職康康，蔣慶君，吳鑒今，曲樂豐

第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長征醫(yī)院血管外科， 上海 200003

虛擬現(xiàn)實技術(shù)(virtual reality,VR)是指通過多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合所生成視、聽、觸覺一體化的虛擬環(huán)境，使用戶以自然的方式與虛擬環(huán)境中的客體進(jìn)行體驗和交互作用，從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗的一種技術(shù)[1]。隨著VR技術(shù)的進(jìn)步與普及，現(xiàn)已被運用到各個領(lǐng)域。近些年，VR技術(shù)也逐漸走入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用具有十分重要的意義[2]。其在虛擬手術(shù)系統(tǒng)[3]、虛擬醫(yī)學(xué)教育[4]、虛擬臨床應(yīng)用、虛擬遠(yuǎn)程醫(yī)療、虛擬軍事醫(yī)學(xué)[5]、虛擬傷害醫(yī)學(xué)[6]等方面展示出了十分重要的作用。

血管外科領(lǐng)域手術(shù)方式多種多樣，通過傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)講解，常常達(dá)不到滿意效果。為提高教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生對課程滿意度，此次利用VR融入式教學(xué)系統(tǒng)對臨床學(xué)生進(jìn)行血管外科手術(shù)教學(xué)講解，以探討VR融入式教學(xué)系統(tǒng)在血管外科領(lǐng)域中的應(yīng)用和效果。

1 方法

1.1 研究對象

對象來自于第二軍醫(yī)大學(xué)2014級臨床醫(yī)學(xué)五年制第二教學(xué)班本科生。

1.2 研究方法與內(nèi)容

采用隨機數(shù)表分組的方法將62名學(xué)生按1 ∶ 1比例，分為VR教學(xué)組31人，傳統(tǒng)教學(xué)組31人。對兩組學(xué)生的前期平均成績及授課課程成績進(jìn)行對比分析。授課成績由“討論成績”及“筆試成績”兩部分組成。教師根據(jù)兩組學(xué)生參與討論以及互動交流的情況給出“討論成績”(滿分40分)；授課結(jié)束后，“筆試成績”(滿分60分)，總分共計100分。并向VR教學(xué)組發(fā)放不記名問卷31份，回收有效問卷30份，有效率96.8%。問卷內(nèi)容包括新穎性、實用性、滿意度三部分。兩組所上課程均為《下腔靜脈濾器植入術(shù)》。

VR教學(xué)組授課方式為：簡要講述手術(shù)相關(guān)知識，學(xué)生佩戴VR一體機觀看手術(shù)過程。能夠在主刀進(jìn)行真實手術(shù)的同時，學(xué)員作為VR體驗者，通過VR眼鏡全方位地透過立體視角真實體驗手術(shù)操作，不遺漏任何細(xì)節(jié)。

傳統(tǒng)教學(xué)組授課方式為：采用視頻結(jié)合文字形式，講解手術(shù)過程。

1.3 統(tǒng)計分析方法

2 結(jié)果

2.1 基線資料

該次研究共納入62名學(xué)生。其中，VR教學(xué)組31人，平均年齡為20.9歲，男性占87.1%；傳統(tǒng)教學(xué)組31人，平均年齡為20.8歲，男性占80.6%。兩教學(xué)組學(xué)生前期課程平均成績無統(tǒng)計學(xué)差異(86.16±4.32 vs. 85.52±5.26，P=0.6)，具有可比性。

2.2 成績對比

VR教學(xué)組學(xué)生在“討論成績”部分雖高于傳統(tǒng)教學(xué)組，但無統(tǒng)計學(xué)差異(34.19±2.74 vs. 33.13±2.59，P=0.121)。在“筆試成績”部分中，VR教學(xué)組學(xué)生成績顯著高于傳統(tǒng)教學(xué)組(51.54±3.08 vs. 49.71±3.84，P=0.042)。在總成績對比中，VR教學(xué)組學(xué)生成績高于傳統(tǒng)教學(xué)組(85.74±4.82 vs. 82.84±5.83，P=0.037)差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，如表1所示。

