婦科腹腔鏡手術技能培訓引入VR技術的評估與思考

高婷婷，師增增，楊 瀟，趙宏喜

(空軍軍醫大學第二附屬醫院婦產科，陜西 西安 710038)

腹腔鏡手術是現代外科微創手術治療重要方式之一；由于它腹壁切口小、術中出血少，成為病人選擇婦科手術方式的重要衡量指標。腹腔鏡相對比開腹手術，有其操作特殊性，比如腹壁支點的選擇，手術野中對深度的感知、手-眼的協調、手術器械操控的安全性和有效性等[1]；這些技能如果只在手術室訓練是有限且費時的,而且對病人有一定的安全隱患。腔鏡操作培訓是提高腹腔鏡手術技能非常有效和安全的方法[2]；但是臨床上缺乏統一的標準，大多數通過自制或者商用的腹腔鏡模擬箱，在箱體打孔，箱內放入縫線、縫針、硅膠等器材于其中，利用腔鏡手術器械和鏡頭進行持針、縫合、打結及剪線等基本操作，當然對于具備一定腔鏡基礎的高等級醫師就需要在實驗動物身上操作。這些模擬培訓對于臨床腔鏡醫師培訓仍存在不少問題，如缺乏訓練熟練程度的評價、缺乏良好的參照實例、缺乏認知的評價以及缺乏相對專業的場地和團隊等。因此，需要探索新的便捷、模擬性更強的培訓工具和模式。虛擬現實(Virtual Reality，VR)技術應用于臨床教學的可操作性和實踐性強，為腔鏡技能的掌握提供了不可替代的新方法。

1 虛擬現實(VR)技術的應用

腔鏡技術培訓是個復雜的過程，傳統的“一對一”“手把手”的教學模式已經過時了，“教師-學生”之間這種外科手術帶教模式受到諸多因素的影響，比如：病人術中情況復雜、要求盡量縮短手術時間、對手術精細度要求高、無瘤原則等問題，減少了手術培訓的機會，嚴重制約了臨床手術技能培訓活動的順利開展。目前較推崇的虛擬現實(VR)技術培訓、箱式培訓、錄像視頻培訓，由于它們授課具有多樣性、能更直觀地提高初學者的手術技能、對病人零風險，被廣泛應用于臨床教學中。

虛擬現實(VR)技術:是虛擬和現實技術的結合，是一種計算機創建的模擬現實世界環境的仿真技術；具有沉浸式、交互式及想象力的特點。在醫療領域中，目前主要用于臨床干涉、臨床診斷及醫療技能培訓等。

1.1 VR技術培訓的優勢

VR技術培訓將標準化病人應用于婦科教學實踐中，在VR模擬器上可以訓練操作常規、反應能力，并且可以反復訓練；還能用來評估訓練者腹腔鏡技能掌握的深度和廣度；以及聘請有腹腔鏡操作經驗的專家在VR上進行模擬演示。

VR技術培訓與傳統的灌輸式教學不同，其優勢在于：培訓環境安全，減少了訓練者對真實手術操作中的壓力，允許出錯，使其更積極主動；訓練者可以重復交替練習，并可以收到即刻觸覺反饋[3]，且有有效的監督機制，不需要在培訓教師的監督下完成；能提供客觀的衡量標準；而且沒有倫理影響。2個隨機多中心對照研究顯示，對于初學者來說，VR培訓比傳統的床旁面對面培訓更有效[4]。

另外，學生還可通過VR技術觀看真實手術過程，一方面透過立體視角真實體驗手術操作，不遺漏任何細節，與浸入式教學不謀而合；另一方面在手術觀摩的過程中可以實時與手術醫師進行溝通，增加了模擬教學的互動性。

1.2 VR技術培訓的局限性

VR技術培訓中，訓練者因為缺乏實踐的機會，出現問題后時常會顯得混亂而沒有頭緒；對標準化病人的表現、理解能力、動手能力表現參差不齊；缺乏與真實病人之間的有效溝通；手術操作相對流程化，缺少了個體差異、靈活性的訓練；想要達到真實的手術操作能力，單純VR技術培訓是不夠的，必須得有一定數量真實手術操作的積累。因此，VR技術培訓與真實手術訓練是互補的。

