放射治疗培训虚拟环境在肿瘤放射治疗临床教学中的应用

胡翔 周云 温翠侠

放射肿瘤学是多学科的重要组成部分，大多数癌症患者在疾病治疗中需要接受放射治疗[1]。然而，放射肿瘤学并未纳入本科生的教学大纲，许多住培生对放射肿瘤学所掌握的知识较有限。对于放射肿瘤学专业的医学生，肿瘤放射治疗学的教学仍以应试教学为主[2]。让医学生高效的学习掌握放疗的基本知识便成了临床教学的重点。传统的教学模式显然已经不能适应放射肿瘤学的发展。放射学定位训练是放射学专业学生临床教育的重要组成部分。尽管与真实患者的接触为学生提供了发展技能的最佳条件，但临床环境无法为学生提供安全的学习环境。此外，患者有权获得尽可能最好和最安全的治疗，这使得在学生教育中使用模拟学习环境变得至关重要[3]。2013 年，伍伦贡大学首次研制了放射治疗培训虚拟环境（放射治疗培训虚拟环境）系统。放射治疗培训虚拟环境被用于放疗治疗教育和放射治疗培训。该系统软件建立了虚拟治疗室，医学生可对放疗患者进行治疗。这些工具可以让学生掌握动手技能，设置和决策，并整合其在课堂上学到的知识[4]。既往研究证实，虚拟环境有助于解剖学教学和放疗治疗[5]。然而，放射治疗培训虚拟环境在促进医学生理解放射治疗计划概念方面的价值尚不清楚，关于此类教学课程的结构和结果的详细研究有限。本研究旨在探讨放射治疗培训环境是否能改善医学生放射治疗学的学习效果，并根据学生自评和成绩衡量学生学习成果。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2020 年7 月—2021 年6 月在徐州市中心医院放疗科进行临床实习的67 名本科临床医学生作为研究对象，纳入标准：（1）全日制肿瘤放射治疗学专业实习生。（2）在校成绩合格。（3）经过了本专业系统的教学培训。（4）自愿且同意参与研究。排除标准：（1）负面情绪较高。（2）因个人原因中途退出。（3）有精神疾病，不能完成全程教学。根据教学方法的不同分为放射治疗培训虚拟环境组及传统教学组。其中放射治疗培训虚拟环境组中男性10 名，女性22 名，年龄20～23 岁，平均（21.34±2.57）岁；传统教学组中男性12 名，女性23 名，年龄21～23 岁，平均（21.59±2.44）岁。对2 组学生的性别和年龄进行比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。所有学生之前没有接受过放射治疗方面的知识。接受肿瘤学教学的临床医学专业本科生。

1.2 方法

授课教师由教学经验丰富及肿瘤放射治疗经验丰富，且取得医师资格证和教师证的专业医师担任，2 组授课时间相同，所有授课教师根据肿瘤放射治疗的教材和指南进行授课。共6 个学时。

1.2.1 传统教学组教学方法

采用传统授课方法，将肿瘤放疗内容以幻灯片的形式展现，并结合板书讲授。课程包括：教师讲解，学生提问，案例分析，学生讨论，教师总结的形式。

1.2.2 放射治疗培训虚拟环境组教学方法

放射治疗培训虚拟环境组教学方法采用了案例教学方法，并提供包括患者诊断、使用剂量、治疗计划、患者特征等信息。放射治疗培训虚拟环境旨在提供放射肿瘤学理论以外的知识，并使学生接触到虚拟的环境中。放射治疗培训虚拟环境包括治疗室模型、直线加速器、治疗机、各种治疗辅助工具、治疗床和家具。为了可视化患者的放射治疗方法，肿瘤科医生或放射技师可以将患者的计算机断层扫描（computerized tomography，CT）数据集和放射计划导入放射治疗培训虚拟环境，并将患者放在治疗床上。虚拟治疗室中几乎所有设备的动作和噪音都与现实一一对应，每个患者的个体化照射计划（包括解剖结构、危及器官、剂量分布、靶区）可以3D（在大屏幕上）呈现屏幕，有助于解释复杂繁琐的程序。

