虛擬現實技術在靜脈輸液教學中應用的研究進展

羅 靜，譚雪梅，顏 敏，官 計

川北醫學院,四川 637000

虛擬現實（virtual reality，VR）技術是指利用計算機技術構成一個虛擬、逼真的世界，用戶可以通過計算機終端進入虛擬世界，將自己真實的動作、行為等表達為虛擬世界中對物體的控制[1]。目前，該技術已廣泛應用于各領域，其中包括護理教學。靜脈輸液是護士必須掌握的基礎性專業技術，為避免不熟練的操作給病人帶來不必要的損傷，需實習學生提前在實驗室反復練習后方可在人體上實施，但有限的實驗儀器、設備、實驗室空間等限制了學生的學習需求。由于VR技術具有真實性和可重復性的特點，學生可在虛擬的環境中對穿刺技術進行反復練習，以提高穿刺血管的成功率。但由于VR 技術在護理教學中應用時間較短，其應用技巧及近、遠期效果尚不明確。為進一步改進和優化VR 技術與靜脈輸液結合的教學設計，現從VR 技術在靜脈輸液理論、實踐教學中的應用現狀及教學效果評價進行綜述，并分析運用VR 技術進行護理教學的優、缺點，為研究或實施VR 技術教學的相關研究提供參考。

1 VR 技術的概況

1956 年，美國研制出Sensorama 摩托車仿真器，自此VR 技術開啟新的篇章；20 世紀80 年代初正式提出VR 一詞，20 世紀90 年代后期，VR 技術從研究階段轉向應用階段，并逐漸應用于軍事、醫學、設計、藝術、房地產等領域，VR 技術進入全面發展時代[2]。VR 系統基本組成包括用戶、傳感器、效果產生器及實景仿真器，關鍵技術在于虛實交互技術及基本模型構建技術、空間跟蹤技術、聲音跟蹤技術、視覺跟蹤技術、視覺跟蹤與視點感應結合技術等高性能計算機處理技術[3]。VR 技術在實際應用中具有沉浸性、交互性和想象性等特點[4-5]，已在軍事、航空、醫學等領域應用。體驗者可通過電腦、數據手套、VR 頭盔、一體機等，觀看計算機技術產生的模擬場景，在三維立體空間中將視覺、聽覺、觸覺沉浸其中，并與VR 系統進行互動，根據系統的反應和反饋以達到身臨其境的感受。VR 在我國醫學領域應用較晚，但已逐漸應用于各醫學領域，如病理學[6]、藥理學[7]、細胞遺傳學[8]、影像學[9]、診斷學[10]、外科學[11-12]和護理學[13]等。目前，常用的VR 技術共有四大類型：沉浸式VR 系統、桌面式VR 系統、增強式VR 系統及分布式VR 系統[2]，可供使用者據實際情況自主選擇。

2 VR 技術在靜脈輸液教學中的應用

2.1 VR 技術在靜脈輸液理論教學中的應用 護理專業學生對靜脈輸液所涉及的血管解剖感到較難理解。曹加明等[14]在其構建的頸部深靜脈穿刺模型中發現虛擬仿真的三維立體性有助于學生透徹理解血管解剖，對靜脈穿刺有更為直觀的參考意見。長春中醫藥大學引進的可視人體計劃（VHP）三維解剖模型，清晰顯示血管解剖細微結構，提高了學生對血管解剖理論知識的理解和掌握[15]。Johannesson 等[16]發現學生利用VR 技術可增強對外周靜脈穿刺的有關的解剖結構的理解。王萍等[17]將VR 技術應用于靜脈輸液的教學中，認為其可促進學生對靜脈的選擇、輸液反應、輸液故障等理論知識的學習，證明了VR 技術是對傳統教育模式的有益補充。李紅梅等[18]在基礎護理學包括靜脈輸液教學中應用虛擬仿真技術，認為其能加深學生對專業知識的理解，促進對理論知識的學習。Tsai等[19]將研發的靜脈注射仿真系統應用于教學，結果顯示使用該系統的新入職護士在理論知識方面明顯優于傳統模式教學的護士。但也有研究者的結果不一致，有研究者將虛擬仿真技術應用于靜脈輸液教學中發現并沒有提高學生的理論成績，其結果產生的原因尚不明確[20]。彭娜等[21]的研究結果同樣顯示VR 技術沒有提高學生的理論成績。結果不一致的原因可能是樣本量、實驗時間、VR 系統等不統一因素的影響。由此可見，VR 技術對于能否提升學生的理論知識還有待進一步探索。