目前，大多數對VR技術培訓曲線的研究結果顯示，VR技術培訓對提高初學者手術水平、操作能力及對器械的掌握上均有明顯效果。但是，對于有腔鏡手術經驗醫生的培訓效果沒有結論。加之，VR技術培訓費用較高，不適合普遍使用。因此，VR技術培訓更適合初學者的早期培訓，用于培訓曲線早期，減輕對病人安全性的負擔。

1.3 VR技術培訓的實施方法

由于訓練者水平參差不齊，針對不同水平的訓練者進行有效的手術技巧培訓，合理選擇標準化病人，是保障教學質量的必要條件。因此，建議在培訓前，對訓練者的綜合水平進行評估，將其分成低、中、高三種級別：無經驗的醫學生；低年資、有初級腹腔鏡手術經驗、但是還沒有進入學習曲線的婦科醫生；有穩定的、熟練腹腔鏡手術經驗的、需要更深層次地提高手術技巧的婦科醫生；針對不同級別的訓練者進行相應的手術操作培訓；同時，對訓練者的操作過程進行全程記錄、并對操作能力的提高情況進行客觀評價或者打分，這樣的培訓效果會更好。

另外，應提高教師的指導水平，及時對評分考核系統和指導系統進行專業水平的有效調整；然后，根據不同級別設置相應的培訓內容和專業評估標準，以便從VR技術培訓中獲得最大收益。

有研究顯示，通過對訓練者分級和考核評估系統的及時調整，可以提高低級訓練者考試成績53.98%，縮短手術時間29.48%；提高中級訓練者考試成績108.92%，縮短手術時間36.52%[1]。

2 VR技術培訓效果評估

目前，對VR技術培訓結果的評估，有些是基于操作水平的評估，有些是基于病人情況的評估；有客觀評估系統進行打分，也有主觀評估系統，比如問卷；以及一些評估工具，比如利克特量表(Likert Scales)。

常用的評估方法有：①計算完成一個具體任務的操作時間。比如：將時間標準化，測量從預處理到手術完畢的時間長度；時間越長，距離基準線越遠，說明完成效果越差；或者測量清晰手術視野的持續時間；②將訓練者在VR模擬器上真實操作過程與控制器上標準操作過程進行對比；③使用客觀評估工具，比如：客觀結構化臨床技能評估(OSATS)，腹腔鏡技能的全面手術評估(GOALS)；④其他的評估和測量方法[5]:(整體/部分)的手術操作錯誤次數、每只手重復移動的次數等。

目前，探尋培訓評估方法的客觀指標是研究熱點，2個大型前瞻性高質量研究，均聚焦于訓練者掌握某項手術技能的學習曲線過程，通過手術操作能力的提高記錄下曲線長度，該2項研究均描繪出了訓練者相似的學習曲線；可見，不論培訓前手術技能的高低、是否有偶然的最佳手術操作以及培訓次數的多少，所有訓練者在獲得某項操作技能的學習曲線是相似的，這為訓練者反應能力的測量提供了客觀依據[6]。也有研究顯示，對使用VR模擬器進行操作反應能力的評估是有爭議的，不建議把VR模擬器作為評估工具。

全世界對VR技能培訓的評估方法都不盡相同，對培訓終點也沒有統一標準，衡量培訓效果的專業評估工具和方法是欠缺的，仍需要大樣本多參數的高質量研究來提供有價值的信息、學習曲線和評估標準。

2.1 VR技術培訓和未培訓人員的手術效果評估比較

一項研究顯示，未經過訓練的醫生的手術時間會延長58%[7]；而且，OSATS評分、對術中寬度的測量、長度深度的感知，雙手的靈活性都相對任何形式的培訓較差[8]。

VR技術培訓對手術用時和考試成績均有提高作用；研究顯示，對于低級別訓練者，VR技術培訓可提高其考試成績53.98%，手術時間縮短29.48%；對于中級別訓練者，VR技術培訓可提高其考試成績108.92%，手術時間縮短36.52%。

