虛擬技術在臨床教學中的研究與探索

張雪 劉宏偉 李雅江 于俊娟 羅艷卓 付冰冰

(佳木斯大學附屬第一醫院 黑龍江佳木斯 154000)

臨床醫學本身就是一門具有實踐價值和積極推動力的應用型科學，不僅需要醫學生具備較高的專業素養，同時還要具備較高的動手能力和實踐能力。然而從現有的情況看，隨著我國高等醫學院校的擴招，教學資源緊缺使得部分臨床實踐課程無法有效展開，教學醫院之所以能夠給予醫學生更多臨床實踐操作的時間和機會，是由于虛擬技術在臨床實際操作的教學中扮演著關鍵性角色，通過虛擬實踐課的教學方法，不僅可以增加學生自信，還能使學生從實踐中獲取專業知識，同時在學習過程中也提高了實踐能力，學會了正確運用相關理論知識，并將這些知識充分與實踐相結合起來[1]。

1 虛擬現實技術的概念

虛擬增強現實網絡技術與計算機相集成可以使人們通過眼部視覺、觸官等感覺器官來對虛擬事物進行感知。它集成了計算機的智能化信息技術、傳感器圖像處理信息技術、語言語音信號圖像處理與數字聲樂以及音頻處理技術、網絡通信技術等許多不同門類的信息科學，是我國現代化社會科學信息技術革命的又一個重要歷史里程碑[2]。虛擬視頻技術能夠讓學生存在情緒上的感知、沉浸感，并實現與虛擬世界的互動，學生可以“親臨其境”，完成相關的教學培訓，因此彌補了實驗教學信息資源大量匱乏的不足，并由此進一步激發廣大本科學生的積極性[3]。

虛擬標準化患者（Virtual Standardized Patients，VSP）是一種泛指醫院利用先進的計算機和多媒體技術自主搭建和仿真的人體模型，通過自己的軟件和編寫可控制程序，對模擬人體進行各種智能化的操作和控制，模擬來完成臨床自檢和診斷的過程。VSP 基于多媒體病例進行流程設計，結合多種多媒體的元素，如圖像、聲音、文本等，提供一個交叉互動的病例。利用VSP來代替臨床標準化管理病人以及患者管理來直接深入實現相關臨床醫療技術的綜合訓練，解決了大部分臨床醫院的畢業學生在其所在領域臨床技術接觸中遇到的臨床疾病涉及病例數量較少、經驗不足等困難，從而有效、充分培養了這些醫院的畢業生獨立進行思考和分析解決相關臨床技術綜合實際管理問題的綜合能力。

2 虛擬技術在教育領域的重要性

國內不少醫學院校在臨床教學中投入了大量的物力、財力，通過制定標準化患者的臨床教學模型來提高學生的思考能力和操作能力[4]，現階段，臨床技能培訓教學方式表現出一定的先進性，尤其是新科技的引入彌補了我國傳統的臨床教學資源不足，使得學生各方面的能力都有所提升，但是我國臨床技能的培訓中仍存在一系列的局限。具體而言，傳統的實踐課程教學模式缺少交互性，這種情況下，學生的精力不集中，而且操作內容仍僅僅停留在對子技能的訓練上，缺少將操作知識技能和臨床運行應用相結合的整體性運用；缺乏情感上的培養，在進行教學的過程中，只把這個模型拿來當作一個模型，學生無法對其產生人文關懷，因此可能會忽略了一些細節部分，學生沒有更多的想象空間，因此對突發情況的應變能力無法得到提高[5-6]。故而，現代醫療專業教育建議要重視以上的局限，在此基礎上，幫助學生養成自主學習習慣，以更好地培養一支素質高、能力強的先進醫療專業人才。

對標準化病人的問診、全身體格檢查不僅是臨床醫生必備的基本技能，也是臨床工作的基礎。醫學生在臨床技能綜合訓練培訓過程中，是無法做到每個學生都能對病人進行全面系統的體格檢查，更不可能接觸到所有多樣化、典型的病例；并且因為涉及病人的隱私或違背病人的意愿等原因保存下來的病例也非常少，在臨床中積累的經驗也無法逐一傳授給大量的醫學生。而這種虛擬標準化的訓練系統正好解決了這兩個方面的矛盾，啟用了虛擬標準化的病人培訓系統，對于醫學生的基本知識、臨床運用均能有效提高。對于臨床醫生來說，其要不斷地進行實踐，才能逐步掌握各種操作技巧。還需指出的是，虛擬培訓沒有直接影響到患者健康，可減少后續的一系列麻煩；另外這種模式具有較高的可操作性，增加了低年資院士的實際操作機會，對于學校來說無疑是非常理想的教學工具。這也是適合醫學教育工作者的一種教學方法，虛擬技術已經成為臨床醫學教育領域的不可缺少的重要補充。