1.3 观察指标

2 组教学方法课时结束后，采用试卷对教学效果进行评价。试卷分为三个部分：理论考试，病理分析考试和靶区勾画考试。每个部分满分均为100 分。分别计算医学生的考试成绩。

2 组教学方法的效果评价采用Likert 1～5 分问卷调查[6]方式进行评分。评价的内容包括：知识掌握程度、自主学习能力、学习兴趣、学习效率、课程难易度、课程参与度、教学满意度、课堂气氛以及教学节奏。最好为5 分，最差为1 分。每名学生根据自己的感受对以上几项进行赋值。

1.4 统计学处理

采用SPSS 22.0 统计学软件进行数据分析，所有数据符合正态分布，计量资料以（）表示，采用两独立样本均数t检验。计数资料以n（%）表示，采用χ2检验。P＜0.05，差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同教学模式的学生学习效果的比较

放射治疗培训虚拟环境组医学生的理论考试成绩、病例分析考试成绩和靶区勾画考试成绩高于传统教学组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 放射治疗培训虚拟环境组和传统教学组学生学习效果的比较（分，）

表1 放射治疗培训虚拟环境组和传统教学组学生学习效果的比较（分，）

2.2 不同教学模式教学效果的比较

放射治疗培训虚拟环境组和传统教学组医学生的自主学习能力和课程难易度得分差异无统计学意义（P＞0.05）。放射治疗培训虚拟环境组学生知识掌握程度、学习兴趣、学习效率、课程参与度、教学满意度、课堂气氛以及教学节奏得分高于传统教学组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 放射治疗培训虚拟环境组和传统教学组学生自评得分的比较（分，）

表2 放射治疗培训虚拟环境组和传统教学组学生自评得分的比较（分，）

3 讨论

放射肿瘤学是涵盖放射物理学、放射生物学、临床肿瘤学、解剖学、医学影像学、放射技术学及免疫学的学科，在医疗保健领域内又相对独立，专科性极强[7]。随着计算机技术及信息学的快速发展，放射肿瘤学的发展日新月异，已经从原来的普通放射治疗技术发展为成熟的调强放射治疗和图像引导放射治疗技术，并在临床广泛应用[8]。目前，放射肿瘤学已成为癌症治疗的支柱。由于全世界肿瘤发病率逐渐增高，放射肿瘤学的重要性不容忽视[9]。在卫生保健专业教育中，模拟临床环境是医学生获得与患者治疗相关的技能、知识和行为的基本工具之一[10]。目前，模拟临床环境已经成为医疗保健专业教育的技术增强的主要方式。研究表明，在技能结果、获得技能和知识的时间、医学生的学习效果以及对患者治疗结局的影响取得了积极的结果[11]。

过去十几年，模拟临床环境的技术在医学教育中得到了越来越广泛的应用[12]。最近的一项系统综述评估了在卫生专业教育中使用技术增强模拟的结果，确定了609 项相关研究模拟被证明对与学生知识、程序技能和与患者护理相关的行为相关的领域有显著的好处[13]。既往研究证实与基于现实模拟的培训一样，虚拟模拟已经在各种医疗保健应用中得到使用。虚拟培训环境可以补充现有资源，例如讲座、书籍或电子学习资源。此外，三维（three-dimensional，3D）教育环境可以改善学习的情境化并增加学生的参与度[14]。在实验室环境中进行实践培训可以提供一个安全有效的环境，将理论上获得的知识转化为实践。这些实验室需要配备射线照相设备，这些都增加了实现角色扮演场景和幻影研究等动手模拟培训所需的费用。虚拟仿真使学生能够随时复习所学内容，而不必受实验室设备的限制[15]。

