虛擬現實聯合模擬人教學模式在腰椎穿刺術技能培訓中的應用

孫超，薛夢，2，顏鎮洪，楊倩，常婷

目的 探討虛擬現實（virtual reality，VR）聯合模擬人教學模式在醫學實習生腰椎穿刺術教學中的培訓效果。

方法 選取空軍軍醫大學第二附屬醫院輪轉的醫學本科實習生30名，隨機將其分為VR組、模擬人組、VR聯合模擬人組各10名。首先進行1個學時的理論教學，然后VR組進行2個學時的VR腰椎穿刺術培訓，模擬人組進行2個學時的模擬人腰椎穿刺術培訓，VR聯合模擬人組各進行1個學時的VR和模擬人腰椎穿刺術培訓。培訓后評估腰椎穿刺術理論，并進行實踐操作技能考核。通過問卷調查，收集學生對VR腰椎穿刺術培訓的主觀評價。

結果 培訓后，VR聯合模擬人組的理論成績高于模擬人組[（80.4±5.0）分 vs.（69.5±9.0）分，P=0.005]，實踐技能成績高于模擬人組[（86.4±4.2）分 vs.（79.8±3.5）分，P=0.004]和VR組[（86.4±4.2）分 vs.（81.3±4.6）分，P=0.028]。調查問卷顯示，90%左右的實習生認為VR腰椎穿刺術培訓可以有效提高學習興趣和實踐能力。

結論 VR腰椎穿刺術培訓可有效提高腰椎穿刺的教學效果，VR聯合模擬人的教學效果優于單獨VR或模擬人的教學模式。

腰椎穿刺術是神經內科常見的操作技能，對神經疾病的診斷和治療具有重要的指導價值，也是神經內科實習生應掌握的實踐技能。腰椎穿刺術具有解剖抽象、個體差異大和實踐性強等特點，實習生只有明確腰椎局部解剖和經過大量練習后才能掌握腰椎穿刺術。因此腰椎穿刺術是神經內科對實習醫師實踐教學的重點和難點。

仿真模擬人教學采用橡膠模具從解剖結構上模仿患者，是腰椎穿刺術培訓的經典教學模式。但模擬人教學模式存在一些弊端，如缺乏臨床真實場景模擬、解剖結構不明晰、造價昂貴和易損耗等[1]。虛擬現實（virtual reality，VR）技術是通過計算機構造一個逼真的感覺世界，具有沉浸性、交互性以及構想性等特征[2-3]。研究發現，VR可以有效提高臨床教學中學生的學習興趣、熟練度和自信心[4-6]。在腰椎穿刺術培訓中，研究發現VR或3D技術可以幫助學生掌握腰椎穿刺術理論和技能[7-8]。本研究進一步探索VR聯合模擬人的教學效果，為腰椎穿刺術培訓教學模式提供新的思路。

1 對象和方法

1.1 研究對象 前瞻性選取2023年3月于空軍軍醫大學第二附屬醫院輪轉的醫學本科實習生30名。采用隨機數字表法分為模擬人教學組、VR教學組和VR聯合模擬人組各10名。所有學生在前期物理診斷的教學中已初步學習了腰椎穿刺的理論知識，但均未實際操作過。

1.2 教學方法 培訓前，所有實習生先進行腰椎穿刺的理論成績測試，然后進行腰椎穿刺理論授課，授課時長為1個學時（40 min）。按照預定分組進行實踐培訓。

1.2.1 模擬人組培訓過程 模擬人組接受2個學時傳統橡膠仿真模擬人的實踐訓練。橡膠仿真模擬人為彎腰抱膝位，背平面與床面垂直，配置腰椎穿刺包。實踐老師在學生操作過程中進行指導和糾錯。

1.2.2 VR組培訓過程 VR組接受2個學時的VR培訓。腰椎穿刺術虛擬仿真實訓軟件（VR版，V1.0）由空軍軍醫大學第二附屬醫院神經內科與上海域圓信息科技有限公司共同合作開發。

VR模擬場景：利用3dmax、maya等建模技術將腰椎穿刺場景構建出來，包含治療室、病房等場景，實習生利用VR頭盔在虛擬場景中環顧四周進行環境查看，使用操作手柄拿取虛擬手術器械進行腰椎穿刺，穿刺過程中可透視查看椎骨、髂骨等骨性結構，直觀進行椎間隙定位。可于虛擬場景中進行部位標記、局部麻醉、穿刺、測壓、收集腦脊液以及術后處理等操作（圖1）。

