虛擬仿真技術在椎管內麻醉本科生實習帶教中的應用分析

盧伊芝 何芳 陳燕樺 陳靜 謝玉波

摘?要：椎管內麻醉是一種廣泛應用于臨床手術的麻醉方法，但由于其操作的復雜性和風險性，本科生在實習過程中缺乏充分的學習訓練。隨著計算機技術的發展，虛擬仿真技術在教學領域的應用越來越廣泛，尤其是在醫學教育領域。本文旨在綜述虛擬仿真技術在椎管內麻醉本科生實習帶教中的應用分析，提高學生的學習能力和教學效果。

關鍵詞：虛擬仿真技術；椎管內麻醉；本科生；實習帶教

椎管內麻醉是一種廣泛應用于外科手術患者的區域麻醉方式，但由于其解剖結構的重要性、復雜性和操作過程的風險性，本科生在實習過程中缺乏充分的學習和虛擬訓練。虛擬仿真技術是20世紀末發展起來的一種利用計算機科學、圖像處理、傳感器反饋等信息技術虛擬真實世界環境或事物的新型技術［1］。虛擬仿真技術在醫學教育領域具有獨特優勢，近年來隨著醫學教育的不斷發展，其應用越來越廣泛。本文旨在綜述虛擬仿真技術在椎管內麻醉教學中的應用及分析，探討增強本科生實習教學效果、提高本科生操作能力的教學模式。

1?本科實習生在麻醉教學中的角色特點

1.1?基礎知識和技能掌握程度不一

本科實習生在麻醉學基礎知識和技能方面尚在學習掌握中，掌握程度因人而異，教師需要在教學過程中考慮到不同學生的需求，有針對性地進行教學和指導。

1.2?臨床經驗較少，失誤可能性高

大多數本科生在進入臨床實習之前，主要通過課堂理論學習、臨床見習來掌握麻醉知識和技能，教師需要在實習教學過程中幫助學生積累臨床經驗，了解手術室工作流程、麻醉操作步驟和問題應對措施，避免操作不當損害患者利益。

1.3?學習積極性和興趣較高

對尚未熟悉的臨床麻醉工作，他們通常充滿好奇和熱情，教師可以利用學生的這種積極性，引導他們深入學習和掌握麻醉學知識和技能。

1.4?需要適應角色轉變，增強團隊協作能力

本科生在麻醉教學中需要逐漸適應從學生到醫生的角色轉變，這需要學生具備更高的自我學習和實踐能力外，還需要教師給予更多的指導和支持，培養他們與醫生、護士和其他醫務工作人員之間的協作能力。

2?椎管內麻醉教學的難點

2.1?操作技術要求高

在麻醉學專業，椎管內麻醉是學生必須學習和掌握并要求能安全、有效運用于手術病人的一項麻醉技術。由于阻滯靶點不可直觀目視，其技術的成功實施更多依賴于對解剖學知識的熟悉和反復練習。在操作過程中，學生需要準確掌握椎管內麻醉穿刺點的選擇、定位、進針角度和深度等，同時需要能夠正確地判斷和應對如穿刺失敗、神經血管損傷等的突發情況。而且不同于全身麻醉，接受椎管內麻醉的手術患者意識處于清醒狀態，而椎管內麻醉本身是有創性操作，不僅容易使患者產生不安情緒，還會給學生和教師帶來巨大心理壓力，特別是來自操作者對可能造成患者針刺傷、增加疼痛不適體驗感、操作失敗引發相關不良并發癥等的擔憂。

2.2?并發癥較多

椎管內麻醉的并發癥較多，輕的有低血壓、惡心嘔吐、呼吸抑制等不良反應，重的可能有脊髓損傷、截癱等嚴重神經并發癥，甚至發生全脊麻、心臟停搏等危及生命的風險，這些并發癥會給患者帶來一定的危害，加重給操作者帶來的心理負擔。在椎管內麻醉的教學過程中，教師需要注重講解和強調并發癥的預防方法和處理措施，讓學生掌握如何正確規范地操作以避免各種并發癥的發生，保障患者的麻醉安全。

