基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學在神經(jīng)外科臨床實習中的應用

[摘要]"目的"探討基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維（three-dimensional，3D）可視化教學在神經(jīng)外科臨床實習教學中的應用效果。方法"選取2021年6月至2023年5月于嘉興學院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科實習的2017級和2018級嘉興學院醫(yī)學院和溫州醫(yī)科大學臨床醫(yī)學專業(yè)5年制本科實習生80名為研究對象，隨機分為對照組和試驗組，每組各40名。對照組實習生采用基于二維影像圖片或解剖圖譜的傳統(tǒng)臨床教學方法，試驗組實習生采用基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化臨床教學方法。比較兩組實習生的出科理論考核成績、臨床技能考核成績及對教學滿意度的自我評價。結(jié)果"試驗組實習生的出科理論考核成績、臨床技能考核成績均顯著高于對照組（Plt;0.05）。試驗組實習生的教學方法、學習興趣、學習效率、自主學習能力、臨床操作能力評分及總分均顯著高于對照組（Plt;0.05）。結(jié)論"基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學通過課程內(nèi)容生動化實施教學創(chuàng)新，可提高實習生的臨床綜合能力和教學滿意度，具有較好的臨床實習教學應用前景。

[關(guān)鍵詞]"虛擬現(xiàn)實技術(shù)；3D可視化；臨床實習；神經(jīng)外科

[中圖分類號]"R651；G642.44""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.15.022

神經(jīng)外科臨床教學的難點是實習生很難在較短的實習期間真正理解神經(jīng)系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)、掌握神經(jīng)外科臨床理論及操作技能。傳統(tǒng)臨床教學使用的二維圖像不足以體現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)精細的三維（three-"dimensional，3D）結(jié)構(gòu)，而非交互式3D圖像無透視、旋轉(zhuǎn)、切割等交互功能，限制使用者的探索興趣，授課內(nèi)容顯得枯燥死板，給臨床教學帶來極大困難[1]。基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學通過3D可視設(shè)備向?qū)W習者傳輸視覺、聽覺等感受，將活體情況下無法觀察到的組織結(jié)構(gòu)或手術(shù)操作過程經(jīng)3D虛擬可視圖像或動畫展現(xiàn)在學習者面前，且可自主使用軟件實施放大、旋轉(zhuǎn)、拆分、改變組織透明度等交互操作達到身臨其境的體驗[2]。目前3D虛擬可視化已逐漸應用于各學科領(lǐng)域，也越來越多地應用于臨床教學[3]。本研究探討基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學在神經(jīng)外科實習生臨床實習中的應用效果，以期提高神經(jīng)外科臨床實習的教學質(zhì)量。

1""對象與方法

1.1""研究對象

選取2021年6月至2023年5月嘉興學院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科實習的2017級和2018級嘉興學院醫(yī)學院和溫州醫(yī)科大學臨床醫(yī)學專業(yè)5年制本科實習生80名為研究對象。納入標準：①全日制5年制臨床醫(yī)學本科專業(yè)；②在神經(jīng)外科實習時間均為2周；③對本研究內(nèi)容知情同意且自愿參與其中。排除標準：未能全程完成臨床實習學時者。將所有實習生隨機分為對照組和試驗組，每組各40名。同一批次入科實習生采用同一種教學模式，在入科時統(tǒng)一進行摸底測試（滿分100分）。對照組實習生男19名，女21名，平均年齡（22.49±0.81）歲，2017級18名，2018級22名，嘉興學院醫(yī)學院27名，溫州醫(yī)科大學13名，平均摸底測試成績?yōu)椋?6.13±9.94）分；試驗組實習生男22名，女18名，平均年齡（22.38±0.73）歲，2017級19名，2018級21名，嘉興學院醫(yī)學院26名，溫州醫(yī)科大學14名，平均摸底測試成績?yōu)椋?5.38±10.11）分。兩組實習生的一般資料比較差異均無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05），具有可比性。兩組均以《外科學》[4]（第9版）為教材，選取其中神經(jīng)外科章節(jié)為教學內(nèi)容。兩組帶教老師均為醫(yī)院教學培訓部認定的臨床實習帶教老師，職稱主治醫(yī)師以上。兩組教學目標、教學大綱、實習前理論課進度、神經(jīng)外科臨床實習要求、實習講授內(nèi)容、出科考核內(nèi)容和出科評價方法均相同。

