虚拟现实技术对军事训练伤防治任职教育的效果评价研究

苟文隆,徐 源,路星辰,邵垌仁,王子明,刘 鹏

1.陆军军医大学大坪医院骨科，重庆 400042; 2.陆军军医大学第二附属医院骨科，重庆 400037; 3.陆军军医大学大坪医院教学办，重庆 400042; 4.陆军军医大学陆军军事训练伤防治指导中心，重庆 400042

军事训练伤是军事训练直接导致参训人员出现组织器官功能障碍或病理改变[1]。近年来，全军部队聚力推进备战打仗，大力开展实战化军事训练，随着军事训练的难度及强度不断加大，军事训练伤的发生率也显著增加。流行病学调查发现，骨关节及软组织损伤等运动系统损伤在我军军事训练伤中的占比可高达81.9%～93.7%[2- 3]。基层卫生军官是军事训练伤防治的主力军，但是由于基层卫生军官多为临床医学专业毕业，缺乏对运动医学专业知识的系统学习。关节镜手术是运动医学治疗运动损伤的主要方式，也是治疗军事训练伤的主要手段，但是在传统任职教育模式下，基层卫生军官严重缺乏临床关节镜手术的实践机会，导致其对运动系统相关军事训练伤防治知识的掌握严重不足，无法满足基层官兵对军事训练伤防治的需求。因此，如何改进现行任职教育模式、提升教学效果至关重要。

虚拟现实(virtual reality,VR)技术是以计算机虚拟成像技术为核心，利用多种相关技术生成逼真的虚拟影像，使受试者的视觉、听觉甚至触觉等感官在虚拟环境下融为一体，并且通过必要的设备允许受试者与虚拟环境中的对象进行交互、相互影响，使受试者获得等同真实环境的感受和体验[4]。在医学领域中，VR技术已经与解剖学、生理学及外科手术学相结合，产生虚拟医学系统，为临床医学教学、手术指引与评估提供了全新的模式，显示出它的巨大作用和使用前景[5]。

本研究在传统任职教育模式的基础上将VR技术应用于基层卫生军官军事训练伤防治理论与实践教学中，解决传统任职教育模式下，学员对运动系统复杂的解剖结构和损伤机制理解不透彻、缺乏实践手术操作的问题。

资料与方法

1 教学目标和要求

通过对基层卫生军官进行军事训练伤防治任职教育培训，将基础理论知识综合运用于临床实践，掌握膝关节军事训练伤的诊治和关节镜基本操作技能，培养运动医学思维和独立操作能力，为今后从事军事训练伤防治工作打下坚实基础。

2 教学对象和分组

教学对象为陆军军医大学2021、2022年度任职教育培训班学员50名，均为临床医学专业本科毕业生。将50名学员依据学号随机分为试验组(传统任职教育模式联合VR)25名和对照组(传统任职教育模式)25名。试验组男性24名，女性1名，年龄25～33岁，平均29.2岁；对照组男性23名，女性2名，年龄26～33岁，平均29.6岁。两组一般资料差异无统计学意义，具有可比性(P>0.05)。所有理论教学和实践教学均由同一教学组实施。

3 实施方法

3.1理论教学过程 对照组由教员根据传统的教学方法对学生实施理论教学，主要采用PPT授课、解剖模型讲解、临床典型病例床旁查房讲解等，并安排学员10个学时自学；试验组在传统任职教育的基础上，利用自学学时安排学生通过混合现实图像系统(Microsoft holoLens，美国)模拟出膝关节及其周围结构的解剖模型，依据病变部位及周围组织的影像学变化，明确区分病变区域、反应区域及正常组织区域，构建数字虚拟仿真三维模型(图1)。

图1 学员使用混合现实图像系统模拟出膝关节及其周围结构的解剖结构，依据病变部位及周围组织的影像学变化进行军事训练伤防治理论学习

3.2实践教学过程 利用笔者单位军事训练伤病例数据库，在教员指导下安排所有学员模拟收治军事训练膝关节损伤患者，每名学员收治患者数≥5例。采用观摩手术录像的方式学习，观摩过程中教员对手术操作要点、镜下解剖结构、病变特点进行现场讲解，观摩手术≥10例，并安排学员10个学时自学。试验组学员在传统任职教育的基础上，利用自学学时在教员带领下使用VirtaMed ArthroS关节镜模拟系统(Virtamed，瑞士)进行虚拟关节镜手术操作，该系统主要由计算机虚拟成像系统、膝关节解剖模型和手术操作器械三部分组成(图2)，可以模拟多种膝关节损伤后关节镜下手术场景，学员可以使用配套手术器械在解剖模型中进行虚拟手术操作，操作动作及关节内解剖结构的变化均可实时呈现在虚拟成像系统中，并且可以模拟组织间的相互碰撞与力反馈。试验组中每名学员需完成模拟膝关节滑膜切除、半月板损伤修整、前交叉韧带损伤重建、软骨损伤修复等手术总计≥10例(图3)。