2.3?現有超聲可視化技術的局限性

盡管超聲可視化技術的發展也可能為椎管內麻醉操作提供一定的便利，但超聲可視化技術需要操作人員具備一定的超聲專業知識和技能，如超聲設備的操作技巧和超聲圖像的解讀等。一方面需要提前對麻醉帶教教師和學生都投入一定的時間和精力進行超聲影像學基本知識的學習和培訓，另一方面需要患者的積極配合。患者的身體條件和狀況以及操作人員的技術都可能會影響超聲圖像的質量和清晰度，比如患者的體型胖瘦、脊柱畸形或有其他疾病影響脊柱結構，這給超聲可視化技術在椎管內麻醉帶教的應用帶來一定的困難。帶教過程中，如果帶教教師技術不熟練或經驗不足，也可能會影響教學效果。必須注意到的是，這依然是在真實清醒患者身上進行操作，師生的心理負擔不會因為超聲可視化技術的應用而減低，教學練習機會和效果也并不因此可以增多。

由此可見，椎管內麻醉技術要求較高，需要學生具備一定的實踐經驗和心理素質，對大多數學生來說學習和掌握這項技術是個不小的挑戰。因此在教學過程中，學生們能實際實施椎管內麻醉的機會非常有限，對椎管內麻醉的操作流程和具體方法等缺乏客觀詳盡的認識。很顯然傳統的椎管內麻醉帶教模式難以保證麻醉專業本科生實習教學的質量和效果。考慮到椎管內麻醉操作和教學具有如此高的風險性和復雜性，帶教教師更需要借助優化的教學工具，創造理想的教學條件和以學習為導向的環境，讓學生在真正的臨床實踐前有機會進行充分的學習和虛擬訓練。

3?醫學虛擬仿真教學的發展進程

鑒于臨床技能學習培訓的重要性，又要從不犧牲患者的利益、保證患者的安全角度出發，使用合適的教學工具模擬輔助教授臨床實踐課程以達到教學大綱設置的教學目標至關重要。這樣的工具可以是人體塑料保真模型和其他有形的物體，也可以是允許模擬虛擬的計算機系統。前者材料相對簡單，制作成本低易于組裝和維護，學習者可以直接觸診、操作，常用于模擬復雜或危急的患者場景（比如心跳驟停等），培訓年輕醫師如何快速處理不常遇到的臨床危機情況，但可能缺乏及時的反饋和指導；后者則由計算機設置生成環境（比如二維或者三維顯示的手術環境），實現解剖的可視化以及人與場景的實時交互等［2］。

早在20世紀60、70年代，始于解決計算機如何應用于醫學教育的問題，來自教育、醫學、工程和計算機科學等廣泛領域的不同學科代表共同開發了擁有呼吸、脈搏等功能的計算機控制的虛擬病人，并將虛擬病人成功應用于向醫學生/住院醫師傳授臨床技能操作［3］。這是虛擬仿真技術應用于醫學教育的起步階段和高保真仿真階段。隨著90年代計算機技術的崛起，虛擬仿真在醫學教育中得到更廣泛的應用，通過引入計算機程序來模擬臨床情境，如虛擬患者和虛擬手術。21世紀初虛擬現實（VR）和增強現實（AR）的興起和引入使得醫學學習能夠具有沉浸式和交互式的特點，比如使用頭戴式顯示器等設備進行虛擬手術操作可提供更真實的感覺和體驗。隨著工程學和計算機技術的發展，虛擬仿真技術除了三維視覺成像外，還能整合觸覺、聽覺等感官反饋輸出模式，通過及時提供多種感官虛擬反饋使虛擬系統與用戶的感覺運動系統融合，注重真實感還原和細節體現，增強其虛擬現實醫學場景的能力，為學生提供更接近臨床實踐的學習體驗。此外，虛擬現實系統是在計算機硬件和軟件的基礎上設計的，因此可以提供清晰、可重復的虛擬場景，研究人員通過這種方式設計某些諸如醫學教育、康復訓練等需要重復的場景［4］。近年來，通過虛擬現實技術開發的基于虛擬的醫學培訓工具有所增加，這些技術進一步改進硬件設備提供具有實時交互的三維虛擬環境，特別是加強圖形處理能力和細節顯示，增強沉浸感和真實感，從而準確地重現醫療培訓過程中眾多必不可少的任務環節。同時更加注重個體化學習和評估，通過智能化的學習系統和大數據分析來幫助學習者更好地練習操作技能。

