模拟医学教育在产前超声教学中的应用与展望

李林璐，唐晓鸿，赵永锋

中南大学湘雅三医院：1.超声科；2.临床技能中心， 长沙 410013

产前超声诊断是超声医学的重点和难点，也是孕妇孕期常规检查中十分重要的检查项目[1]，完整的高质量产前超声检查可以筛查出大部分胎儿畸形的情况而实现优生优育。传统产前超声医师的培训周期长、难度大[2]，如何规范地进行产前超声培训，提高培训效率，是目前亟待解决的问题。模拟医学教育(simu- lation based medical education，SBME)是借助各种仿真模型和智能技术创设模拟或虚拟患者、临床场景，代替真实患者进行临床实践教学的方法，具有仿真、可重复、安全的特点，能为学员在临床实践前提供宝贵的体验式学习机会，采用模拟和虚拟仿真技术开发的训练器为产前超声医师培训和评价提供了新的手段。文章主要阐述目前产前超声培训及能力评估中存在的问题以及模拟医学教育在产前超声教学中的应用情况。

1 产前超声教学的现状

传统产前超声培训主要采用“看、教、练”的方法[1]，学员通过观察带教教师对产检孕妇行常规超声检查而逐步积累经验，再过渡到自己对真实孕妇行常规超声检查进行练习操作[3]。这样的培训方法存在一些安全隐患，没有充足经验的超声医师在对孕妇进行检查时，会增加孕妇的超声暴露时间，且无法保证检查的准确性。此外，随着民众维权意识的增强，经验不足的医师在检查时不熟练的扫查过程可能被孕妇及家属认为是不负责任的表现，造成患者的配合度不高，给学员实践带来了困难，并存在引发医患纠纷的风险。Gabor P等[4]调查了31个国家住院医师超声培训的满意度，约一半国家的受训者认为缺乏足够练习时间。Tolsgaard M G等[5]的研究显示接受培训后的学员对部分超声基本技能及独立进行诊断仍缺乏信心。

此外，对于产前超声检查操作基本能力的评估，目前缺乏统一的标准。许多机构设置了通过培训的最少检查次数[3]，如国际妇产科超声协会(Interna- tional Society of Ultrasound in Obstetrics and Gyne- cology，ISUOG)建议，要获得最低产科超声检查能力认证，学员应接受至少200次监督下的产科扫描[6]。但由于个人学习曲线不同以及在临床中遇见的具体病例不同，学员在通过同样时间的学习后所获取的能力并不相同。在一项研究[7]中，受访的86名高年级研究生中有76%的人表示他们需要接受额外的培训才能独立执行超声检查，而受访的437名住院医师中有41%的人认为超声培训的最大障碍是缺乏专职教师教学时间。因此，实现特定数量的扫描并不代表获得了一定程度的超声扫查能力。

传统的教学模式已经不适应现代医学发展的需求[8]。中国的产前超声医师培训目前尚缺乏标准的培训课程，在各级医院进行产科超声检查的医师资质也参差不齐，这些都成为目前产前超声教学中不可忽视的难点。

2 模拟虚拟技术与模拟医学教育

现代SBME诞生于20世纪，是科学技术和医学、教育学发展的结晶，SBME的使用从早期的局部功能模型、标准化病人，到融合了计算机、数字信息、虚拟仿真技术的高仿真模拟人、虚拟仿真病人，本身也是一部科学技术的发展史[9]。

最早的模拟教学源于解剖学的兴起。西方杰出艺术家达·芬奇被誉为近代解剖学的鼻祖，他曾绘制大量人体解剖图谱用于解剖学的教学和研究。北宋年间针灸用“天圣铜人” 是可考证的历史上最早的模拟教学用具；挪威玩具制造商Laerdal A开发了早期心肺复苏训练产品[10]，这也是中国医学教师最熟悉的模拟教具，适用于单项临床技能训练。

