虚拟仿真技术在助产专业教学中应用

周倩倩， 朱爱勇， 曹文婷， 牛金花， 李 艺， 郁 晶

（1.上海健康医学院护理与健康管理学院，上海201318；2.海南卫生健康职业学院护理系，海口570311；3.上海东海职业技术学院护理学院，上海200241）

0 引 言

近年来，随着计算机技术的飞速发展，虚拟仿真已广泛应用于科研和生产的诸多领域，在高校的实践教学环节中将虚拟仿真作为一种提高学生实训效果的技术手段已被普遍接受。在医学教学实践中，医学生往往需要对涉及人体器官或机体功能开展准确、精细、反复实践训练，而采用实体训练又难于实现，如何利用虚拟仿真技术来开展医学教育，已成为当前医学教育的研究热点之一［1-3］。虚拟仿真技术是一种创造虚拟环境的高科技手段，涵括视觉、听觉、触觉三位于一体，用户借助于专用设备操作虚拟对象，产生如同在真实环境中操作的感受和体验，具有感知性、交互性、构想性等特点［1］，因而备受医学界青睐。虚拟仿真技术还呈现低成本、可重复性、可视化的特征，不仅促使其很快成为医学教学活动中非常有效的技术途径，而且在国内医学院校中已研究开发出比较先进的虚拟仿真实验案例［3-9］。

相对于一般临床医学教学而言，助产专业有其自身的特殊性，比如在助产教学中的大部分知识点是“不可视”的，分娩过程本身主要发生在产妇身体内部，采用图片、视频等传统教学方式难以讲透，从而影响学生在助产实训过程中对分娩过程的准确理解和把握，而利用虚拟仿真技术却可以构建出逼真的助产临床环境直观地看到产妇身体内部的变化情况，从而为助产专业教学提供全新的教学方法［4］。

现针对助产专业传统教学方式存在的不足，通过分析虚拟仿真技术在助产实训教学活动中的优势，初步探讨助产专业虚拟仿真教学建设的主要内容，在此基础上进一步研究助产专业虚拟仿真教学实例，以期对助产专业虚拟仿真教学研究提供参考，从而促进助产专业学科的发展。

1 虚拟仿真技术应用于助产专业实训教学活动的优越性

1.1 改变助产专业教学知识点的“不可视性”特征

助产专业教学内容复杂，而且胎儿出生过程主要发生在产妇身体内部，亦即具有不可视性，学生很难直观的感知分娩过程，而仅凭单纯想象是很难理解和掌握学习的内容［9］。分娩过程作为助产专业教学的核心内容，生产时胎儿在子宫中不断下降，最后从产道娩出，胎儿生产的状态变化都在产妇体内完成。如果在教学活动中采用虚拟仿真技术为学生展示产妇分娩过程，可以将胎儿外部的子宫及产妇身体设置为可透视，学生就可以从空间角度全方位地直观学习认识整个分娩过程。同时，学生还可以通过调整参数设置来控制分娩发展进程，得到不同类型的异常分娩过程，可以加深学生对分娩过程的认识和理解。

1.2 将助产专业教学知识点的抽象性具体化

由于整个怀孕和分娩过程均在孕产妇体内完成，胎儿是不可视的，所以助产的相关知识就比较抽象。比如，胎方位的判别以及抬头旋转的过程就涉及分娩过程中胎头和母体位置的变化关系，由于整个过程无法直观看到，传统的讲授方法是在课堂上通过文字、图片、模型等形式进行，学生就很难理解。相反，如果通过“虚拟仿真技术”和“分娩模型”相结合来讲授就可以弥补这种传统教学的不足，从而使得抽象的分娩过程形象化、可视化，学生就易于理解和掌握，同时，进一步加深并强化对分娩过程中胎头与母体位置关系的理解和认识。总之，通过“虚拟仿真技术”将抽象的助产内容具体化，不仅可以提高学生学习的积极性，更利于专业人才的培养。

1.3 弥补传统助产专业教学存在的不足

传统的助产专业教学主要是通常通过文字、图片、实景录像、动画等教学形式来呈现整个分娩过程，教师往往难于形象生动地向学生全方位的展示分娩全貌。而利用虚拟仿真技术开展助产专业实训教学，可以使学生在虚拟临床环境下学习和观察分娩全过程。除了按照常规实训方案进行练习外，还可以进行参数设置和实训条件的反复变化，帮助学生理解和认识不同的异常分娩结果，而不必考虑实训危险或实训耗材费用。另一方面，还可以对不同的实训方案进行考核，不断提升学生对分娩知识的理解和掌握程度以跟踪了解学生的学习效果。

