增強現實（AR）在心內科心律失常射頻消融手術教學中的應用

海軍軍醫大學第二附屬醫院心血管內科 陳 挺 王家美 文 鳳*

一、增強現實在心內科心律失常射頻消融手術教學中應用的背景

（一）心內科心律失常射頻消融手術教學的痛點

心臟內科心律失常射頻消融術是通過穿刺股靜脈，在X線透視下將導管送入心臟，標測目標靶點并進行消融的一種微創介入手術。相比傳統的開胸手術，它具有手術創傷小，只需局麻，手術時間短，患者承受的痛苦輕，手術安全性高、術后恢復快、費用相對較低、療效立竿見影的優點。不過正是因為如此，心內科心律失常射頻消融手術中，醫生無法直接通過設備或肉眼直接觀看手術過程，操作反饋需要通過抽象的心電圖數據和二維數字造影來確認導管位置，術者需要關注的信息龐雜，而心臟手術的高危特性決定術者需要具有快速反饋和應對能力，因此對術者要求極高。筆者長期參與相關手術培訓教學工作，發現優中選優的心內科醫生，也要通過至少1 年以上的學習經歷，才能基本達到某項手術入門的水準。因此，心律失常射頻消融手術的培訓具有難度大、培養周期長（1 年僅僅入門）等特點，讓有的醫生望而卻步，不敢跨入此行業。

（二）增強現實在心內科心律失常射頻消融手術教學中的優勢

1.增強現實的優勢

一是化不可見為可見。使用增強現實技術，可以將CT掃描數據構建的心臟模型投影到人體心臟部位（教具相應位置），把整個手術中最核心的問題不可見變為可見，解決核心痛點。二是化繁為簡。使用增強現實技術，可以將心臟模型、CT 掃描數據、導管數據、心電圖數據整合起來，同步顯示，降低手術中需要處理的龐雜信息，并且引導手術操作者完成手術，降低難度。三是展示清晰。通過增強現實技術，可以將現實的人體、心臟模型對應起來，配合心電圖等數據整合輸出成課件視頻，便于學生學習觀看。四是反饋明確。心內科心律失常射頻消融手術當中，手術過程不可見，每個操作需要通過影像掃描、關鍵點位置比對、心電圖等生理數據分析來確定操作效果。通過增強現實技術，把虛擬數據和實際人體重合在一起，每個操作都可以即時看到反饋。五是實踐充分。通過結合教具，我們將病例數據庫中的數據抽調出構建擬真的手術環境，讓學員有充分的實踐機會來消化理論，提升手感，應對手術中的各種情況。

2.相較傳統教學的進步

筆者長期從事心內科心律失常射頻消融手術教學工作，有著豐富的教學經驗。通過在教學中進行實踐測試，發現增強現實教學方法具有更好的教學效果，這里我們選取了兩組同期學員進行實際教學實驗。

增強現實組（6 人）全體合格時間 13 個月 8 個月中評測試分數（平均） 62 71.7終評測試分數（平均） 71.2 86.6傳統教學組（5 人）

教學后，我們通過發放不記名問卷的方式，向兩組學員征求意見（問卷發放時成績未出），100%（50 名）學員均表現出對增強現實教學的興趣，且表示這種教學方式更容易學習。

二、增強現實在心內科心律失常射頻消融手術教學中的應用示范

（一）全套技術手段的應用示范方案——射頻消融術教學

針對現有心臟射頻消融手術的技術問題，基于增強現實開發了射頻消融手術的課件系統，讓學生更直觀精準地完成心臟射頻消融手術模擬，優化龐雜數據，讓學員更容易理解和上手。該課件的上述技術目的是這樣實現的：包括操作輸入模塊、數據傳輸模塊、中央處理器、數據存儲器、AR 3D建模模塊、數據智能處理模塊、AR 頭戴顯示設備和多媒體輸出設備。

這套課件所使用的相關AR 輔助心臟射頻消融術技術已經獲得國家發明專利，通過這套課件可以直觀顯示原先不能直接實時看到的心臟內部情況和治療進展情況，結合物理擬真假人教具，讓學員更直觀精準地完成模擬的心臟射頻消融手術。簡化了學員需要關注的龐雜數據，極大縮短了學習時間，同時記錄學員的各種操作，方便導師從旁指點修正，提升整體教學質量。

（二）教學中應用的方向闡釋

1.更加直觀的內容展示

傳統教學中存在著明顯的內容展示不夠直觀和因此產生的認知不同步問題。授課教師只能通過手術的掃描影像視頻（學生需要三維想象力），結合各種生理數據（學生需要聯系印象想象力）、3D 模型、教具等進行講解，過多的內容需要學生根據教師講述進行想象，教師表達內容和學生想象內容存在巨大的認知不同步的可能。而增強現實教學展示內容直觀，不再是平面的圖片和影像掃描視頻，而是直觀擺在所有學員面前的虛擬心臟。導師可以根據需要，放大、旋轉、拆解標記，所有學員可以通過頭顯設備同時觀看，師生雙方不存在需要想象力補足的內容，也不存在因為認知差異而造成的想象物不對等問題。心電圖等數據在這里都可以和虛擬的心臟統合起來，當數據發生改變，學生可以直觀地看到心臟的物理變化，更容易理解教學內容。

2.反饋明確的教學訓練

教學的訓練操作也不再是對著冰冷的物理教具，而是擬真的3D 心臟（結合物理教具）。結合各種病例數據庫的數據，學生可以看到自己做出某個操作后對患者心臟造成的影響，訓練過程中充滿即時反饋，告別了過去單方面無反饋的冰冷訓練模式，最大限度提升了整個教學訓練的有效性。而這樣的訓練過程中，產生的一切操作數據都可以被導師獲得。導師可以通過生理數據的分析以及學生的操作表現，為學生訓練成績打分，也能更好地監控學生的訓練結果，以便針對不同學生遇到的不同問題進行糾正，確保不同的個體都能達到良好的學習效果。

3.應對更多治療環境的教學示范

傳統的課堂教學中，尤其是在訓練中，往往經歷的是標準化的訓練流程，而現實中因為病人個體差異，手術過程往往都是非標狀況。通過增強現實的教學系統，我們可以通過病例數據庫，將各種狀況數據疊加在原本一成不變的物理教具上，徹底改觀訓練過程。可以讓學員在訓練過程中，面對各種各樣的復雜情況，積累經驗，也樹立應對更多復雜環境的信心。

三、增強現實在心內科心律失常射頻消融手術及教學中的應用展望

增強現實技術為心內科心律失常射頻消融手術的教學工作打開了一扇大門，一舉解決了現有心內科心律失常射頻消融手術教學中最大的瓶頸，降低了學習難度，減少了入門精通的時間，同時提升了最終的訓練效果，提升了學員的手術操作經驗水平。然而，現有增強現實技術還處于起步階段，一方面相關設備價格較高，設備還有一些笨重和不方便的地方，性能和成本還有待市場成熟后倒推技術進步；另一方面，相關軟件的開發還處于需求定制階段，沒有足夠的科技公司關注并進行投入，沒有經過成熟市場驗證，沒有經過反復用戶體驗驗證和市場競爭后的產品革新和技術革新。但是，該技術在心內科心律失常射頻消融手術教學中的作用是毋庸置疑的。我們有理由相信，隨著行業發展和其他基礎技術的進步，增強現實技術會越加成熟和穩定，也會有更多的公司應用該技術投入醫學領域，促進產品進步和提升，屆時使用增強現實進行心內科心律失常射頻消融手術教學將會更加普及和有效。