虚拟技术在临床教学中的研究与探索

张雪 刘宏伟 李雅江 于俊娟 罗艳卓 付冰冰

(佳木斯大学附属第一医院 黑龙江佳木斯 154000)

临床医学本身就是一门具有实践价值和积极推动力的应用型科学，不仅需要医学生具备较高的专业素养，同时还要具备较高的动手能力和实践能力。然而从现有的情况看，随着我国高等医学院校的扩招，教学资源紧缺使得部分临床实践课程无法有效展开，教学医院之所以能够给予医学生更多临床实践操作的时间和机会，是由于虚拟技术在临床实际操作的教学中扮演着关键性角色，通过虚拟实践课的教学方法，不仅可以增加学生自信，还能使学生从实践中获取专业知识，同时在学习过程中也提高了实践能力，学会了正确运用相关理论知识，并将这些知识充分与实践相结合起来[1]。

1 虚拟现实技术的概念

虚拟增强现实网络技术与计算机相集成可以使人们通过眼部视觉、触官等感觉器官来对虚拟事物进行感知。它集成了计算机的智能化信息技术、传感器图像处理信息技术、语言语音信号图像处理与数字声乐以及音频处理技术、网络通信技术等许多不同门类的信息科学，是我国现代化社会科学信息技术革命的又一个重要历史里程碑[2]。虚拟视频技术能够让学生存在情绪上的感知、沉浸感，并实现与虚拟世界的互动，学生可以“亲临其境”，完成相关的教学培训，因此弥补了实验教学信息资源大量匮乏的不足，并由此进一步激发广大本科学生的积极性[3]。

虚拟标准化患者（Virtual Standardized Patients，VSP）是一种泛指医院利用先进的计算机和多媒体技术自主搭建和仿真的人体模型，通过自己的软件和编写可控制程序，对模拟人体进行各种智能化的操作和控制，模拟来完成临床自检和诊断的过程。VSP 基于多媒体病例进行流程设计，结合多种多媒体的元素，如图像、声音、文本等，提供一个交叉互动的病例。利用VSP来代替临床标准化管理病人以及患者管理来直接深入实现相关临床医疗技术的综合训练，解决了大部分临床医院的毕业学生在其所在领域临床技术接触中遇到的临床疾病涉及病例数量较少、经验不足等困难，从而有效、充分培养了这些医院的毕业生独立进行思考和分析解决相关临床技术综合实际管理问题的综合能力。

2 虚拟技术在教育领域的重要性

国内不少医学院校在临床教学中投入了大量的物力、财力，通过制定标准化患者的临床教学模型来提高学生的思考能力和操作能力[4]，现阶段，临床技能培训教学方式表现出一定的先进性，尤其是新科技的引入弥补了我国传统的临床教学资源不足，使得学生各方面的能力都有所提升，但是我国临床技能的培训中仍存在一系列的局限。具体而言，传统的实践课程教学模式缺少交互性，这种情况下，学生的精力不集中，而且操作内容仍仅仅停留在对子技能的训练上，缺少将操作知识技能和临床运行应用相结合的整体性运用；缺乏情感上的培养，在进行教学的过程中，只把这个模型拿来当作一个模型，学生无法对其产生人文关怀，因此可能会忽略了一些细节部分，学生没有更多的想象空间，因此对突发情况的应变能力无法得到提高[5-6]。故而，现代医疗专业教育建议要重视以上的局限，在此基础上，帮助学生养成自主学习习惯，以更好地培养一支素质高、能力强的先进医疗专业人才。

对标准化病人的问诊、全身体格检查不仅是临床医生必备的基本技能，也是临床工作的基础。医学生在临床技能综合训练培训过程中，是无法做到每个学生都能对病人进行全面系统的体格检查，更不可能接触到所有多样化、典型的病例；并且因为涉及病人的隐私或违背病人的意愿等原因保存下来的病例也非常少，在临床中积累的经验也无法逐一传授给大量的医学生。而这种虚拟标准化的训练系统正好解决了这两个方面的矛盾，启用了虚拟标准化的病人培训系统，对于医学生的基本知识、临床运用均能有效提高。对于临床医生来说，其要不断地进行实践，才能逐步掌握各种操作技巧。还需指出的是，虚拟培训没有直接影响到患者健康，可减少后续的一系列麻烦；另外这种模式具有较高的可操作性，增加了低年资院士的实际操作机会，对于学校来说无疑是非常理想的教学工具。这也是适合医学教育工作者的一种教学方法，虚拟技术已经成为临床医学教育领域的不可缺少的重要补充。

