虛擬仿真實驗在診斷學教學中的應用研究

夏駿

【摘要】? ? 隨著虛擬技術的完善以及虛擬仿真實驗室研究的不斷深入，虛擬仿真實驗室在醫學實踐教學中的發展受到較高的關注。文章基于文獻計量分析對文獻資料進行梳理，聚焦于虛擬仿真實驗與診斷學教學，從虛擬仿真實驗在診斷學教學中的架構和虛擬仿真實驗在診斷學教學中的應用兩個方面進行了闡釋。

【關鍵字】? ? 虛擬仿真? ? 實驗? ? 診斷學

一、研究背景

虛擬仿真是利用仿真設備為用戶創建仿真世界的一種特定的仿真類型[1]。虛擬仿真允許用戶與虛擬世界交互。虛擬世界在集成軟件和硬件組件的平臺上運行。通過這種方式，系統可以接受來自用戶的輸入（例如，身體跟蹤、語音/聲音識別、物理控制器）并向用戶產生輸出（例如，視覺顯示、聽覺顯示、觸覺顯示）[2]。虛擬仿真技術在教學中的應用主要體現在虛擬現實、增強現實和混合現實三個方面。

診斷學是一門理論醫學與臨床醫學相結合的橋梁課程，是運用醫學基本理論和基本知識對疾病進行診斷并培養臨床思維的一門學科。該門課程的實踐性較強，實踐貫穿于教學的全過程，實驗教學條件直接影響了教學效果。但由于條件受限，大部分診斷學課程教學無法提供真實的臨床實踐環境，在診斷學教學中探討虛擬仿真技術的引入對提高學生臨床實踐技能、減少醫患矛盾、節約教學資源具有積極意義。

二、研究現狀

本文以“虛擬”、“診斷學”及其同義詞為檢索主題，以中國知網、萬方數據庫為主要文獻數據來源，共得到102條有效文獻數據，形成了的文獻資料。通過對發文年份、關鍵詞共現等進行分析，以進一步了解虛擬仿真技術在診斷學教學研究中的脈絡分布。

2.1年度發文量

通過對知網和萬方數據庫文獻資料的檢索獲得102篇相關文獻，時間跨度從1999-2020年，虛擬技術與診斷學相關的文獻發文量出現了2個較為明顯的發展階段，2007-2010年主要關注于探索技術的發展，2018-2020年主要關注于技術促進教學的相關應用情況。

2.2關鍵詞共現

研究關鍵詞作為研究主題的精煉概括，能體現研究熱點及知識的內在聯系。本文對1999-2020年出現的關鍵詞進行了詞頻統計，可知“診斷學”、“實踐教學”、“虛擬仿真”、“虛擬實驗室”這四個詞為高頻詞匯，為研究重點。

通過對文獻資料的梳理與分析，本研究進一步聚焦于虛擬仿真實驗與診斷學教學。由此，本研究將從兩個方面展開：一是虛擬仿真實驗在診斷學教學中的架構;二是虛擬仿真實驗在診斷學教學中的應用。

三、虛擬仿真實驗在診斷學教學中的架構

3.1虛擬仿真實驗系統

虛擬仿真實驗充分利用虛擬現實與仿真技術為核心技術，將虛擬現實技術與專業教學相結合，在計算機上創建相應的軟硬件操作環境，以輔助、部分取代甚至取代傳統實驗的各個方面。實驗者可以在虛擬環境中完成每一個實驗，所獲得的實驗效果相當于或者優于在真實環境中所獲得的效果。

3.2虛擬仿真實驗的經典模型

實驗是認識世界和改造世界的重要手段。臨床實驗由于受到各種限制性因素，無法滿足實踐教學需要。目前虛擬仿真實驗在診斷學教學中的發展迅速，但是虛擬仿真實驗也面臨著許多挑戰，包括身臨其境感缺失、互動真實性不強。從學習者對虛擬實驗的感知角度來看，基于認知可信度模型有三個維度：環境逼真度、用戶體驗度和操作控制可信度[3]。

環境逼真度是指實驗環境與真實環境的相似程度。它包括實驗主體、實驗形式、實驗實體的屬性、實驗過程中客體之間、客體與環境之間的逼真度。理想的仿真環境應使用戶難以區分虛擬與現實。這有助于提高虛擬實驗環境的可信度。從環境逼真度的角度看，虛擬實驗包括形式、屬性和過程三個層次。

用戶體驗度指用戶對實驗對象和環境的體驗。主要測量用戶“觸摸”和“使用”虛擬仿真實驗時的感受。這些感受包括視覺、聽覺、味覺和觸覺的感知，實驗過程交互的便捷性和真實性，以及不同實驗對象或不同操作行為的適應性反饋。從用戶體驗的角度來看，虛擬和仿真實驗包括感知、交互和適應三個層面。

操作控制度是指用戶對實驗對象操作控制時的置信度，包括控制對象在操作過程中反饋的準確性和動作的準確性，從前景來看，包括三個層次：流程、數據和動作。

3.3虛擬仿真實驗在診斷學中的架構

診斷學課程教學內容包括癥狀診斷、檢體診斷、實驗診斷、器械檢查、病歷和診斷方法。診斷學中的虛擬仿真實驗以虛擬患者為基礎，構建不同疾病的患者模型，如社區獲得性肺炎、支氣管哮喘、肺癌等。虛擬仿真實驗包含4個單元，分別是癥狀診斷、檢體診斷、實驗診斷、器械檢查。

