虚拟现实技术在皮肤科临床教学中的应用

赵梓纲，卫宣瑾，林碧雯，李承新

虚拟现实（virtual reality，VR）技术作为21世纪最具发展潜力的学科，是利用计算机技术生成逼真的视觉、听觉、触觉融合的虚拟环境，使用户以适当的设备以自然的方式与虚拟环境进行交互，相互影响，从而获得与真实环境相同的体验和感受[1]。VR技术的运用源于20 世纪60 年代，它是一种在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术以及传感技术的基础上发展起来的多学科交叉的新生技术。它通过计算机技术生成一个逼真的感觉世界，允许参与者运用人的自然技能，如头部转动、眼球转动、手势及其他动作，对虚拟实体进行交互考察，以此模拟或体验真实过程，具有沉浸（immersion）、交互（interaction）以及构想（imagination）等特征[2]。VR对界面的隐匿性促进了操作，使得学生在完成学习任务时更轻松，不受到计算机界面的干扰，从而把更多的精力放在学习内容上。虚拟技术是一门富有挑战性的交叉技术、前沿科学和研究领域。虽然VR技术在我国医学领域，尚处于初创起步摸索阶段，但其在多种学科包括皮肤性病学、麻醉科学、外科学、病理学等学科中的应用都有广阔的前景。

1 VR技术在皮肤科教学中的优势

皮肤病学是一门以形态学为基础，融高度逻辑性、理论性、实践性为一体的临床学科。其临床症状、体征看似简单，如皮损仅包括原发性和继发性两类共计18种，但不同症状和体征的组合所提示的疾病却错综复杂[3]。现代医学教育的发展已不再满足于对传统多媒体教学，以问题为基础的教学方式（problem-based learning，PBL）、案例教学大大提高了医学教学效果，然而要将教学效果发挥到极致，必须结合学科特点，探索利于学生主动学习，有效掌握临床知识的教学模式[4]。目前的皮肤病教学大多采用PPT（PowerPoint）的方式展示皮损照片，虽然皮肤性病科的患者皮损分布于皮肤或黏膜，可以通过照片很直观的反映皮损的颜色、大小等，但是因为拍摄角度、曝光程度等多种原因，在学习过程中学生并不能对病损有详实的感受，对于病损的质地、深度、触感的认知程度均需要靠语言文字来表达，对于疾病的理解和记忆有极大的限制性和误差率。

在皮肤科的临床教学中，使用VR技术可以模拟真实的患者、器官、组织及临床手术任务等教学内容，从而使医学生能综合运用多种感官自主探索和体验，在开放、自主、交互式模拟环境中展开高效、安全、经济的学习实践。相对于传统教学模式，VR教学模式不受患者、场地以及时间等诸多因素制约，可以随时随地根据教学需要进行临床教学活动，医学生的实践机会大大增加，从而有机会达到良好的临床教学效果[1]。VR技术有助于面对面的交流，逻辑思维，自发的教学和学习，以及类似于实际的临床培训的即时反馈-体验式学习过程。虽然任何教学方法均不可能有效地替代临床培训经验，但是教学工作者应该提供类似的体验式学习，这更有可能达到知识和技能长期的记忆力。

2 VR 技术系统的组成

VR 技术系统一般由3部分组成，分别是VR 眼镜、服务器和软件系统。VR 眼镜相当于显示器，使观看者身临其境般地进入沉浸式交互体验，可以进一步提高学生实际的观看感受；服务器相当于主机，处理VR 技术系统中的数据传输和运算；软件系统是VR技术系统的核心，所有教学体验过程均由软件系统支持和编辑实现。随着VR 技术中硬件不断更新换代和软件资源的不断研发丰富，该技术已经日益成熟，具有广泛应用的可行性，特别是在科研、医学教育、临床诊断、健康保健等医学领域。在美国，VR 医疗技术是排在游戏之外的第2位研究对象。近年来国内VR 技术发展迅猛，2016年我国首次裸3D+VR+APP（应用程序，application）技术手术直播成功实施[5]。

