生物医学仿真模拟及其在超声医学教学中的应用

赵汉学 黄慧莲 赵阳 马腾 朱强

100730北京，首都医科大学附属北京同仁医院超声诊断科

生物医学仿真模拟及其在超声医学教学中的应用

赵汉学 黄慧莲 赵阳 马腾 朱强

100730北京，首都医科大学附属北京同仁医院超声诊断科

目前，我国医学教育大多采用教师课堂授课、课后学生复习背诵所学知识的传统教学模式，临床技能培养主要采用师带徒式传承。虽然这些教学方法能较好地传授知识和技能，但在团队协作、知识整合、标准化训练等方面存在诸多缺陷。生物医学仿真模拟教学作为一种新型传授医学知识和培养临床技能的教学方法，已在现行医学教学中取得良好效果。拟从仿真模拟教学的定义、仿真模拟教学特点以及此方法在超声医学教学中的应用和价值进行综述。

生物医学仿真技术； 模拟教学； 超声医学

0 引言

目前，我国医学院学生或住院医生的培养模式主要采用教师课堂授课、课后学生复习背诵所学知识的传统方法；而临床技能方面的培养主要通过类似于师带徒式传承，通过观察和重复老师或高年资医生的操作过程。这种方法易导致学生只能切身体会到所见过的病例，对于未见到的病例，则只能依靠教材内容进行想象。这种“看一个、学一个”的教学模式，需要花费较长的时间方能实现知识积累和技能的提高。另外，随着近年来我国医患关系形势紧张和患者维权意识的不断提高，以患者充当医学教育的活教材，在其身上学习和演练临床技能的方法已暴露出越来越多的困难与弊端。而且，我国现行的《职业医师法》也没有明确实习医师的法定地位，随着患者维权意识的增强，患者配合临床教学模式的依从性逐年降低，使得实习医生或受培训医生通过真实病例获得临床技能和经验的培养模式，正面临诸多的困难和挑战。

随着计算机技术的飞速发展和多媒体及网络技术的广泛应用，为医学教育改革和发展提供了必要的技术支撑和保障，也极大地促进了现代教育模式的转变。2013年，美国医学院学会预测了未来医学教育发展的趋势[1]，包括小组式教学、问题导向教学、课程整合、核心课程、早期接触临床及社区教学。仿真模拟教学正好体现了这种教学发展趋势，其作为不可或缺的培训手段能有效地解决上述所谈及的医学教学中存在的难题。

1 仿真模拟教学的定义

根据Gaba[2]的定义，仿真模拟教学是指利用各种现代技术和手段，如使用人工模型、人体模特或虚拟现实的患者替代真实患者，再现临床医学工作场景，为学习者提供一个无风险的学习临床知识和技能的环境与条件。仿真模拟教学能营造一种理想的教学环境，使得学习成为一种可预测、一致性、标准化、安全、可重复的活动。这种方式不仅避免了给患者带来危害或副损伤的环境和可能，而且能鼓励学生通过反复场景回忆、演练从而发现错误、纠正错误，以达到学习医学知识和提高临床技能的目的。越来越多的教学实践证明，仿真模拟训练可在改善医疗教育水平的同时，进一步降低医疗风险，能部分解决现代医学教育所面临的问题[3]。

2 医学仿真模拟教学的特点

医学仿真模拟教学具备以下特点：①时间的方便性，无需特别等候相应的患者发病才进行训练，教师可随时安排学习时间。②创造了一个可反复训练、重复操作的安全环境，且出现错误时可及时进行纠正，有利于学生从中加深对所学知识的理解和记忆，突破“一个看、一个做、一个教”的传统教学模式[4]。③允许出错，避免用真人操作时的风险，特别是可避免进行侵入性操作时因失误导致的医疗事故。以往对于危险或对人体健康有危害的实验，通常采用电视录像的教学模式，学生虽能看到各种影像，但不能直接参与具体的临床实践活动，因此缺乏感性认识。利用仿真教学则可免除此顾虑，学生在虚拟实验环境中，可毫无顾虑地去做各种有可能危害人体的实验。例如，超声引导下肝癌热消融虚拟手术，可避免由于学生操作失误而造成患者死亡的医疗事故。④及时、量化的评价标准，能让学生正确认识自己的临床学习效果和应用水平。⑤训练的标准化，按程序进行的教学模式可避免不同指导老师在操作细节上的偏差。⑥多媒体的感知性及多种情景的诊疗模拟形式，学生通过感知视、听、触等多种信息，其思维能在虚拟的设备仪器间展开，可使学生置身于临床环境中，有利于将来提高诊治水平。⑦真实感和趣味性强，对调动学生的学习积极性有明显效果。⑧仿真模拟能促进团队的合作意识，使学生进一步理解医学活动中合作和沟通的重要性。Ottestad等[5]研究表明，仿真模拟形式可被用来评估人际沟通和任务管理等技能。⑨应用高仿真的人体模型模拟训练可提高知识的整合度。如在急性心脏骤停培训中，Wayne等[6-7]发现受过模拟训练的学员较未受过训练的学员在整合知识、技能培训等方面具有更大的优势。