20世纪计算机的出现及发展给医学教育工作者带来许多创新灵感。Abrahamson S J于1967年推出了第一个计算机控制的能模拟正常呼吸、心音、动脉搏动、睁眼、发绀、气道及10种编码药物作用的模拟患者“SIMONE”[11]。Schwi H A等于1985年首次合作描述了一个以软件为基础，基于屏幕交互的完整的麻醉模拟训练器。计算机辅助训练系统通过计算机软件将人体生理、病理、药理、数学模型和临床病例、治疗反应有机地结合起来创建“虚拟病人”,学生可以选择各种病例进行相关内容的学习和测试,系统不仅能够呈现病例的初始状态，还能通过程序实现对治疗和操作的反应[12]。

综合“虚拟现实和触觉感知反馈技术”的计算机训练系统是高端模拟技术发展的另一个方向，主要用于有创的手术或器械辅助诊疗新技术训练[13-15]。此类系统通过软件创造虚拟的患者环境和病情,操作者通过计算机屏幕或者视觉眼镜看到临床真实场景,通过设备和界面与计算机互动，操作模拟器械在虚拟环境中产生运动，计算机实时呈现，操作者通过作用于电子硬件载体的“力反馈”技术,真实感受自己在医疗操作过程中的各种触觉信息。该训练系统将计算机软件与电子硬件载体完美结合，将医疗操作中的视觉、听觉和触觉融为一体,主要应用在三级学科医师的培训和继续教育之中。

既往大量的研究[16-18]聚焦新型模拟训练器开发和新技术在SBME的应用，充分证实了其有效性，同时也普遍认为SBME具体模型和技术的选择应以教学目标为基础。SBME可以缩短学习曲线并提高受训者的临床技能水平，有利于提高学习兴趣、巩固理论知识、提高临床思维能力。

3 模拟医学教育与产前超声

产前超声检查难度及风险均很大，任何方面的疏忽都容易对孕妇及胎儿造成不良后果。由于产科超声检查所涉及的人群很特殊，在培训中无法像普通超声检查一样轻易地找到可用于教学的标准化病人，模拟医学教育在产前超声中的应用主要采取各种超声模拟装置来实现[1]。

与其它模拟设备的发展历程一致，早期产科超声模拟装置以实体模型为基础[19]，特点是价格低廉、易于制作。一项胎猪模拟器[20]以热封的胎猪作为模型，通过使用真实超声扫描仪对胎猪解剖结构进行扫查，以提高产前超声医师的经验。这类实体模型与真实胎儿解剖结构可能存在较大差异；因模型静态，某些动态功能和参数也无法呈现。

目前所使用的产科超声诊断模拟装置是模拟和虚拟技术相结合的高仿真模拟器，通常包含一个孕妇模型、带传感装置的模拟超声探头，以及与传感探头相连的装载软件的计算机。传感探头用于感应其在孕妇模型上滑动的位置，而计算机则可实时呈现与传感探头位置、角度相对应的虚拟数字超声图像。

这类系统中孕妇模型内并无胎儿，呈现的胎儿超声图像为虚拟数字影像，其图像重建有插值和生成两种方法[1,21]。插值法首先需要获取真实孕妇及胎儿的超声图像，为获取足够数据需要多切面扫查数千张不同方向的超声图像互为补充。采用3D Volume建模，使用插值技术恢复丢失信息，将低分辨率图像生成高分辨率图像，并对未扫查到的图像部分进行插入补充，以此由真实的临床超声数字信息形成与模拟孕妇躯干位置相对应的虚拟胎儿数字超声影像。这种图像生成方法由重建而得，图像质量可能会受原图像清晰度影响。此外，由于缺乏模拟人与真实采集超声图像数据空间上的精准匹配关系，因此计算机上所显示的超声图像数据可能不完全与模拟探头所处位置一一对应。生成法则是通过计算机模型创建虚拟二维胎儿超声影像，即提前构造一个计算机胎儿模型，从模型中提取超声二维切面信息并对其进行细节化加工而形成。这种生成方式可以对不同疾病及不同活动状态的胎儿进行建模，但其图像可能存在“卡通化”的不真实感等缺陷[22]。