2.2 VR 技術在靜脈輸液實踐教學中的應用 國外在護理教學中較早使用VR 技術，1996 年美國紐約州立大學將開發的VR 模擬器應用于靜脈教學中，發現虛擬仿真技術的教學效果顯著高于傳統教學方法[22]。目前，在英美學校應用較為廣泛的是CathSim 靜脈穿刺訓練系統，由電腦和模擬手臂組成，整個虛擬系統具有逼真的三維視覺效果、沉浸性、交互性，模擬手臂模型內有模擬穿刺進針點和先進的壓力反饋裝置，可準確模擬接觸和穿刺的感覺，學生可自主選擇不同情景及不同手臂模型進行練習，并可通過電腦顯示屏觀察局部解剖和進針角度，系統一旦感受到模擬穿刺針的進入，穿刺點的壓力反饋裝置可根據進針角度不同模擬相應的反饋壓力及淤血、紅腫等，使操作者體驗真實的穿刺感，操作者還可通過顯示屏查看穿刺針是否進入血管，判斷穿刺是否成功，該系統還可以模擬病人的感受并做出反應，學生和老師可實時對操作過程進行評價，達到提高操作技能的效果[23]。Vidal 等[24]將VR技術應用于靜脈穿刺培訓中，對照組使用傳統手臂，實驗組使用傳統手臂與CathSim 系統結合進行練習，兩組培訓后在真實病人身上進行穿刺，評價指標包括疼痛程度、血腫形成程度及重新穿刺次數，結果表明實驗組培訓效果優于對照組，提示可將VR 技術和傳統教學方法相結合，以此來提高穿刺成功率，這與相關的研究結果[25]一致。多項研究[26-29]表明，靜脈輸液的教學中使用VR 技術可提高學生的穿刺成功率、減少穿刺時間及并發癥。也有部分學者持不同意見，國外的兩項研究結果均表明認為模擬手臂訓練學生的穿刺成功率更高[30-31]。在應用Cathsim 系統的研究中，發現對照組應用傳統塑料手臂的穿刺成功率高于使用CathSim 系統的實驗組，產生該結果的原因可能是對照組的穿刺者經驗較豐富，但研究者認為對于初學者而言，在訓練中使用該系統是有益的[32]。

國內較晚將VR 技術應用于護理教學中，2009 年孫亞麗等[33]將虛擬靜脈注射系統應用于護理教學實踐中，實驗組使用的虛擬仿真系統由于其可觸摸到靜脈彈性，進針感覺與真人相似，在培訓后學生之間互相進行真實靜脈輸液操作中，與傳統教學模式相比提高了靜脈穿刺成功率。新鄉醫學院所研發的虛擬靜脈注射培訓系統具有VR 技術的沉浸性、交互性和想象性等特點，通過用戶界面和實驗硬件系統的交互，可準確模擬接觸和穿刺感，同時可模擬流血、瘀傷、腫脹等反應[34]。實驗組采用的虛擬實驗教學提高了穿刺成功率，降低了學生的心理緊張度，減少了穿刺準備時間。單志軍等[35]所構建的虛擬靜脈注射系統其虛擬仿真部分主要是引進Leardel 公司的靜脈注射軟件，系統可提供100 余種不同的病例及40 種獨特的手臂，能實時對學生的進度進行評估。這種新穎的教學方式可提高靜脈注射技能，有利于培養學生的實際動手能力，該研究僅采用問卷調查方法判斷學生的穿刺技能，客觀性欠佳。上海中醫藥大學引進了靜脈虛擬注射系統，該系統由電腦連接外部的實體模擬穿刺針及實體手部模型組成，學生可自主選擇該系統內約100 種的臨床真實病例及7 種不同類型的靜脈樣式，豐富了學生的臨床視野及知識面，學生通過操作后的自我評價與反思，提高了穿刺的成功率，但其研究的樣本量較少，且未與傳統實踐教學進行效果對比，因此并不能完全說明其有效性[36]。彭娜等[21]在規范化護士靜脈留置針的穿刺訓練中應用VR 技術進行研究，結果發現護士使用靜脈穿刺仿真系統練習可不受時間、空間的限制，通過自制的技能水平測試量表得出試驗組靜脈穿刺技能水平高于對照組。

