虚拟现实技术在白内障超声乳化手术培训中的应用

王敏希 殷丽敏 包兴旺 潘雪萍 吕喆 侯泽江

目前，白内障仍然是我国排名第一的可逆性致盲眼病，防治白内障致盲，任务艰巨［1］。超声乳化是治疗白内障的主流术式，也是眼科医师需要学习掌握的重要手术方式。白内障超声乳化联合人工晶体植入术具有数量多、节奏快、专业性强、无菌要求严，手术时间短，安全隐患多等特点［2］。由于白内障手术时间短、且采用表面麻醉，患者全程处于清醒状态，对外部刺激较敏感，害怕、焦虑、紧张、失去控制是手术患者常见的情绪障碍［3］。因此不便于手术过程中操作的实践教学。虚拟现实（virtual reality，VR）技术，是采用以计算机为核心的现代高科技方法生成虚拟环境，用户借助设备对虚拟环境中的手术对象进行操作，模拟真实世界手术操作的感受和体验［4］，其在医学领域的教学和临床实践逐步应用与推广。本研究探讨VR技术在眼科住院医师白内障手术操作培训中的效果。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2018年6月至2020年12月温州医科大学附属眼视光医院进行住院医师规范化培训的医师58名，随机分为观察组和对照组。其中对照组29名，其中男13名，女16名；年龄（24.48±0.95）岁。观察组29名，其中男11名，女生18名，年龄（24.50±0.92）岁。两组基本资料比较差异无统计学意义（P＞0.05）。

1.2 方法 带教教师均为有＞5年教学经验的高年资白内障主刀医师，培训时间为1个月。观察组：采用VR技术对研究对象进行眼科手术培训，具体流程：（1）学习系统自制的白内障超声乳化手术的基本操作，并由带教教师进行讲解内容包含手术步骤、操作要点及术中可能遇到的并发症处理。（2）应用本系统的虚拟操作平台进行制作切口、连续环形撕囊、白内障超声乳化以及人工晶体植入进行操作，该系统会对操作者的操作步骤和操作精准度进行自动识别，并提示操作者进行调整和重复操作，操作步骤正确后方可进入下一个步骤，纠正后可继续可对操作者的训练掌握程度进行持续改进，训练自动化评价系统可以对白内障超声乳化手术的操作位置精度判断。对照组：采用传统手术带教的方式进行教学包括带教老师参考白内障手术教材，制作PPT课件对解剖和手术流程进行分步讲解，平均每个工作日观摩＞10台白内障手术，在培训期间每位学员可在带教老师的指导下进行2～3只猪眼的白内障手术操作练习。

1.3 评价方法 2名带教老师观看所有学员的动物实验操作，并对每一位学员的操作规范性和动作稳定性（评分10分为满分）、手术时间、能否顺利完成撕囊、超声乳化步骤，及操作发生的并发症等方面进行共同评价。发放调查问卷，调查学员对两种培训的效果、不同特点的体会以及对显微手术培训的建议。

2 结果

2.1 操作考试评价 观察组撕囊完成比例、手术时间、操作规范性和稳定性、并发症发生比例均优于对照组（P＜0.05），见表1。

表1 两组考试成绩评价

2.2 教学满意度评价 观察组满意度优于对照组（P＜0.05），见表2。

表2 两组教学满意度评价［n（%）］

3 讨论

白内障超声乳化手术培训作为眼科医师手术培训的重要内容，其手术培训方式也在不断探索更新。传统白内障手术学习模式是主要通过临床实践进行学习，低年资医师首先学习理论知识，并在临床中反复观摩主刀医师手术，了解手术步骤，并在此基础上分步骤进行学习。由于白内障手术时间短、对操作的精确性要求高，且采用表面麻醉，患者对外部刺激较敏感，由经验较少的医师进行操作，由于操作空间小，略有失误就可能出现严重手术并发症，因此，年轻医师很难有较多的手术机会。

动物实验手术培训在一些有条件的医院逐步开展，其通过新鲜猪眼（或动物眼）模拟临床手术操作平台，并配备专业的手术显微镜、超声乳化设备以及眼科显微操作器、耗材等，可供学员进行白内障的核处理、人工晶状体植入等手术操作的实践需求。由于其投入成本高，且重复性差，动物眼手术的体验与实际人眼手术差异大。因此，动物眼不适宜作为一种常规性的全程白内障手术训练方法，可以作为进入实际手术前熟悉手术设备和流程的阶段性训练方法。

VR技术根据现实手术环境参数，为住院医师创造一个高度逼真的学习环境：提供三维图像，模拟使用者的手和眼睛的运动，结合VR相关技术形成一种仿现实系统［5］。VR技术已在国外起步较早，已用于各种眼科程序，包括球后注射、撕囊、白内障超声乳化手术、视网膜光凝和玻璃体视网膜手术［6］。

本研究所采用的自主研发的VR仿真白内障训练自动化评价系统以网络平台为基础，根据手术室的真实环境使用Virtools软件进行建模，内容丰富，营造一个逼真的三维交互虚拟场景，让培训者仿佛身临其境。该系统包括三大模块：（1）操作演示：结合临床实践编制操作标准，收集白内障超声乳化手术基本操作流程，制作成视频，编入软件，供学员观看学习标准化手术流程和规范；（2）操作练习：为操作演示和操作练习建立手术操作的界面提示，包括眼科显微镜练习，制作切口、连续环形撕囊、白内障超声乳化以及人工晶体植入及各种手术并发症处理等操作步骤。利用键盘、鼠标对虚拟环境中的操作对象进行评估和执行，系统会随时提示每步操作的对错；如错则无法进行下一步操作，纠正后可继续可对操作者的训练掌握程度进行持续改进，训练自动化评价系统可以对白内障超声乳化手术的操作位置精度判断。（3）操作考核。培训者进行在线模拟操作，考核过程中不再提示对错，整个操作结束给予分数和评价。

本研究结果显示，观察组撕囊完成比例、手术时间、操作规范性和稳定性均优于对照组（P＜0.05）。在VR仿真白内障训练自动化评价系统中，进行撕囊操作时，系统会对操作过程中的错误感应及反馈性提示，如撕囊直径过小，镊子是否碰到角膜、撕囊是否过度用力导致悬韧带不稳定甚至损伤、囊膜破裂。同时，观察组学员经过本系统的反复练习，手术过程中不断经过系统纠错，可以使得手术流畅程度、规范化程度得到较大提升。出现失误后经过系统提示，练习者可以进行反复操作、熟悉规范化的手术流程。但观察组学在模拟器上难以感受到现实手术中的前房稳定性、悬韧带的稳定性，核的硬度等方面，在VR系统中仅完成核的吸出，这些不足还有待于白内障VR培训设备的提升。再逼真的模拟操作也不能代替实际操作训练。

白内障手术培训是眼科医师手术培训的重要内容。本研究结果显示，VR技术的应用在学员中取得较好的满意度，年轻医师可以通过虚拟手术环境进行关键步骤的反复演练，很快适应手术流程，缩短学习时间。另外，可考虑将基于VR技术的白内障超声乳化手术专科培训系统与传统动物试验显微操作培训相结合，应用于眼科白内障手术培训。