活和教育方式。 其中，以信息技術與教育資源的交互融合為本質特征的虛擬仿真技術發揮著獨特優勢，并且逐步應用到醫學教育領域，有效緩解了日益擴大的招生規模引發的臨床教育資源日益不足的情況。

1 傳統醫學教學模式面臨的困境

隨著醫學院校招生規模的擴大，傳統教育模式的短板日益突顯，具體如下：一是教育資源的不足。 理實結合是醫學教育的顯著特點。但是，隨著倫理道德觀念的深入和患者隱私意識的增強， 臨床實踐中教育資源不足的現狀日益突出。 二是臨床操作技術教學難度增加。 基于創意理念、血管介入技術、內視鏡技術的廣泛應用，現代醫學進入了高速發展階段[1]。 傳統臨床實驗的教學模式，已經無法開展高難度的臨床操作技能教學。 三是臨床教學費用有限。 實驗室的開設和運營成本等，一直是困擾各醫學院校的普遍問題，嚴重制約了醫學實踐教學質量的提高[2]。 四是特殊疾病案例有限。 許多臨床病例都具有明顯的季節性和地域性特征，短期內無法找到大量教學實例讓醫學生進行多次反復的實踐操作訓練。 五是對醫生的手術操作水平要求高。 在手術過程中，醫生的動作要求正確并柔和，對醫生的手術操作技術和經驗要求高。 從患者手術過程的安全性來說， 直接讓醫學生接觸手術是不可能的。因此，醫學生缺乏相應的實踐操作練習，無法提高手術操作水平和增加實際的臨床經驗。

2 虛擬教學平臺綜述

2.1 虛擬仿真教學技術特點

虛擬仿真技術也被稱為VR 技術， 是利用虛擬系統模擬真實系統的技術[3]。 在該虛擬環境中，操作人員通過三維立體虛擬場景和交互設計有效地利用各種數據、信息、設備和儀器，可以體驗到與實際環境相同的設備，并且虛擬環境中物體的交互讓操作人員仿佛置身于現實世界，進行交互操作，獲得有效的實感和體驗，為臨床教學的發展帶來新的契機，是臨床實踐教學領域乃至醫學發展歷程的進步。

隨著虛擬仿真技術的快速發展，涌現出與臨床醫學實踐教育相關的各種模擬訓練系統。 通過交互醫療模擬教學，醫學生不僅可以在虛擬仿真醫療環境中實現各種臨床技能的操作，還可以減輕心理負擔和操作壓力，有效提高醫學生的臨床操作水平，增強醫學生的學習熱情和自信。 同時，虛擬仿真教學豐富了教師的教學活動，有效地解決了教育資源不足、教育運營成本限制等問題，從根本上實現了優質醫療資源和教育資源的相互轉換。

2.2 構建虛擬教學平臺必要性

伴隨著“虛擬仿真技術（VR 技術）+醫學”的熱潮，基于高等教育信息化的指導思想，運用虛擬仿真技術（VR 技術）構建虛擬實驗教學平臺，已成為部分醫學院校及機構著力打造的教學方式。 相較于傳統醫學教學模式，應用的虛擬仿真教學平臺不僅實現了理論教學、線上線下督導、評價，更重要的是通過信息網絡技術實現優質資源的開發共享，以期達到提高臨床教學質量、培養高層次醫學人才的目的等。 這些舉措不僅提升了教學效果，提高了教育質量，而且實現了虛擬仿真技術（VR 技術）和教學實踐的有機結合，突破了傳統醫學教育領域的限制困境，最終達到提升醫學素養和高層次醫學人才培養的目標。

3 虛擬仿真技術與腹腔鏡膽囊切除術教學結合

在臨床醫學教學過程中，學生掌握慢、訓練周期長等因素，一直是困擾臨床醫學專業實驗教學的難點之一。 但是，基于虛擬仿真技術（VR 技術），可以有效解決這一難題，提高實踐訓練的質量和效率。