3 VR技术在皮肤科教学模式中的展望

皮肤科学习不仅包括对皮损的视觉、触觉的认识，还包括了皮肤组织病理活检、真菌镜检、光疗操作等多种技能知识，但是由于伦理、实际工作中还是存在许多困难，为教学带来众多阻力。应用VR技术，学生可以实时形成有效闭环：认知-操作-纠正-记忆，从而对于专业知识有多方面的深刻印象。比如：在皮肤活检的学习中，在教师的指导下，学生可以应用VR技术进行病损部位选择、消毒、局部麻醉、病损切除、缝合到最后包扎，学生对皮肤活检技术有了全面深刻认识的同时，也减少临床中因为认识不足及取材失误造成人力、物力的浪费。此外，皮肤的重要功能之一是免疫功能，其中较为复杂的就是抗原提呈作用，初学者甚至是很多高年级同学对于这一过程都停留在书本上的字面含义，如果在教学中结合VR教学可以大大加深学员对于这些抽象概念的理解，更好的帮助学员理解疾病，并应用于临床实践中。如在抗原提呈过程中，细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T-lymphocytes，Tc）可直接对携有主要组织相容性复合体I 类分子（major histocompatibility complex Ⅰ，MHC Ⅰ）相关抗原肽的细胞发挥细胞毒作用。结合VR教学，将学员以Tc cell的视角模拟其细胞毒作用，当抗原肽感染细胞后，学员（即Tc细胞）向靶细胞表面插入穿孔素，在细胞膜表面形成小孔，学员（即Tc细胞）通过小孔释放颗粒酶，进而发挥细胞毒作用。当然，如果未来技术允许，也可多名学员同时参与不同角色，从不同视角参与理解这一过程。未来利用VR技术可以实现临床实践与教学的完美结合，有效利用临床资源，在有效的时间内最大限度提高教学效率。

VR 技术毕竟属于一种较新的技术，其应用到教学过程中时间较短，部分教师难免对其存在一定的疑惑，认为传统的课堂教学才是最佳的方法。在这种情况下，即使 VR 技术引入后，教师也可能仅仅将其作为一种辅助的教学手段，得不到足够的重视。 因此，建议在VR技术引入前，高校首先以VR 技术的优势和方法为主题，对全体教师开展培训，使教师主观上正确认识到VR 技术的意义和价值，为VR 技术更好地融入到教学过程中，提供良好的前期基础[5]。

4 结语

皮肤科学由于教学内容较为特殊，传统的PPT教学或者PBL、临床病理讨论（clinical pathology conference，CPC）等教学模式仅仅依靠语言和图片的展现方式很难使临床经验尚浅的住院医师及规培生对于疾病的皮损特点有深刻的理解和认识。VR技术的应用可以为皮肤科教学创造多维度的教学环境，在给学生带来视觉、触觉等多角度感受的同时，还可以简化冗长的语言描述，便于学生理解和记忆，大幅度提高了教学效率。

【参 考 文 献】

[1]金昌, 赵蒙, 吴常生. 探讨VR技术在子宫动脉栓塞术临床教学中的应用价值 [J]. 实用妇科内分泌杂志(电子版), 2016, 3(19):132-134.

[2]罗溪, 李松声, 王月帆, 等. VR技术在高等医学教育中的应用 [J].中国医学教育技术, 2016, 30(4):420-423.

[3]龚子鉴, 赖维, 陆春, 等. 谈皮肤病学教学中哲学层面临床思维的培养 [J]. 中国医学教育技术, 2012, 26(6):680-683.

[4]黎昌强, 余媛, 廖勇梅, 等. 临床病理讨论联合基于问题的教学模式在皮肤性病学教学中的应用 [J]. 实用皮肤病学杂志, 2016, 9(5):333-335.

[5]秦洪彬. VR技术在高校麻醉学教学中的应用探讨 [J]. 中国卫生产业, 2017, 14(19):76-37.