虚拟现实技术在护理领域的应用研究进展1)

任延艳,刘化侠,武江华,李 蕾

虚拟现实(virtual reality,VR)技术是近十几来年发展起来的一项新技术,已经逐渐从实验室走向实际应用,并在军事、航空航天、医学、教育、娱乐等领域有着广泛的应用。目前,由于虚拟现实技术的优势在医学教育、医学实践中的作用日益突出,虚拟现实技术被护理管理层和护理教育者关注并越来越多的应用到护理教育和临床护理中。现就虚拟现实技术的概况及在护理领域的应用现状综述如下。

1 虚拟现实技术概况

虚拟现实技术又称“灵境技术”“虚拟环境”“赛伯空间”等,是指利用计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触等一体的虚拟环境,用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互,相互影响,从而产生亲临真实环境的感受和体验[1]。它所呈现的3D拟真场景,让使用者产生印象深刻的视觉或听觉等效果,进而可以刺激整个大脑的学习。它可以虚拟地建立起与真实环境相近的学习场景,使学生似乎已处于真实环境之中。基于虚拟现实技术的可操作性、真实性、可重复性等优点,它已经成为当今教育技术和计算机多媒体辅助教学的重要发展方向之一。目前,在我国虚拟现实技术已经应用于护理领域中临床护理、护理教学及护理技能训练等方面。

2 虚拟现实技术在护理教育中应用的意义

在虚拟教学系统中,学习者所能接触到的不再是符号化的知识,而是不断从事与实践相关的体验活动。因此,虚拟系统的情景化、生动化、交互性可以给学生全新的学习体验,提高学习的积极性和主动性;虚拟临床情景不仅可以弥补教学条件的不足,减少多组学生反复接触病人导致的伦理困惑,充分体现人文关怀[2];而且可以突破时间、空间的限制,较好地解决护理教学的时间、地点、设备、临床病例等限制性问题[3];此外,学生在虚拟环境中反复训练,可以避免真实操作带来的风险,减轻受训者心理压力 。因此,虚拟现实技术不仅在各个领域应用广泛,而且在医学教育中的作用越来越重要,尤其在提高病人的安全性和培养学生能力等方面显示出巨大优势。虚拟技术作为影响未来科技水平的重要因素,引入到护理实践教学中具有十分重要的现实意义。

3 虚拟现实技术在护理教学中的应用

3.1 虚拟临床浏览(virtual clinical excursions,VCE)[4]美国在20世纪80年代就应用虚拟技术建立临床病例库,用于考试和教学。在护理教育领域,2005年以来虚拟临床浏览系列教学软件和指导手册已发展到第6版,覆盖内外科护理学、妇产科护理学、儿科护理学和护理学技术等课程,并且提供网络学习资源。虚拟临床浏览结合护理教科书,建立了虚拟医院(pacific view regional hospital)。进入虚拟医院,可以学习沟通、记录、评估和安全给药。虚拟临床浏览包括丰富的资源,例如电子病历、病人记录、医嘱、给药记录、特殊检查结果等,帮助学生熟悉日常护理工作,从而提高临床判断和批判性思维能力。

3.2 虚拟课堂 在讲解人体解剖学中,将“虚拟人”应用于教学过程是虚拟课堂的一个典型实例。德国汉堡Eppendorf大学医学院医用数学和计算机研究所建立了一个名为VOXELM AN的虚拟人体系统,它包括人体每种解剖结构的三维模型,肌肉、骨骼、血管及神经等任一部分都是三维可视的,使用者戴上头盔显示器就可以模拟解剖过程[5]。

3.3 技能单项训练 局部功能训练模型(part task trainer,PTT)提供了对人体一个或多个局部功能的模拟或者是对一种或多个护理操作的模拟,使学生对某局部功能得到了解,使某个护理操作得到训练,是一种裂解的专项护理操作技能训练。主要训练护生的单项护理操作技能,如手臂模型可以模拟人类真实的血管,穿刺过程中有落空感和模拟真实血液流出,高级电脑心肺复苏模型可以进行心肺复苏的模拟训练,大小与真人相仿,在操作时可有语音提示和报警声来显示其操作的正确与否。这些能提供给护生更为完备的操作条件[6]。