1.4 促进虚拟仿真技术应用于助产专业实训教学

如前所述，应用虚拟仿真技术于助产专业教学活动不仅可以将较为抽象、不可视的胎儿分娩过程形象化和具体化，帮助学生更好地理解和掌握助产专业知识。同时，还可以在虚拟仿真的临床环境中激发学生的学习兴趣，提升学生的动手操作能力，培养学生的助产专业技能。通过跟踪考核学生的学习效果，形成有利于人才培养的一系列助产专业教学新方法，从而促进高端助产人才的培育。另外，将虚拟仿真技术应用于助产专业教学，充分实现助产专业的信息化教学，也必将推动助产专业教学改革和发展。

2 助产专业虚拟仿真教学建设的主要内容

助产专业虚拟仿真教学不仅解决了难以直观感受的不可视、比较抽象的母胎体内变化的临床环境，而且还提供了可重复使用、可靠性好、低成本的教学和实训条件。为了使助产专业虚拟仿真教学更加系统化，便于高端助产专业人才的培养，对助产专业虚拟仿真教学建设的主要内容进行探讨。根据多年来的助产专业教学实践，助产专业虚拟仿真教学建设内容至少应包括实训教学系统、实验教学案例、实训仪器、实验教学案例四大部分，具体内容见表1所示。

表1 助产专业虚拟仿真教学建设的主要内容

2.1 构建助产虚拟仿真实训教学系统

根据助产专业教学的学科特点，将助产专业虚拟仿真教学实训教学划分为临床思维训练系统和单项技能训练系统，前者包括自然分娩、自由体位分娩和新生儿急救复苏等，后者可以涵盖4步触诊、平产接生、人工流产、臀位助产、分娩机制等模块，实训教学大纲可以依此进行实训课程方案设计。

2.2 开发助产虚拟仿真实验教学案例

按照上述的助产专业虚拟仿真实训教学系统设计，助产专业虚拟仿真实验教学可选择沉浸式虚拟仿真技术和增强现实技术来开展。结合助产专业课程教学内容，可应用虚拟仿真技术来设计若干案例。例如，利用沉浸式虚拟仿真技术展现整个平产接生的整个过程；还可以结合现有AR专用骨盆模型，实时操作，虚拟的3D胎儿就可以通过这个真实骨盆，通过增强现实技术，形成虚实结合的教学模式。这样，通过让学生感知由视觉、听觉、触觉等构成的虚拟环境来达到超越感官的课程学习体验。

2.3 建设助产虚拟仿真实训平台

助产接产技术是助产专业领域非常重要的组成部分，是助产专业的基础，也是最核心的技术之一，熟练掌握助产接产技术是培养助产专业领域人才的重要组成部分。目前学校用于助产接产技术教学实训的设备存在价格贵、数量少、运行成本高等问题，例如一套模拟自然分娩的设备，高端全自动设备费用高达上百万元，即使非全自动设备也要几十万元，国内学校限于财力是无法大规模购置的［10］。由于学校实体设备较少，学生难以一对一操作，教师一般只能通过演示实体设备和播放视频的方式授课。这样虽然可以帮助学生加强理解，但是并不能看到子宫内部胎儿的实际变化情况，学生难以掌握抽象的内容，导致学生学习兴趣不高，重难点部分难以理解等后果。助产虚拟仿真仪器系统可重复使用，可大大节约实验环节的教学经费，解决模拟自然分娩的设备数量少、价格昂贵和学生需求之间的矛盾。

2.4 实践助产虚拟仿真实验教学案例

助产虚拟仿真系统采用VR虚拟现实技术，在虚拟现实的环境中进行模拟演练，在预设的虚拟产房中模拟操作，使用者通过手柄或数据手套来精确定位手部运动，从而实现用双手操控虚拟世界的三维对象，可以逼真地进行助产专业学习和训练。针对助产虚拟仿真实训教学案例可以设置一个相对闭环的完整使用机制：使用—评价—反馈—改进—再使用［11］，教师和学生对助产虚拟仿真实训教学案例使用后应及时进行评价，再根据用户评价结果、课堂教学效果等反馈信息来改进和调整案例。