4?虛擬仿真技術應用于椎管內麻醉教學的優勢

4.1?提供高度逼真的虛擬環境

虛擬仿真技術可以創建一個高度逼真的、多樣化的虛擬環境/場景，虛擬椎管內麻醉的操作過程和操作技巧。學生可以在虛擬環境中更好地了解手術室的環境、人員配置等實際情況，熟悉手術前的麻醉準備和手術步驟等操作流程。從簡單的基礎操作到復雜的手術麻醉病例虛擬，學習者仿佛置身于真實的手術室現場，提高學習的沉浸感和趣味性。這極大地促進教學和臨床的銜接，縮短學校和醫院的距離。

4.2?操作安全，無風險

椎管內麻醉相關解剖結構復雜，操作靶點位于人體重要神經軸，虛擬仿真技術可以避免學生在實際操作中因操作不當或失誤而帶來倫理風險。學生在虛擬環境中進行虛擬訓練，不會對患者造成任何傷害，同時也可以幫助學生樹立信心和安全感，提高動手練習的積極性，從而更好地掌握實踐操作技能。

4.3?提供個性化教學

虛擬仿真技術可以根據學生的實際情況和需求進行個性化的教學。學生可以根據自己的學習進度和操作水平進行虛擬訓練，更有針對性地自主選擇需要加強的環節和技巧練習，無須擔心教學實踐過程中遇到需重點講解的知識點或重要風險提示時中斷操作引起患者反感和不適。

4.4?及時反饋和評估

虛擬仿真技術可以及時給出客觀的椎管內穿刺學習記錄、反饋和評估，幫助學生更好地了解自己的學習進度、操作水平和反應能力，同時也幫助教師及時發現教學問題，調整教學策略，提高教學效果。在這個過程中也可為不同層次學生提供統一的教學體系和評價標準，實現了教學資源共享的一致性和公平性。

4.5?具有靈活性和可重復性

學生可以打破時間和空間的限制，在不同的時間和地點進行虛擬椎管內穿刺訓練，并且可根據及時的虛擬反饋和自己的需求多次重復練習，方便學生隨時鞏固和復習所學知識，大大減少臨床教學過程中暴露于不安全操作環境中的患者人次和風險。

4.6?加強團隊協作訓練和思政教育

學生可以在案例分析等情境虛擬環境中更好地了解彼此的工作角色和職責，意識到自己是一個致力于為病人提供圍術期安全保障團隊中的關鍵成員，體會病人的痛苦和椎管內麻醉操作和手術的復雜性，在虛擬中進行團隊協作和溝通訓練，提高團隊合作能力和溝通能力，為將來勝任臨床工作做好準備。

5?借助虛擬仿真技術實現本科生椎管內麻醉實習教學

5.1?需要建立虛擬仿真實驗室

先要建立包括椎管內麻醉在內的虛擬手術麻醉仿真實訓系統，配置頭戴式VR設備等虛擬設備和相應的模擬麻醉機、模擬監護儀、模擬穿刺針等設備，發展具有虛擬現實操作技術的師資隊伍，配備相應的計算機軟件、硬件和輔助工作人員，為保證虛擬現實教學能順利組織、協調、開展和實施保駕護航。

5.2?理論授課是基礎

在帶教過程中，可以先進行理論授課。雖然本科實習生已經掌握了一定的基礎理論知識，但在訓練前可先簡單復習椎管內麻醉的相關解剖知識和生理知識，鞏固知識理論體系；復習椎管內麻醉的原理、適應證和禁忌證、操作流程和注意事項等。

