陸耀紅，鄒 揚，張 鋒，李 萍，王道珍，王 洪，朱曉慶

上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院臨床技能實驗室， 上海 200233

胸腔穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)用于臨床教學(xué)的實踐與思考

陸耀紅，鄒 揚，張 鋒，李 萍，王道珍，王 洪，朱曉慶

上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院臨床技能實驗室， 上海 200233

目的

探討胸腔穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)在臨床教學(xué)中的應(yīng)用價值。

方法

回顧性分析2013年4月-2014年3月在上海交通大學(xué)六院臨床醫(yī)學(xué)院實習(xí)的57位學(xué)生的胸腔穿刺培訓(xùn)資料，根據(jù)培訓(xùn)方式不同分為兩組。聯(lián)合訓(xùn)練組采用先虛擬胸腔穿刺教學(xué)后模具教學(xué)的方式；模具訓(xùn)練組采用單純模具教學(xué)的方式。培訓(xùn)結(jié)束后進行學(xué)生自我評價和胸腔穿刺操作考試。

結(jié)果

兩組學(xué)生基本資料，包括性別、實習(xí)前內(nèi)科、外科、婦產(chǎn)科、兒科理論課程成績沒有統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。自我評價方面，聯(lián)合訓(xùn)練組在“操作流暢”和“自信程度”兩方面優(yōu)于模具訓(xùn)練組(9.27±0.87 vs 8.30±0.87，P<0.001；8.90±0.84 vs 8.30±0.99，P=0.016)?？荚嚦煽兎矫?，聯(lián)合訓(xùn)練組在“局部麻醉”和“熟悉操作步驟”兩方面優(yōu)于模具訓(xùn)練組(8.90±0.99 vs 8.15±1.35，P=0.019；7.40±1.16 vs 6.26±1.32，P=0.001)。但兩組在總分上沒有顯示統(tǒng)計學(xué)差異(86.80±6.06 vs 84.93±3.65，P=0.169)。

結(jié)論

采用虛擬現(xiàn)實和模具兩種方法的聯(lián)合教學(xué)方式在教學(xué)效果上優(yōu)于單純模具教學(xué)，胸腔穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)有助于提高學(xué)生胸腔穿刺操作技能。

虛擬現(xiàn)實；模擬教學(xué)；臨床教學(xué)；胸腔穿刺

對實習(xí)醫(yī)師進行胸腔穿刺操作培訓(xùn)和技能評估是醫(yī)學(xué)教育中一個重要的項目。在以往臨床教學(xué)中教師常常采用模具教學(xué)，但模具有著穿刺部位易破損、穿刺時手感不真實等缺點。虛擬現(xiàn)實技術(shù)(virtual reality，VR)近年來逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點，并被越來越多地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育中。2013年初敏行醫(yī)學(xué)信息技術(shù)有限公司成功研制了胸腔穿刺虛擬教學(xué)系統(tǒng)，在國內(nèi)穿刺類虛擬設(shè)備中處于領(lǐng)先水平。2013年8月上海交通大學(xué)六院臨床醫(yī)學(xué)院將其應(yīng)用于臨床教學(xué)中。該研究將探討虛擬胸腔穿刺在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用價值，為今后該系統(tǒng)的使用提供參考和經(jīng)驗。

1 研究對象和方法1.1 研究對象

回顧性分析2013年4月-2014年3月在上海交通大學(xué)六院臨床醫(yī)學(xué)院實習(xí)的57位學(xué)生的胸腔穿刺培訓(xùn)資料。根據(jù)培訓(xùn)方式不同分為兩組，虛擬現(xiàn)實+模具訓(xùn)練組(以下簡稱：聯(lián)合訓(xùn)練組)：既使用虛擬胸腔穿刺訓(xùn)練系統(tǒng)，也使用模具進行胸腔穿刺教學(xué)與練習(xí)，共有30人。模具訓(xùn)練組：只采用模具進行教學(xué)與練習(xí)，共有27人。

1.2 研究方法1.2.1 虛擬胸腔穿刺訓(xùn)練系統(tǒng)