3 助产专业虚拟仿真教学实例

3.1 临床思维训练系统

（1）临床思维3D情景模拟训练系统（自然分娩）。产科临床思维训练系统可以从“第一产程”“第二产程”“第三产程”综合模拟［12］，培养学生的临床思维，内置的练习模式和考核模式（见图1），老师可随时查看学生的学习成果。

图1 临床思维3D情景模拟训练系统（自然分娩）

（2）临床思维3D情景模拟训练系统（自由体位分娩）。由于自由体位是目前最新的分娩方式［12］，教科书的资料也非常有限，学生也没有办法有限地得到学习，自由体位模块可以让学生学习不同体位的状态（见图2），可进一步理解不同体位胎儿和骨盆的关系，及不同体位的优缺点。

图2 临床思维3D情景模拟训练系统（自由体位分娩）

（3）临床思维3D情景模拟训练系统（新生儿急救复苏）。新生儿复苏软件能够系统、动态地评估新生儿的体征包括：评估足月、羊水、哭声、肌张力、肤色、呼吸、心率。软件提供多个案例，针对不同案例的评估结果提供对应的决策方法，完整、清楚、准确地展现了新生儿复苏的操作流程。用户可以从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看。软件自带的多案例特点，可使学生模拟不同的新生儿复苏的操作流程。首先进行动态评估，评估新生儿的体征进而判断新生儿复苏的具体操作流程。新生儿复苏的操作流程包括：常规护理、复苏后护理、初步复苏、给氧、正压人工呼吸、胸外按压等步骤（见图3）。

图3 临床思维3D情景模拟训练系统（新生儿急救复苏）

3.2 助产技术单项技能训练系统

助产专业虚拟仿真系统一共分为5个模块，四步触诊、平产接生、人工流产、臀位助产、分娩机制。

（1）四步触诊（见图4）。①可以全方位、多模式的展示四步触诊的步骤，逐步观看操作步骤，例如，在透视模式下可以显示出子宫内胎儿情况。②可设置胎产式（横产式、纵产式、斜产式）、胎先露（枕先露、面先露、臀先露）、胎方位（枕左前、枕右前、枕左后、枕右后、枕左横、枕右横等），设置后实时更新胎儿在子宫的位置和状态。

图4 四步触诊

（2）平产接生。从接产前准备到接产步骤，直观、清楚地展示平产接生的步骤，可以模拟宫口打开的全过程，真实模拟练习消毒的方法和顺序、接生的方法和手段，可以从多种模式、不同方位对操作步骤逐一进行观看，手势动作可放大、移动、旋转视角或隐藏器具来详细查看。例如，可以在透视模式下观看接生手法，给学生身临其境的感受（见图5）。

图5 平产接生

（3）人工流产。学生可以评估人工流产术的适应症，并且系统中的操作步骤直观、清楚，还可以在模拟操作过程当中，可以通过软件3D实时的查看器械或手在阴道和子宫内部的具体方位和动作［13］（见图6），这是传统教学手段无法实现的。

图6 人工流产

（4）臀位助产。由于臀位分娩非常复杂，有3次内旋转，过去很难教学，老师没有合适的教学手段表现臀位的机制和过程，通过软件，学生可以在透视模式下观看臀位助产过程中胎儿如何发生臀位的内旋转和复位（见图7），肩部如何内旋转以及如何娩出上肢和头部的关键手法，学生自己操作时可以更加熟练地掌握规范。

图7 臀位助产

（5）分娩机制。非常完整的展示枕前位分娩机制七个步骤［14-15］（包括衔接、下降、俯屈、内旋转、仰伸、复位和外旋转）中胎头不断下行的过程中和骨盆的关系变化情况（见图8），将原来非常抽象的分娩机制直观呈现出来，便于学生理解复杂抽象的分娩机制过程，可以观察到胎头的前囟门和后囟门。

图8 分娩机制

4 结 语

虚拟仿真技术在助产专业教学上的应用，达到了提高实验教学的目的。结果表明，该技术克服原有助产实训教学中分娩过程的“不可视性”，让学生更直观地看到胎儿在母体内的变化情况，有利于学生对助产专业知识更好地吸收内化，有助于提高学生接产时实际处理能力，不断提升助产专业学生的实践与创新能力，从而提升教学质量。虚拟仿真技术是助产专业教学的重要发展方向之一，必将开创现代助产专业教学的新未来。