虚拟仿真在医学教育应用中的文献回顾分析

唐月阳，黄美畅，汤亚玲 (四川大学华西口腔医院病理科， 成都 610041； 通讯作者)

虚拟仿真(virtual reality)教学是一种探索与发现的模式，借助多媒体信息化辅助教学,为学生提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟，使学生如同身临其境般对所学的知识进行融会贯通并学以致用,以提升学习兴趣从而提高教学质量[1]。同时医疗环境的紧张及各种资源极度紧缺，供学生共同参与治疗的机会越来越少，不能真正掌握实践技术，不利于医生后期的成长，积极探索和应用虚拟仿真教学系统已成为未来医学教育的发展趋势。本文以回顾文献的方式将虚拟仿真的研究现状作一个报告，并对未来更好开展病理教学提供参考依据。

1 材料和方法

文章采用回顾性研究方法并以中国知网学术期刊数据库为数据源，“虚拟仿真”“医学”为关键词检索2011-2020年期间公开发表的相关文献，共310篇为样本进行分析；运用2019 Excel软件从不同年份文献数量变化、主要研究方向、应用方向等方面进行统计归纳，最后制作图表。

2 相关文献检索结果

2.1 文献数量变化

我们通过检索文献发现，文献数量随着年份变化呈现逐步增长的趋势，其中以2015-2016年(47篇)和2017-2019年(154篇)增长最为明显(图1)。

图1 相关文献数量逐年分布图

2.2 虚拟仿真在医学教育中的研究内容统计

虚拟仿真在医学教育中的文献内容总体上分为主要研究方向(237篇)和应用方向(73篇)两大部分。主要研究方向包括理论介绍(129篇)、教学模式(52篇)、设计开发(42篇)、现状分析(10篇)、工具介绍(4篇)等(图2)。数据统计显示，理论介绍的文献占比最高。应用主要包括提升理论教学水平(48篇)、提升临床技能实践操作水平(25篇)等。

图2 研究内容分布图

2.3 虚拟仿真在医学各学科中的研究统计

我们通过对检索出的文献进行统计分析，发现虚拟仿真主要对临床医学(49篇)、基础医学(96篇)、医学影像(20篇)、医学检验(16篇)、口腔医学(11篇)以及中医学(3篇)这几个方面进行研究。其中以基础医学研究所占文献比例最高，其次是临床医学(图3)。

图3 各医学学科研究分布图

2.4 虚拟仿真在医学各学科的具体实践应用统计

我们在检索出的文献中进行筛查，虚拟仿真相关的具体实践应用文献共计22篇。国内相关的研究主要集中于湖北(22.7%)、黑龙江(18%)、湖南(9%)、山东(9%)等地。研究主要集中在不同的学科中将虚拟仿真教学与传统教学从教学效果上进行对比以及提出虚拟仿真教学所具备的一些缺点及改进措施(表1)。

表1 虚拟仿真在医学各学科的具体实践应用

3 虚拟仿真在医学教学的重要性

3.1 引入虚拟仿真教学

新形势下的医疗背景直接考验我国的医疗卫生系统和医疗教育体系，对医学人才提出了新的要求，需要更加重视医学教育[24]。医学是一个非常强调实践的学科，实验操作及临床实习是医学教育的重要组成部分，学习成果直接关系着医学生未来成为临床医生后的诊疗技术水平。由于受制于教学医疗资源的缺少，学生全面参与的机会难得，不利于激发学生的积极性与主动性，难以培养出色的医学人才。而虚拟仿真教学却可以解决资源稀缺、降低教学成本、还原真实场景等问题。因此，在当前“互联网+”时代，虚拟仿真教学已成为高等医学院校教育改革的重点研究方向[25]。

2014年8月，教育部办公厅印发了《关于开展2014年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》(教高司函〔2014〕30号)，明确指出国家级虚拟仿真实验教学中心是高等教育信息化的重要组成部分，也是实验教学示范中心建设工作的重要内容，强调运用科技信息技术的发展，推动教育变革和创新[26]。本研究通过检索文献，发现自2010年起关于虚拟仿真在医学教育中的文献逐年增多，以2015-2016年和2017-2019年增长最为明显。这种快速的发展主要源于教育部门的大力支持和学者的重视。