使用者通過人機交互界面與虛擬患者進行對話，完成癥狀診斷;使用者可模擬視診、觸診、叩診及聽診等檢查，根據問診及查體開具相應的實驗診斷和器械診斷，從而得出初步診斷結果。診斷學虛擬仿真實驗可以讓使用者沉浸式地模擬體驗臨床診斷過程，重復練習體格檢查方法和掌握不同的體征，將基礎醫學和臨床醫學有效聯系起來。

診斷學虛擬仿真實驗系統主要可以包含人機交互界面、虛擬患者兩個部分，如圖1。

四、虛擬仿真實驗在診斷學教學中的應用

診斷學這門課程的內容包括搜集臨床資料的步驟和方法，對癥狀、體征和各種檢查結果的評價、分析和推理等。虛擬仿真實驗對學習者的認知負荷、技能發展和動機有正向影響[4]。診斷學虛擬仿真實驗通過運用虛擬現實、仿真技術、數據庫等技術，構建虛擬診斷環境，用于醫學院校學生及臨床醫生的問診、體征識別、診斷思維等訓練。

虛擬仿真實驗的開展主要包括五個主要步驟：導師準備、學習者準備、實驗實施、報告撰寫和結果評價。導師準備，包括確定學習目標和實驗安排;學習者的準備，包括實驗準備和設計實驗治療方案;實驗實施，包括告訴學習者實驗的目的、步驟和學習指南;撰寫實驗報告，包括實驗報告提綱和實驗報告提示;評價結果，包括形成性評價、總結性評價和反饋。

我們以具體實驗實施為重點來介紹。第一步進行病例選擇，從平臺的虛擬患者庫中選擇預設的教學及考核病例;第二部進行病史采集，學習者用語音或文字在問診框中輸入問診內容虛擬患者用語音或文字回答;第三步進行體格檢查，病患通過虛擬方式展現，學習者360°全方位進行查看;第四步進行實驗室檢查，包括血常規、尿常規、生化、免疫等檢查;第五步進行輔助檢查，學習者可以標記診斷依據點，模擬真實檢查報告單;第六步進行診斷結論，結合初步診斷結論及過程中懷疑病癥做出診斷;第七步確定治療方案，給出治療方案及處置方案，判斷是門診治療、住院治療還是轉診。

虛擬仿真實驗通過構建仿真的臨床技能培訓，以其交互性、智能性培養醫學生和青年醫師，提高學習者的積極性和自主性，也能培養學習者的臨床思維能力和動手能力，有效彌補了在基礎階段開展相關臨床教學難度較大的不足。

虛擬仿真實驗在診斷學教學中的應用診斷學這門課程的內容包括搜集臨床資料的步驟和方法，對癥狀、體征和各種檢查結果的評價、分析和推理等。虛擬仿真實驗對學習者的認知負荷、技能發展和動機有正向影響[4]。診斷學虛擬仿真實驗通過運用虛擬現實、仿真技術、數據庫等技術，構建虛擬診斷環境，用于醫學院校學生及臨床醫生的問診、體征識別、診斷思維等訓練。

虛擬仿真實驗的開展主要包括五個主要步驟：導師準備、學習者準備、實驗實施、報告撰寫和結果評價。導師準備，包括確定學習目標和實驗安排;學習者的準備，包括實驗準備和設計實驗治療方案;實驗實施，包括告訴學習者實驗的目的、步驟和學習指南;撰寫實驗報告，包括實驗報告提綱和實驗報告提示;評價結果，包括形成性評價、總結性評價和反饋。

我們以具體實驗實施為重點來介紹。第一步進行病例選擇，從平臺的虛擬患者庫中選擇預設的教學及考核病例;第二部進行病史采集，學習者用語音或文字在問診框中輸入問診內容虛擬患者用語音或文字回答;第三步進行體格檢查，病患通過虛擬方式展現，學習者360°全方位進行查看;第四步進行實驗室檢查，包括血常規、尿常規、生化、免疫等檢查;第五步進行輔助檢查，學習者可以標記診斷依據點，模擬真實檢查報告單;第六步進行診斷結論，結合初步診斷結論及過程中懷疑病癥做出診斷;第七步確定治療方案，給出治療方案及處置方案，判斷是門診治療、住院治療還是轉診。

虛擬仿真實驗通過構建仿真的臨床技能培訓，以其交互性、智能性培養醫學生和青年醫師，提高學習者的積極性和自主性，也能培養學習者的臨床思維能力和動手能力，有效彌補了在基礎階段開展相關臨床教學難度較大的不足。

參考文獻

[1] Z. Hui， “Head-mounted display-based intuitive virtual reality training system for the mining industry，” INTERNA-TIONAL JOURNAL OF MINING SCIENCE AND TECHNOLOGY， vol. 27， pp. 717–722， JUL 2017.

[2] B. J. Park， S. J. Hunt， C. Martin， III， G. J. Nadolski， B. J. Wood， and T. P. Gade， “Augmented and Mixed Reality： Tech-nologies for Enhancing the Future of IR，” JOURNAL OF VASCULAR AND INTERVENTIONAL RADIOLOGY， vol. 31， pp. 1074–1082， JUL 2020.

[3] H. Ronghuai， Z. Lanqin， and C. Wei， “The learners cognition and credibility of virtual experiments，” Open Educa-tion Research， vol. 18（06）， pp. 9–15， 2012.

[4]E. Paxinou， C. T. Panagiotakopoulos， A. Karatrantou， D. Kalles， and A. Sgourou， “Implementation and Evaluation of a Three-Dimensional Virtual Reality Biology Lab versus Conventional Didactic Practices in Lab Experimenting with the Photonic Microscope，” BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY EDUCATION.

[5] K. Matsunaga， M. M. Barnes， and E. Saito， “Exploring， negotiating and responding： international students experiences of group work at Australian universities，” HIGHER EDUCATION.