3 虚拟技术在医学教育领域的应用

VR从诞生至现在已经经历了较长时间，然而在医学教育方面是近些年才获得应用的。它在学生专业素养的培养中发挥了重要作用，在提高教育质量方面展现出了优势。国外已有学者对此做了专门研究，比如Samadbeik 等人的研究表明，VR 能够增强教学活动的趣味性和多样性，提高了临床实践过程中的精确性，使得学生可以更好地获得专业知识和技能。

3.1 在医学解剖中的应用

VR技术的360度模型体验效果，其能够帮助学生更准确地把握解剖学，学生的精力更为集中，也拓宽了知识面。在课堂上，学生可以从多个角度对解剖模型进行观察，如同亲临其境一样动手操作，学生的实践能力和动手能力得到了显著增强。还有学者做了专门研究，比如Andolfi C 等建立了一个3D 数字模型，然后采用特定的方法将其载入VR模拟器中，这种装置的最大特点在于，能充分展示观测物的细微之处，更为重要的是，在具体应用过程中，外科医生可以通过触觉指针随处移动，此种情况下，医生可制定更为科学的治疗策略，同时也提高了对住院医师的带教。

3.2 在情景模拟中的应用

VR技术的功能不止于上文论述的范畴，其还可以模拟出逼真的虚拟环境（VE），参与者仿佛亲临其境一样，能够与其产生互动。VR技术能够为学习者创建和实现各种医疗场景，让学生有更好的沉浸式体验，受训者可以通过佩戴医疗仪器与场景融合，并能够通过感知器官对虚拟场景进行感知，可以极大地锻炼学生的应变能力，同时能够让学生注意到一些细节，有利于学生与患者情感的培养。从现有的情况看，使用VR技术为患者搭建骨科三维可视化平台，结合病人的实际情况生成一个“个体化3D 数字复制品”，此种情况下，病人可以对自己的疾病情况有更全面的了解，而且这个虚拟平台的医师可以为病人讲解病情，这有助于良好医患关系的建立，也可帮助医师制定更为科学的决策。此外，VR 技术在其他的领域中也得到了大范围应用，比如远程教育、远程医疗等领域中均能见到它的身影。

图1 虚拟病人和病例

4 虚拟技术及虚拟标准化病人训练系统在临床综合技能训练课教学中的应用探索

卓越医师班是为适应国家医学人才培养要求设置的五年制临床医学培养模式试点，目的是培养拔高的医学创新人才，因此改革教学方式、提高学生自主学习、终身学习和创新思维能力对卓越医师班学生的培养尤为重要。通过虚拟技术及虚拟标准化病人训练系统，以声音配合文字，并以动画形式进行循环演示，学生对虚拟病人和病例进行选择，具体诊疗过程分为8个阶段。

（1）选取典型的病例阶段：结合实际需要和课堂进度，带教老师会选取一些典型的标准化疾病病例并提出思考，学生课前预习。

（2）病史采集阶段：即对虚拟病人的基本信息做了解，这个阶段主要锻炼学生的问诊技巧，以提高学生的沟通能力，并对医学生问诊情况进行校对评价。

（3）体格检查第一阶段：全体学生根据患者问诊的具体情况可以掌握到现在虚拟化中患者的身体基本资料，利用各种虚拟自动化的身体诊疗管理工具对已经虚拟化的患者身体进行各个身体重点部位的日常体格检查和其他各种辅助性体格检查，获得重要的生理体征，系统会根据相应检查给出检查数据和结果，并对医学生获取体征的情况进行校对评价，然后将评价结果进行记录和保存。

（4）病例书写阶段：在这一阶段内，学生会基于前期的操作进行病例书写后提交相应检查结果，系统将对结果给出校对评价。

（5）病例分析阶段：学生根据病史及体征分析出可能疾病。并进一步判断选择实验室检查，获取相关结果。以上操作完成后，接着学生结合系统给出的各项检查结果自己进行思考和判断，得出结论，并给出治疗方案，可以自己分析，也可以提交给指导教师，同时还可以与同学进行联合会诊，协同合作。提交结论给系统后，系统会显示出正确的结果。并且在给出治疗方案不佳时可以重复操作。