3.2 虚拟仿真在临床实习教学中的应用

在现实外科手术操作中，虚拟和现实的交互模拟可以帮助医疗专业人员更好地理解手术过程，并且虚拟模拟器作为一种工具，可以在虚拟环境中练习，并熟悉使用的不同工具，以此提升医疗人员的专业操作能力[27]。对于即将面对病人、进入临床实践的医学生而言，可以利用虚拟仿真模拟医院内的各种真实场景，如门诊、病房、药房、创伤急救等，通过佩戴特殊仪器可以进入逼真的医疗环境中，犹如身临其境，置身于不同的场景中进行训练，可以提高临床诊断能力、心理承受能力、应对突发状况能力及如何与患者进行良好的沟通等[28]。从病人的角度来看，虚拟现实可以加强临床医生指导下的治疗。然而，虚拟现实和增强现实也可以作为一种工具，用于患者的健康教育或提供相应治疗[29]。

3.3 虚拟仿真在口腔医学教学中的应用

在口腔医学中，CDS-100模拟器已经被证明是有效的计算机工具，因为它为根管治疗和修复体应用提供3D实时准确的反馈，可以为临床提供客观结构化检查[30]。DentSimTM,Simodont®和IDEA虚拟仿真模型在口腔技能操作中扮演重要角色，帮助学生手部灵活训练、龋病窝洞制备、修复全冠、桥基牙的备牙、根管充填、疼痛处理等，还可监测学生的操作是否出现严重错误，也可在学生需要时进行评估[31]。另外虚拟现实技术还可以建立颌面部急救培训的学习环境，以提高初级学员的知识和信心[30]。

3.4 虚拟仿真在医学影像和检验教学中的应用

在医学影像教学中，由于设备数量有限并且价格昂贵，学生很难亲自上手操作使用设备，无法体会到规范的检查流程。虚拟仿真可以在无辐射情况下模拟各种虚拟实训场景，让学生在无接触的环境中反复演练，熟悉设备工作原理、使用程序及操作流程[32]。部分医学影像图像具有某些特点，如不同的疾病可以表现出相似的影像图像，相同的疾病表现不同的影像图像。学生可以通过虚拟仿真回顾病例信息、临床诊断及影像图像进行学习归纳，从而提高阅片能力。医学检验实验教学多涉及患者体液，存在感染风险和危险生物材料，同时形态学抽象难以理解。教师依托虚拟仿真技术，构建实验平台，可以更好地指导学生学习检验技术[33]。

3.5 虚拟仿真在中医教学中的应用

中医学习是一个漫长且枯燥的过程，学习内容相对抽象，需要理论与实践相结合。其中针灸学又是一门实践性强的课程，因此北京中医药大学构建了经络腧穴虚拟仿真系统应用于教学，让学生对穴位的记忆不仅仅是通过文字，而是更加具体地呈现给学生，提高教学效果[34]。目前，虚拟仿真在中医教学中的应用范围越来越广，如药用植物学、中药炮制学、中医诊断等，这些同时也促进了中医的普及与发展。

3.6 虚拟仿真在病理教学中的应用

对于病理教学而言，虚拟仿真可以联合组织学与胚胎学、人体解剖等，展现从正常组织到病变组织的变化过程，让同学们可以进行对比学习[35]。虚拟仿真技术还可以模拟取材、制片过程，让学生可以亲身参与其中，提高学习兴趣。教师通过构建病理数字化资源库，解决了切片褪色、易碎及资源短缺问题，使学生可以自主线上线下学习，教学效果得以大幅提升。

4 总结与展望

虚拟仿真与教学不断融合加深，已成为医学教育改革中的重要技术。虚拟仿真教学推动人才培养，弥补了传统教学的不足，其在各个医学学科中进行应用，使医学教学更具有高效性、科学性和实用性。但我们还需认识虚拟技术只是教学中的一项重要补充方法，不能完全替代传统教学，将二者有机结合以提升医学教育质量，才是未来医学教育的发展趋势。