虚拟现实技术在护理教学中的应用进展



虚拟现实技术在护理教学中的应用进展

1956年美国研制出Sensorama摩托车仿真器，拉开了虚拟现实(virtual reality,VR)技术的历史序幕；20世纪80年代初正式提出VR一词；20世纪90年代后期，VR技术从研究阶段转向应用阶段，被逐渐应用于军事、医学、设计、艺术、房地产等诸多领域，给社会带来了巨大的经济效益，进入VR技术全面发展时期[1]。VR技术涉及计算机图形、传感器技术、动力学、光学及社会心理学等众多学科，是借助必要的装备实现人与虚拟环境之间的信息转换、交互[1,2]。基于VR技术的可操作性、真实性、可重复性等优点，VR技术逐渐引起了护理学者尤其是护理教育学者的关注和重视，现就VR技术在护理教育中的应用现状综述如下。

1VR技术的概况

1.1基本概念虚拟现实又称“灵境技术”“虚拟环境”“赛伯空间”，是一种具有人机交互特征的人机界面(人机交互方式)，采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，用户看到的是全彩色主题景象，听到的是虚拟环境中的音响，手或脚能感受到虚拟环境反馈的作用力，从而产生等同于亲临真实环境的感受和体验[1]。必要的设备包括数据手套、头盔显示器及数据衣等，用户使用移动设备后，转动头部时虚拟环境中的图像实时跟随变化，虚拟环境中的物体可以随用户手势改变而移动。

1.2基本特征VR系统具有沉浸感、交互性及想象力3个本质特征[2]，沉浸感与交互性是决定一个系统是否属于VR系统的关键特征。沉浸感指用户通过多种方式沉浸在虚拟环境中，有身临其境的感觉；交互性指用户与虚拟环境的相互作用，计算机根据用户的头、眼及躯体运动调整呈现的图像及声音，用户通过身体运动或动作来观察、操作虚拟环境中的对象；想象力指用户沉浸于虚拟环境中产生新的想象，获取新的知识，提高用户的感性和理性认识。

1.3系统组成及关键技术VR系统基本组成主要包括用户、传感器、效果产生器及实景仿真器，其关键技术为实物虚化、虚物实化及包括基本模型构建技术、空间跟踪技术、声音跟踪技术、视觉跟踪技术、视觉跟踪与视点感应技术等的高性能计算处理技术[1,2]。

1.4分类

1.4.1桌面型VR系统是以计算机的屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口，用户使用鼠标、追踪球及力矩球与虚拟环境进行交互，此类系统缺乏类似头盔显示器的沉浸效果，但成本低、易于实现。20世纪80年代美国利用VR技术构建了虚拟临床浏览(virtual clinical excursions,VCE)[3]，包括电子病历、护理记录、医嘱、特殊检查结果等内容，涵盖了内科、外科、妇产科、儿科护理学等多门课程，应用于护理教育及考核中，帮助学生熟悉日常护理工作，能够提高临床判断和批判性思维能力。台北荣总医院应用Hybrid VR系统创建了Port-A Cath注射VRS情景教学模式，应用于毫无临床经验的初学者，相较于传统教学模式，该模式显著提高护生的理论知识得分和临床技能，并显著降低护生操作时的恐惧心理[4]。

1.4.2沉浸型VR系统使用头盔显示器、数据手套等传感跟踪装置与虚拟环境进行交互，此类系统具有高度的实时性、沉浸感、并行处理能力和良好的系统整合性，但设备价格昂贵，难以普及和推广。德国汉堡大学Eppendorf医学院利用VHP成像建立了VOXEL-MAN 3D-Navigator虚拟人体系统，头盔显示器能形象、逼真地显示人体各解剖结构的内部构造及其功能[5,6]。

1.4.3增强现实性VR系统此系统不需要把用户与真实世界隔离，用户利用虚拟系统来增强对真实环境中无法感知或不方便的感受。新加坡国立医院应用增强现实虚拟系统在神经外科手术中能让医生直接透视肿瘤周边的复杂结构从而顺利切除肿瘤[7]。