圖1 腰椎穿刺術虛擬現實技術訓練Figure 1 Virtual simulation training software for lumbar puncture

VR培訓內容包括訓練和考核兩種操作模式。訓練模式包含全程操作提示和智能糾錯功能，考核模式全程無提示。訓練與考核結束后均給予全面的操作評價，幫助學生實現自主訓練和自主糾錯。

操作步驟包括病例選擇、準備步驟、定位、消毒、麻醉、穿刺、標本收集、術后處理和人文關懷等。首先學生判斷對應不同的操作目的和禁忌證的病例，并選擇是否需要進行腰椎穿刺操作，若存在禁忌證則需重新選擇病例。準備步驟詳細分解為環境準備、患者準備、操作者準備和物品準備，考察學生對基礎知識的掌握情況。物品準備不僅包括所選物品是否正確，還包括對有效期判斷和擺放區域無菌觀念的考察。在定位和消毒步驟中，可使用標記筆在穿刺區域進行穿刺點的標記，系統智能判斷標記點是否正確。利用鼠標模擬消毒棉球對穿刺點進行消毒，軟件智能檢測學生消毒方式與消毒結果是否正確。在麻醉步驟中，可使用鼠標控制注射器活塞柄，可看到注射器中麻醉劑剩余量，并評估是否在注射麻醉劑前回抽。使用方向盤進行穿刺進針角度和穿刺深度的調節。麻醉穿刺過程中可于剖面圖中看到進針深度與穿刺組織等信息。穿刺步驟時，可使用方向盤進行穿刺進針角度和穿刺深度的調節。穿刺過程中軟件提供剖面圖效果，可于剖面圖中看到進針角度、深度與解剖部位組織等信息。留取腦脊液步驟時，不同病例對應不同的積液顏色和抽液目標量。操作過程中需觀察學生是否與患者交流和術后囑咐等，從而考察學生的人文關懷能力。

操作完成后，軟件從訓練和考核兩個角度對學生的操作全程進行評價，包括各步驟得分詳情、各步驟錯誤情況和各步驟正確操作建議等內容。在整個過程中，由熟悉VR程序的老師進行技術指導。

1.2.3 VR聯合模擬人組培訓過程 VR聯合模擬人組先接受VR教學培訓（1個學時），后接受模擬人的培訓（1個學時），操作步驟同上，共2個學時。

1.3 評價指標 3組在培訓結束后進行理論考核和實踐技能考核。理論考核包括腰椎穿刺術的適應證、禁忌證、并發癥、易錯步驟等客觀題（滿分100分）。實踐考核采用經典的腰椎穿刺術考核量表評價，評分項目包括準備和定位、穿刺過程、人文關懷和無菌觀念等（滿分100分）。

滿意度調查：對VR組和VR聯合模擬人組的20名實習生，以及培訓和考核后主動進行了VR腰椎穿刺術體驗的7名模擬人組實習生進行滿意度問卷調查。問卷內容包括學習興趣提高和能力提高兩方面的內容。每個條目含5個選項：非常同意（5分）、同意（4分）、不確定（3分）、不同意（2分）、非常不同意（1分），均為單選。

1.4 統計方法 使用SPSS 26.0軟件進行統計分析。分類變量用例數和率（%）表示，組間比較采用Fisher精確檢驗。非正態分布的計量資料以M（Q1～Q3）表示，3組整體比較采用非參數檢驗；正態分布的計量資料用表示，3組整體比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用最小顯著差異法檢驗。采用雙側檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

共納入30名實習生，年齡22～24歲，男性17名，女性13名。VR組中位年齡23.0（23.0～23.0）歲，女性5人（50%）；模擬人組中位年齡23.0（23.0～23.0）歲，女性4人（40%）；VR聯合模擬人組中位年齡23.0（23.3～23.5）歲，女性4人（40%），3組的年齡和性別分布差異無統計學意義。