（6）信息反馈阶段：虚拟标准化病人系统最后会将学生的数据与预设结果进行对比，之后会将对比结果显示在相应的页面中，此时用户就可以快速浏览到虚拟标准化病人病情转化结果。在具体操作过程中，系统会自动弹出是否有必要查阅数据库的对话框，学生可结合实际情况对其进行操作；另外，学生们可通过网络进行学习，并在此过程中不断发现和解决问题，以不断提升解决问题的能力。

（7）讨论阶段：带教教师组织讨论。在以上的环节中，获得了大量的临床医学症状、体格医学试验等资料，此时，学生可以就其中存在的问题进行讨论，比如判决后的依据、识别疾病诊断等。在此过程中，还应将讨论的内容和结果记录下来。

(8)总结阶段：带教教师总结病例。在这一环节中，就讨论中的重点问题进行总结，比如：问诊、体格检查、病例书写等做简要归纳然后进行相应的评论。在此基础上，全面结合自己的书本理论知识和实际工作经验，对现场的实际应用情况进行了深入分析，并解决了问题，深化了所要研究的内容。

图2 “恶心、四肢乏力3天”病例

通过虚拟仿真系统，学生在整个学习过程中犹如身临床其境，在针对虚拟病人系统应用的网络问卷调查中，随机抽取50 份临床卓越班学生调查问卷，调查结果显示，93%的学生对运用此虚拟仿真系统在临床综合技能训练课程中效果非常好；81%的学生进行了病例的反复学习操作，并且通过多次操作练习后，更好地掌握了所学的重点内容；75%的学生认为运用虚拟仿真系统学习临床综合技能课程，形式新颖多样，系统全面，更容易掌握各种知识点；85%的学生认为通过虚拟仿真系统知识脉络非常清晰，能更快地熟悉和提高临床诊治技能；8%的学生认为通过虚拟仿真技能能实现与患者间的互相模拟，课常生动有趣，明显提高临床技能的学习效果。

在临床医学卓越班进行改革过程中发现，利用VSP 训练系统的临床综合技能训练课程，在实际培训过程中可以解决一系列的问题，可纠错、可重复操作性强。医学生可以在虚拟仿真的环境中独自诊断，也可以和同学团队合作，进行联合会诊，提高了医学生的自主学习、独立分析、团结协作的能力。同时填补了医学生无法接触到的临床病例数和经验知识的储备。

5 虚拟现实技术应用在临床教学中存在的不足

2013 年教育部启动了虚拟技术试验研究项目建设，然而从目前的情况看，很多地区并没有很好地进行此类建设，除此之外，不少疾病尚未纳入虚拟病例系统，且一些地区在该方面投入的经费较少，使得项目建设滞后。虚拟病例系统的操作通过计算机实现，其不是直接面向患者，因此采用这种方法不能有效锻炼学生的实际动手能力。整体上看，VR技术还处于起步阶段，因此相应医学产品的系统研发还不成熟，其灵活性相对来说较差，在使用过程中限定了教学内容与表达方式，这种情况下表，学生的自主能动性得不到有效发挥，不利于学生创造能力的培养。

6 结语

虚拟技术及虚拟标准化病人训练系统作为一种新的教学方法具有其先进性和创新性，也是医学教育领域中的有益尝试，为医学在校早期接触临床提供了条件，它使得教学模式更加多样化和复杂化，激发了学生的学习热情和潜力，可以为医学生在技能训练过程中避免凭空想象，枯燥乏味的理论学习，提供有趣、逼真的模拟问诊的实习环境，使学生能够真正与虚拟病人互动交流。能很好地培养学生的实际操作技能和沟通处理问题的能力，非常适合在临床综合技能训练中应用，提高临床综合技能训练的教学质量。虽然仍存在一些不足之处，技术上还有很多问题需要解决，但随着虚拟技术的发展和日益成熟，以上不足会得到弥补，而随着该技术更新速度的不断加快，相信其在医学教育上能够得到更全面的应用。