VR技術在臨床婦科學教學中的應用

黃筱雨 洪莉 陳茂 肖雅

醫學是研究人類生命過程以及同疾病作斗爭的一門科學，醫學教育則是醫學發展的基石。隨著現代通信技術的進步，高度發展的信息化社會對醫學教育提出了新的要求[1-2]。尤其在5G 的快速建設和發展下，教育必將迎來新的變革。虛擬現實（virtual reality，VR）技術是一種交互式虛擬仿真技術[3-4]，將VR 技術應用于醫學教育實踐符合我國新時代“互聯網+職業教育”的發展需求[5]。婦科學作為臨床醫學主要學科之一，對其從業醫師在解剖知識、臨床操作水平、臨床思維、分析能力、醫學影像閱讀能力以及醫患溝通能力等各方面都有相當高的要求。醫學教育中的傳統教學方式易受空間、時間及資源水平的限制，難以滿足實際需求。傳統教育手段的不足限制了臨床婦科學教學的進一步發展。VR 技術作為一種新興計算機技術，能夠為拓展臨床婦科學教學方式提供了一種新的思路。

1 應用現狀及意義

VR 作為一種以計算機技術為核心的新興技術，可以構建虛擬環境。用戶可以借助特殊設備，實現與虛擬物體的交互，并獲得與真實世界相同的感受[3]。VR 技術以其交互性，沉浸感及想象性為其三大特點，實現對用戶感官世界的直觀性、精準性、實時性的提高[4]。

我國當前的醫學教育涵蓋多階段的學習：從理科基礎知識，到臨床專業課程、專業實習以及住院醫師培訓、繼續醫學教育等。醫學生們不僅被要求掌握醫學基礎知識及專業知識，更應該掌握規范的臨床技能、具備豐富的臨床經驗及醫患溝通能力。而這些能力的獲得離不開足夠的實踐機會及專業的臨床指導。步入新世紀以來，我國醫學迅猛發展，國家對全民健康和現代醫療的重視不斷增加。醫療環境的變化、社會期望的改變、患者對隱私權的重視及自我保護意識的增強，都使得傳統的臨床教學模式已不能適應現有環境[6]。與此同時，醫療環境順應現代法律法規及醫療條例規范的完善，醫療人員及醫學培育人才隊伍的不斷壯大，現在的醫學生們較以往，更難獲取臨床實操機會，嚴重影響臨床教學質量[7-8]。國內外大量報道佐證，VR技術已廣泛應用于外科學、產科、口腔醫學、護理學、康復醫學及醫學影像學等臨床醫學教育之中，還在解剖學等基礎醫學教育中得到了應用[9-10]。由此可見，VR 技術表現出對衛生事業和醫療教育行業的發展的積極作用和應用潛力。已有報道稱，VR 手術示教平臺的開發提供了沉浸式、全面立體的觀學體驗[11]。另一項教學研究將VR 技術與腹腔鏡技術的教學相結合，并通過隨機對照實驗發現：與對照組相比，VR 模擬組的學生的技術水平在訓練后有顯著改善，并且可實現“0”錯誤[12]。VR 平臺不僅提高了學生的參與感及學習興趣，而且相較于傳統教學方式更能擴展手術視野。因此不難預見，VR 作為一種新興技術，能夠有效地提高婦科醫生臨床操作水平，適用于臨床教學和技能培訓工作。

2 應用優勢

醫學教育的傳統模式一向以“課堂面授結合實踐操作訓練”為主。然而在全國醫療需求猛增、臨床醫學專業招生規模不斷擴大的背景下，各醫學院都面臨著經驗豐富的師資團隊相對不足、臨床培訓及實踐機會欠缺等諸多挑戰[13]。相較于傳統教育手段而言，VR 技術結合教學具有多重優勢。

2.1 虛擬現實在婦科課堂教學應用

（1）知識的展現方式更加生動多樣。既往教學多以單一枯燥地解讀課本知識為主，偶爾輔以臨床實踐。VR 結合式課堂能增加教學課堂的趣味性和互動性。不僅豐富教學手段，更能調動學生的學習興趣、積極性及主動性[14-15]。