目前， 虛擬仿真手術主要包括達·芬奇機器人模擬手術系統、虛擬手術臺操作系統、虛擬腹腔鏡手術訓練系統等[4]。 基于這些虛擬仿真手術系統，醫學生可以在計算機生成的和實際手術操作環境、操作過程幾乎“完全一樣”的虛擬手術環境中體驗手術器具使用、學習如何操作手術， 提高應對術中突發狀況的能力。同時， 醫學生通過對虛擬人體模型進行手術操作，不僅“真實”體驗了手術的全過程，而且可以反復進行手術操作，在不斷的實踐操作中積累經驗，達到提升實踐操作的目的。

虛擬腹腔鏡手術訓練系統也是一種虛擬仿真教學形式，主要是利用計算機模擬腹腔鏡手術的基本實踐環境。 醫學生通過操作虛擬的人體模型，完成物體運輸、切斷、電冷凝、眼協動等訓練，達到掌握手術基本技能的目的。 因此，腹腔鏡虛擬仿真教學系統對于醫學生掌握腹腔鏡手術的基本技術具有明顯的訓練效果和價值。 同時，虛擬仿真技術與腹腔鏡膽囊切除術教學相結合的優點如下：（1） 腹腔鏡膽囊切除術虛擬仿真教學系統的出現， 極大地節約了教學資源，豐富了教師的教學水平，同時，也方便了醫學生自主實踐操作，將知識更好地應用于實踐中，提高了醫學生的臨床操作能力[5-6]。 （2）醫學生和醫生獲得大量實踐操作腹腔鏡膽囊切除術的機會，不斷積累經驗，掌握臨床操作技術，有效增加可實施腹腔鏡膽囊切除術的優秀醫生和醫學生的數量。 （3）手術前，醫生使用虛擬仿真教學視頻直觀解說手術流程、 術后康復等情況，不僅讓患者和家人了解“真實”的手術過程和術后狀況，而且有效緩解了患者和家人的心理壓力和思想包袱，降低了醫療糾紛的發生率。 （4）虛擬仿真技術具有百分百的“容錯率”。 通過虛擬仿真教學系統，即使醫學生操作失誤也不會造成人身事故，百分百的“容錯率”可以最大限度緩解醫學生的思想壓力，營造輕松的手術環境。 （5）虛擬手術環境的構建依賴于虛擬現實技術、醫學圖像數據、計算機工具等，生動地展現了醫生制訂手術方案、實施手術演示、開展手術訓練、手術教學、術中指導手術、術后康復等工作。 通過虛擬手術的教學系統，教師可以讓醫學生對手術的整個過程有明確的認識。 比如，術前準備流程，手術操作流程，術后康復治療等，這一系列教學內容可以讓醫學生更好地掌握臨床操作技能，提升醫學素養。

4 總結與反思

4.1 總結

通過很好地結合虛擬現實技術和腹腔鏡膽囊切除術，建立了虛擬仿真教學系統。不僅能有效解決教學資源不足、臨床操作教學運營費用有限的問題，而且適應了“虛擬現實+醫學”的發展趨勢，讓更多的醫學生和醫生通過虛擬仿真教學系統進行大量的臨床實踐操作，總結手術過程中的相關經驗和教訓， 熟練掌握腹腔鏡膽囊切除術。 同時，為提高醫學教育水平、教學模式創新提供了新思路，醫學生也運用虛擬仿真教學系統，提高了學習的興趣和實際的臨床操作能力。

4.2 反思

隨著現代科學技術的進步，虛擬仿真教學系統廣泛應用于各醫學院校和科學實驗，但仍然有一定的局限性。 首先，虛擬仿真教學系統的教學內容不能完全覆蓋所有患者在疾病和手術中所發生的突發情況。 其次，虛擬仿真教學系統以虛擬的形式出現，不能讓醫學生和醫生真實地感受到患者腹部器官的溫度和濕度。 最后，虛擬仿真教學系統不能準確模擬真實的操作過程，醫療器械上的數據也不完全真實，無法滿足準確性的要求。 因此，虛擬仿真教學不能完全替代臨床實踐教學，但隨著現代多媒體技術手段的應用和虛擬仿真教學系統的進一步完善和發展，結合臨床實踐教學，構建“虛實結合”，完成優勢互補，通過資源共享，實現現代化教學形式，可以發揮虛擬現實技術在教育和科學研究方面的優勢。