虚拟现实技术在骨科临床带教中的应用

蒙德鹏　赵良瑜　欧阳跃平

摘 要：目的 對虚拟现实技术在骨科临床带教中的作用进行评估，探讨其应用前景及可能存在的问题。方法 2016年4月～2018年4月随机抽查第二军医大学本科实习生共70人，随机分为试验组和对照组，每组35人。对照组使用常规的教学方法，试验组在此基础上进行观看VR手术视频的辅助教学。对比两组学员的经管患者数、出科考理论成绩及对教学满意度进行对比。结果 试验组平均经管患者数为（3.12±0.21）例，对照组为（3.24±0.13）例，两组比较差异无统计学意义（P>0.05）。试验组出科考理论成绩为（78.14±11.62）分，高于对照组的（62.28±10.67）分，差异具有统计学意义（P<0.05）；试验组平均教学满意度评分为（98.78±2.71）分，对照组为（97.88±3.51）分，两组比较差异无统计学意义（P>0.05）。结论 VR虚拟现实技术结合传统教学较单纯传统教学方法效果更佳，有良好的应用前景。但有部分学员对VR设备感到不适，需工程人员进一步改进以提高教学体验。

关键词：虚拟现实；骨科；教学；视频；辅助教学

中图分类号：G642 文献标识码：B DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.22.006

文章编号：1006-1959（2018）22-0017-03

Application of Visual Reality Technology in the Clinical Teaching of Orthopedics Interns

MENG De-peng，ZHAO Liang-yu，OUYANG Yue-ping，LIN Hao-dong，CHEN Hui-hao

（Department of Orthopedics，Changzheng Hospital of Second Military Medical University，Shanghai，200003，China）

Abstract：Objective To evaluate the role of virtual reality technology in clinical teaching of orthopedics， and to explore its application prospects and possible problems.Methods From April 2016 to April 2018， a total of 70 undergraduate interns from the Second Military Medical University were randomly selected.They were randomly divided into experimental group and control group with 35 person in each group.The control group used a conventional teaching method， and the experimental group conducted an auxiliary teaching of watching VR surgery video on this basis. Compare the basic situation of the students， the number of patients under management， the theoretical results of the examinations and the satisfaction of teaching.Results The average number of patients in the experimental group was （3.12±0.21）， and the control group was （3.24±0.13），there was no significant difference between the two groups （P>0.05）. The theoretical scores of the experimental group were （78.14±11.62）， which was higher than that of the control group （62.28±10.67），the difference was statistically significant （P<0.05）. The average teaching satisfaction score of the experimental group was （98.78±2.71）， the control group was （97.88±3.51），the difference between the two groups was not statistically significant （P>0.05）.Conclusion VR virtual reality technology combined with traditional teaching is better than traditional teaching methods and has a good application prospect. However， some students feel uncomfortable with VR equipment and need further improvement by engineers to improve the teaching experience.

Key words：Visual reality；Orthopedics；Teaching；Video；Auxiliary teaching

传统的骨科临床手术示教多依赖手术录像，这种平面图象的信息量有限，效率不高，需要我们不断改进教学手段[1]。虚拟现实技术（visual reality，VR）是仿真技术的一个重要门类，集合了仿真技术、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术及网络技术等多种技术，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域[2，3]。它能为用户提供一种完全沉浸式、全景三维的影像显示[4-6]。目前尚没有VR技术在骨科临床带教方面应用的报道。本研究中我们拟将VR显示技术应用于骨科的临床教学中，探索该方法的教学效果。

1资料与方法

1.1一般资料 2016年4月～2018年4月随机抽取70位第二军医大学本科实习学员，采用随机数字表法分为试验组和对照组，每组35人。试验组男性25人，女性10人，年龄22～24岁，平均年龄（23.17±1.32）岁；对照组男性23人，女性12例，年龄22～25岁，平均年龄（23.09±1.61）岁。两组学员的性别、年龄等一般资料对比，差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。

1.2纳入及排除标准 纳入标准：①临床五年制本科实习学员；②参加过外科学大课及解剖学学习并通过相应考试。排除标准：①资料不完整；有明显错误、前后矛盾而导致结果不可信；③因佩戴VR设备导致身体不适或其他原因未能进行试验者。

1.3方法

1.3.1骨折理论知识复习 由长期承担第二军医大学本科教学工作的2名高年资医师（含副主任医师1名，主治医师1名）向学员进行统一授课，两组学员所处的教学环境相同，授课为小班制，每次5～6人，授课内容为20 min的“骨折概述”。课堂上结合幻灯、X线及CT图象讲授骨折分类与治疗等知识。理论课结束后，两组学员均参加日常查房及参与日常手术。

1.3.2 VR视频制作 挑取长征医院日常典型的骨科手术病例，其中上肢骨折1例，下肢骨折1例，骨盆骨折1例，脊柱骨折1例。术前向患者告知视频拍摄的可能并签署知情同意书，研究设计过程报医院伦理委員会审批。在手术中于术者头部视角使用360°全景摄像头（Theta S，理光公司，日本）对手术过程进行全程拍摄。所得视频文件导出剪辑备用。

