虚拟现实技术构建的前列腺教学模型在教学培训中的应用

郝晓伟 夏新泽 赖文辉 吴洋洋 吕凯凯 黄帅 罗振军 袁清 *

1 解放军医学院，北京 100853

2 中国人民解放军总医院第三医学中心泌尿外科医学部，北京 100039

3 山西医科大学第二临床医学院，太原，030001

4 河北北方学院研究生学院，张家口 075000

5 潍坊医学院临床医学院 ，潍坊261053

泌尿外科是外科学的重要学科之一，常见疾病有泌尿系结石、良性前列腺增生（benign prostatic hyperplasia，BPH）、膀胱肿瘤等［1］。临床教学中需对肾上腺、肾脏、输尿管、膀胱、前列腺、尿道及男性生殖系统进行生理功能和解剖位置的讲解，内容繁多且复杂。传统泌尿外科教学活动中使用的板书、解剖图谱、人体模型和手术观摩等方法，缺乏逼真的立体感和交互性，教学效果不佳，学生较难通过以上方法全面掌握泌尿系统和男性生殖系统相关解剖结构，无法达到较好的教学目的。如何运用新技术改进现有教学模式，使学生快速掌握泌尿系统相关知识是临床教学上的重要课题之一。虚拟现实（virtual reality，VR）技术的出现为解剖教学及手术培训提供了一个潜力巨大的教学工具。

VR 技术可以利用计算机将人体影像学资料加以融合，构建人体三维解剖模型，为学生提供一个直观、形象、逼真、可重复操作的虚拟现实解剖环境，极大地提高了解剖教学的直观性，可让学生更准确牢靠地掌握前列腺解剖结构和生理功能。BPH 是导致老年男性下尿路症状（1ower urinary tract symptoms，LUTS）的常见原因，发病率随年龄增加而升高。药物和手术是BPH 常用的治疗方式，针对药物无法控制症状的BPH 患者，手术治疗是缓解下尿路症状的有效方法，随着激光技术的飞速发展，前列腺剜除术（enucleation of prostate）因出血量少、组织剜除彻底、止血效果好、术后恢复快等优势而广泛推广应用［2］。我们在实际教学中，应用VR 技术构建膀胱、前列腺、尿道三维模型，对我院泌尿外科在读硕士研究生和规培生进行前列腺解剖结构和前列腺剜除术过程教学，现将教学结果做如下汇报。

1 资料与方法

1.1 VR 技术构建的前列腺教学模型

与VR 技术相关的科技信息公司合作，基于构建的膀胱、前列腺、尿道三维解剖模型（以下简称为“三维解剖模型”），以及经尿道前列腺剜除术的体验模型（以下简称为“三维体验模型”），对学生进行教学。

1.2 研究对象

入选2021 年1 月至2022 年7 月在我院泌尿外科轮转的在读硕士研究生和规培生为研究对象，采用随机对照的方法，将40 名学生按1：1 的比例，分为对照组和观察组，每组20 名。入选标准：⑴本科学历的规培生或在该院泌尿外科轮转的在读硕士研究生；⑵年龄≤30 周岁；⑶无独立完成经尿道前列腺手术的经验；⑷无类似项目培训经验。研究过程中共筛选51 人，4 人因学历被排除，3 人因年龄被排除，2 人因具有独立完成经尿道前列腺手术的经验被排除，2 人因年龄超过30 周岁被排除。

1.3 研究方法

1.3.1 对照组 对照组学生采用“板书+临床观摩”模式。⑴使用现有教学幻灯片（PPT）和教学模具，为学生讲授关于前列腺解剖结构和生理功能的相关学习；⑵手术室现场观摩经尿道前列腺剜除术，由带教老师进行演示和讲解，要求学生进行两台完整手术的观摩。

1.3.2 观察组 观察组学生采用“三维解剖模型联合板书+临床观摩+三维体验模型训练”模式。⑴使用三维解剖模型结合教学PPT，为学生讲授关于前列腺解剖结构和生理功能的相关学习；⑵手术室现场观摩经尿道前列腺剜除术，由带教老师进行演示和讲解，要求学生进行两台完整手术的观摩；⑶使用三维体验模型，由带教老师进行演示和讲解，然后每位学生在此模型中进行所有手术动作的操作体验。

