VR教学系统在血管外科领域中的应用研究

职康康，蒋庆君，吴鉴今，曲乐丰

第二军医大学附属长征医院血管外科， 上海 200003

虚拟现实技术(virtual reality,VR)是指通过多媒体技术与仿真技术相结合所生成视、听、触觉一体化的虚拟环境，使用户以自然的方式与虚拟环境中的客体进行体验和交互作用，从而产生身临其境的感受和体验的一种技术[1]。随着VR技术的进步与普及，现已被运用到各个领域。近些年，VR技术也逐渐走入医学领域，在医学方面的应用具有十分重要的意义[2]。其在虚拟手术系统[3]、虚拟医学教育[4]、虚拟临床应用、虚拟远程医疗、虚拟军事医学[5]、虚拟伤害医学[6]等方面展示出了十分重要的作用。

血管外科领域手术方式多种多样，通过传统教学方式进行教学讲解，常常达不到满意效果。为提高教学质量及学生对课程满意度，此次利用VR融入式教学系统对临床学生进行血管外科手术教学讲解，以探讨VR融入式教学系统在血管外科领域中的应用和效果。

1 方法

1.1 研究对象

对象来自于第二军医大学2014级临床医学五年制第二教学班本科生。

1.2 研究方法与内容

采用随机数表分组的方法将62名学生按1 ∶ 1比例，分为VR教学组31人，传统教学组31人。对两组学生的前期平均成绩及授课课程成绩进行对比分析。授课成绩由“讨论成绩”及“笔试成绩”两部分组成。教师根据两组学生参与讨论以及互动交流的情况给出“讨论成绩”(满分40分)；授课结束后，“笔试成绩”(满分60分)，总分共计100分。并向VR教学组发放不记名问卷31份，回收有效问卷30份，有效率96.8%。问卷内容包括新颖性、实用性、满意度三部分。两组所上课程均为《下腔静脉滤器植入术》。

VR教学组授课方式为：简要讲述手术相关知识，学生佩戴VR一体机观看手术过程。能够在主刀进行真实手术的同时，学员作为VR体验者，通过VR眼镜全方位地透过立体视角真实体验手术操作，不遗漏任何细节。

传统教学组授课方式为：采用视频结合文字形式，讲解手术过程。

1.3 统计分析方法

2 结果

2.1 基线资料

该次研究共纳入62名学生。其中，VR教学组31人，平均年龄为20.9岁，男性占87.1%；传统教学组31人，平均年龄为20.8岁，男性占80.6%。两教学组学生前期课程平均成绩无统计学差异(86.16±4.32 vs. 85.52±5.26，P=0.6)，具有可比性。

2.2 成绩对比

VR教学组学生在“讨论成绩”部分虽高于传统教学组，但无统计学差异(34.19±2.74 vs. 33.13±2.59，P=0.121)。在“笔试成绩”部分中，VR教学组学生成绩显著高于传统教学组(51.54±3.08 vs. 49.71±3.84，P=0.042)。在总成绩对比中，VR教学组学生成绩高于传统教学组(85.74±4.82 vs. 82.84±5.83，P=0.037)差异具有统计学意义，如表1所示。

表1 两组学生课程成绩比较

2.3 VR教学方式问卷调查

对VR教学组共发放31份问卷，回收有效问卷30份，有效率96.8%。其中，28人(93.3%)认为VR教学方式具有新颖性；21人(70%)认为VR教学方式具有实用性；27人(90%)对VR教学方式满意。

3 讨论

VR技术于1992年首次被提出并应用于外科手术技能培训[7]。在国外，随着VR技术的不断进步，现已广泛用于临床培训[8]、基础研究[9-10]、临床治疗[11-12]、解剖学习等医学类教学领域。近年来，我国越来越重视VR技术在教学领域的应用。工信部2016发布的《虚拟现实产业白皮书》显示，2015年中国虚拟现实行业市场规模达到15.4亿元，2016年预计达到56.6亿元，2020年预计超过550亿元[13]。然而，VR技术在血管外科教学方面的应用尚处于探索阶段[14]，该研究则利用VR融入式系统对医学生进行教学，并评价其在血管外科教学中的应用价值。

VR教学系统所呈现的是医学手术教学，通过前期采集手术视频，后期整合编辑形成可以观看的VR视频，将手术过程再次完整、高清、高精度的重视化，可以做到学生或教师佩戴专业设备后全景观看手术操作过程。通过该研究发现，VR教学组平均“讨论成绩”虽高于传统组的“讨论成绩”，但差异无统计学意义，这表明两组学生课堂参与程度相同。而VR教学组“笔试成绩”却明显高于传统教学组“笔试成绩”，这表明VR教学组的学生对知识的理解更为深刻，成绩更高。通过对VR教学组学生发放调查问卷，超过90%的学生认为VR教学方式新颖性强，总体满意度高，学生易于接受授课内容。但仍有30%的学生认为该套VR教学系统实用性不强，主要因为硬件设备难以满足影片要求，同时目前可供观看的手术视频还较少。

VR教学系统不仅可以提供手术VR视频教学，同时可以进行手术直播。该系统采用高清设备现场采录，将手术画面实时传输。学生或者专业医师可佩戴专业设备观察手术，并根据手术情况与手术医师进行语音及画面互动。对疑难复杂手术，若需要国内外专家协助手术，则可在特制手术室内专家佩戴专业定位设备，实现手术室与远程协助互动。

目前，VR教学系统主要聚焦于手术视频的采集与播放，后期课题组将进一步研发其沉浸式操作功能，通过VR技术实现模拟透视下的人体解剖图像，使学生对不同投照体位的解剖影像的理解更直观、更深刻。不光能够实现切开、缝合、结扎止血、转流管植入、导管取栓等血管开放手术的操作模拟，还能实现导丝通过、球囊扩张、支架植入[15]等血管腔内手术的模拟。采用现代主动力反馈技术令操作模拟的视野和感觉与真实的手术相同，使模拟诊疗时如同身临其境，演练真实的手术流程，沉浸式学习可使学生对血管手术产生更深刻、更全面的认识。