产科高仿真模拟装置能模拟一个虚拟孕妇环境，可探及胎儿、羊水、胎盘，并能与真实超声装置一样形成常规B超、彩色多普勒、频谱多普勒图像。传统的教学方法依赖于通过学员想象胎儿在母体中的实际位置而达到获取所需观察切面的目的，学员常因缺乏空间思维而扫查困难。高仿真模拟器常常通过后期的数据合成，在计算机上呈现出虚拟的三维胎儿的位置及其与传感探头的位置关系，从而能更好地帮助受训者建立空间思维、改善手眼协调性；高仿真模拟器还可以为学员提供反馈、允许重复练习，并能够对不同类型及难度的疾病进行学习。

4 模拟医学教育在产前超声教学中的应用

目前，有许多学者对超声模拟器在医师培训中的应用进行了研究。在对模拟器的主观感受上，许多研究[23-25]证实了医师对模拟培训方法的支持。Arya等[23]对28名参与超声模拟培训的学员进行调查，受训者认为模拟培训是对临床学习的有效补充，并非常支持将模拟培训应用于临床超声实践。

产科超声模拟器在超声医师培训中的有效性已在多项研究中得到验证。Burden等[26]通过初学者及专家5次连续模拟顶臀长(CRL)及3次双顶径(BPD)的测量研究，发现通过模拟器的重复，初学者能很快接近专家级的准确性和效率；Le Lous M[27]等对初学者进行1h模拟器培训，发现初学者获取股骨长(FL)标准切面的时间缩短了30%；Rosen H等[28]的一项前瞻性随机对照-试验比较了产科模拟器及志愿者孕妇两种培训方法对初学者在中孕期胎儿胎头标准切面获取的培训效果，发现两种方法均能显著提升初学者的产科超声扫查能力，产科超声模拟器的培训效果优于传统培训方法，并且可以为新手提供更多益处。

除了作为培训工具外，产科超声模拟器还可以用于评估学员的技能水平[29]。目前，对产科超声模拟器在超声医师能力评估中的应用已有一些研究，Cha- louhi等[30]的研究要求学员在模拟器与志愿者孕妇上分别获取相同的超声切面图像，根据切面上解剖结构的显示对图像进行评价，研究发现学员在模拟器与志愿者孕妇上的得分具有相关性，运用模拟器考核时具有较好的研究者间一致性，但该评价方法尚无法评估学员与患者之间的互动能力。Burden等[26]的一项研究使用模拟器对培训前超声初学者及专家对孕妇早孕期CRL和BPD的测量进行评价，发现模拟器能够很好地区分不同经验医师的扫查水平。虽然既往产前超声模拟培训的研究多涉及培训后产科超声医师能力的评估，但多数研究未对评估方法的信度、效度进行评价，因此应用产科模拟器对超声医师进行能力评估需要更科学、大规模的实证研究证据。

5 模拟医学教育在产前超声医师培训中的挑战与展望

模拟教学能够让经验不足的产前超声医师在进行真实孕妇扫查前，在模拟虚拟环境中进行多次练习，更好地理解胎儿的解剖特点，为产前超声医师的培训提供了更加安全、有效的选择。

但目前此类设备在技术上仍需进一步改进。市面上产科超声模拟器仍然难以完全模拟真实的临床情况，如羊水、胎儿胎位、胎儿的活动及孕妇自身因素(如腹壁层脂肪厚度)等，病例种类也非常有限。现有模拟器可能更适用于初学者或经验欠丰富的学员进行练习，在对基本扫查掌握后仍需要在真实孕妇上进行练习扫查以获得在实际患者上检查和诊断的能力。此外，由于模拟虚拟设备购买、维修的价格昂贵，推广基于模拟器的培训可能要考虑成本与获益等多个方面的因素。

SBME于20世纪90年代引入中国，近年在医学教育大改革的背景下，迎来了快速发展的时期，中国现已有超过1000家医院建立了现代化临床模拟教学基地。同时，医学模拟技术和方法也被包括国家医师资格考试在内的多种医学考试作为重要的考核评估工具。不断改进产前超声模拟训练设备，开发系列产前超声模拟培训课程，探讨建立标准评价体系，将有助于提高和保证中国产前超声医学人才培养质量。