利用医学虚拟模型设备开展临床技能培训的探讨

毕卫云，朱财林

1. 空军军医大学第一附属医院 临床技能培训中心，陕西 西安 710032；2. 西安交通大学第一附属医院 胸外科，陕西 西安 710061

引言

计算机虚拟技术为医学模拟培训带来一场新的革命，它的出现成为虚拟模型系统史上划时代的进步[1]。利用虚拟模型系统开展临床技能培训工作，倡导以尽可能贴近临床真实环境和更符合医学伦理学的方式为临床医师提供便利，不仅省时、省力，而且减少了不必要的创伤[2]。近年来，临床技能培训中心利用计算机互动模型和虚拟模拟系统，以真实导入的病例为模板，通过模拟人和虚拟临床场景[3]，采用触、视、听等互动式的练习，让临床医师在全面认识解剖部位与病变能力的基础上，提高操作的灵活性、准确性并且更好地掌握这项操作技术[4]。

1 虚拟模型设备在临床技能培训中的应用背景

自从虚拟技术的开创者依默森研发了应用于呼吸系统和消化系统培训的虚拟内窥镜以及用于普通外科手术培训的虚拟腹腔镜以来，虚拟模型设备在临床技能培训工作中的应用越来越广泛。英国诺丁汉大学医学院、香港大学医学院等[5]众多顶尖国际医学学府将这类虚拟模型设备用于临床技能培训中，取得了良好效果。同时，国内多家高等医学院校接受了美国中华医学基金的资助，开启了国内临床模拟教学先河[6]。我国首都医科大学宣武医院于21世纪初率先建立高仿真模拟培训中心，从美国引进了具有现代生理驱动高仿真模拟培训的最新技术HPS。随后我国其他重点医科大学附属医院也相继建立了临床技能培训中心，并利用医疗虚拟模型设备开展临床技能培训。随着医学模拟教育技术的迅速发展和提高，虚拟模型系统逐渐应用到临床的各个学科[7]。

2 虚拟模型设备在我院临床技能培训中的应用

我院临床技能培训中心是目前国内规模最大、设施齐全、技术领先的培训中心之一。模型设备包括生理驱动模型、虚拟现实技术、计算机辅助模型和局部功能训练模型等[8]，详见表1。

表1 我院临床技能培训中心模型分类与对应课程

利用虚拟模型设备开展培训课程：① 用高端智能人进行模拟病例演练，以接近临床的真实环境和更符合医学、伦理学的方式，根据所设定的模拟场景，学员可以观察到模拟人呼吸变化、瞳孔散大缩小等情况，甚至可以触及桡动脉搏动以及强弱变化，真实的医学模型、完全手术室化的工作场景使学员们有身临其境之感；② 实行教员与学员互动，通过采用互动教学充分调动学员的积极性、主动性和创新性，提高教学效果；③ 采用虚拟模拟训练。下面举例说明运用模型及开展的对应课程。

（1）利用局部功能训练模型开展培训课程。局部功能训练模型主要用于开展“三基”课程培训。“三基”指基础理论、基础知识和基本技能[9]。

（2）利用计算机辅助模型开展Microsim临床思维培训。以情景模拟教学[10]、人机对话、自主学习为主的Microsim临床思维训练。

（3）利用全身、半身仿真模型开展心肺复苏急救技能培训[11]。

（4）利用虚拟现实技术设备开展专科技能培训，包括腔镜基本技能训练、虚拟内窥镜训练等。

（5）利用生理驱动模型开展高级生命支持培训以及临床急救能力培养。

（6）运用高端模拟人软件开发功能，主要是编辑战创伤模拟人病例，进而创建相应的创伤急救培训课程，对参训人员扎实掌握急救技能、正确诊断临床疾病起到积极作用。

3 材料与方法（以虚拟支气管镜培训为例）

3.1 培训对象

按照学习者的报名先后顺序，每期抽取7～8名（只有一台高级虚拟内窥镜训练系统，学员轮流练习）既往未接触过或未独立进行过支气管镜操作的呼吸科医师及纤维支气管镜相关科室医师。这些医师都具有硕士以上学位，并且均已考取临床执业医师资格证。

3.2 培训模型

虚拟支气管镜操作训练系统由一个虚拟支气管镜、一个计算机交互式界面、一台计算机和模拟技术软件组成。

3.3 评价指标

（1）操作用时。操作开始，系统自动计时。

（2）已观察到支气管树的比例。用来评价操作者的准确性。

（3）出现红视时间。用来评价操作者的灵活性。

（4）理论考核成绩。考试命题严格遵循教学大纲要求，且从非讲课教授专门命题的纤维支气管镜试题题库选题。除理论考试、操作考试，其他各个评价指标都来自系统自带的评估系统，考试过程中由系统自动记录，培训老师当场打印系统考核结果。