1.2""研究方法

1.2.1""對照組""對照組實習生采用基于二維影像圖片或解剖圖譜的傳統(tǒng)臨床教學方法。選擇神經(jīng)外科解剖圖譜及臨床病例的CT、MR二維影像作為主要教學資料輔助實施理論講課及操作技能培訓。

1.2.2""試驗組""試驗組實習生采用基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化臨床教學方法。使用3D-MAX軟件將神經(jīng)系統(tǒng)解剖及相關(guān)手術(shù)、臨床操作制成3D虛擬圖像或動畫傳輸?shù)絍R眼鏡或3D全息屏并顯示3D可視虛擬圖像或動畫，見圖1、圖2。帶教老師參照臨床典型案例，利用3D可視虛擬模型講解神經(jīng)外科解剖及理論知識，同時學生可自主使用3D建模軟件進行虛擬圖像放大、旋轉(zhuǎn)、拆分、改變組織透明度等操作以探索學習顱腦解剖知識。帶教老師使用3D可視虛擬動畫模擬神經(jīng)外科手術(shù)情景、演示臨床操作，老師的講授答疑穿插在學生觀看過程中，通過反復觀摩虛擬動畫和互動模擬演示實現(xiàn)知識和技能的傳授。

1.3""效果評價

1.3.1""出科考核""出科考核包括出科理論考核、臨床技能考核，滿分均100分。出科理論考核內(nèi)容主要包括顱內(nèi)壓增高的病因、臨床表現(xiàn)及治療措施；各類顱腦損傷的臨床表現(xiàn)、診斷、鑒別診斷及手術(shù)指征；顱腦腫瘤的分類及臨床表現(xiàn)；顱內(nèi)動脈瘤的臨床表現(xiàn)及診斷、治療措施等。試卷有選擇題、填空題、開放式簡答題、案例分析題4種類型。臨床技能考核內(nèi)容包括腰椎穿刺術(shù)、頭部換藥術(shù)。兩組實習生均由科室實習帶教秘書和兩名帶教老師現(xiàn)場打分考核。兩組均在實習結(jié)束時完成上述考核。

1.3.2""對教學滿意度的自我評價""采用自主設(shè)計的教學滿意度問卷調(diào)查表，對教學方法、學習興趣、學習效率、自主學習能力，臨床操作能力共5項進行自我評價，每項1～5分，總分5～25分，分值越高代表對教學滿意度越高。所有問卷均采用不記名方式統(tǒng)一發(fā)放，然后現(xiàn)場對問卷進行百分百回收。此表由實習生在實習結(jié)束時完成自評。

1.4""統(tǒng)計學方法

采用SPSS"25.0統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)處理。符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差（）表示，組間比較采用t檢驗；計數(shù)資料以人數(shù)（百分率）[n（%）]表示，組間比較采用χ2檢驗。Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2""結(jié)果