（2）加深學生對于抽象知識的立體感知。人體解剖并非單純二維結構，因此學生很難在腦海中建立復雜的空間構造認知，進而無法理解課堂上教授的生理、病理結構。VR 技術可以將原本刻板書面的理論知識以三維立體動畫甚至互動視頻、交互游戲等形式展示，突破復雜文字描述和平面圖片的束縛。VR 技術能夠幫助學生更好地理解各類生理過程[16]，例如分娩過程中嬰兒通過產道時女性盆底的變化，月經周期中激素、子宮、卵巢的周期性改變等，也可以用于展示各種病理解剖結構狀態，如盆底器官脫垂、子宮內膜異位癥、子宮及附件腫瘤等。

（3）VR 技術更易實現個性化教學。VR 可以與人工智能、機器學習等技術結合，通過在學生端收集學生數據，并在云平臺終端進行整理和分析，從而進行個性化的資料推薦、學習輔導及知識考核等。

（4）VR 技術革新教學方式和模式，幫助教師從機械重復的教學勞動中解放，有更多時間研究和更新精品課程。

（5）VR 技術打破醫學教育中時間及空間的壁壘[17]。傳統臨床觀摩指的是醫學生通過旁觀手術操作獲得間接臨床經驗。這種教學方式往往因為缺乏有經驗的教師及實際觀摩視野不足，無法滿足教學需求。VR 平臺通過互聯網邀請名家名師，進行“空中課堂”等課程的錄制和制作。學生則可以通過VR 技術可以“沉浸式”“參與”到手術之中。VR 技術還可以搭載“遠程咨詢”等服務，以實現遠程手術指導和醫療協作，真正實現優秀教育資源的共享。

2.2 虛擬現實在婦科臨床操作中的教學應用

在婦科臨床工作中，熟練的臨床操作及手術技能是考驗醫師水平不可缺失的一環，而這必然要求學生們通過不斷地臨床實訓獲得經驗掌握技能。婦科學是臨床醫學的重要學科，主要涉及盆腔內生殖系統及外生殖系統相關疾病。由于其解剖結構極為復雜，并且疾病種類較多，因此對于婦科學員來說手術學習難度較大。

傳統教學多依靠人體及動物尸源或者各類仿真模擬器具。人體尸源稀缺成本高，尸體保存狀態會直接影響組織結構的清晰度和對生理狀態的呈現；動物實驗作為替代模型，在使用過程中不可避免會對實驗動物造成傷害。實驗中的試劑、器械耗材同樣具有一定成本；人體仿真解剖模具模擬度低，然而很多結構的相對空間位置關系無法重現。有限的人體標本與模型只能為部分學生提供實踐機會，而且解剖知識過于平面化，缺乏真實性，導致很多學生理解和掌握情況不佳。解剖結構的掌握不足，往往導致后期臨床技能操作中自信心缺乏，阻礙其學習發展。

VR 技術可以通過模擬真實人體解剖結構，讓學生可以使用VR 頭盔進行可視化操作，更好地了解各組織及器官的相對位置、結構、內部血管和神經的分布狀況等信息，而且可以進行反復操作練習。在設計婦科VR 課程時，應根據婦科臨床教學的實際需求，開發傾向于更加具有針對性的程序。將虛擬現實技術運用在婦科臨床技能培訓中，可以保證在有限的場地內更多的操作平臺，有效地解決教學資源不足的問題。除此之外，VR 技術還能解決學習時間受限，操作場景無法適應等問題。VR 技術具有高仿真、可重復、多互動、高安全等特性，學生們可以通過模擬課程，在出現錯誤時在系統指導下得到實時反饋，同時可以根據評價進行反復改正，積累成功經驗，實現安全高質量低成本無創的臨床實踐練習，大幅減少教學成本。