图2 瑞士VirtaMed ArthroS关节镜模拟系统，主要由虚拟成像系统、膝解剖模型和手术操作器械三部分组成

图3 使用VirtaMed ArthroS系统进行虚拟场景下膝关节镜手术技术操作培训。a.教员示范操作；b.学员模拟手术操作

4 评价指标

任职教育培训结束后对两组学员进行理论笔试和模拟手术操作考核以评价教学效果，理论试卷题目选自历年执业医师骨科相关试题，共计50题，均为客观性选择题，满分100分。模拟手术操作考核采用关节镜手术技能评价工具(the arthroscopic surgical skill evaluation tool,ASSET)[6]，需要完成三项膝关节镜操作：(1)标准的膝关节镜诊断性检查操作，完整观察关节内解剖结构；(2)异物取出操作：使用关节镜取出6个环(3个在外侧间室，3个在内侧间室)；(3)指定使用刨刀修整外侧半月板的瓣状撕裂，以获得半月板稳定。模拟手术操作评分总分60分，其中诊断性操作25分，治疗性操作35分。

5 统计学分析

结 果

试验组理论笔试和模拟手术操作考核成绩均明显高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。

讨 论

军事训练伤是一个长期困扰各国军队完成军事训练和作战任务的难题，每个军事组织都需要去平衡任务对士兵能力的要求与训练强度的关系，尽量避免在非战斗时发生损伤，因为军事训练伤是导致官兵发生功能障碍、残疾和提前退役的主要原因[7-8]。研究表明，美国陆军在基础战斗训练中，军事训练伤的发生率在25%～50%。由于我军早期对军事训练伤的诊断和统计标准不明确，所以我军军事训练伤的发生率在6.9%～18.7%，新入伍人员中的发生率可达44.7%[9]。笔者长期参加中央军委军事训练伤防治“三巡”任务发现，骨关节、肌肉、韧带等急、慢性运动系统损伤在我军军事训练伤中占比80%左右。

依据我军的卫勤保障规则，基层卫生军官特别是营、旅级卫生军官是我军基层部队军事训练伤防治的主力军，他们不但要担负部队军事训练时的卫勤保障任务，还要负责平时军事训练伤防治的医学教育和指导监督任务。然而，由于基层卫生军官大多是临床医学专业本科毕业，对运动医学相关知识了解和掌握不足，往往不能完全胜任基层部队军事训练伤的防治任务。因此在任职教育培训中，对基层卫生军官进行运动医学诊疗能力的培养十分重要。然而由于运动医学所涉及的解剖结构复杂、专业知识广，临床操作技术要求高，学习难度大，培训周期长，传统任职教育模式存在以下问题：(1)由于学科的特殊性，解剖结构和损伤机制复杂，教员很难讲解，且理论学习十分枯燥，通过传统影像学和模式图的教学很难使学员全面理解和掌握；(2)在运动医学学习过程中，需具有良好的立体感知能力，熟悉各个解剖结构立体关系，对操作精细程度要求更加严格。而传统任职教育模式下，学员对局部解剖的理解多来自于平面教学媒体，立体感知困难，加之关节镜镜下视野的特殊性明显区别于常规教学模型，并且操作手术器械时需要眼、脑、双手的协调同步，往往导致学员操作学习难度大，教员讲授障碍多。学员普遍反映运动医学授课内容抽象，理解十分困难，即使强行记忆后，知识点遗忘也非常迅速，实际手术操作时难度大，自信心不足。

VR技术主要利用计算机模拟生成一个逼真的，具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，使人感觉身临其境[10]。临床上该技术已经广泛用于模拟一些复杂的骨科手术，进行术前指导规划[11]。VR技术仿真出的解剖模型能够清晰显示骨关节及周围结构，包括局部骨骼形态、血管神经结构及走向、肌腱韧带肌肉起止、体表标志及生物力学等特征，而且可以从任意角度、任意剖面观察人体结构。该技术不但能够促进学员对运动系统解剖学的理解，而且能够丰富理论教学内容，提高学员的学习兴趣，有助于加强学员对知识点的记忆[12]。除此之外，运动医学传统手术操作教学是把患者直接作为实践对象，是一种以患者为载体的“学徒”教学模式，在传统任职教育模式下，学员很难获得独立操作的机会，限制了学员对军事训练伤发生机制及诊治原则的学习。而VR技术可以通过模拟手术场景，结合真实手术器械，使学员在虚拟人体上进行解剖观察，反复操作，从而能够从安全的错误中取得临床经验，增加了学习内容的形象性和趣味性，提高了学员培训信心[13]。20世纪90年代，美军率先将VR技术应用于军事领域，目前该技术已经进入实战化阶段，并广泛渗透军事生活的各个方面，主要集中在虚拟战场环境、军事训练和武器装备研发等方面。而VR技术在军事医学领域的应用，多集中在模拟战现场急救环境、战创伤应激障碍和军事训练伤治疗康复等方面，在军事训练伤防治任职教育方面的研究较少[14-16]。

本研究通过将VR技术融入军事训练伤防治任职教育中，显著提高了基层卫生军官对军事训练伤防治的理论及实践操作考核成绩。VR技术为军事训练伤防治培训提供了一个逼真、生动、安全的教学平台，避免了传统学徒式教学方法的弊端，对基层卫生军官操作能力的提升有显著帮助，具有其独特优势。笔者相信随着VR技术的不断进步和军事训练伤病例库的不断完善，VR技术可为基层卫生军官提供更加真实的培训体验，进一步推动我军军事训练伤防治工作的进步，更好地保障部队从严开展实战化训练。

作者贡献声明：苟文隆：论文撰写及修改、资料搜集；徐源、刘鹏：实验设计、培训实施；路星辰：资料整理及统计学分析；邵垌仁、王子明：研究指导、培训管理、经费支持