3 虛擬技術在醫學教育領域的應用

VR從誕生至現在已經經歷了較長時間，然而在醫學教育方面是近些年才獲得應用的。它在學生專業素養的培養中發揮了重要作用，在提高教育質量方面展現出了優勢。國外已有學者對此做了專門研究，比如Samadbeik 等人的研究表明，VR 能夠增強教學活動的趣味性和多樣性，提高了臨床實踐過程中的精確性，使得學生可以更好地獲得專業知識和技能。

3.1 在醫學解剖中的應用

VR技術的360度模型體驗效果，其能夠幫助學生更準確地把握解剖學，學生的精力更為集中，也拓寬了知識面。在課堂上，學生可以從多個角度對解剖模型進行觀察，如同親臨其境一樣動手操作，學生的實踐能力和動手能力得到了顯著增強。還有學者做了專門研究，比如Andolfi C 等建立了一個3D 數字模型，然后采用特定的方法將其載入VR模擬器中，這種裝置的最大特點在于，能充分展示觀測物的細微之處，更為重要的是，在具體應用過程中，外科醫生可以通過觸覺指針隨處移動，此種情況下，醫生可制定更為科學的治療策略，同時也提高了對住院醫師的帶教。

3.2 在情景模擬中的應用

VR技術的功能不止于上文論述的范疇，其還可以模擬出逼真的虛擬環境（VE），參與者仿佛親臨其境一樣，能夠與其產生互動。VR技術能夠為學習者創建和實現各種醫療場景，讓學生有更好的沉浸式體驗，受訓者可以通過佩戴醫療儀器與場景融合，并能夠通過感知器官對虛擬場景進行感知，可以極大地鍛煉學生的應變能力，同時能夠讓學生注意到一些細節，有利于學生與患者情感的培養。從現有的情況看，使用VR技術為患者搭建骨科三維可視化平臺，結合病人的實際情況生成一個“個體化3D 數字復制品”，此種情況下，病人可以對自己的疾病情況有更全面的了解，而且這個虛擬平臺的醫師可以為病人講解病情，這有助于良好醫患關系的建立，也可幫助醫師制定更為科學的決策。此外，VR 技術在其他的領域中也得到了大范圍應用，比如遠程教育、遠程醫療等領域中均能見到它的身影。

圖1 虛擬病人和病例

4 虛擬技術及虛擬標準化病人訓練系統在臨床綜合技能訓練課教學中的應用探索

卓越醫師班是為適應國家醫學人才培養要求設置的五年制臨床醫學培養模式試點，目的是培養拔高的醫學創新人才，因此改革教學方式、提高學生自主學習、終身學習和創新思維能力對卓越醫師班學生的培養尤為重要。通過虛擬技術及虛擬標準化病人訓練系統，以聲音配合文字，并以動畫形式進行循環演示，學生對虛擬病人和病例進行選擇，具體診療過程分為8個階段。

（1）選取典型的病例階段：結合實際需要和課堂進度，帶教老師會選取一些典型的標準化疾病病例并提出思考，學生課前預習。

（2）病史采集階段：即對虛擬病人的基本信息做了解，這個階段主要鍛煉學生的問診技巧，以提高學生的溝通能力，并對醫學生問診情況進行校對評價。

（3）體格檢查第一階段：全體學生根據患者問診的具體情況可以掌握到現在虛擬化中患者的身體基本資料，利用各種虛擬自動化的身體診療管理工具對已經虛擬化的患者身體進行各個身體重點部位的日常體格檢查和其他各種輔助性體格檢查，獲得重要的生理體征，系統會根據相應檢查給出檢查數據和結果，并對醫學生獲取體征的情況進行校對評價，然后將評價結果進行記錄和保存。

（4）病例書寫階段：在這一階段內，學生會基于前期的操作進行病例書寫后提交相應檢查結果，系統將對結果給出校對評價。

（5）病例分析階段：學生根據病史及體征分析出可能疾病。并進一步判斷選擇實驗室檢查，獲取相關結果。以上操作完成后，接著學生結合系統給出的各項檢查結果自己進行思考和判斷，得出結論，并給出治療方案，可以自己分析，也可以提交給指導教師，同時還可以與同學進行聯合會診，協同合作。提交結論給系統后，系統會顯示出正確的結果。并且在給出治療方案不佳時可以重復操作。