2．2 VR技術培訓與其他模擬培訓的手術評估比較

手術中通過腹腔鏡器械感知到的組織抵抗力和觸覺反饋對提高手術技能有重要意義[9]，Hiemstra[10]對比了有觸覺反饋和無觸覺反饋的VR技術培訓，結果顯示，有觸覺反饋的VR技術培訓跟箱體式培訓效果相比較，在手術時間、最短手術路徑及多余手術動作上都是有優勢的，無觸覺感知的VR技術培訓效果不如箱體式，箱體式有相對更真實的觸覺反饋，相對更容易讓訓練者接受[9]。

有研究顯示：VR技術培訓結果優于錄像視頻培訓，且有統計學差異；VR技術培訓分別與箱式培訓、錄像視頻培訓相比較，在手術用時、考試得分上均無統計學差異；也有研究顯示，VR技術培訓后參加箱式培訓考核更容易；反之，經過箱式培訓去參加VR技術培訓考核過關的比例顯著降低，有統計學差異；當然，也有相反的研究結果。

為什么會出現相反的研究結果呢？第一，相比箱式培訓，對VR技術培訓的適應性更難；第二，對于不同培訓方法的評估，哪種考核方法最有效，取決于測量方法和量度、直接法還是間接法[11]；所以，缺乏統一的客觀的評估標準，培訓工具間沒有一致的可比性；因此，會出現統計結果的差異。加之，個人學習方法和接受度各異，在學習結果上都會有較大差異；本質上，針對不同個體，不同培訓模擬器也有不一致性。因此，對于不同的任務需要不同的技能培訓方法[12]和不同的實施手段；比如：取出離體標本需要觸覺模擬器；體內打結、釘子夾閉需要手-眼協調模擬器。

2.3 VR技術培訓是否會提高婦科手術操作能力

培訓時間是影響培訓效果的獨立因素；手術操作的熟練度、手術時間與培訓時間是呈正相關的[13]。Gallagher[14]認為：新手應該先在模擬器上訓練，直到他們達到手術操作的基本水平，然后通過專家評估，方可實施同類病人的手術操作[15]。

手術技能的最終評估，依賴于對真實病人的手術效果評價[11]。有研究對比了VR技術培訓和箱式培訓在真實病人手術中的客觀評分，結果顯示兩者有顯著統計學差異，不論GRS評分、手術用時，VR技術更優[16]。但是，研究結果的判斷取決于選用的評估標準，這樣的研究結果并不具有絕對說服力。

3 討論

3.1 VR技術用于臨床技能培訓

VR技術培訓是在手術室之外進行婦科手術培訓最重要的方式之一，一臺優化的設備的現場指令、速效的監督機制、全面安排、不同手術難度的水平設置、有效的觸覺反饋，這些都可以提高手術操作、手術精準度、減少術中時間，提高手術技能；在美國，已經全面開始要求心內科醫生使用VR技術培訓復雜的、高難度的手術操作，比如：頸動脈支架術，主動脈瓣置換術，并且臨床效果反饋好；同時，也在探討將VR技術應用于其他臨床復雜外科手術操作培訓中[17]。

腹腔鏡手術更加強調崗前技能培訓，所以有必要將VR技術引入到腹腔鏡技能培訓，可先通過虛擬現實的模擬鍛煉基本操作技能，再對操作技能進行連續性評估，提供個人或者小組的學習曲線，最后，經過專家反復、全面的技能評估，方可進行真實病人的手術操作培訓。

3．2 VR技術在中國的發展和應用

在中國，VR技術仍處于起步摸索階段[18]。雖然起步較晚，但很多科研院所都在積極探索，當然也取得了一些鼓舞人心的成果，比如中科院軟件所、中科院自動化所等機構根據臨床需求主要針對醫學圖像三維重建及可視化進行研究，讓模擬世界里看得更加真實；還有一些機構主要研究實時力反饋的交互技術，讓操作更加真實。國防科技大學計算機學院與解放軍總醫院聯合開發了國內首個支持力反饋的鼻腔鏡手術仿真系統，讓VR技術真正地走進臨床、走進醫學教育[19]。鑒于虛擬現實技術的優勢以及發展，在婦產科諸多方面已經開始逐漸發揮作用，尤其是在婦科青年醫師的培訓方面。相信在不遠的將來，我國會有更多地關于虛擬現實技術和腹腔鏡聯合或者機器人手術聯合的教學研究報道。