2.1 VR腰椎穿刺術培訓對理論知識的影響 培訓前3組腰椎穿刺術理論考核成績的組間差異無統計學意義。培訓后，3組理論成績的整體差異有統計學意義（F=6.3，P=0.006），VR聯合模擬人組成績高于模擬人組（P=0.005），VR組成績高于模擬人組（P=0.046）（表1）。

表1 3組考核成績比較Table 1 Comparison of assessment results among the three groups

2.2 VR腰椎穿刺術培訓對實踐技能的影響 經過腰椎穿刺術技能培訓后，3組技能考核成績的組間差異具有統計學意義（F=6.9，P=0.004）。VR聯合模擬人組的成績高于模擬人組（P=0.004）和VR組（P=0.028）（表1）。

2.3 滿意問卷調查結果 針對27名實習生的問卷調查結果顯示，90%左右的實習生認為VR腰椎穿刺術培訓能夠提高學生的學習興趣，包括積極性、主動性、專注力和自學能力等。此外，多數實習生認為VR腰椎穿刺術培訓可以提高自身的腰椎穿刺臨床技能（表2）。

表2 虛擬現實腰椎穿刺術培訓的教學效果分析Table 2 Analysis of teaching effect of virtual reality lumbar puncture training

3 討論

腰椎穿刺術是神經內科常見的診療技術，對神經系統疾病診斷和治療有直接的指導作用。然而腰椎穿刺術具有很強的實踐性與技巧性，如何在短期的神經內科實習階段讓學生掌握腰椎穿刺術是臨床教學的一項重要任務。目前，腰椎穿刺術教學主要在仿真模擬人上進行訓練。模擬人具有體表標志明顯、可反復練習等特點，然而存在以下缺點，從而限制了其在臨床中的應用。①缺乏臨床場景模擬：模擬人基本無法體現出患者的生命體征和穿刺場景；②學習興趣低：學生在操作過程中沒有互動和糾錯模式，主要依賴于學生的自覺性和老師的監督；③學習成本較高：仿真穿刺模擬人目前價格較高且易損耗，特別是穿刺部位的表面橡膠、突破構造和穿刺水等配件。因此模擬人穿刺教學具有內容程序化、臨床思維局限化和單一化，訓練過程缺乏整體性等缺點[9]。

VR具有非常顯著的3D可視化效果、沉浸性和互動作用，可廣泛用于醫學場景的構建。本研究通過對理論知識進行考核發現，VR可有效提高實習生對腰椎穿刺術重點和難點的理解。相較于傳統模擬人教學，本研究VR系統具有以下特點：①包含訓練和考核兩種操作模式，可幫助學生實現自主訓練和自主糾錯；②包含多個典型病例可供學生思考判斷，不同的病例具有對應的適應證和禁忌證；③麻醉和穿刺過程均提供對應的解剖圖，讓學生能夠直觀地了解腰椎解剖結構；④包含術前、術后囑咐等功能，可以培養和考察學生的人文關懷。

有研究發現，VR應用于口腔實踐技能培訓可顯著提高學生的理論成績和實踐技能成績。該研究還將VR聯合模擬人組學生分為先進行VR培訓后進行實踐組（V-J）和先進行實踐后進行VR培訓組（J-V），其中V-J組的學生實踐技能成績更好[10]。此外，Zhang等[11]通過調查問卷發現，VR和模擬人聯合訓練可以有效提高學生的專注力、興趣、知識掌握、臨床技能、學習動力、與老師的互動性等。在本次教學研究中，實踐考核成績也提示聯合訓練可以獲得更好的成績。目前的VR仍不能完全代替模擬人，模擬人聯合VR教學模式更有利于學生掌握腰椎穿刺術技能。

本研究的局限性：①樣本量較小，后續可在多個區域和高等醫學院校擴大教學研究規模；②VR培訓程序仍有需要改進的方面，如有些按鍵操作比較復雜、系統不夠成熟等；③VR的穿戴設備比較重，不適合長時間訓練，且依賴于虛擬仿真教學實驗室的支持。

目前由于技術和內容仍未完全成熟，VR尚不能完全替代模擬人腰椎穿刺術培訓。本研究將VR聯合模擬人教學模式應用于腰椎穿刺術培訓，是VR在臨床實踐操作中的有益探索，并為實踐教育模式提供了新思路和方向。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突。