胸腔穿刺虚拟训练系统用于临床教学的实践与思考

陆耀红，邹 扬，张 锋，李 萍，王道珍，王 洪，朱晓庆

上海交通大学附属第六人民医院临床技能实验室， 上海 200233

胸腔穿刺虚拟训练系统用于临床教学的实践与思考

陆耀红，邹 扬，张 锋，李 萍，王道珍，王 洪，朱晓庆

上海交通大学附属第六人民医院临床技能实验室， 上海 200233

目的

探讨胸腔穿刺虚拟训练系统在临床教学中的应用价值。

方法

回顾性分析2013年4月-2014年3月在上海交通大学六院临床医学院实习的57位学生的胸腔穿刺培训资料，根据培训方式不同分为两组。联合训练组采用先虚拟胸腔穿刺教学后模具教学的方式；模具训练组采用单纯模具教学的方式。培训结束后进行学生自我评价和胸腔穿刺操作考试。

结果

两组学生基本资料，包括性别、实习前内科、外科、妇产科、儿科理论课程成绩没有统计学差异(P>0.05)。自我评价方面，联合训练组在“操作流畅”和“自信程度”两方面优于模具训练组(9.27±0.87 vs 8.30±0.87，P<0.001；8.90±0.84 vs 8.30±0.99，P=0.016)。考试成绩方面，联合训练组在“局部麻醉”和“熟悉操作步骤”两方面优于模具训练组(8.90±0.99 vs 8.15±1.35，P=0.019；7.40±1.16 vs 6.26±1.32，P=0.001)。但两组在总分上没有显示统计学差异(86.80±6.06 vs 84.93±3.65，P=0.169)。

结论

采用虚拟现实和模具两种方法的联合教学方式在教学效果上优于单纯模具教学，胸腔穿刺虚拟训练系统有助于提高学生胸腔穿刺操作技能。

虚拟现实；模拟教学；临床教学；胸腔穿刺

对实习医师进行胸腔穿刺操作培训和技能评估是医学教育中一个重要的项目。在以往临床教学中教师常常采用模具教学，但模具有着穿刺部位易破损、穿刺时手感不真实等缺点。虚拟现实技术(virtual reality，VR)近年来逐渐成为国内外研究的热点，并被越来越多地应用于医学教育中。2013年初敏行医学信息技术有限公司成功研制了胸腔穿刺虚拟教学系统，在国内穿刺类虚拟设备中处于领先水平。2013年8月上海交通大学六院临床医学院将其应用于临床教学中。该研究将探讨虚拟胸腔穿刺在医学教育中的应用价值，为今后该系统的使用提供参考和经验。

1 研究对象和方法1.1 研究对象

回顾性分析2013年4月-2014年3月在上海交通大学六院临床医学院实习的57位学生的胸腔穿刺培训资料。根据培训方式不同分为两组，虚拟现实+模具训练组(以下简称：联合训练组)：既使用虚拟胸腔穿刺训练系统，也使用模具进行胸腔穿刺教学与练习，共有30人。模具训练组：只采用模具进行教学与练习，共有27人。

1.2 研究方法1.2.1 虚拟胸腔穿刺训练系统

虚拟胸腔穿刺是在虚拟现实的环境下利用计算机、显示屏、操作杆、穿刺器械等完成胸腔穿刺操作。操作步骤分为标记穿刺点、消毒、铺巾、局部麻醉、穿刺、抽液和胸腔积液送检七项，无法在计算机上完成的操作步骤(例如：铺巾)直接以动画演示来代替。这套训练系统设有三种模式，分别是演示模式、训练模式和考试模式。演示模式中每一个步骤可以反复练习，一般用于首次教学演示。训练模式中系统会对学生的错误操作给予提示，并要求改正，只有操作正确无误后才能进入下一个步骤。考试模式中系统没有任何提示信息，即使出现错误的操作学生也能进入下一个环节，只在最后反馈分析中指出学生的错误点并给予扣分。在训练模式和考试模式下学生每次练习后系统都会及时给予评价，学生能够及时发现自己的不足并改正。

1.2.2 教学与训练方式

模具训练组：首先由临床教师进行操作示范，讲解操作要点。随后由学生自行练习，练习次数无限制。

联合训练组：先进行虚拟胸腔穿刺教学与培训。首先由临床教师在演示模式下进行一次操作示范。之后，学生在20天内在训练模式下完成8次操作。虚拟胸腔穿刺练习结束后进行模具胸腔穿刺的培训，形式同模具训练组。

