王博，楊群，張衛(wèi)國，張光前，宋媛，張俊，董擂

（1. 大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院骨外科，遼寧 大連 116011；2. 大連理工大學，遼寧 大連 116024；3. 大連醫(yī)科大學，遼寧 大連 116044；4. 大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院普外科，遼寧 大連 116011）

虛擬現(xiàn)實技術（virtual reality technology, VRT）是采用以計算機技術為核心的各種技術生成逼真的視、聽、觸覺一體化虛擬環(huán)境，使用者借助必要的設備以自然的方式(如頭的轉(zhuǎn)動、手的運動等身體“語言”)與虛擬環(huán)境中的對象進行交互、相互影響，通過視覺、聽覺以及觸覺等觸發(fā)設備使使用者產(chǎn)生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗[1]。在醫(yī)學領域，虛擬現(xiàn)實技術與人體解剖、生理、生化以及現(xiàn)代外科手術學結(jié)合產(chǎn)生了虛擬醫(yī)學系統(tǒng)，為臨床醫(yī)學教學以及手術指引與評估提供了全新的模式，顯示了它的巨大潛力和實用前景[2]。本研究采用膝關節(jié)鏡虛擬仿真模擬手術系統(tǒng)對骨科醫(yī)師進行手術培訓，評價其培訓效果。

1 對象與方法

1.1 對象及分組

選取2012年1月1日至2013年12月31日來大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院骨科進修的醫(yī)師36名作為研究對象，將其隨機分為實驗組和對照組，其中實驗組20名，對照組16名，記錄每位醫(yī)師的年齡、性別、職務。對兩組醫(yī)師均進行為期45 d的理論教學和手術觀摩，其中實驗組醫(yī)師另增加膝關節(jié)鏡虛擬仿真模擬手術系統(tǒng)培訓。

1.2 仿真系統(tǒng)及訓練方法

本研究采用膝關節(jié)鏡虛擬仿真模擬手術系統(tǒng)軟件由 ITK、VTK等開發(fā)包組成，采用 CMake 跨平臺編譯器和Microsoft Visual C++.NET2003作為編程語言，對以上開發(fā)包進行了整合和開發(fā)，將計算機斷層掃描（CT）、核磁共振成像（MRI）等獲取的病人影像信息進行三維重構(gòu)，生成適合虛擬醫(yī)學教育系統(tǒng)的幾何模型。建立膝關節(jié)鏡手術系統(tǒng)模塊，使用帶有傳感器的設備模擬操作手術器械的移動、旋轉(zhuǎn)等相應動作。虛擬操作過程器械和組織之間的接觸應根據(jù)虛擬對象的自身特性進行模擬，非剛性的組織器官碰撞到器械會發(fā)生表面形變，需要通過計算碰撞表面的位點改變重新繪制圖形。學生通過應用虛擬醫(yī)學系統(tǒng)的模擬臨床實踐過程中可反復進行手術操作，基本技能培訓項目包括鏡頭導向、儀器導向、鏡頭與儀器運用協(xié)調(diào)訓練、抓放物體訓練、組織切斷訓練、抬物和夾針訓練、關節(jié)清理、游離體摘除、儀器操作準確性與速度訓練等。

1.3 結(jié)果評價及統(tǒng)計分析

于培訓期的第15、30、45天進行考核，采用實際手術中由專家給予打分的方式考核，評分標準見表1，共5項滿分25分，同時記錄手術完成時間、手術出錯次數(shù)。手術評分、手術完成時間采用均數(shù)±標準差（s）來表示，兩組之間的比較采用兩獨立樣本t檢驗，手術出錯次數(shù)的檢驗采用Fisher確切概率檢驗，檢驗水準α=0.05，P<0.05認為有統(tǒng)計學意義，所有分析均采用SPSS17.0完成。

表1 關節(jié)鏡手術評分標準

2 結(jié)果

2.1 兩組基本情況

實驗組與對照組的性別、年齡、職稱均檢驗均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）,具體情況如表2。