2.1""兩組實習生的出科理論考核成績及臨床技能考核成績比較

試驗組實習生的出科理論考核成績、臨床技能考核成績均顯著高于對照組（Plt;0.05），見表1。

2.2""兩組實習生的教學滿意度自我評價比較

試驗組實習生的教學方法、學習興趣、學習效率、自主學習能力、臨床操作能力評分及總分均顯著高于對照組（Plt;0.05），見表2。

3""討論

在本研究中，應用基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學與傳統(tǒng)的基于二維影像圖片或解剖圖譜教學相比可有效提高實習生的出科理論考核成績和臨床技能考核成績及教學滿意度。分析原因：①基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學可將枯燥抽象的神經(jīng)系統(tǒng)解剖變得生動具體，提高學習效率。通過反復觀看高仿真性的3D可視虛擬解剖結(jié)構(gòu)圖像或動畫，使用軟件實施放大、旋轉(zhuǎn)、拆分、改變組織透明度等交互操作，達到生動化體驗促進實習生對復雜解剖結(jié)構(gòu)直觀快速理解[5-7]。圖1是3D可視腦干小腦解剖結(jié)構(gòu)虛擬圖像，與二維解剖圖譜相比，3D虛擬圖像具有高仿真性，將復雜細微的腦干小腦解剖結(jié)構(gòu)生動立體地展現(xiàn)在眼前。特別是12對顱神經(jīng)的結(jié)構(gòu)，顱神經(jīng)從腦干的發(fā)出部位、上下前后的關(guān)系，以往依靠二維圖譜很難理解其空間位置所在、具體形態(tài)結(jié)構(gòu)、毗鄰關(guān)系，但通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)3D可視化處理，使本來隱晦難懂的解剖結(jié)構(gòu)全景式顯現(xiàn)，不僅清晰可見，而且可通過旋轉(zhuǎn)3D圖像達到360°全方位觀察[8]。由此可縮短學習時間，加深理解程度，提高學習效率。②基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學能虛擬再現(xiàn)神經(jīng)外科手術(shù)及臨床操作過程，促進實習生對神經(jīng)外科常見疾病診治及手術(shù)操作過程的理解。利用3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作3D可視虛擬動畫可模擬神經(jīng)外科診療、手術(shù)、臨床操作過程，再現(xiàn)或創(chuàng)造出具體生動的醫(yī)療場景，且不受時間、空間、地點及臨床資源不足等條件的限制，還可反復使用實現(xiàn)標準化教學[9-10]。圖2是3D可視顱腦手術(shù)虛擬動畫模擬顱內(nèi)動脈瘤介入栓塞手術(shù)過程，通過3D可視虛擬仿真動畫演示的形式將顱內(nèi)動脈瘤介入栓塞手術(shù)的過程形象化、具體化、標準化，運用視覺表現(xiàn)方法呈現(xiàn)給學習者，如腦血管的解剖、動脈瘤形成機制、動脈瘤好發(fā)部位、介入手術(shù)操作步驟、手術(shù)使用的器械材料等。而以往的教學主要通過教科書內(nèi)的二維圖譜講解神經(jīng)外科疾病的解剖結(jié)構(gòu)、病理生理、手術(shù)操作過程，難以達到如此生動的場景教學，也很少有機會實際觀摩手術(shù)，導致實習生對神經(jīng)外科疾病的病理機制及診療過程一知半解。通過3D可視虛擬仿真動畫的標準化形象化演示，使學生的學習更加生動具體，加固學習記憶。再加上教學中師生面對面互動反饋可幫助實習生快速形成臨床思維，促進實習生對神經(jīng)外科臨床診治過程的理解和對臨床操作技能的掌握[11-14]。③基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學可增加實習生對學習的興趣，提高自主學習能力，提升教學滿意度。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可模擬3D解剖結(jié)構(gòu)、疾病的病理過程、外科手術(shù)過程、臨床操作等多種教學場景，可提供視覺、聽覺等多感官反饋，使實習生在學習過程中產(chǎn)生沉浸式的體驗，增加對學習的興趣，樹立對學習的信心，變被動學習為主動學習，從而提升教學滿意度[15-17]。

綜上，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學應用于神經(jīng)外科臨床實習教學可有效提高實習生對神經(jīng)外科理論知識的學習能力和臨床實踐能力，提高教學滿意度。但3D可視化教學是一種新興教學模式，要用到3D可視教學設(shè)備，需花費一定時間和經(jīng)費制作3D虛擬圖像或動畫，增加備課時間成本和經(jīng)濟成本。展望未來，通過批量化3D虛擬制作可節(jié)省經(jīng)濟成本、通過帶教教師的3D可視化教學專項培訓可提高備課效率。隨著新興技術(shù)不斷運用于醫(yī)學教學，其對提高臨床教學質(zhì)量的作用也日益增大，因此基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的3D可視化教學必將在臨床教學中發(fā)揮更加重要的作用。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2023–09–21）

（修回日期：2023–09–27）