1.4 评价方法

⑴培训开始前，对两组学生进行理论专业知识摸底。培训结束后，对两组学生进行理论专业知识的考核，采用百分制，内容包括膀胱、前列腺、尿道的解剖结构、结构特点和生理功能以及经尿道前列腺剜除术的手术操作要点、解剖标志等。⑵对两组学生进行手术操作的考核，采用百分制，内容包括器械使用熟练度、操作时间、剜除完整性。⑶使用自制评分问卷进行教学满意度的调查，采用百分制，内容包括教学后对于教学方式是否满意，是否对前列腺增生相关理论知识掌握更牢固，是否较好地了解手术操作以及注意事项等。

1.5 统计学方法

应用SPSS22.0 统计软件对数据进行分析。计量资料符合正态分布用均数±标准差（±s）表示，组间比较采用t 检验。计数资料用例数（百分率）表示，组间比较用χ2检验。

P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组学生一般情况比较

两组学生年龄、性别、学历相比较，差异均无统计学意义，具有可比性，见表1。

表1 两组学生基本信息比较 （n=20）

2.2 两组学生理论知识成绩比较

经过不同方法教学后，观察组学生对理论知识的掌握程度显著优于对照组，两组结果具有统计学意义（P＜0.001），见表2。

表2 两组学生理论知识成绩比较 （n=20，x ±s，分）

2.3 两组学生手术操作成绩和教学满意度比较

经过不同方法教学后，观察组学生对手术操作的掌握程度和教学满意度显著优于对照组，两组结果具有统计学意义（P＜0.001），见表3.

表3 两组学生手术操作成绩和教学满意度比较 （n=20，x ±s，分）

3 讨论

VR 技术利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，通过对视觉、听觉等感官的模拟，让使用者身临其境，具有沉浸性、交互性、自主性等优势，虚拟仿真学习环境，为求学者提供生动、逼真的学习环境，亲身经历的“自主学习”环境比传统的说教学习方式更有说服力［3］。有调查显示，超过6 成的受访人群认为VR 具有定位准确、克服传统盲点问题的优势，同时有效缓解学习人员的心理压力［4］。临床医学的学习由于其对实践操作具有极高要求，VR 技术的出现和应用很大程度的解决了临床教学工作中的放手学员操作与减少病患痛苦的矛盾问题，目前VR 在口腔医学［5］、中西医结合［6］、护理学［7］、药学［8，9］、解剖学［10］、骨科学［11］、妇产科学［12］、神经外科学［13］、心血管病［14］、眼科学［15］、康复医学［16］、急诊医学［17］、麻醉学［18］、影像学［19］等学科教学中广泛应用。

黄海鹏等［20］对于VR 在泌尿外科领域的应用进行了综合分析，宫再兴教授对VR 在泌尿外科教学进行了多维度的评价［21］。随着科学技术的发展，泌尿外科手术方式逐渐从开放手术转变为腹腔镜和自然腔镜手术，手术方法朝着微创化和精细化的方向发展［22］，更微创和更精细的手术要求医师需对泌尿系统的解剖结构和生理功能理解得更深刻，理论基础坚实。由于手术视野的限制，通常仅术者可直接体验、观察术中操作过程［23］。初学者难以将镜下视野与操作体验相结合，手术学习周期长，操作风险高［24］。传统教学方式无法直观地将泌尿系统的解剖结构展现在学生面前，因此我们探索利用VR 技术构建三维解剖模型，允许学生全面了解膀胱、前列腺、尿道表面和深面的解剖结构，且可对解剖结构进行旋转，从不同角度观察泌尿系统解剖结构，有助于学生构建人体复杂结构的立体图，提高学生的学习积极性和教学效果。另外利用VR 技术构建的经尿道前列腺剜除术的体验模型，可以让学生初步了解经尿道前列腺剜除术的过程以及体验手术操作动作，为后期该术式的学习奠定良好的基础。但也有不足之处，如触觉反馈欠佳，操作中缺乏沟通、人文关怀等。

本研究探讨了VR 技术对泌尿外科硕士研究生和规培生掌握前列腺解剖结构及经尿道前列腺剜除术过程的教学中的应用效果，结果显示，经过不同方法教学后，观察组学生对理论知识和手术操作的掌握程度、对教学满意度显著优于对照组，表明VR 技术构建的前列腺教学模型的应用，不仅可使初学者重复、直观地观察前列腺与膀胱、尿道的相对解剖结构，理解结构相对应的生理功能，更容易掌握经尿道前列腺剜除术的过程及操作要点，更深刻地理解理论知识，从而达到满意的教学效果。同时，避免了教学过程中初学者操作不熟练造成患者损伤的风险，缩短了教学培训周期，有利于前列腺剜除术的进一步推广。