（6）信息反饋階段：虛擬標準化病人系統最后會將學生的數據與預設結果進行對比，之后會將對比結果顯示在相應的頁面中，此時用戶就可以快速瀏覽到虛擬標準化病人病情轉化結果。在具體操作過程中，系統會自動彈出是否有必要查閱數據庫的對話框，學生可結合實際情況對其進行操作；另外，學生們可通過網絡進行學習，并在此過程中不斷發現和解決問題，以不斷提升解決問題的能力。

（7）討論階段：帶教教師組織討論。在以上的環節中，獲得了大量的臨床醫學癥狀、體格醫學試驗等資料，此時，學生可以就其中存在的問題進行討論，比如判決后的依據、識別疾病診斷等。在此過程中，還應將討論的內容和結果記錄下來。

(8)總結階段：帶教教師總結病例。在這一環節中，就討論中的重點問題進行總結，比如：問診、體格檢查、病例書寫等做簡要歸納然后進行相應的評論。在此基礎上，全面結合自己的書本理論知識和實際工作經驗，對現場的實際應用情況進行了深入分析，并解決了問題，深化了所要研究的內容。

圖2 “惡心、四肢乏力3天”病例

通過虛擬仿真系統，學生在整個學習過程中猶如身臨床其境，在針對虛擬病人系統應用的網絡問卷調查中，隨機抽取50 份臨床卓越班學生調查問卷，調查結果顯示，93%的學生對運用此虛擬仿真系統在臨床綜合技能訓練課程中效果非常好；81%的學生進行了病例的反復學習操作，并且通過多次操作練習后，更好地掌握了所學的重點內容；75%的學生認為運用虛擬仿真系統學習臨床綜合技能課程，形式新穎多樣，系統全面，更容易掌握各種知識點；85%的學生認為通過虛擬仿真系統知識脈絡非常清晰，能更快地熟悉和提高臨床診治技能；8%的學生認為通過虛擬仿真技能能實現與患者間的互相模擬，課常生動有趣，明顯提高臨床技能的學習效果。

在臨床醫學卓越班進行改革過程中發現，利用VSP 訓練系統的臨床綜合技能訓練課程，在實際培訓過程中可以解決一系列的問題，可糾錯、可重復操作性強。醫學生可以在虛擬仿真的環境中獨自診斷，也可以和同學團隊合作，進行聯合會診，提高了醫學生的自主學習、獨立分析、團結協作的能力。同時填補了醫學生無法接觸到的臨床病例數和經驗知識的儲備。

5 虛擬現實技術應用在臨床教學中存在的不足

2013 年教育部啟動了虛擬技術試驗研究項目建設，然而從目前的情況看，很多地區并沒有很好地進行此類建設，除此之外，不少疾病尚未納入虛擬病例系統，且一些地區在該方面投入的經費較少，使得項目建設滯后。虛擬病例系統的操作通過計算機實現，其不是直接面向患者，因此采用這種方法不能有效鍛煉學生的實際動手能力。整體上看，VR技術還處于起步階段，因此相應醫學產品的系統研發還不成熟，其靈活性相對來說較差，在使用過程中限定了教學內容與表達方式，這種情況下表，學生的自主能動性得不到有效發揮，不利于學生創造能力的培養。

6 結語

虛擬技術及虛擬標準化病人訓練系統作為一種新的教學方法具有其先進性和創新性，也是醫學教育領域中的有益嘗試，為醫學在校早期接觸臨床提供了條件，它使得教學模式更加多樣化和復雜化，激發了學生的學習熱情和潛力，可以為醫學生在技能訓練過程中避免憑空想象，枯燥乏味的理論學習，提供有趣、逼真的模擬問診的實習環境，使學生能夠真正與虛擬病人互動交流。能很好地培養學生的實際操作技能和溝通處理問題的能力，非常適合在臨床綜合技能訓練中應用，提高臨床綜合技能訓練的教學質量。雖然仍存在一些不足之處，技術上還有很多問題需要解決，但隨著虛擬技術的發展和日益成熟，以上不足會得到彌補，而隨著該技術更新速度的不斷加快，相信其在醫學教育上能夠得到更全面的應用。