虛擬胸腔穿刺是在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境下利用計算機、顯示屏、操作桿、穿刺器械等完成胸腔穿刺操作。操作步驟分為標(biāo)記穿刺點、消毒、鋪巾、局部麻醉、穿刺、抽液和胸腔積液送檢七項，無法在計算機上完成的操作步驟(例如：鋪巾)直接以動畫演示來代替。這套訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)有三種模式，分別是演示模式、訓(xùn)練模式和考試模式。演示模式中每一個步驟可以反復(fù)練習(xí)，一般用于首次教學(xué)演示。訓(xùn)練模式中系統(tǒng)會對學(xué)生的錯誤操作給予提示，并要求改正，只有操作正確無誤后才能進入下一個步驟?？荚嚹Ｊ街邢到y(tǒng)沒有任何提示信息，即使出現(xiàn)錯誤的操作學(xué)生也能進入下一個環(huán)節(jié)，只在最后反饋分析中指出學(xué)生的錯誤點并給予扣分。在訓(xùn)練模式和考試模式下學(xué)生每次練習(xí)后系統(tǒng)都會及時給予評價，學(xué)生能夠及時發(fā)現(xiàn)自己的不足并改正。

1.2.2 教學(xué)與訓(xùn)練方式

模具訓(xùn)練組：首先由臨床教師進行操作示范，講解操作要點。隨后由學(xué)生自行練習(xí)，練習(xí)次數(shù)無限制。

聯(lián)合訓(xùn)練組：先進行虛擬胸腔穿刺教學(xué)與培訓(xùn)。首先由臨床教師在演示模式下進行一次操作示范。之后，學(xué)生在20天內(nèi)在訓(xùn)練模式下完成8次操作。虛擬胸腔穿刺練習(xí)結(jié)束后進行模具胸腔穿刺的培訓(xùn)，形式同模具訓(xùn)練組。

兩組學(xué)生的模具教學(xué)由同一位教師擔(dān)任，保證教學(xué)條件的一致性。

1.2.3 評估方法

①自我評價：培訓(xùn)結(jié)束后，學(xué)生要從“時間把握”、“操作流暢”、“無菌觀念”和“自信程度”四方面為自己做一個自我評價，每項10分；

②操作考試：培訓(xùn)結(jié)束后，在模具上進行胸腔穿刺操作考試。分別從“術(shù)前準(zhǔn)備”、“穿刺部位選擇”、“消毒、鋪巾”、“局部麻醉”、“穿刺”、“抽液”、“拔針”、“無菌觀念”、“操作步驟熟悉”、“手法熟練”等幾方面評分，總分100分。兩組學(xué)生操作考試由一位臨床教師負責(zé)，以保證評估的一致和公正。

1.3 統(tǒng)計方法

使用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計，計量資料采用t檢驗，計數(shù)資料采用卡方檢驗。P<0.05為具有統(tǒng)計學(xué)差異。

2 結(jié)果2.1 分析兩組學(xué)生基本資料

共有57位學(xué)生入組，均為臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)五年制四年級學(xué)生。聯(lián)合訓(xùn)練組30人，模具訓(xùn)練組27人。兩組學(xué)生基本資料，包括性別、進入實習(xí)前內(nèi)科、外科、婦產(chǎn)科、兒科理論課程成績沒有統(tǒng)計學(xué)差異。在模具上進行胸腔穿刺練習(xí)的次數(shù)兩組也沒有統(tǒng)計學(xué)差異(如表1所示)。

聯(lián)合訓(xùn)練組(n=30)模具訓(xùn)練組(n=27)統(tǒng)計值P性別 0.0130.911男性1614女性1413成績內(nèi)科學(xué)(83.80±3.20)(82.26±3.24) 1.8040.077外科學(xué)(80.27±4.08)(81.37±3.12)-1.1370.260婦產(chǎn)科學(xué)(77.80±5.28)(78.07±6.03)-0.1830.855兒科學(xué)(84.43±3.49)(82.78±3.25) 1.8470.070在模具上練習(xí)的次數(shù)(2.97±1.19)(3.22±1.25)-0.7910.432

2.2 自我評價

在“操作流暢”和“自信程度”兩方面聯(lián)合訓(xùn)練組優(yōu)于模具訓(xùn)練組(9.27±0.87 vs 8.30±0.87，P<0.001；8.90±0.84 vs 8.30±0.99，P=0.016)。而“時間把握”和“無菌觀念”方面，兩組沒有統(tǒng)計學(xué)差異(如表2所示)。

評分項目聯(lián)合組(分)模具組(分)統(tǒng)計值P時間把握(8.63±1.07)(8.74±1.13)-0.369 0.713操作流暢(9.27±0.87)(8.30±0.87) 4.211<0.001無菌觀念(8.27±1.26)(8.78±1.05)-1.655 0.104自信程度(8.90±0.84)(8.30±0.99) 2.480 0.016