CathSim静脉穿刺训练系统是由Immersion Medical(原名HT医学系统)公司研制的优秀的教学交互性软件[7],目前已经在英美的许多医学院校使用。该系统包括软件和触觉反馈装置即静脉穿刺用的“胳膊”和一台电脑,它可设置在实际工作中可能遇到的各类病人,包括不同年龄、血管状况以及疾病严重程度的病人。学生可以通过鼠标任意选择病人,在穿刺过程中通过显示器可以看到局部的解剖和进针角度,当针头穿过AccuT-ouch9装置的“皮肤”进入血管时,学生会有真实的突破感;系统同时还模拟病人的自然反应,例如出血和皮肤阻力、血肿以及疼痛,假如操作不理想,系统还会模拟病人发出“哎呀,好痛”的声音,及时给学生以反馈。系统不仅可以播放标准操作过程,而且学生的操作过程也可录制下来,以供学生和指导老师进行评价[8]。

3.4 综合技能训练 利用3DS MAX技术,设计虚拟环境中的综合性技能训练模块。该模块针对每个训练项目,备有不同病例。学生可随意选择不同病情的病人及不同的抢救方案,从而导致不同的结局。例如,模拟一个与医院设备、环境相仿的空间,包括医生、护士、呼吸心搏骤停的病人及病人家属。学生通过操纵杆、开关、按钮、键盘、鼠标、触摸屏等界面装置输入,接受系统提供的各种感官信息,经过判断和决策对系统进行操纵和控制。模块对训练的过程和结果进行综合评分。这个模块可以提供一套从虚拟到现实的综合临床护理训练条件,全面培养学生在临床推断、危机处理及判断思考方面的能力,更加充分的掌握临床护理经验[9]。

日本NEC公司研制了“SimCoeur”软件系统[10],该系统可以模拟急诊病人每分钟的临床表现,能显示包括CT和X线等图像信息,系统还可设置1 000余种病人情境,学生给病人提供治疗措施后能及时得到病人的反应。由于该系统能提示治疗被延误或错误后的补救措施,可丰富学生的应变经验。该公司研制的“Sim Nursing”模拟急诊病人软件系统,已于1998年投入日本市场,该软件系统可进行护理程序的模拟训练,学生能按照完整的护理程序对病人进行全程护理[8]。

3.5 临床护理思维训练 疼痛管理系统是第一个基于网络的系列交互性的疼痛护理仿真系统[11]。给学生提供了一个护理癌症术后病人急性疼痛的仿真过程,在此过程中学生必须应用评判性思维的技巧来评价疼痛、计划和实施药物治疗,并且评价病人对治疗的反应。使用该系统,学生可体会实际工作中与病人、医生和其他护理人员的交互,从错误中吸取教训,并且可以树立自信使自己成为果断、有知识并且关心病人的护士。

3.6 虚拟教学软件 庹焱等[12]开发了《急救护理学教学与训练模拟系统》的教学用软件系统,包括学习模块和训练模块两个部分。该系统运用计算机模拟伤现场急救的基本过程,实施情境教学,目的在于培养学员急救思维,提高其应急能力。在护理本科《急救护理学》教学中进行模拟训练,教学双方都体会到计算机模拟训练是传统教学方法的良好补充,对提高学员的综合急救素质有重要意义。

3.7 现场急救演示 如模拟一个急救场面,配合声音和画面的刺激,造成一种紧张的现场气氛,学生在这种模拟的场景中对计算机上给定的成批伤员进行救护。学生首先要判断伤员的伤情,根据伤情的轻重缓急决定对伤员的急救顺序,并且对伤员进行及时而有效地处理,如果处理不及时或处理不当,伤员就会死亡。通过这种训练可以全面提高学生的临床综合判断能力和各项医疗护理操作能力,培养敏捷、正确思维,从而减少医疗护理差错事故和纠纷在临床实践中的发生[13,14]。

