虚拟现实技术在临床技能培训中的应用进展

虚拟现实（virtual reality，VR）技术产生于20世纪60年代，是一项结合传感、人机交互、计算机图形、多媒体、网络、人工智能等多项技术的综合性应用[1]。目前，VR技术也逐渐被医学领域的研究学者所关注。VR医学奠基人凯斯·科萨瓦达思认为：“医学已经进入精准医疗、人工智能、虚拟现实的时代，需要借助新技术来提升医学教学质量和水平。”虚拟现实技术以其独有的特征以及与现代医学之间密切的融合，正在对医学领域产生着越来越深远的影响，在医学技能培训方面表现突出。文章就该技术在临床技能培训领域的最新研究进展进行综述如下。

1 VR技术定义及特点

VR技术是指通过多媒体技术与仿真技术结合而生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境，使用户与虚拟环境中的客体交互作用，从而产生身临其境的感受和体验。它具有以下三个基本特征：沉浸感（immersive）、交互性（immersive）、构想性（interaction）。VR技术因其真实性、可操作性、可重复性等优点已成为现代医学辅助教学的重要发展方向之一，它在临床医学领域的发展更是突飞猛进，主要应用于计算机辅助外科手术、内镜、介入等。如：2016年5月30日，我国上海瑞金医院首次在VR技术直播下为一名右半结肠癌病人行肿瘤根治术治疗，这具有里程碑意义[1]。

2 VR技术对临床医学培训的重要性

随着医学的迅猛发展，医疗机构对临床医生的理论知识和临床技能操作水平提出了更高的要求。传统教学限制了医学生的学习时间、空间、想象力、创造力等。VR技术能够提供生动逼真的学习环境；让他们随时随地学习，它不仅能提高医学生的想象力、创造力，更能激发学习兴趣及调动学习积极性。此外，它还能大幅减少医疗成本，有效缩短临床医生培养时间。研究显示，通过VR外科手术系统模拟腹腔镜手术[2]，能提高他们分析和解决问题的能力。VR技术在临床中的应用减少了非熟练操作造成的医疗事故，降低了培训成本，提高了诊断和治疗水平[3]。

3 VR技术在临床技能培训中的应用

3.1 VR技术在临床技能培训中的作用

以前，通常是上级医生主观判断初级临床医生的临床操作技能水平高低，并没有准确客观的评判系统。VR技术模拟系统能够客观、公正、自动、快速地评判临床医师的实际操作水平和学习效果，及时高效反馈信息，它能有效提高临床技能操作熟练程度。因此，专家建议有必要将VR技术纳入临床技能培训课程，如紧急医学课程、腹腔镜训练课程等[4]。临床医师有必要在VR模拟系统上操作熟练后再进入临床对患者进行实际操作。目前，我国已有较多高等院校将VR技术应用于外科手术教学 。模拟作为一种有效的教育工具，正对现代医学教育产生着积极深远的影响。

3.2 VR技术在外科技能培训中的应用

目前，微创技术已广泛应用于外科手术、介入放射学和内镜检查，它能有效治疗多种疾病，提高手术成功率，减少失血和并发症，加快患者康复，改善患者预后。然而，这些技术相当具有挑战性，需要广泛的培训。因此，2006年外科住院医师审查委员会的成员一致投票要求在外科住院医师项目中进行模拟训练，且要求把基于模拟的技能教育纳入外科住院医师培训课程[5]。VR模拟系统可以模拟手术场景、器械的使用、打结、缝合、中心静脉置管、腹腔镜基本操作等，对于低年资外科医生来说这显得尤其重要。只有在手术前通过反复训练达到非常熟练的程度，最后才能在临床上对真实患者实际操作，最大限度地减少医源性伤害，降低手术风险，提高患者安全性及手术成功率，改善患者预后[6]。

3.2.1 VR在眼科的应用 Sikder S等通过讨论在白内障手术训练中评估模拟器使用情况的研究，证明了虚拟仿真器在用于测量初级眼科医生的表现和区分他们的技能水平方面是一种安全有效的工具。此外，它有助于提高初级住院医师技能水平，降低白内障手术并发症发生率，改善患者手术预后。当然，目前模拟器还缺乏对角膜切口进行缝合的能力，显微镜和视觉是有限的等[7]。

3.2.2 VR在胃肠外科的应用 与传统手术相比，腹腔镜手术具有术后创伤小，康复时间短，疼痛少等优点[4]。腹腔镜模拟器通过VR技术提供一个高度逼真的手术环境，它可以提高手术训练效率，能显著提高初级医师手术操作水平。研究通过对23名有腹腔镜经验的外科医生，通过完成腹腔镜课程，且在训练前、后进行腹腔镜手术（FLS）技能测试。最后证实：腹腔镜模拟训练不仅能提高初级医师的临床技能水平，对高年资医师的手术水平也有显著的提高，特别是在提升双手的精确操作和眼手协调方面。当然，它在脂肪组织细节和触觉反馈准确性方面仍存在一定缺点[6]。

3.2.3 VR在骨科中的应用 大量研究表明，关节镜VR模拟训练可提高关节镜学习的效率，减少手术次数，提高基本手术技能及患者安全性。Rebolledo B等通过比较模拟训练的骨科初级医师与接受过传统训练的骨科初级医师膝关节镜下手术表现，结果前者比后者在关节镜下得完成度、完成时间和损伤等级指数方面表现得更好[8]。高度逼真的VR肩关节模拟器能够在初级和高级医师之间客观地解释手术技巧，可以跟踪手术技能的进展及重复评估[9]。因此，随着对外科医生要求的提高，关节镜模拟训练对于骨科医师初次手术必不可少[10]。

