虛擬現實技術在肛腸外科手術教學中的應用

[摘要]"肛腸外科手術教學面臨諸多挑戰，核心在于手術技能的精準傳授、實踐操作的充分模擬及手術風險的控制。因肛腸外科手術的復雜性和對醫生技能的高標準要求，教學難度尤為突出。因此，如何優化肛腸外科手術教育模式，成為該領域教學工作亟待解決的問題。在肛腸外科手術教學領域，虛擬現實（virtual"reality，VR）技術的應用展現出顯著優勢：不僅可顯著提升學生的學習效率和手術技能掌握度，還可通過即時反饋機制幫助學生自我評估學習成效，提供高度仿真的模擬手術場景，增強學習的真實感和有效性。但其高昂的教學成本、技術上的局限性等阻礙其全面推廣與應用。本文旨在探討如何充分利用VR技術的獨特優勢改進肛腸外科手術教學模式，為該領域的教學實踐提供參考和啟示。

[關鍵詞]"虛擬現實技術；肛腸外科；教學；手術

[中圖分類號]"G642""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.36.020

虛擬現實（virtual"reality，VR）技術作為一種前沿的計算機技術，通過VR頭盔、先進計算機系統和精密傳感器等設備，構建高度沉浸且互動式的三維環境。在此環境中，學習者不僅可身臨其境地觀察手術細節，還可進行模擬操作，與虛擬對象進行實時交互[1-3]。傳統的肛腸外科手術教學模式高度依賴于現場手術觀摩與實際操作，然而，由于手術室環境的局限性、手術部位私密性及手術風險，學生的實踐機會顯得尤為珍貴且有限。這種限制不僅影響學生手術技能的提升，也影響其在實際操作中的參與度。鑒于這些挑戰，探索并引入新的教學方法顯得尤為迫切。VR作為一項前沿科技，正逐步滲透至肛腸外科臨床手術教學領域，為教學難題提供可能的解決方案。本研究聚焦于VR技術在肛腸外科手術教學中的應用潛力，深入剖析其如何助力克服現有教學障礙，以期推動VR技術在醫學教育領域的廣泛普及與深入應用，為學生帶來更加豐富、安全且高效的學習體驗。

1""肛腸外科手術教學現狀

當前，盡管中國教育改革持續深入并取得顯著進展，但在肛腸外科等醫學專業的見習帶教實踐中，傳統填鴨式教學模式依然較常見。該模式下，即便在查房、病例分析等本應高度互動與實踐導向的教學環節中，也往往以教師的單向講授和操作為主，學生更多處于被動接受狀態，僅通過聽和看來學習，缺乏實質性的參與機會。該教學方式不僅限制課堂氛圍的活躍，更影響學生主觀能動性的發揮，不利于其獨立思考、分析問題和解決問題能力的培養[4]。

肛腸科疾病的發病部位因其私密性，使患者在接受診療時尤為注重個人隱私。隨著生活水平的提高和維權意識的增強，患者對個人隱私的重視程度日益提升，因此在診療過程中，往往不愿讓眾多見習生旁觀，更難以建立信任，允許他們進行檢查。為尊重患者的感受，避免引發不良情緒，教師不得不縮短見習生的觀摩時間，這一做法雖出于善意，但在一定程度上限制了見習生獲取實踐經驗和學習的機會。因此，改革并創新教學方式，鼓勵學生積極參與、主動探索，成為當前提升醫學教育質量、培養高素質醫學人才的重要課題。

2""VR技術在肛腸外科手術中的應用

美國科學家Ivan"Sutherland在1966年率先提出VR技術的概念，并成功研發出首款頭戴式設備——Sutherland，為VR技術的發展與應用奠定堅實的基礎。時至今日，VR技術已取得長足的進步，特別是在醫療領域，其應用日益廣泛[5-7]。根據支持系統的不同配置要求，VR技術可分為3種類型。①簡單型VR：此類系統僅限于基本的人機交互，無須依賴真實世界的外部支持，也不包含人工智能元素。簡單型VR主要用于實現有限的圖像模擬，且這些模擬是二維的。②加強型VR：該系統同樣支持人機交互，并進一步引入主要感覺（如視覺、聽覺等）的輸入與輸出系統。這些感覺信息來源于對外部輔助設備的交互，可能包含或不包含人工智能功能。③智能型VR：這是最高級別的VR系統，它不僅提供全面的主要感覺輸入與輸出系統，還融入認知交互功能，通過高度集成的人工智能進行評估與響應，這些功能的實現完全依賴于先進的支持系統。在臨床肛腸外科手術中，VR技術憑借其獨特的優勢，如提供高度逼真的手術模擬環境、增強手術操作的直觀性和準確性等，已成為輔助教學和手術規劃的重要工具。