表2 兩組基本情況

2.2 兩組手術得分比較

兩組醫(yī)師第一次手術得分經(jīng)檢驗無統(tǒng)計學意義（P>0.05）, 實驗組第二次手術得分高于對照組，經(jīng)檢驗有統(tǒng)計學意義（P<0.05）, 實驗組第三次手術得分高于對照組，經(jīng)檢驗有統(tǒng)計學意義（P<0.01）,如表3。

表3 兩組三次手術得分比較

2.3 兩組手術出錯次數(shù)的比較

兩組手術出錯次數(shù)均呈下降趨勢，但實驗組的出錯次數(shù)下降較對照組明顯，除第一次兩組手術出錯次數(shù)經(jīng)檢驗無統(tǒng)計學意義外（P>0.05），第二次、第三次實驗組與對照組手術出錯次數(shù)經(jīng)檢驗均有統(tǒng)計學意義（P<0.05），如表4。

表4 兩組三次手術出錯次數(shù)比較

3 討論

虛擬現(xiàn)實技術作為一種由計算機技術生成的高技術模擬系統(tǒng)，自20世紀90年代被關注以來，已在城市規(guī)劃、軍事航天、室內(nèi)設計、工業(yè)仿真等多個領域得到了應用，在生物醫(yī)學領域，虛擬人、虛擬手術的應用也逐漸成為了熱點[3]。目前國內(nèi)運用虛擬顯示訓練進行膝關節(jié)鏡手術培訓仍是一個嶄新的領域，如何恰當?shù)倪\用這種教學模式是亟待解決的問題。本研究即采用膝關節(jié)鏡虛擬仿真模擬手術系統(tǒng)對骨科醫(yī)師進行膝關節(jié)鏡手術培訓，評價其培訓效果，以期為虛擬現(xiàn)實技術在骨科醫(yī)師培訓中的應用提供依據(jù)。

本研究結(jié)果顯示膝關節(jié)鏡虛擬仿真模擬手術系統(tǒng)能夠較大幅度的提高實驗組醫(yī)師的手術技能，隨著培訓期加長，其手術得分也不斷提高，手術出錯次數(shù)不斷下降，同時與對照組相比，其差異有統(tǒng)計學意義，這與陳為堅等[4]的研究一致。由于關節(jié)鏡手術技術難度較大，培訓醫(yī)師直接在病人身上進行操作風險較高，而實驗動物在疾病特征、解剖結(jié)構(gòu)、組織強度等方面均與病人有加大差異，故手術的能力也無法完全通過動物實驗訓練獲得[5]。虛擬現(xiàn)實技術可通過模擬手術場景，使培訓醫(yī)師在不使用真實的病人、動物和尸體或者僅僅使用機械模型模擬器來進行訓練和評估，獲得所需要的手術技能。相較于傳統(tǒng)的理論教學和手術觀摩，采用理論教學、手術觀摩和虛擬現(xiàn)實技術模擬結(jié)合的培訓，更易于培訓醫(yī)師對培訓內(nèi)容進行直觀體驗，熟悉手術流程、掌握手術操作，可以有效地提高其培訓效率和質(zhì)量。

虛擬現(xiàn)實技術也已應用到了如腰椎間盤鏡手術、腹腔鏡手術、眼科手術等[6-8]多種手術技能的培訓當中，并獲得了良好的效果，但目前仍有諸多因素制約著其在臨床技能培訓中的應用。一方面質(zhì)量較好的虛擬現(xiàn)實模擬系統(tǒng)價格較高，且體積一般較大，限制了其廣泛應用，另一方面虛擬現(xiàn)實模擬系統(tǒng)的仿真度、操作力度等方面仍與現(xiàn)實有一定差距，需要進一步提高。故綜合利弊，建議將虛擬現(xiàn)實模擬系統(tǒng)與傳統(tǒng)理論教學、動物實驗、手術觀摩等方式結(jié)合起來，提供骨科手術技能培訓的優(yōu)良方法。

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