两组学生的模具教学由同一位教师担任，保证教学条件的一致性。

1.2.3 评估方法

①自我评价：培训结束后，学生要从“时间把握”、“操作流畅”、“无菌观念”和“自信程度”四方面为自己做一个自我评价，每项10分；

②操作考试：培训结束后，在模具上进行胸腔穿刺操作考试。分别从“术前准备”、“穿刺部位选择”、“消毒、铺巾”、“局部麻醉”、“穿刺”、“抽液”、“拔针”、“无菌观念”、“操作步骤熟悉”、“手法熟练”等几方面评分，总分100分。两组学生操作考试由一位临床教师负责，以保证评估的一致和公正。

1.3 统计方法

使用SPSS 19.0软件进行统计，计量资料采用t检验，计数资料采用卡方检验。P<0.05为具有统计学差异。

2 结果2.1 分析两组学生基本资料

共有57位学生入组，均为临床医学专业五年制四年级学生。联合训练组30人，模具训练组27人。两组学生基本资料，包括性别、进入实习前内科、外科、妇产科、儿科理论课程成绩没有统计学差异。在模具上进行胸腔穿刺练习的次数两组也没有统计学差异(如表1所示)。

联合训练组(n=30)模具训练组(n=27)统计值P性别 0.0130.911男性1614女性1413成绩内科学(83.80±3.20)(82.26±3.24) 1.8040.077外科学(80.27±4.08)(81.37±3.12)-1.1370.260妇产科学(77.80±5.28)(78.07±6.03)-0.1830.855儿科学(84.43±3.49)(82.78±3.25) 1.8470.070在模具上练习的次数(2.97±1.19)(3.22±1.25)-0.7910.432

2.2 自我评价

在“操作流畅”和“自信程度”两方面联合训练组优于模具训练组(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“时间把握”和“无菌观念”方面，两组没有统计学差异(如表2所示)。

评分项目联合组(分)模具组(分)统计值P时间把握(8.63±1.07)(8.74±1.13)-0.369 0.713操作流畅(9.27±0.87)(8.30±0.87) 4.211<0.001无菌观念(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 考核成绩

在“局部麻醉”和“操作步骤熟悉”两方面联合训练组优于模具训练组(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、铺巾”方面，仅接受模具教学的学生表现要好于联合训练组，差异具有统计学意义(12.20±2.01 vs 13.22±1.19，P=0.025)。两组在总分上没有统计学差异(86.80±6.06 vs 84.93±3.65，P=0.169)(如表3所示)。

评分项目 联合组(分)模具组(分)统计值P术前准备(7分)(6.30±0.88)(6.44±0.70)-0.6830.498穿刺部位选择(10分)(8.50±1.72)(8.04±1.87) 0.9740.334消毒、铺巾(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拔针(10分)(8.70±1.86)(8.22±1.72) 1.0040.320无菌观念(7分)(6.23±1.08)(6.56±0.85)-1.2490.217操作步骤熟悉(8分)(7.40±1.16)(6.26±1.32) 3.4720.001手法熟练(10分)(8.20±1.06)(7.82±1.30) 1.2280.225总分(100分)(86.80±6.06)(84.93±3.65) 1.3950.169

3 讨论

虚拟现实也称灵境技术或人工环境，最早是由美国拉尼尔在20世纪80年代初提出。它是计算机通过编制三维数字模型生成一个以视觉感受为主的人工环境，使用者可以直接观察、操作、检测周围环境及事物的内在变化，并与计算机发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”、给人有一种“身临其境”的感觉。

传统的手术或技能的学习一般采用现场观察、操作或动物实验的方法进行，这些方法可能会给操作对象带来一定的伤害，以及不能重复练习。虚拟现实技术使学习变得简单易行。学习者可以在虚拟的环境下,体验并学习如何应对各种手术或操作的实际情况,通过视觉、听觉、触觉多种感官了解和学习各种手术和操作的要点。虚拟环境还为操作者提供方便的三维交互工具，可以模拟手术的定位与操作；计算机可以对学习者的操作表现给出实时的反馈。由于虚拟训练系统具有低损耗、零风险、可重复性以及自动指导的优点,而且可以迅速、高效地提高学习者的操作技能水平，所以具有广阔的应用前景。