1.3.3 VR手术视频学习 试验组学员完成统一的授课后立即进行VR视频的学习。每人使用VR设备（Gear VR眼镜，Samsung公司，韩国）及预装的软件（Oculus软件，Oculus公司，美国）观看上述剪辑后手术视频，每段视频剪辑后约10 min，涵盖手术的主要步骤。学员们根据VR视频，加深对该部分解剖形态、骨折类型、手术过程及内固定放置等内容的理解和学习。

1.4结果评价 骨科4周实习期结束后，对两组学员进行问卷测试，测试内容包括专业考核及一般调查，专业考核为一份总分100分的骨折概述理论考卷，均为选择题，主要包括骨科局部解剖（35分），骨折分类（25分），骨折治疗原则（40分）。一般调查内容包括调查对象的年龄、参与手术台数、治疗组患者数量及对教学的满意度及建议等。教学满意度量表为本课题组根据调查分析的一般原则制成，总分100分，该量表由表头、一般情况及20余个彼此有关系的问题组成。

1.5统计学方法 所有的调查数据由2个不参与研究设计的参与人采用双录入法，录入Excel表格，结果表示为（x±s）。所有数据均采用SPSS19.0统计学软件进行统计分析，计量数据采用方差齐性检验和独立样本t检验，计数资料以（%）表示，采用？字2检验。P<0.05表示差异具有统计学意义。

2结果

试验组平均经管患者数为（3.12±0.21）例，对照组为（3.24±0.13）例，两组比较差异无统计学意义（P>0.05）。试验组出科考理论成绩为（78.14±11.62）分，高于对照组的（62.28±10.67）分，差异具有统计学意义（P<0.05）；试验组平均教学满意度评分为（98.78±2.71）分，对照组为（97.88±3.51）分，两组比较差异无统计学意义（P>0.05），见图1。

3讨论

骨科是以骨关节肌肉系统疾病为研究治疗对象的学科，专业性强、病种繁多，病变部位失去正常的解剖关系也加大学员学习的难度。骨科内植物手术对无菌层流条件的要求比其余科室程度更高，这一定程度上也阻碍了实习生更深入更全面的观察手术过程[7]。骨科解剖涵盖面广，有些部位如腘窝、骨盆、髋臼等位置深在且形态复杂也对教学提出了更高的要求[8，9]。传统的尸体模型、手术视频等教学载体信息量有限，难以对复杂的部位及手术方式进行全面的展示，需要我们探寻新的临床教学方法。

VR技术是目前发展迅猛、应用广泛的IT技术之一[10]。VR技术主要包括以下几个方面：通过机电陀螺仪等传感设备感知人的头部转动、眼睛、手势或其他人体行为活动；由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。此外，VR技术还包括由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像以模拟环境[11]。目前，实现这一切只需要简单的智能手机或VR头戴眼镜即可。

VR在医学教育方面有无可比拟的优势。它可以三维立体的建立虚拟的人体解剖模型，借助感应球、感应手套，学生能够很直观全面的学习人体各解剖结构，这是一种沉浸式，360°全景的实景展示，生动性及全面性方面较现有的传统教具优势明显。在医学基础教学方面通过利用VR技术，学生可在虚拟环境中对“尸体”进行解剖和模拟各种手术练习。在上世纪90年代初就有研究者建立了虚拟外科手术训练器，通过这个系统可模拟虚拟的手术台、手术灯，更重要的是虚拟简单的外科工具（如手术刀、剪、钳等），可用于腿部及腹部外科手术模拟。但那时候VR技术存在虚拟效果不足，响应速度慢的特点。有学者发明导管插入的模拟器，学生可以据此反复实践导管插入动脉过程而不会造成任何“患者的不适”；还有学生可以利用眼球模拟模型观察甚至试验手术移去晶状体的全过程，并直观、浸入式的观察到眼睛前部重要结构[12]。2016年4月世界上第1台360°VR外科手术进行了线上直播，借助于患者正前方的VR摄像头，全世界的医师可舒服的坐在沙发上、通过头戴设备浸入式的观看整个复杂紧张的手术过程。

VR技术的应用极大的促进了医学教育的革新，让医学生可以毫无阻碍的、任意角度的观摩学习。但目前国内尚没有一项关于VR技术在骨科临床带教中作用的研究报道。基于此，我们设计了该项研究，对比传统方法和VR视频辅助教学两种方法的教学效果，结果显示，VR视频加传统教学方法较单纯的传统骨科临床带教方法更有优势。

VR技术用于骨科带教有以下优点：①与其他传统手术示教方法相比，这是一种完全浸入式、360°全景影像，学生们主观体验如同身临其境，印象更深，学习兴趣也更浓厚。②目前该技术实现方便，成本低廉，例如本研究中使用的360°全景摄像机、VR眼镜成本仅3000元。③VR视频还具有可复制性，易于传播的优点。VR技术同样有明显的缺点：有部分学生佩戴后感到明显眩晕、恶心等不适，这可能与硬件的响应速度不够有关；目前简单易用的VR设备分辨率仍不够高，VR视频的制作精度仍不够高，需要IT专家和教育工作者努力在未来寻求解决。

参考文献：

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收稿日期：2018-5-7；修回日期：2018-5-17

编辑/杨倩