2.3 VR 技術在靜脈輸液教學中應用的效果 VR 技術能有效調動學生的視覺、聽覺及觸覺，讓學生能身臨其境。李紅梅等[18]將VR 技術應用于基礎護理學教學中，發現VR 技術能夠激發學生的學習興趣和主動性，有助于提高學生分析和解決問題的能力，同時教師認為對教學效果和效率有顯著提高。吳曉波等[36]將VR技術與靜脈輸液教學相結合，研究發現不僅能夠為學生提供一個完善的自我學習系統，且能提高學生的學習興趣及自主性。彭娜等[21]研究結果表明，虛擬仿真在教學中的應用能降低恐懼感，提高學生對培訓方法的滿意度。有研究在虛擬模擬器與塑料手臂模型在靜脈穿刺教學效果比較中發現，虛擬模擬器組的心理運動技能和滿意度得分較高[20]。Devenny 等[37]研究結果發現VR 技術的應用提高了學生的自信心、自我效能感及人際交往能力。Tsai 等[19]研究發現，使用VR 練習模式的初學者能有效降低操作時錯誤發生率。但也有研究者認為使用傳統模擬手臂教學滿意度更高[38]，其結果產生的原因可能是實驗組不熟悉虛擬仿真系統的使用。

3 VR技術應用在靜脈輸液教學中的優勢與不足

3.1 VR 技術應用在靜脈輸液教學中的優勢 VR技術具有可重復性，學生可利用VR 技術反復練習，避免在模型和真人身上練習造成的醫療資源浪費。VR技術在靜脈輸液教學中的應用提高了學生的穿刺技能，減少反復穿刺對血管的損害，能在一定程度上減少醫患矛盾。VR 技術可模擬多種情景模式，而情景模擬教學能提高學生的應變能力、臨床思維能力、溝通技能及綜合護理能力[39]，學生在使用VR 技術進行訓練時，可有效應對情景中的各種問題。VR 技術利用其獨特的特點，對人的視覺、觸覺、聽覺、嗅覺等進行聯動式的刺激與觸動，讓學生沉浸其中，從而提高學生的學習興趣、自主學習能力、理論知識及操作技能。

3.2 VR 技術應用在靜脈輸液教學中的不足 VR技術應用于靜脈輸液的教學需要大量的設備才能解決護理學生的需求，而資金的限制造成了VR 技術不能廣泛使用。在虛擬環境中學生主要面對各種機器，與老師、同學之間缺乏情感交流，造成人際關系處理技能的減退。且學習者處在虛擬的環境中，學生面對的是模型人，容易忽略人文關懷[18]，同時可能會覺得自己無需對錯誤操作造成的后果負責，導致學生責任感缺失[40]，繼而在臨床靜脈輸液中造成傷害。VR 技術應用于我國的醫學護理領域教學時間不長，各項技術有待提升，且設計VR 系統的技術人員并非本專業人員，所以虛擬設備可能不能達到專業要求。

4 小結

VR 技術在靜脈輸液的教學中充分展示了它獨特的優點，有利于學生在靜脈輸液教學中理論與技能的學習，且作為一種新穎的教學方式能有效提高學生的學習興趣。但VR 技術在靜脈輸液教學研究中的樣本量不大，并不能完全說明其有效性。雖然VR 技術具有高仿真性，但與真實的臨床操作存在差距。VR 技術在我國護理教育領域應用較晚，還存在著一些不足，研究者可在以往研究的基礎上，結合科學技術的發展，配以不斷更新的教育方法，使其成為一種新型的教育模式，促進護理事業的發展。