4 统计学分析（以虚拟支气管镜培训为例）

4.1 资料来源

统计近十年虚拟支气管镜（共开班35期，每期7～8人）培训的学员成绩，每名学员分培训前、培训3 h、培训6 h三个阶段考核，将276名学员共828次考试成绩作统计分析。虚拟内窥镜系统自带评估打分，所有培训学员的系统评分显示训练3 h平均分数可以达到及格线以上，所以选择3 h作为中期考核；有部分学员的操作评分在6 h时已接近满分，考虑到时间及社会效益，选择6 h作为另一个参考节点。

4.2 结果

考核结果采用SPSS 17.0统计软件进行统计学处理，计量数据以（±s）表示，组间比较采用均值t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。培训前后的各项指标数据结果如表2～3所示。

表2 培训前与培训后成绩对比（±s，分）

表2 培训前与培训后成绩对比（±s，分）

时间节点 理论考试 操作考试训练前 73.05±4.35 80.00±5.07训练3 h 82.99±1.07 85.13±2.30训练6 h 94.40±3.51 96.37±2.78 P值 ＜0.001 ＜0.001

表3 培训前与培训3 h、培训6 h后操作指数对比（±s）

表3 培训前与培训3 h、培训6 h后操作指数对比（±s）

时间节点 整体操作用时/s完成支气管探查比例/%训练前 443.0±101.0 73.0±29.0 52.0±14.9训练3 h 293.0±46.0 39.0±26.0 79.4±12.1训练6 h 217.0±40.0 23.0±11.5 94.6±4.8 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001红视时间/s

5 利用虚拟模型设备开展临床技能培训的优势

我国医学生的培养虽然没有美国的漫长[12]，但也要经过5～8年的理论知识学习后，再到临床科室经历1～3年的规范化培训。临床操作技术的掌握是医学生实习中的重点。学生经过多年的理论学习和规范化培训，虽然获得了非常丰富的理论知识，但是操作技能却无法满足临床需求，理论知识与临床实践存在严重脱节。国家医学考试中心在临床执业医师资格考试中[13]，通过虚拟操作评价临床技能，也很大程度上推进了各院校标准化病人与临床技能培训建设。通过虚拟模型设备为各类医师及学员提供宽阔的培训平台，开展多层次培训，是临床实践教学成功走向临床应用与实施的重要保障。

（1）利用虚拟模型开展临床技能培训能改善医患关系，减少医患矛盾。以往只能在病人身上进行临床技能操作练习，传统的临床实验教学模式已无法满足高难度的临床教学。在此背景下，现代化的临床技能培训中心逐步引进了尽可能贴近临床实际需求的高仿真虚拟系统来开展临床技能培训和考核，对医学生的培养具有重要意义[14]。

（2）虚拟模型为医学模拟教学提供支撑。利用高仿真模拟训练系统代替真实患者和模拟真实场景进行临床技能培训可以快速提高医学生的临床操作技能，同时减少患者的伤害和避免医疗纠纷的发生[15]。

（3）虚拟模型有利于医学生的心理健康成长。虚拟模型培训的最大优势是在教学和使用过程中可以实现针对某一疾病诊断与治疗过程的反复训练，既不会因操作不当造成不良后果，更不会出现医疗事故，从而减轻了学习者的心理压力，有利于学习者心理的健康成长[16]。

（4）虚拟模型系统有利于医学生临床思维的培养。虚拟模型系统应用于临床技能培训能为医学生在较早期接触临床提供机会和条件，能迅速提高医学生的临床技能，积累一定的临床经验，增加了临床实际操作的安全性，体现了对患者的人文关怀[17]。通过多样病例的反复训练，有利于临床综合诊断思维能力的培养[18]。

6 讨论

近年来，我院临床技能培训中心以教育国际化理念为指导，依照国际最新诊治指南，按照既定的培训工作计划，有步骤、有重点地组织开展了形式多样的培训，提高了临床医务人员的业务技术和操作技能[19]，形成了在国内有影响和领先的科室和专业，为各类医学模拟培训提供了借鉴。