2.3 考核成績

在“局部麻醉”和“操作步驟熟悉”兩方面聯(lián)合訓(xùn)練組優(yōu)于模具訓(xùn)練組(8.90±0.99 vs 8.15±1.35，P=0.019；7.40±1.16 vs 6.26±1.32，P=0.001)，而在“消毒、鋪巾”方面，僅接受模具教學(xué)的學(xué)生表現(xiàn)要好于聯(lián)合訓(xùn)練組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(12.20±2.01 vs 13.22±1.19，P=0.025)。兩組在總分上沒有統(tǒng)計學(xué)差異(86.80±6.06 vs 84.93±3.65，P=0.169)(如表3所示)。

評分項目 聯(lián)合組(分)模具組(分)統(tǒng)計值P術(shù)前準(zhǔn)備(7分)(6.30±0.88)(6.44±0.70)-0.6830.498穿刺部位選擇(10分)(8.50±1.72)(8.04±1.87) 0.9740.334消毒、鋪巾(15分)(12.20±2.01)(13.22±1.19)-2.3070.025局部麻醉(10分)(8.90±0.99)(8.15±1.35) 2.4090.019穿刺(15分)(12.77±1.19)(12.89±0.93)-0.4270.671抽液(8分)(7.60±0.72)(7.33±0.88) 1.2570.214拔針(10分)(8.70±1.86)(8.22±1.72) 1.0040.320無菌觀念(7分)(6.23±1.08)(6.56±0.85)-1.2490.217操作步驟熟悉(8分)(7.40±1.16)(6.26±1.32) 3.4720.001手法熟練(10分)(8.20±1.06)(7.82±1.30) 1.2280.225總分(100分)(86.80±6.06)(84.93±3.65) 1.3950.169

3 討論

虛擬現(xiàn)實也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，最早是由美國拉尼爾在20世紀(jì)80年代初提出。它是計算機通過編制三維數(shù)字模型生成一個以視覺感受為主的人工環(huán)境，使用者可以直接觀察、操作、檢測周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并與計算機發(fā)生“交互”作用，使人和計算機很好地“融為一體”、給人有一種“身臨其境”的感覺。

傳統(tǒng)的手術(shù)或技能的學(xué)習(xí)一般采用現(xiàn)場觀察、操作或動物實驗的方法進行，這些方法可能會給操作對象帶來一定的傷害，以及不能重復(fù)練習(xí)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)使學(xué)習(xí)變得簡單易行。學(xué)習(xí)者可以在虛擬的環(huán)境下,體驗并學(xué)習(xí)如何應(yīng)對各種手術(shù)或操作的實際情況,通過視覺、聽覺、觸覺多種感官了解和學(xué)習(xí)各種手術(shù)和操作的要點。虛擬環(huán)境還為操作者提供方便的三維交互工具，可以模擬手術(shù)的定位與操作；計算機可以對學(xué)習(xí)者的操作表現(xiàn)給出實時的反饋。由于虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)具有低損耗、零風(fēng)險、可重復(fù)性以及自動指導(dǎo)的優(yōu)點,而且可以迅速、高效地提高學(xué)習(xí)者的操作技能水平，所以具有廣闊的應(yīng)用前景。

虛擬現(xiàn)實模擬訓(xùn)練已被多項研究認(rèn)為是一種有價值的培訓(xùn)方法。它可以將大量培訓(xùn)濃縮在一個較短的時期內(nèi)，在這種集中訓(xùn)練的過程中迅速提升學(xué)員的操作技能[1-2]。虛擬訓(xùn)練可以評估實習(xí)生的技術(shù)水平，以便于篩選出掌握手術(shù)技能或者有潛力的外科醫(yī)師[3]。Banks等[4]將住院醫(yī)師分為兩組，一組利用輸卵管結(jié)扎術(shù)訓(xùn)練模擬器進行訓(xùn)練，另一組采用傳統(tǒng)方法進行訓(xùn)練，結(jié)果表明使用模擬器的受訓(xùn)者在知識的掌握和技能的操作上明顯優(yōu)于對照組。虛擬訓(xùn)練不僅能使初學(xué)者的技能提高，而且對有經(jīng)驗的醫(yī)師也有幫助[5]。