3 生物医学仿真技术在超声医学模拟教学中的应用

过去的几十年，超声医学得到快速发展，这种成像模式已在疾病的影像诊断、治疗和术中监测等方面发挥越来越重要的作用。超声具有简便、快速、经济、实时、移动性、无放射性等优点；然而，这种成像模式也存在一些缺点。与放射诊断医生利用CT、MRI标准的扫描方式和阅片方式做出疾病的影像诊断不同，超声诊断医生则需手持探头，进行实际操作。由于受超声伪像、各种非标准切面的使用及操作者的手法和经验等因素的影响，使得这种影像诊断模式存在操作者有依赖性，如不同医生在进行胆囊容积和前列腺体积的测量时，其测量数值的差异可能很大[8-10]。强化培训是一种被广泛接受的方法。美国心脏学会及美国超声心动图学会超声培训与教育委员会建议初学者在上级医师的监督指导下需分别完成20例前哨淋巴结穿刺活检、25例胎儿超声心动图检查、300例急诊超声检查、480例超声心动图检查方能独自上机操作做出超声诊断[11-14]。然而实践证明，初学者即使在上级医师的监督指导下完成更多病例的检查，也不能保证其能正确地做出疾病的超声诊断。Hertzberg等[15]研究也发现初学者即使完成200例超声检查，让他们独立进行超声检查和描述病变的解剖特点，仍需面临诸多的困难和挑战。

为解决初学者的超声培训问题，近年来一些超声模拟器被制造出来。其通过视、听、触觉等作用于操作者，使学习者能产生身临其境的感觉。设计一个身临其境的仿真虚拟系统，需涉及计算机图形学、图像处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音响技术、网络技术及并行处理等技术，综合集成仿真、场景生成、人工智能、传感器、计算机辅助设计（computer aided design，CAD）和多媒体等多种高新技术，且需要一些硬件设备的支持。学生使用超声模拟器进行训练，可使其运用标准的扫查方式对模拟患者进行全面的超声检查，通过仿真模拟练习达到掌握超声检查的技能。根据临床教学要求，超声模拟系统需与临床真实案例相结合，设计出腹部、甲状腺、产科、血管、乳腺、妇科、腔内、急诊超声、介入超声等各种正常、异常病例教学模块。通过系统的培训，初学者/受培训者可以从不同方位、多侧面、多角度观察病变的大小、回声、边缘以及周围组织的改变，可以更快速、更规范地掌握超声的相关知识和操作技巧。这些仿真模拟技术已在经胸超声心动图（transthoracic echocardiography,TTE）检查、产前超声检查、超声引导下穿刺活检和各种介入手术等领域得到广泛应用[16-18]，并取得了较好的效果。

与传统授课相比，使用TTE模拟器授课，可使初学者/受培训者能较好地掌握TTE的基础知识及基本操作技能，包括更高的课后笔试分数、更熟练地获取正确切面图像及更好的图像质量，从而更准确地识别心脏解剖结构[19-20]。有报道，使用模拟器的3D动态心脏解剖模型与超声影像同步演示，能使住院医师试验组获取正确图像分数远高于对照组[21]。美国住院医师TTE培训的研究也表明，使用TTE模拟训练可使住院医生获得更好的操作技能和知识整合能力[22-23]。

产前超声诊断是一个颇受挑战的超声应用领域，初学者/受培训者若想提高其扫描技巧和诊断技能，则需在志愿者或产妇身体上进行反复训练，对于少见病例，常常难以从临床实践中获得；另外，利用患者（特别是利用孕有畸形胎儿的孕妇）提高超声诊断技能，会造成孕产妇产生巨大的精神压力。产科仿真模拟系统能较好解决这些问题，这一系统能帮助初学者/受培训者准确地测量胎儿生物学指标，如胎儿头臀长度测量和颈部透明层的测量[24]。在德国，经过系统的超声模拟训练仪（SonoTrainer）模拟训练，是初学者/受培训者获得早孕期超声筛查证书的必要条件[25]；另外，超声仿真模拟训练还能培养初学者/受培训者发现一些胎儿先天性畸形的能力[24,26]。

另一个非常重要的仿真模拟应用领域是超声引导下各种穿刺活检和介入手术模拟，如肝脏穿刺活检模拟[27]、前列腺粒子植入手术模拟[28]、肝脏肿瘤射频消融治疗模拟等[29]。如在患者身上练习这些技术的操作，有可能会发生医疗风险而导致各种医疗事故。仿真模拟训练能够在不危及患者健康的前提下，为初学者/受培训者提供难易程度不等、针对不同部位的具体模拟训练系统，从而增强初学者/受培训者识别超声图像及手眼协同能力。此系统可提高介入超声教学的真实性和安全性，可在短期内提高初学者/受培训者的专业技术水平，为他们更快地适应临床工作打下良好的工作基础。

4 结语

综上所述，生物医学仿真模拟教学作为一种新型传授医学知识和培养临床操作技能的教学方法，已在现行医学教学中取得良好效果，其对提高医学院学生或实习医生的专业技术水平具有重要意义和价值。此方法既丰富了教育教学方法，又可提高学习效率，加快学习进程，且可减少或避免学习过程中对患者的潜在伤害，使学习者能更快地适应临床工作需要。

利益冲突 无

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（收稿日期：2016-04-10）

Application of biomedical simulation in ultrasound teaching

Zhao Hanxue,Huang Huilian,Zhao Yang,Ma Teng,Zhu Qiang

Department of Ultrasound Diagnosis,Beijing Tongren Hospital Affiliate to Capital Medical University,Beijing 100730,China

Zhao Hanxue,Email:zhaohx861@163.com

Traditional medical education focus on expository teaching,rote learning,and apprenticeship training for clinical skill.Although these teaching approaches can be beneficial for imparting knowledge and clinical skill,they appear to be insufficient for team cooperation,knowledge integration,and standard training.Biomedical simulation teaching is a new method for imparting knowledge,and has achieved good results in current medical education.This paper aims to introduce the definition and characteristic of biomedical simulation,and the application and significance of biomedical simulation in ultrasound teaching are also outlined and discussed.

Biomedical simulation technology;Simulation teaching; Ultrasound Medicine

赵汉学，Email:zhaohx861@163.com

10．3760/cma．j．issn．1673-4181．2016．04．013

2016-05-04）