为提高培训质量、效率，我院培训中心教员在查阅大量国内外文献的基础上，编印培训大纲和培训标准，将系统化的培训分为理论讲解、操作演示、操作训练及理论与操作考核、培训效果分析等五个阶段。在每一次培训结束后，培训教员对整个过程做统计学分析，尤其是训练前后效果分析，并进行总结及改进。以虚拟内窥镜（抽取支气管镜培训数据分析）培训为例，培训结束以考核成绩为基准，按照学习曲线图进行效果分析。培训采用训练前、训练3 h和6 h结束后，分别进行定量能力测试考核。如表2～3所示，培训前的成绩与培训后成绩差异有统计学意义。与训练前相比，理论成绩由（73.05±4.35）分提高到（94.40±3.51）分（P＜0.001），操作成绩由（80.00±5.07）分提高到（96.37±2.78）分（P＜0.001）。整体操作用时由（443.0±101.0）s减少到（217.0±40.0）s（P＜0.001），出现红视时间由（73.0±29.0）s减少到（23.0±11.5）s，到达支气管树的比例由52.19%±14.9%增加到94.6%±4.8%（P＜0.001）。将训练3 h与6 h后考核结果比较，6 h训练后的统计结果基本都优于3 h。虚拟支气管镜培训以来，参训人数约276人，每名学员参训15次，60学时，约4000余人次。从理论成绩与操作成绩分析，所有学员会熟练操作，并且成绩合格，最少要经历3 h上机训练。培训6 h后参训者的成绩不但达到了优秀水平，成绩也趋于平稳状态，考虑到时间、经济效益，故选择6 h作为结点。临床调查研究，经过虚拟医疗模型培训后的医师与没经过培训的医师相比，在真实病人身上操作出现的训练过程过长、诊断过程反复、病人持续不适和医疗风险增加等现象大大减少[20]。

7 总结

虚拟模型设备借鉴临床真实模型系统设计，力求在虚拟环境中为参训者提供真实的画面和场景。目前我院临床技能培训中心还未拥有完全的纯VR或AR技术模型设备，只是大部分专科技能培训设备的操作原理中都含有部分VR技术，诸如达芬奇模拟训练系统、虚拟内窥镜系统等。VR技术成功弥补了传统医学的不足，它利用计算机生成的虚拟环境，在教学中虚拟环境的真实性让操作者完全沉浸到此环境中，有种身临其境的感觉，真正实现了人机交互，临床医师可以灵活操作并能得到虚拟环境最真实的反馈。达芬奇模拟训练系统打破了以往人眼所受的局限，它的操作臂包括左、右臂和三臂，机器手可以在360°的空间下灵活穿行，能将控制柄的大幅度移动按照比例转换成病人体内的精细动作，防止人手可能出现的抖动现象[21]。同样，达芬奇机器人手术模拟训练系统借用VR技术逼真地呈现了临床真实手术操作场景，仿真度高、操作灵活、模块逼真、更精准[22]。而虚拟内窥镜所借用的VR技术倡导以尽可能贴近临床的真实环境，利用计算机互动模型系统，采用触、视、听等互动式的练习来提高操作的灵活性、准确性。由此可见绝大多数虚拟模型设备利用计算机交互界面追踪解剖位置动态变化，提供给操作者真实的力反馈。

利用虚拟模型设备开展临床医师手术技能培训，可以让临床医师身临真实手术场景。学员通过在虚拟的训练场景中，按照训练之前制定的学习计划和考核方案进行学习，不断提高基本操作技能[23]。同时还可以让临床医师发现临床操作中的不足和常见问题，不断地总结、思考。通过反复训练，强化疑难、易混知识点[24]，对于提高培训质量，降低医疗风险具有重要意义[25]。当然，在采用虚拟模型设备开展培训的同时，也发现众多不足。首先，临床技能培训缺乏规范化模拟教学管理，医院培训管理工作尚处于摸索发展中；其次，缺乏优秀的病例编辑团队，现阶段应用的主要是系统自带的病例，对于临床罕见、疑难病例目前还不能做到自主编辑和应用，没有充分利用生理驱动型模拟系统之类的高端设备[26]，无法满足临床培训的需求；最后，虚拟设备属于高端电子产品，频繁使用必然带来高发的设备故障，维修与升级的代价昂贵[27]，如何更好地保持设备的稳定性，保障医院教学工作的顺利开展，还需要更多的研究。

综上所述，利用虚拟模型设备开展临床技能培训是医学教学发展的必然趋势，建立系统化的培训课程更是利用虚拟模型设备开展培训的核心。虽然国内外都已广泛开展虚拟现实的医学培训，但是目前普遍缺乏规范化的培训课程体系和适合虚拟模型特点以及不同层次医生个性化成长的培训课程。因此，需要进一步探索和创建更符合临床需求的培训课程体系，通过课程实施，提升参训者的动手能力，提高培训质量。未来我院将依托虚拟模型设备系统这个桥梁，利用中心先进的模型设备，开发战伤救治病例，建立战伤救治流程，开展模拟多种战争环境下的战伤救治课程，并引进国际化标准的创伤培训课程，积极培育优秀导师队伍，努力建成智慧型临床技能培训中心。