1.4.4分布式VR系统多个用户通过网络同时对同一个虚拟环境进行观察和操作，例如身处异地的医科学生通过网络对虚拟手术室中的病人进行外科手术[1]。

2VR技术在护理教育中的应用

2.1理论教育护理院校一般以教科书为基础，以挂图、标本及多媒体辅助的课堂讲授形式进行理论教学。绝大多数学生感觉理论课程，尤其是包括人体解剖学、生理学、诊断学、病理生理学等医学基础课程的学习枯燥、不易理解、不易记忆，容易产生厌学情绪。理论课程是护士将知识转化为临床护理能力的有力保障，是护理教学中必不可少的一部分，为提高理论课程的教学效果，护理教育者引入了虚拟现实技术。西安医学院在护理学专业病理生理学教学中应用了虚拟现实造型语言(virtual reality modeling language,VRML)技术[8]，利用临床中拍摄的弥散性血管内凝血(DIC)各个角度的照片，通过VRML技术提供的简单几何形体的建模方法来编程、建立起三维模型，把处理好的照片导入其中，即可建立DIC三维模型的图片或视频，实现三维立体展示，便于学生将DIC这种抽象的概念具体化、形象、直观。长春中医药大学引进了美国国家医学图书馆的可视人体计划(VHP)三维数字化可视人体工程，构建了全数字化的虚拟可视人体三维解剖模型，清晰地显示解剖细微结构，以临床专业的一个班级为试点进行人体解剖学的教学，与临床、针灸、推拿等专业结合开展实验项目，认为该解剖模型可广泛应用于数字化解剖学的教学，但文献中未详细描述教学中应用模型的方法，未与传统教学模式进行教学效果对比[9]。泰山医学院护理学院组建了跨学科团队，根据美国内外科护理虚拟临床浏览教材及其软件，结合我国临床和护理教育特点，采用VR技术，经过2年多时间，开发了一款“外科护理虚拟临床病例软件”。软件的首页画面以医院虚拟外科病房楼为背景，设置普外科、泌尿外科、胸外科、骨科、神经外科5个虚拟外科科室，点击科室进入科室的护士站，选择病例，软件包括乳腺癌、胃癌、膀胱癌、肺癌、腰椎骨折及颅脑外伤6个典型病例，每个病例以治疗和护理程序为主线，包括手术前、手术中、手术后3个模块，内容涉及生理、流行病学特征、临床表现、诊断、治疗及护理等方面，其中重点、难点内容有照片、录像、动画展示以帮助理解。该软件经过教学实践，得到了外科医生、护理专家、信息工程技术教育专家和护理专业师生的一致好评，认为软件包含了教学目标的知识点，信息量大，操作方便，缩小学生理论学习与临床实践的差距，激发学生的学习兴趣，提高学生的自主学习能力、批判性思维能力及分析解决问题的能力[10,11]。上海市立达职业技术学院护理与健康学院设计开发了“虚拟病人PBL”软件，软件构建了1型糖尿病、慢性阻塞性肺疾病及风湿性心脏病3个虚拟病例，在教学实践中将虚拟病例与PBL教学模式有机结合[12]。湖北医药学院护理学院的张雪林等[13]在《内科护理学》课程中应用VR技术，认为对提高学生的批判性思维能力有一定的促进作用，但文献中未详细描述应用虚拟现实技术的方法。温州医学院护理学院李玉玲等[14]利用Photoshop软件、Flash技术、Action Seript编程语言及Visual Studio等设计了一款属于桌面型VR的虚拟护理记录教学课件，运用于《基础护理学》中“医疗与护理文件记录”课程教学中，虚拟临床护理情景，使护生在人机互动的过程中学习书写护理记录，取得了较好的效果。