3.8 基础护理模型人(basic anatomical model,BAM)BAM是展示人体基本结构的模型,其产品外形逼真。它主要用于基础护理技能操作和健康评估的问诊及护理体检,所以这类模型在教学中主要用于示教和训练,使枯燥的学习变得生动、易懂,趣味性增强[15]。

4 虚拟现实技术在临床护理中应用的意义

虚拟现实技术生成逼真的视、听、触等一体化的虚拟环境,可以使病人在真实的娱乐情境中改善消极体验,在安全的环境中进行锻炼和学习;虚拟现实技术应用到康复训练领域,一方面利用虚拟现实技术为病人提供一个生动、逼真的游戏康复训练环境;另一方面实现康复器械产生被动牵引和病人主动训练相结合的治疗作用。该技术也为远程护理提供了新范例,给临床思维和技能训练提供了新途径。另外,在为病人开展护理教育、疼痛护理方面,虚拟现实技术都有十分重要的现实意义。

5 虚拟现实技术在临床护理中的应用

5.1 在疼痛护理中的应用[16,17]华盛顿大学附属Har-borview烧伤中心于1999年将虚拟现实技术首次应用于2例严重烧伤的青少年病人,即病人戴着头盔,进行名为“蜘蛛世界”(virtual wiggly-legged spider)的游戏,戴在病人手指上的电磁跟踪系统可以让病人在抓到虚拟世界中的物品时有真实的感觉。该系统不仅可以分散病人的注意力,使病人的疼痛感和焦虑感明显减轻,而且使病人在不知不觉中进行肢体伸展运动,利于病人的康复。

5.2 在肿瘤护理中的应用 为减轻肿瘤病人化疗不适,日本国立癌症研究中心医院开发了“虚拟疗法”(virtual therapy)[18]和癌症心理虚拟现实治疗法[19]。其原理是利用特殊的视听设备,如逼真的立体电影等,使患病卧床的病人仿佛感觉在森林里漫步或在海边聆听涛声,从而达到心情放松、缓解痛苦的效果。

5.3 在病人健康教育中的应用 病人健康教育的方法较多,虚拟游戏是其中之一,名为“健康英雄”(health hero)的游戏已经应用于儿科病人的健康教育,通过游戏可提高患儿的自尊和自我效能,增加学习兴趣,提高学习效果。蔡新良等[20]报道,应用虚拟技术对髋骨骨折病人健康教育效果明显。

5.4 在康复训练中的应用 美国加州洛玛琳达大学研制的“神经康复工作站”可用于治疗因严重事故引起的或先天性身体缺陷,让其沉浸在与真实世界的物理规律不尽相同的虚拟现实之中,从而有助于恢复病人感觉或运动障碍。Gourlay等[21,22]利用虚拟技术设计的虚拟厨房,帮助因脑损伤等造成生活技能缺失的病人学习重要的日常生活技能,研究证明虚拟现实环境产生的计算机刺激有利于各种生活功能恢复。国内将虚拟现实技术应用于运动康复也进入了实践阶段,河北工业大学自主研制了利用虚拟现实和外骨骼技术进行手臂外骨骼康复治疗的方案[23]。清华大学也研制了一种虚拟现实康复车,集心理治疗和康复训练于一体,能显著加快康复进程[24]。

5.5 在远程护理中的应用 纽约州立大学研制出一种电子手套,通过手套指端的感应器收集医务人员给病人体检时双手的感觉,存入电子数据库;同时远方的护理人员选择该数据,只要戴上手套就可体验到好似亲自给该病人体检的感觉,可以用于远程的护理会诊[25]。

6 展望

通过虚拟实境的模拟练习,锻炼和拓展学生的综合素质,为提高护理临床教学质量做出新的探索。应用虚拟现实技术可以使病人在真实的娱乐情境中改善消极体验,在安全的环境中进行锻炼和学习;虚拟现实技术应用到护理领域具有十分重要的现实意义。

虚拟现实技术在护理教育和临床护理中应用前景广阔。但我国的虚拟现实技术起步较晚,尤其是在护理领域仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未涉及的领域,这些都为目前的研究提供了方向,如在社区护理和护理管理中的应用等。但随着护理管理和护理教育者的重视,相信虚拟现实技术在护理领域将有更加广泛、更加深入的应用,这必将给临床护理和护理教育事业带来重大的变革。

[1]胡小强.虚拟现实技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2005:7.