放射治疗培训虚拟环境系统是一个虚拟现实环境，为用户呈现直线加速器、病床、设备所在的掩体和虚拟患者。与系统的交互具有不同程度的沉浸感，该系统中实际直线加速器控制手持设备与软件和触摸屏控件的接口可使环境以二维（2D）或三维（3D）形式呈现[16]。利用3D 投影系统，放射治疗培训虚拟环境软件模拟放射治疗室，该系统允许虚拟直线加速器的交互式操作，并可以可视化导入的患者CT 扫描和治疗计划[17-18]。该系统开发的基础是让学生在不占用临床资源的情况下使用直线加速器。研究表明放射治疗培训虚拟环境 可以提高学生操作直线加速器的心理运动技能[19]。此外，治疗射束可以在视觉上呈现，患者可以呈现为实体人，或者患者的内部解剖结构可以通过器官或相关CT 图像来呈现。以上方式可以与患者的治疗计划相结合，以3D 形式真实地表示给定治疗技术或设置的剂量学对患者治疗效果的影响[20]。该系统的完全沉浸式版本允许用户通过在虚拟环境中移动来控制用户所看到的内容。其主要限制是无法手动将虚拟患者定位在治疗床上。即使如此，放射治疗培训虚拟环境也为医学生提供了相对高保真的体验[21]。

BARTELLA 等[22]研究了放射学学生对使用虚拟放射学模拟的看法。该试点研究以基于计算机的软件Projection-VR 的形式引入了虚拟射线照相模拟。该模拟为本科放射照相学课程第二年的临床前技术技能的发展提供了支持。为了评估学生的自信心和技能发展，以及学生可能遇到的可用性问题，该研究使用了包含李克特量表和开放式问题的混合问卷。教育工作者也可能低估了用户在有效利用虚拟仿真之前所需的指导和培训水平[22]。基于计算机并通过键盘和鼠标控制，Shaderware提供相对较低的保真度。为了研究更身临其境、更高保真度模拟的影响，并将其与基于计算机的软件进行比较，SAPKAROSKI 等[23]开发了一种基于虚拟现实的软件并将其集成到放射照相程序的课程中。虚拟现实环境以模拟临床场景中的语音识别动态患者交互为特色[23]。与其他研究一致，调查问卷的结果表明，虚拟仿真的使用有助于学生进行射线照相程序培训。

自2007 年以来，放射治疗培训虚拟环境系统已在全球范围内应用于放射治疗培训[15]。已有多项研究展开，旨在探索放射治疗培训虚拟环境在提高放射肿瘤医学生的学习效果和模拟实践中的价值[15]。垂直辐射在医学剂量测定中的应用，已被证明不同治疗技术的剂量效应，以此评估患者可能的副作用[11]。然而，当前关于放射治疗培训虚拟环境作为放射治疗训练模拟工具的文献比较有限。此外，放射治疗在医疗保健领域是一门相对较小的学科。该系统的发明者最初将放射治疗培训虚拟环境的开发作为一个概念发布，后来提供了操作系统功能和特性的描述，概述了该系统在培训放射治疗师方面的潜在好处[15]。既往研究显示，放射治疗培训虚拟环境纳入医学剂量学教育可以通过提高学生的自信心以及减少他们自学和实践所需的时间来改善学生的学习体验[14]。此外，还有研究显示放射治疗培训虚拟环境可用于加强对治疗计划评估技能、质量保证和教育教学[22]。在本研究中，将放射治疗培训虚拟环境用于临床前教学，结果显示，与传统教学相比，放射治疗培训虚拟环境可提高医学生考试成绩，病例分析和靶区勾画的能力，并提高学生知识掌握程度、学习兴趣、学习效率、课程参与度、教学满意度、课堂气氛以及教学节奏，差异有统计学意义（P＜0.05）。因此，放射治疗培训虚拟环境可能有助于提高医学生实践技能技术，以便他们更好地为临床环境做好准备。

本研究存在以下局限性：（1）本研究的样本量较小。（2）采用评分方式为李克特1～5 评分；（3）其中部分评价指标为学生自评指标；（4）2 组教学方式中学生的基线水平仅划定了年龄和性别，未能评估其他指标对学习效果的比较。

尽管存在以上局限性，本研究发现放射治疗培训虚拟环境在放疗肿瘤学教学效果好于传统教学，尤其是病例分析和靶区勾画，此外，放射治疗培训虚拟环境组医学生的满意度较高，学习积极性较强。总之，放射治疗培训虚拟环境可使医学生较快掌握放射肿瘤学临床技能，建议放射治疗培训虚拟环境应纳入放射治疗方面的培训课程中。