雖然國際上有不少虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)[6-10],但基于穿刺操作的虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)在國內(nèi)屬于首創(chuàng)。該研究將虛擬胸腔穿刺應(yīng)用在教學(xué)中顯示了較好的教學(xué)效果。和模具教學(xué)不同，虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用計算機的優(yōu)勢，注重細節(jié)的把握。虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)在局部麻醉的進針角度上做了嚴(yán)格的規(guī)定，有利于學(xué)生規(guī)范操作。例如：注射皮丘時允許進針角度設(shè)定為5°-10°，如果超過這一范圍則不能完成操作需重新練習(xí)。而模具訓(xùn)練對進針角度沒有限制，練習(xí)時學(xué)生自我判斷，考核時教師打分也是根據(jù)經(jīng)驗。另一方面，在虛擬訓(xùn)練中計算機會顯示胸壁的斷層解剖圖，學(xué)生能夠清晰看到局麻時進針的全過程，并強調(diào)逐層麻醉的概念。所以，聯(lián)合訓(xùn)練組在考核中“局部麻醉”這一環(huán)節(jié)表現(xiàn)明顯優(yōu)于模具組(8.90±0.99 vs 8.15±1.35，P=0.019)。而虛擬操作時學(xué)生進針后感受到的突破感，更加貼近臨床實際。這一點，模具無法表現(xiàn)，也是虛擬穿刺最突出的優(yōu)點之一。

胸腔穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)可分解操作步驟，強調(diào)規(guī)范操作，每一個操作步驟都可以反復(fù)練習(xí)，這種訓(xùn)練有利于學(xué)生熟悉操作流程。所以，無論是學(xué)生自我評價中“操作流暢”還是考核中“操作步驟熟悉”，聯(lián)合訓(xùn)練組均優(yōu)于模具組(9.27±0.87 vs 8.30±0.87，P<0.001；7.40±1.16 vs 6.26±1.32，P=0.001)。胸腔穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)還可以設(shè)置不同的臨床場景，如穿刺過程中“患者”出現(xiàn)咳嗽、氣急甚至胸膜反應(yīng)等情況，讓學(xué)生通過演練不同情況下的操作，應(yīng)對各種突發(fā)情況、避免操作失誤、降低操作風(fēng)險、減少患者損傷、提高穿刺成功率。同時也有利于學(xué)生自信心的建立，該研究中聯(lián)合訓(xùn)練組“自信程度”優(yōu)于模具訓(xùn)練組(8.90±0.84 vs 8.30±0.99，P=0.016)。

虛擬胸腔穿刺訓(xùn)練作為一種新型的培訓(xùn)方式，雖然有著不少的優(yōu)點和良好的發(fā)展前景，而且能夠讓學(xué)生發(fā)生錯誤時，及時發(fā)現(xiàn)并在相對寬容的環(huán)境中改正錯誤，且不必擔(dān)心傷害真正的患者[11-14]。但是，胸腔穿刺中一些重要的環(huán)節(jié)卻不能被模擬，例如：與患者交流，如何觀察患者反應(yīng)，等。所以，模擬訓(xùn)練不能代替臨床實踐[15]，在真實患者身上進行胸腔穿刺才是最有效的提高臨床技能的方法。因此，模具和虛擬方式的胸腔穿刺練習(xí)可以作為前期訓(xùn)練，為在真實患者身上操作打下扎實的基礎(chǔ)。

該研究的局限性在于：第一，研究樣本量較小，而且局限于一個醫(yī)學(xué)院校，學(xué)生的整體素質(zhì)，教師的教學(xué)經(jīng)驗都直接影響到學(xué)習(xí)的效果；第二，由于資質(zhì)的原因，實習(xí)學(xué)生不能獨立在患者身上完成穿刺操作，故該研究還是采用模具進行考試。因此，沒有兩組學(xué)生在真實患者身上操作的對比資料。如果最終的考試能在患者身上實施，則結(jié)果更加客觀；第三，虛擬方式和模具方式教學(xué)上的先后順序是否會影響教學(xué)效果，該文未予討論，可在今后的研究中進一步深入探討。

采用虛擬現(xiàn)實和模具兩種方法的聯(lián)合教學(xué)方式在教學(xué)效果上優(yōu)于單純模具教學(xué)。胸腔穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)有助于提高學(xué)生胸腔穿刺操作技能。

[1]Heard L A,Fredette M E,Atmadja M L,et al.Perceptions of sim- ulation-based training in crisis resource management in the en- doscopy unit[J].Gastroenterol Nurs,2011,34(1):42-48

[2]Fisher L,Ormonde D G,Riley R H,et al.Endoscopic skills training in a simulated clinical setting[J].Simul Healthc,2010,5(4):232-237

[3]Andersen C,Winding T N,Vesterby M S.Development of sim- ulated arthroscopic skills[J].Acta Orthop,2011,82(1):90-95