2.2护理技能训练吉林大学护理学院引进了Leardal公司的虚拟静脉注射软件，软件系统中设有100余种不同的病例及40种独特的病人手臂，能提供逼真的视觉效果的三维图像及压力反馈装置，使学生在模拟训练中获得真实的操作经验，操作时系统的网络摄像头能录制操作过程。92.6%的护生认同虚拟静脉注射软件，认为该系统有利于培养实际动手能力，是一种较好的练习操作的方法，操作过程视频的回放能有效地帮助护生巩固操作[15]。新乡医学院研发了虚拟静脉注射培训系统，通过逼真的三维视觉效果和先进的压力反馈装置实现静脉注射操作的虚拟化，能准确模拟静脉注射接触和穿刺皮肤的感觉，能表现出流血、淤伤、肿胀等反应[16]，护生利用鼠标完成除穿刺以外的步骤，在模拟外设上进行穿刺训练，操作过程中可选用可视剖面图以利于观察，与传统教学模式相比，运用该系统在护生心理紧张度、训练穿刺时间及初次穿刺成功率方面存在显著优势。安徽医学高等专科学校护理系与中国科学技术大学奥锐科技有限公司联合研发了护理技能训练虚拟软件，包括吸氧、呼吸机使用、心电监护仪使用及血糖仪使用4个操作技术[17]，介绍了护理人员与软件研发人员的分工及配合，未介绍软件运作的方式，未与传统教学模式进行效果对比。大连大学职业技术学院利用包括11个基础护理实践操作模块的“护理技术模拟教学系统”软件对护生进行操作技能教育，激发了护生的学习兴趣，提高了护生学习效率和成绩，但文献未介绍软件的设计及制作方案等情况[18]。第四军医大学西京医院王蕾等[19]设计了战伤救护5项技术演示及互动模拟训练系统，通过6个独立的场景虚拟战斗一线的情景及三维模拟伤员的伤情和治疗护理过程，每个场景中预设2名不同伤情的人员，操作者根据情况实施止血、包扎、固定、搬运及通气等救护措施，出现错误时有提示，完成整个救护过程给出整体的测评结果，从而训练护士的战场救护应急能力，训练护士在紧张的战场环境下对伤员的急救思维能力及实施五项战伤救护技术的能力。吉林医药学院设计开发了一套虚拟临床护理过程的系统，模拟了实际病区护士站、治疗室、病房等结构，教学过程从简单到复杂，从单项到综合训练，模拟了在护士站查看病例、医嘱、护理记录等资料，在病房查看病人生命体征、身体检查报告，在治疗室准备治疗，在病房执行操作等临床实践工作，使护生最大限度贴近临床实践[20]。长江大学附属第一医院王靖等[21]利用VR技术构建的虚拟人模拟职业防护的真实场景，包括洗手、穿脱隔离衣、戴防护面罩和手套等，对医务人员进行职业防护培训，显著降低了职业暴露发生率。

3VR技术在护理教育中应用的意义

3.1弥补现有教育经费、教学条件的不足，节省物质资源护理教学中，往往存在实验设备、材料、场地、教学经费等缺乏或不足，导致教学实验无法进行，或不能保证每名护生有足够的实验条件，而VR系统的应用，能弥补这些方面的不足，护生能通过VR系统操作各种各样的实验，并获得与真实实验一样的体验。

3.2避免真实实验、操作带来的诸多风险应用VR技术能够模拟真实世界中难以模拟的具有危险性的环境，例如战伤救护5项技术演示及互动模拟训练系统的应用。

3.3充分发挥护生的想象力、创造力VR技术的应用将传统的填鸭式灌输的教学模式改为探索式、交互式的学习模式，体现了一种全新的观察方式、思维方式。

3.4打破时间、空间的限制，具有高度的灵活性利用VR技术能够将抽象知识和图像转变为立体、直观的三维模型，将现实中需要长时间的变化过程在短时间内呈现给护生观察。根据教学需要，通过修改VR系统软件中视景图像有关参数，就能够改变虚拟系统中模拟的环境从而满足新任务的不同需求，例如继续扩充静脉输液系统中病人手臂的数据。

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(本文编辑张建华)

王子颖，杨惠云，周西，吕静雯

摘要：介绍虚拟现实技术的概况与护理理论教育及护理操作技能训练领域中应用虚拟现实技术的现状，提示该技术弥补了目前护理教育中经费、条件不足的缺陷，打破了时间、空间的限制，提高了教学效果。

关键词：虚拟现实技术；护理教育；护理技能训练

Application progress on virtual reality technology in nursing teaching

Wang Ziying,Yang Huiyun,Zhou Xi,et al(Second Affiliated Hospital of Xi’an Jiao Tong University,Shaanxi 710004 China)

AbstractIt introduced the general situation of virtual reality technology and its application status quo in nursing theory education and nursing operation skill training.It prompted that the technology has made up for the defect in lack of funding and conditions,broke the restriction of time and space and improved the teaching effect.

Key wordsvirtual reality technology;nursing education;nursing skill training

收稿日期：(2015-03-17；修回日期：2015-09-11)

通讯作者

作者简介王子颖，主管护师，专科，单位：710004，西安交通大学第二附属医院；杨惠云()、周西、吕静雯单位：710004，西安交通大学第二附属医院。

基金项目陕西省2012年度科学技术研究发展计划项目，编号：2012K16-06-06。

中图分类号：G642.0

文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1009-6493.2015.35.003

文章编号：1009-6493(2015)12B-4360-03