5.3?虛擬環境設計是輔助

開發或選擇適用于椎管內麻醉教學的虛擬環境，包括手術室場景、患者解剖結構、操作工具等。確保虛擬環境具有足夠的真實感，以提高學生的沉浸感和學習體驗。

5.4?虛擬仿真操作是重點

在理論授課的基礎上，教師先借助虛擬仿真系統將椎管內麻醉的整個過程進行清晰明了的演示，著重說明各個環節應該注意的重要事項。學生隨后進行多次、反復的虛擬仿真操作（包括在虛擬實訓系統中進行心電監護、人文關懷、體位準備、解剖辨認、逐層穿刺、置管、注藥等操作），這個過程可以采用小組合作、相互考核等形式，達到交流學習、團結協作的目的［5］。虛擬仿真系統還可調節難度和復雜度，以適應不同學生的學習水平。教學重心從傳統的以教師為主導的“填鴨式”教學模式逐漸轉變為以學生為主導的自主學習練習模式。

5.5?實時反饋和評估是評價體系

集成實時反饋系統，為學生提供操作的準確性、速度和效果等方面的即時反饋。設計評估工具，定期對學生進行綜合評估，以便了解他們的進步和發現需要改進的方面。在虛擬仿真操作過程中，教師根據實訓系統的實時反饋幫助學生了解自己的操作水平并及時答疑解惑。

5.6?虛擬實訓后及時總結反思

在每一次虛擬仿真實訓結束后，讓學生進行自我總結反思，總結不足和經驗教訓，隨后教師指明問題所在并提出改進意見。教師根據練習效果也可以進一步設置切合臨床實際的突發情況，訓練學生的危機應變能力，鞏固所學技能知識，更有效地應對下一次復雜情境的虛擬仿真實訓。

5.7?設置個性化學習路徑

根據學生的水平和進度調整教學內容和難度，設置個性化學習路徑提供額外的學習資源，以支持對椎管內麻醉相關知識的深入學習。

6?虛擬仿真技術在椎管內麻醉教學中的應用現狀和展望

虛擬仿真技術在醫學教學領域中的應用在國內外范圍已逐漸普及［68］，包括在椎管內麻醉教學中的應用。不僅美國哈佛醫學院等國際知名學府將虛擬仿真技術應用于椎管內麻醉教學領域，美國麻醉醫師協會和歐洲麻醉醫師協會等國際知名醫學學術組織也積極推廣和應用虛擬仿真技術，以幫助醫生和醫學生通過虛擬設備操作觀察和分析穿刺過程中的各種情況，提高椎管內麻醉的實踐技能和教育培訓質量。在國內，包括中國醫科大學、上海交通大學醫學院在內的多個大型醫學教育機構/醫院也逐步引入和完善虛擬仿真技術，開展了椎管內麻醉的虛擬教學。最近，福建醫科大學開發了一個融合虛擬現實技術和觸覺反饋技術的腰椎—硬膜外聯合麻醉的虛擬平臺，該平臺提供了精確的腰椎三維解剖模型，并結合了與不同組織深度相對應的真實觸覺反饋系統，在安全的手術環境下全面虛擬脊柱—硬膜外聯合麻醉過程。利用該平臺對麻醉專業實習生進行的初步虛擬教學研究結果顯示超過絕大半數的實習生對虛擬平臺表示滿意，認為該平臺可重復性強，提高了他們對解剖結構的認識，可在虛擬病人上有效掌握基本、精準的穿刺技能［9］。

結語

總的來說，虛擬仿真技術能夠為學生提供高度真實的、安全的虛擬環境和解剖模型，減少對真實患者的依賴和操作風險，幫助學生提高練習的積極性和自主學習操作能力，更好地掌握椎管內麻醉的操作手法和技巧，提高教學質量和效果，在國內外椎管內麻醉教學中的應用得到了廣泛的認可和推廣。盡管虛擬仿真仍存在不能完全替代真人操作的局限性，但隨著計算機技術的不斷進步和結合真實、虛擬、感官反饋等不同元素的混合系統的相繼開發，虛擬仿真技術在椎管內麻醉教學中的應用能力和效果也將不斷得到完善和提升，彌補傳統教學模式的不足。

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