[4]Banks E H,Chudnoff S,Karmin I.Does a surgical simulator improve resident operative performance of laparoscop ic tubal ligation[J].Am J Obstet Gynecol,2007,197(5):541.e1-5

[5]van Dongen K W,Tournoij E,van der Zee D C,et al.Constr- uct validity of the LapSim:can the LapSim virtual reality sim- ulator distinguish between novices and experts?[J].Surg End- osc,2007,21(8):1413-1417

[6]Choi C,Han H,An B.Development of a surgical simulator for laparoscop ic esophageal procedures[J].Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc,2006,(1):819-822

[7] Wang P,Becker A A,Jones I A.A virtual reality surgery sim- ulation of cutting and retraction in neurosurgery with force-feedback[J].Comput Methods Programs Biomed,2006,84(1):11-18

[8]Harders M,Spaelter U,Leskovsky P,et al.Haptic interface module for hysteroscopy simulator system[J].Stud Health Technol Inform,2007,(125):167-169

[9]Seevinck J,Scerbo M W,Belfore L A,et al.A simulation-based training system for surgical wound debridement[J].Stud Health Technol Inform,2006,(119):491-496

[10]Schendel S,Montgomery K,Sorokin A,et al.A surgical sim- ulator for planning and performing repair of cleft lips[J].J Craniomaxillofac Surg,2005,33(4):223-228

[11]Scalese R J,Obeso V T,Issenberg S B.Simulation technol- ogy for skills training and competency assessment in medi- cal education[J].J Gen Intern Med,2008,23(Suppl 1):46-49

[12]Rosen K R.The history of medical simulation[J].J Crit Care,2008,23(2):157-166

[13]Kneebone R L,Scott W,Darzi A,et al.Simulation and clini- cal practice:strengthening the relationship[J].Med Educ,2004,38(10):1095-1102

[14]Friedrich M J.Practice makes perfect:risk-free medical train- ing with patient simulators[J].JAMA,2002,288(22):2808,2811-2802

[15]Hammoud M M,Nuthalapaty F S,Goepfert A R,et al.To the point:medical education review of the role of simulators in surgical training[J].Am J Obstet Gynecol,2008,199(4):338-343

Application of virtual reality thoracentesis in clinical teaching and some reflections

LuYaohong,ZouYang,ZhangFeng,LiPing,WangDaozhen,WangHong,ZhuXiaoqing

ClinicalSkillsLaboratory,ShanghaiNo. 6People'sHospitalAffiliatedtoShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200233,China

Objective To investigate the value of virtual reality thoracentesis applied in clinical teaching. Methods We made a retrospective analysis of the thoracentesis training data of 57 students at No. 6 Clinical Medical School Affiliated to Shanghai Jiaotong University between April 2013 and March 2014. We divided the students into two groups. Combination training group received the teaching approach of mold thoracentesis after finishing virtual thoracentesis, while model training group received a single model teaching approach. Students' self-assessment and thoracentesis operation examination were arranged after training.Results There was no significant difference in sex, scores in internal medicine, surgery, gynecology and obstetrics or pediatrics before and after model training between the two groups (P>0.05). As for self-assessment, the combination training group outperformed the model training group in smooth operation and self-confidence (9.27±0.87 vs. 8.30±0.87,P<0.001; 8.90±0.84 vs. 8.30±0.99,P=0.016).As far as examination results are concerned, the combination training group was superior to the model training group in local anesthesia and familiarity with operation procedures(8.90±0.99 vs. 8.15±1.35,P=0.019; 7.40±1.16 vs. 6.26±1.32,P=0.001). However, there was no significant difference in overall performance between the two groups (86.80±6.06 vs. 84.93±3.65,P=0.169). Conclusion The combination training group is superior to the model training group in teaching effects. Virtual reality training system helps to improve students' operation skills of thoracentesis.

virtual reality; simulation teaching clinical teaching; thoracentesis

2013年度上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院教育研究課題(重點項目)“胸腔穿刺虛擬教學(xué)和評估模式的構(gòu)建”(ZD130908)

2014-11-25

陸耀紅(1979-)，女，上海人，碩士，主治醫(yī)師，主要研究方向：醫(yī)學(xué)教育研究、模擬教學(xué)。

鄒揚(1957-)，男，上海人，碩士，教授，主任醫(yī)師，主要研究方向：普通外科學(xué)，臨床醫(yī)學(xué)教育和能力培養(yǎng)，醫(yī)學(xué)教育管理。電話：13901726618；E-mail:zouyangsh@163.com

G434

A

1004-5287(2015)01-0070-04【DOI】：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201501021