3.2.4 VR在口腔科的应用 在牙科领域，口腔颌面外科手术是虚拟模拟训练主要的应用领域，其中植牙和正颌手术是最常见。Takehiro Miki等通过开发一种在内窥镜辅助下摘除颌下腺的虚拟现实训练系统，在初级口腔外科医生中，验证了内窥镜辅助下使用VR模拟的颌下腺切除手术，能有效缩短手术时间，减少钳子中风的数量，提高了内窥镜辅助手术水平[11]。

通过一系列的培训后，低年资外科医生可以在较短时间内掌握基本手术操作技能，能沉着应对临床实际手术中各种风险。

3.3 VR技术在内科技能培训中的应用

VR技术在内科应用最多的就是内窥镜及介入手术。多项研究表明，VR模拟器能有效提高初级住院医师学习效率，它能增加临床医师重复训练机会，并能对其操作表现进行评估，还能鉴别初级医师及高年资医师的内镜操作能力、能有效减少医源性伤害，提高患者舒适度及改善患者预后等。模拟器对初、中级临床医师进行模拟训练后，在评估他们能力水平合格后才允许对患者进行实际操作。

3.3.1 VR在心血管内科的应用 研究表明，心导管介入手术不仅能有效减少手术时间、辐射暴露和手术麻醉要求，还能降低成本、缩短平均住院日、提高疗效和安全性。Chen GC等研究团队通过分序血管存取跟踪器追踪记录高年资心血管内科介入医生的控制台轨迹，并在插入导管的过程中传送摩擦和视觉反馈。最后达到丰富高年资心内科医生的经验，也使初级临床医生或临床型研究生在一系列的训练和实践中提高他们的心导管介入技能水平[12-13]。此外，模拟也可以借助虚拟的三维心脏模型进行交互式的经胸壁心脏超声心动图的学习[14]。

3.3.2 VR在呼吸内科的应用 超声引导下的经支气管针吸细胞学检查（EBUS-TBNA）是非常依赖于操作的，且具有较长的学习过程。基于VR模拟的培训可以缩短临床医师的学习时间，且在可靠有效的评估工具下可以保证在无监督的情况下具备基本的操作能力。研究表明，在EBUS-TBNA学习过程的初始阶段，VR模拟训练比传统的学徒训练更有效。大量研究表明，VR模拟训练能有效缩短手术时间，提高初学者纤支镜操作技能水平。当然，纤维支气管镜技术在2个月内会开始衰退，但重新训练的时间较短[15]。

3.3.3 VR在消化内科的应用 现有的证据表明，在胃十二指肠镜检查模拟训练中，基于屏幕的模拟器能显著提高初级医师操作水平，并且也能促进有经验的胃镜医师技能的提高。多项研究表明，接受过VR模拟训练的初级临床医师的表现要比传统培训的初级临床医师好很多。也有在ERCP、超声内镜、结肠镜检查方面的模拟训练，也均证实了VR训练的优势。也有个别研究报道，模拟训练不如传统教学方法。特别是，模拟训练者插入内镜在结肠脾曲的准确翻转时有较大困难。来自临床的反馈意见将有助于VR技术的改进与优化[16]。

3.3.4 VR在急诊科及ICU的应用 Khoul等研究把住院医师随机分配到一个模拟视频训练组和单一视频训练组进行中央静脉置管，并在干预后在重症监护病房随访追踪。最后发现在ICU的导管相关性血流感染在干预前后发病率减少了70% ，因此得出结论：在中心静脉置管术无菌操作方面，模拟训练是明显优于传统的训练[11]。

3.3.5 VR在精神科的应用 基于VR技术的暴露疗法提供了一个让患者沉浸在量身定做的令人恐惧的环境中的机会，从而激活恐惧结构并使它们能够被修改。结果表明，患者生活中焦虑症状的大幅减少与传统的暴露干预措施的效果相似，虚拟暴露疗法具有强大的现实影响，并显示出持久的稳定性。它在其他精神障碍疾病的治疗方面也显有成效[17]。

除了内镜及介入领域，VR模拟训练还被应用于治疗运动康复、心肺复苏高级生命支持（ACLS）、老年痴呆认知功能训练、泌尿外科、神经外科[18]等方面。

4 VR技术在临床技能培训的应用前景

综上所述，模拟训练最主要是在早期提高初级住院医师基本技术技能，它的安全性和有效性显而易见。目前，研究生医学教育从传统的学徒模式转变为更有针对性的临床技能培训，这些变化促进了VR模拟的广泛应用，加速了VR模拟在未来的技能训练课程中的应用[19]。许多外科学会已经认识到模拟的价值，VR模拟在外科教育中的作用将继续扩大。尽管VR技术在临床医学教育培训班中非常重要，仍然需要重视传统教育方法，把两者优点结合起来，才能更好地学习和掌握临床理论知识和技能操作[20]。此外，还需要考虑如何操纵模拟的环境来提高学习效果，拓宽模拟的范围以发展沟通和技术技能，以及对未来临床实践的影响和改善患者的预后及模拟技术的转移等[16]。VR技术可以被成功地利用来提高诊断、治疗和教育成果，相信在不久的将来，它终将会在临床医学培训领域广泛应用。