虚拟现实模拟训练已被多项研究认为是一种有价值的培训方法。它可以将大量培训浓缩在一个较短的时期内，在这种集中训练的过程中迅速提升学员的操作技能[1-2]。虚拟训练可以评估实习生的技术水平，以便于筛选出掌握手术技能或者有潜力的外科医师[3]。Banks等[4]将住院医师分为两组，一组利用输卵管结扎术训练模拟器进行训练，另一组采用传统方法进行训练，结果表明使用模拟器的受训者在知识的掌握和技能的操作上明显优于对照组。虚拟训练不仅能使初学者的技能提高，而且对有经验的医师也有帮助[5]。

虽然国际上有不少虚拟手术训练系统[6-10],但基于穿刺操作的虚拟训练系统在国内属于首创。该研究将虚拟胸腔穿刺应用在教学中显示了较好的教学效果。和模具教学不同，虚拟现实技术利用计算机的优势，注重细节的把握。虚拟训练系统在局部麻醉的进针角度上做了严格的规定，有利于学生规范操作。例如：注射皮丘时允许进针角度设定为5°-10°，如果超过这一范围则不能完成操作需重新练习。而模具训练对进针角度没有限制，练习时学生自我判断，考核时教师打分也是根据经验。另一方面，在虚拟训练中计算机会显示胸壁的断层解剖图，学生能够清晰看到局麻时进针的全过程，并强调逐层麻醉的概念。所以，联合训练组在考核中“局部麻醉”这一环节表现明显优于模具组(8.90±0.99 vs 8.15±1.35，P=0.019)。而虚拟操作时学生进针后感受到的突破感，更加贴近临床实际。这一点，模具无法表现，也是虚拟穿刺最突出的优点之一。

胸腔穿刺虚拟训练系统可分解操作步骤，强调规范操作，每一个操作步骤都可以反复练习，这种训练有利于学生熟悉操作流程。所以，无论是学生自我评价中“操作流畅”还是考核中“操作步骤熟悉”，联合训练组均优于模具组(9.27±0.87 vs 8.30±0.87，P<0.001；7.40±1.16 vs 6.26±1.32，P=0.001)。胸腔穿刺虚拟训练系统还可以设置不同的临床场景，如穿刺过程中“患者”出现咳嗽、气急甚至胸膜反应等情况，让学生通过演练不同情况下的操作，应对各种突发情况、避免操作失误、降低操作风险、减少患者损伤、提高穿刺成功率。同时也有利于学生自信心的建立，该研究中联合训练组“自信程度”优于模具训练组(8.90±0.84 vs 8.30±0.99，P=0.016)。

虚拟胸腔穿刺训练作为一种新型的培训方式，虽然有着不少的优点和良好的发展前景，而且能够让学生发生错误时，及时发现并在相对宽容的环境中改正错误，且不必担心伤害真正的患者[11-14]。但是，胸腔穿刺中一些重要的环节却不能被模拟，例如：与患者交流，如何观察患者反应，等。所以，模拟训练不能代替临床实践[15]，在真实患者身上进行胸腔穿刺才是最有效的提高临床技能的方法。因此，模具和虚拟方式的胸腔穿刺练习可以作为前期训练，为在真实患者身上操作打下扎实的基础。

该研究的局限性在于：第一，研究样本量较小，而且局限于一个医学院校，学生的整体素质，教师的教学经验都直接影响到学习的效果；第二，由于资质的原因，实习学生不能独立在患者身上完成穿刺操作，故该研究还是采用模具进行考试。因此，没有两组学生在真实患者身上操作的对比资料。如果最终的考试能在患者身上实施，则结果更加客观；第三，虚拟方式和模具方式教学上的先后顺序是否会影响教学效果，该文未予讨论，可在今后的研究中进一步深入探讨。

采用虚拟现实和模具两种方法的联合教学方式在教学效果上优于单纯模具教学。胸腔穿刺虚拟训练系统有助于提高学生胸腔穿刺操作技能。

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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年度上海交通大学医学院教育研究课题(重点项目)“胸腔穿刺虚拟教学和评估模式的构建”(ZD130908)

2014-11-25

陆耀红(1979-)，女，上海人，硕士，主治医师，主要研究方向：医学教育研究、模拟教学。

邹扬(1957-)，男，上海人，硕士，教授，主任医师，主要研究方向：普通外科学，临床医学教育和能力培养，医学教育管理。电话：13901726618；E-mail:zouyangsh@163.com

G434

A

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