2.1""解剖三維練習

盆底肌位于骨盆底部，是一個復雜的肌肉群，包括恥骨直腸肌、恥骨尾肌、髂尾肌、髂尾肌前部等。由于位置隱蔽，人們很難直接觀察和感知到這些肌肉的運動和狀態。肛門肌肉包括肛門括約肌等，同樣位于較隱蔽的部位，且其運動和狀態也較難被直接感知。這些肌群位置隱蔽、個體差異大，缺乏直觀感受，專業指導難等特點，但VR在盆底和肛門解剖學的教學中展現出巨大潛力，國外廣泛采用該技術以提高教學效果[8]。VR系統成功實現骨盆及肛門區域的高精度三維重建，其主要特性體現在以下3個方面。①強大的交互性：該系統可緊密遵循操作者的指令執行操作，并即時提供高度精確的反饋。其定位準確且反饋迅速，近乎完美地模擬真實骨盆的解剖結構，從而確保骨盆參數測量的真實性和準確性，為臨床診斷和治療提供可靠依據；②卓越的虛擬體驗：利用先進的計算機技術，該系統可虛擬構建出復雜的骨盆結構，用戶可在任意角度、任意平面上自由觀察骨盆的三維形態。這種全方位的視角不僅可增強學習的直觀性，也可極大地提升診斷的精確度和效率；③高度的客觀性：鑒于個體骨盆結構的差異性，傳統的二維圖像測量往往難以應用統一的標準，而VR技術則有效克服這一難題，允許在骨盆的三維立體結構中執行多種標準化徑線、角度的測量，確保測量結果的客觀性和真實性，為骨盆結構特征的評估提供更為科學、準確的方法。

2.2""手術模擬與練習

VR模擬器的高度逼真性為學生創造一個沉浸式的學習平臺，使學生在模擬的手術環境中親身體驗到與真實手術相似的視覺挑戰和操作難度。這一特性顯著提升學生在未來真實手術場景中的表現能力。手術模擬訓練涵蓋多個關鍵方面。①手術技能實操演練：在虛擬環境中，學生可模擬執行多種肛腸外科手術，如精細的腹腔鏡手術及復雜的肛瘺切除手術等。學生親手操作虛擬手術器械，從切割到縫合，每一步都力求精準，從而熟悉并掌握真實手術中的關鍵步驟和技術要點；②手眼協調強化訓練：借助虛擬手術模擬器提供的與真實手術環境相似的視覺反饋和空間感知，學生可在反復練習中顯著提升手眼協調能力和操作的精確性。該訓練對培養外科醫生的精細操作技巧至關重要；③復雜情景應急演練：VR技術的引入，使學生有機會在虛擬世界中面對各種復雜多變的手術場景，包括罕見的解剖變異、突發的手術并發癥等。這種實戰模擬不僅鍛煉學生的應變能力，還加深其對手術風險評估和緊急處理措施的理解，為未來的臨床實踐奠定堅實的基礎。

3""VR技術在肛腸學習體驗的影響

3.1""激發學習熱情與動力

VR技術對學習體驗的一大影響在于其可有效激發學生的興趣和積極性。借助VR學生可親自進入學習場景，與虛擬環境進行互動和探索。這種沉浸式的體驗深深吸引學生的好奇心，促使其更加主動地投入學習中，從而提升學習的主動性和熱情。

3.2""打造沉浸式學習場景

VR技術可構建一個讓學生完全沉浸其中的學習環境。通過頭戴式顯示器和交互設備，學生可近距離觀察并操作虛擬對象，同時獲得逼真的視覺和觸覺反饋。這種沉浸式的學習環境極大地增強學生的學習體驗，使其更加專注和投入，進而提升學習效果和記憶力。

3.3""提供個性化學習路徑與即時反饋

此外，VR技術還可實現學習的個性化和即時反饋。在VR平臺上，學生可根據自己的學習需求和能力水平進行個性化設置，選擇適合自己的學習路徑和內容。同時，VR還可提供即時的反饋和指導，幫助學生發現并糾正錯誤，改進操作技巧。根據學生的表現，VR還可給出個性化的評估和建議，從而更好地滿足學生的學習需求，提升學習效果和自主學習能力。

4""挑戰與展望

VR技術的應用確實面臨著成本與設備要求方面的顯著限制。具體而言，VR技術所需的硬件設備、專業軟件及配套的人力資源投入均較為高昂，這些費用往往超出部分教育機構的財務預算，限制其廣泛推廣與應用[9-10]。此外，VR設備的高效運用還依賴于使用者的操作技能和相關的技術支持，這要求教育機構不僅要承擔高昂的初期投入，還需額外投入資源進行員工培訓和技術服務支持，從而進一步加大實施的復雜性和教育機構的經濟負擔[11]。同時，外科手術技術不斷更新和發展，新的手術方法、器械和設備不斷涌現，而VR技術的研發和應用需要經歷一個相對較長的周期，包括技術研發、測試和優化等階段。因此，VR技術的教學內容如何在短時間內跟上外科手術技術的更新速度，減少學生在VR環境中學習的技能與實際手術操作之間的差距，是較大的挑戰。

肛腸外科作為一門高度依賴于精準解剖知識與豐富實踐經驗的臨床學科，其手術操作的復雜性和高風險性對傳統的教學模式構成嚴峻考驗[12]。面對這一挑戰，VR技術憑借其沉浸式的體驗、高度的交互性及強大的構想能力，已在脊柱外科、神經外科、腦外科及婦產科的手術教學領域展現出顯著成效，不僅可提升教學質量，還可促進學生的快速成長。

綜上，VR技術在肛腸外科手術教學中應用前景廣闊，是傳統教學方法的有力補充。肛腸外科的低年資醫生通過VR技術可在一個安全、可控的虛擬環境中，反復練習復雜的手術步驟，深刻理解解剖結構，并在模擬的真實手術場景中鍛煉應急處理能力和決策水平。該教學模式不僅可有效降低傳統手術教學中的風險，還可顯著提升教學效率與效果，為肛腸外科領域培養更多技藝精湛、經驗豐富的專業人才。

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：2024–10–12）

（修回日期：2024–12–13）

（修回日期：2024–12–04）