2.3 虛擬現實在臨床心理素質培訓中的教學應用

臨床實操似乎是醫學院臨床技能訓練教學的最佳手段，但往往其開展受到醫學倫理、醫療安全等種種限制[18-19]。實際臨床婦科工作中，患者具有一定特殊性，患者及其家屬對各項醫療操作更為敏感，因此難以完全避免醫患糾紛的發生。年輕醫生剛剛進入臨床階段時，實操經驗不足，心理素質不佳時更易導致操作失誤，從而降低患者對醫生及醫療機構的信心。因此，如何提高年輕醫師的心理素質及與醫患溝通能力成為臨床婦科教學中重要的課題之一。以往傳統醫學教育通過招募并訓練標準化病人（standard patient，SP），通過他們準確表現醫療過程中患者的實際臨床情況，幫助醫學生模擬真實臨床工作場景。SP 的標準化、系統化培訓往往需要投入大量的人力、資源、金錢和時間。而通過VR 技術重建的SP 模型，可以通過整合分析大量臨床數據實現真正意義上的“標準化”和“隨機化”，同時有效規避傳統SP涉及的醫學倫理問題。VR 技術還可以通過構建醫療場景，使得學生沉浸于“真實”情景中，體驗醫患溝通每一個環節。具體而言，第一，VR技術可以通過模擬臨床操作（例如節育環的放置，婦科檢查）及手術（腹腔鏡、宮腔鏡、陰道鏡等），讓年輕醫生可以通過反復練習，提前熟悉各項操作，鍛煉手感，進而消除恐懼心理以降低在實際工作中的失誤。第二，VR 技術可以模擬各種醫患糾紛的情景。例如與患者及家屬的術前談話、醫療處置過程中各項意外突發事故的發生等，讓醫學生身臨其境并根據情景做出選擇，最終VR 中學生們的表現由臨床帶教老師評價并提出改進建議。該方法旨在提升年輕醫生的臨床能力，鍛煉其心理素質。這種VR 訓練提供了試錯機會，也成為臨床教學中評估學生臨床能力的利器。

除此之外還能通過虛擬現實技術對醫學生進行心理指導和咨詢。在臨床實際中，一些醫學生和醫療人員出現了心理上的異常，這些異常大部分是由環境因素導致（醫療糾紛等），并對其職業心理和職業生涯產生了不可避免的消極看法。虛擬現實可以構建出一種沉浸式虛擬環境，讓其逐漸適應環境，進而改善心理問題。

3 VR 技術應用前景中的挑戰

3.1 技術要求高

VR 技術對信息傳輸速度、圖像算法、硬件設備都有著較高的要求。而醫學教學資源數據量大，對清晰度要求高，相關配套設施不足[10]，這些都對VR 技術在醫學教學中的應用提出了挑戰。

3.2 建立成本高

VR 技術尚在發展階段，其對技術、制造工藝的要求高，在大規模推廣之前成本居高不下。因此VR 教學系統的前期建立需要醫學院校、政府等給予支持[20]。

3.3 場景真實度仍需完善

由于VR 虛擬環境是由開發者提前構思設計，難以避免內容固定。同時受限于目前VR 技術的發展程度，以及新技術新應用的開發難度，VR 在實際醫療教學中應用的程序及設定甚至過于單一及理想化，無法模擬真實、緊急、突發情況的發生[21]。在使用的過程中，使用者反饋其3D 效果欠缺，真實與虛擬世界的銜接性有待提高。同時手術醫生在VR 場景中難以體驗真實環境下的緊張感，對醫學生心理素質和技能的培養質量難以保證。因此在未來醫療教育VR 設備的開發中，不僅需要從硬件方面提升儀器精確度和反饋真實感，在軟件設置上也可以通過設置特殊場景或提高場景真實度，真正實現VR 在醫學應用領域的突破。

目前VR 技術已在不少醫學院校中開展實踐，并獲得了良好的教學效果。隨著我國科學技術的發展以及對高新技術的日益重視，相信VR 技術在臨床婦科教學領域的應用將會取得更大的發展。但必須認識到，現階段我國的虛擬現實技術僅在起步與探索階段，與國外相比還有很大差距。目前來看，虛擬現實技術在實際應用過程中面臨著諸多的挑戰，虛擬現實技術并不能完全代替傳統的教學方式。虛擬現實技術的進一步發展，應當聚焦于提高設備的便捷性、經濟性和實用性。VR 技術的進步和運用將為臨床婦科學教學工作注入新的活力。