[2]李文涛,安力彬,邢沈阳.虚拟和模拟技术运用于护理实践教学的研究[J].护理研究,2006,20(10B):2712-2713.

[3]张大新.虚拟现实技术(VR)在医学教育和实验中的广泛应用及意义[J].科技创新导报,2008(30):211.

[4]Elsevier Inc.virtual clinical ex cursions[EB/OL].[2010-09-09].http://evolve elsevier.com/vce.

[5]Katavic V.VOXEL-MAN 3D-Navigato r[J].Croat Med J,2008,49(1):131-133.

[6]王斌全,郎雪南.医学模拟技术的发展及其在护理教学中的应用特点[J].护理研究,2009,23(1A):77-78.

[7]HT M edical Systems.New CathSim training system software to evaluate user's intravenous therapy skills[EB/OL].[2010-11-15].http://www.Hoise com/vmw/01/articles/vmw/LV-VM-04-01-4.htm.

[8]高钰琳,王琦.虚拟现实技术在护理技能训练中的应用[J].现代护理,2003,9(6):476-477.

[9]王蓉,张平,万艳平,等.虚拟现实技术在护理实验教学中的运用[J].中华护理教育,2010,7(5):210-211.

[10]Chris Shimizu.Introducing“Sim Coeur” simulation soft ware for training in emergency medical treatment[EB/O L].[2010-11-08].http://www.nec.co.jp/press/en/9809/0801.htm.

[11]Yevgen A,Geoffrey A.A ssessing the quality of web-enabled labo ratories in undergraduate education[EB/OL].[2002-11-06].F3E-14-F3E-16.

[12]庹焱,陶红,朱大乔,等.计算机辅助训练在急救护理教学中的应用[J].中华护理杂志,2001,36(9):697-699.

[13]徐一平,高玉霞,邢沈阳.计算机虚拟和模拟技术在护理实践教学中的应用研究[J].护理研究,2008,22(3C):829-830.

[14]张静,陶红,桂莉,等.急救护理学的综合模拟教学[J].南方护理学报,2002,9(6):53-55.

[15]黄英.医学模拟技术在医学本科教育中的应用[J].现代医药卫生,2007,23(5):2790-2791.

[16]Hoffman HG,Doctor JN,Patterson DR,et al.Use of virtual reality for adjunctive treatment of adolescent burn pain during wound care:A case report[J].Pain,2000,85:305-309.

[17]David Patterson.University of Washington Seattle and UW Harborview Burn Center[EB/O L].[2010-11-20].http://www.hitl.Washington.edu/projects/burn/.

[18]管克江.“虚拟疗法”安慰癌患者[EB/O L].[2001-05-11].http://past.people.com.cn/GB/paper68/3342/429546.htm.

[19]Hiroshi O,Tatsuo M,Masaki A,et al.VR medical support sy stem forcancer patients:Cancer edutainment VR theater(CEVRT)and psycho-onocological VR therapy(POVRT)[M]//Interactive Technology and the New Paradigm for Healthcare.Washington DC:IOS Press,1995:433-438.

[20]蔡新良,石金海,谭世奇,等.数字化虚拟技术对老年髋骨骨折病人健康教育效果的影响[J].全科护理,2009,7(12A):3103-3104.

[21]Gourlay D,Lun KC,Lee YN,et al.Virtual reality fo r relearning daily living skills[J].Int J Med Info rm,2000,60:255.

[22]Zhang L,Abreu BC,Masel B,et al.Virtual reality in the assessment of selected cognitive function after brain injury[J].Am J Phys Med Rehabil,2001,80:597.

[23]岳宏,王小龙,张娟.虚拟现实在手臂外骨骼康复系统中的应用[J].科技通讯,2006,22(1):112-114.

[24]黄靖远,李海燕.虚拟现实康复车的组成及功能[J].中国康复理论与实践,1998,4(4):163.

[25]高钰琳,王琦,魏红云.虚拟现实技术在临床护理中的应用[J].护士进修杂志,2003,18(5):457-458.