表1 兩組學(xué)生課程成績比較

2.3 VR教學(xué)方式問卷調(diào)查

對VR教學(xué)組共發(fā)放31份問卷，回收有效問卷30份，有效率96.8%。其中，28人(93.3%)認(rèn)為VR教學(xué)方式具有新穎性；21人(70%)認(rèn)為VR教學(xué)方式具有實用性；27人(90%)對VR教學(xué)方式滿意。

3 討論

VR技術(shù)于1992年首次被提出并應(yīng)用于外科手術(shù)技能培訓(xùn)[7]。在國外，隨著VR技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)已廣泛用于臨床培訓(xùn)[8]、基礎(chǔ)研究[9-10]、臨床治療[11-12]、解剖學(xué)習(xí)等醫(yī)學(xué)類教學(xué)領(lǐng)域。近年來，我國越來越重視VR技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。工信部2016發(fā)布的《虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)白皮書》顯示，2015年中國虛擬現(xiàn)實行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到15.4億元，2016年預(yù)計達(dá)到56.6億元，2020年預(yù)計超過550億元[13]。然而，VR技術(shù)在血管外科教學(xué)方面的應(yīng)用尚處于探索階段[14]，該研究則利用VR融入式系統(tǒng)對醫(yī)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，并評價其在血管外科教學(xué)中的應(yīng)用價值。

VR教學(xué)系統(tǒng)所呈現(xiàn)的是醫(yī)學(xué)手術(shù)教學(xué)，通過前期采集手術(shù)視頻，后期整合編輯形成可以觀看的VR視頻，將手術(shù)過程再次完整、高清、高精度的重視化，可以做到學(xué)生或教師佩戴專業(yè)設(shè)備后全景觀看手術(shù)操作過程。通過該研究發(fā)現(xiàn)，VR教學(xué)組平均“討論成績”雖高于傳統(tǒng)組的“討論成績”，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義，這表明兩組學(xué)生課堂參與程度相同。而VR教學(xué)組“筆試成績”卻明顯高于傳統(tǒng)教學(xué)組“筆試成績”，這表明VR教學(xué)組的學(xué)生對知識的理解更為深刻，成績更高。通過對VR教學(xué)組學(xué)生發(fā)放調(diào)查問卷，超過90%的學(xué)生認(rèn)為VR教學(xué)方式新穎性強，總體滿意度高，學(xué)生易于接受授課內(nèi)容。但仍有30%的學(xué)生認(rèn)為該套VR教學(xué)系統(tǒng)實用性不強，主要因為硬件設(shè)備難以滿足影片要求，同時目前可供觀看的手術(shù)視頻還較少。

VR教學(xué)系統(tǒng)不僅可以提供手術(shù)VR視頻教學(xué)，同時可以進(jìn)行手術(shù)直播。該系統(tǒng)采用高清設(shè)備現(xiàn)場采錄，將手術(shù)畫面實時傳輸。學(xué)生或者專業(yè)醫(yī)師可佩戴專業(yè)設(shè)備觀察手術(shù)，并根據(jù)手術(shù)情況與手術(shù)醫(yī)師進(jìn)行語音及畫面互動。對疑難復(fù)雜手術(shù)，若需要國內(nèi)外專家協(xié)助手術(shù)，則可在特制手術(shù)室內(nèi)專家佩戴專業(yè)定位設(shè)備，實現(xiàn)手術(shù)室與遠(yuǎn)程協(xié)助互動。

目前，VR教學(xué)系統(tǒng)主要聚焦于手術(shù)視頻的采集與播放，后期課題組將進(jìn)一步研發(fā)其沉浸式操作功能，通過VR技術(shù)實現(xiàn)模擬透視下的人體解剖圖像，使學(xué)生對不同投照體位的解剖影像的理解更直觀、更深刻。不光能夠?qū)崿F(xiàn)切開、縫合、結(jié)扎止血、轉(zhuǎn)流管植入、導(dǎo)管取栓等血管開放手術(shù)的操作模擬，還能實現(xiàn)導(dǎo)絲通過、球囊擴張、支架植入[15]等血管腔內(nèi)手術(shù)的模擬。采用現(xiàn)代主動力反饋技術(shù)令操作模擬的視野和感覺與真實的手術(shù)相同，使模擬診療時如同身臨其境，演練真實的手術(shù)流程，沉浸式學(xué)習(xí)可使學(xué)生對血管手術(shù)產(chǎn)生更深刻、更全面的認(rèn)識。