腹腔镜胆囊切除术虚拟仿真教学的探索

刘 琦 王效慈 高思齐 查 伟 丁 丹

（新乡医学院三全学院，河南 新乡 453000）

0 引言

近年来，随着云计算、大数据等技术的产生和进步，不仅为经济的快速发展带来了机遇和挑战，而且改变了人们的生活和教育方式。 其中，以信息技术与教育资源的交互融合为本质特征的虚拟仿真技术发挥着独特优势，并且逐步应用到医学教育领域，有效缓解了日益扩大的招生规模引发的临床教育资源日益不足的情况。

1 传统医学教学模式面临的困境

随着医学院校招生规模的扩大，传统教育模式的短板日益突显，具体如下：一是教育资源的不足。 理实结合是医学教育的显著特点。但是，随着伦理道德观念的深入和患者隐私意识的增强， 临床实践中教育资源不足的现状日益突出。 二是临床操作技术教学难度增加。 基于创意理念、血管介入技术、内视镜技术的广泛应用，现代医学进入了高速发展阶段[1]。 传统临床实验的教学模式，已经无法开展高难度的临床操作技能教学。 三是临床教学费用有限。 实验室的开设和运营成本等，一直是困扰各医学院校的普遍问题，严重制约了医学实践教学质量的提高[2]。 四是特殊疾病案例有限。 许多临床病例都具有明显的季节性和地域性特征，短期内无法找到大量教学实例让医学生进行多次反复的实践操作训练。 五是对医生的手术操作水平要求高。 在手术过程中，医生的动作要求正确并柔和，对医生的手术操作技术和经验要求高。 从患者手术过程的安全性来说， 直接让医学生接触手术是不可能的。因此，医学生缺乏相应的实践操作练习，无法提高手术操作水平和增加实际的临床经验。

2 虚拟教学平台综述

2.1 虚拟仿真教学技术特点

虚拟仿真技术也被称为VR 技术， 是利用虚拟系统模拟真实系统的技术[3]。 在该虚拟环境中，操作人员通过三维立体虚拟场景和交互设计有效地利用各种数据、信息、设备和仪器，可以体验到与实际环境相同的设备，并且虚拟环境中物体的交互让操作人员仿佛置身于现实世界，进行交互操作，获得有效的实感和体验，为临床教学的发展带来新的契机，是临床实践教学领域乃至医学发展历程的进步。

随着虚拟仿真技术的快速发展，涌现出与临床医学实践教育相关的各种模拟训练系统。 通过交互医疗模拟教学，医学生不仅可以在虚拟仿真医疗环境中实现各种临床技能的操作，还可以减轻心理负担和操作压力，有效提高医学生的临床操作水平，增强医学生的学习热情和自信。 同时，虚拟仿真教学丰富了教师的教学活动，有效地解决了教育资源不足、教育运营成本限制等问题，从根本上实现了优质医疗资源和教育资源的相互转换。

2.2 构建虚拟教学平台必要性

伴随着“虚拟仿真技术（VR 技术）+医学”的热潮，基于高等教育信息化的指导思想，运用虚拟仿真技术（VR 技术）构建虚拟实验教学平台，已成为部分医学院校及机构着力打造的教学方式。 相较于传统医学教学模式，应用的虚拟仿真教学平台不仅实现了理论教学、线上线下督导、评价，更重要的是通过信息网络技术实现优质资源的开发共享，以期达到提高临床教学质量、培养高层次医学人才的目的等。 这些举措不仅提升了教学效果，提高了教育质量，而且实现了虚拟仿真技术（VR 技术）和教学实践的有机结合，突破了传统医学教育领域的限制困境，最终达到提升医学素养和高层次医学人才培养的目标。

3 虚拟仿真技术与腹腔镜胆囊切除术教学结合

在临床医学教学过程中，学生掌握慢、训练周期长等因素，一直是困扰临床医学专业实验教学的难点之一。 但是，基于虚拟仿真技术（VR 技术），可以有效解决这一难题，提高实践训练的质量和效率。

目前， 虚拟仿真手术主要包括达·芬奇机器人模拟手术系统、虚拟手术台操作系统、虚拟腹腔镜手术训练系统等[4]。 基于这些虚拟仿真手术系统，医学生可以在计算机生成的和实际手术操作环境、操作过程几乎“完全一样”的虚拟手术环境中体验手术器具使用、学习如何操作手术， 提高应对术中突发状况的能力。同时， 医学生通过对虚拟人体模型进行手术操作，不仅“真实”体验了手术的全过程，而且可以反复进行手术操作，在不断的实践操作中积累经验，达到提升实践操作的目的。

虚拟腹腔镜手术训练系统也是一种虚拟仿真教学形式，主要是利用计算机模拟腹腔镜手术的基本实践环境。 医学生通过操作虚拟的人体模型，完成物体运输、切断、电冷凝、眼协动等训练，达到掌握手术基本技能的目的。 因此，腹腔镜虚拟仿真教学系统对于医学生掌握腹腔镜手术的基本技术具有明显的训练效果和价值。 同时，虚拟仿真技术与腹腔镜胆囊切除术教学相结合的优点如下：（1） 腹腔镜胆囊切除术虚拟仿真教学系统的出现， 极大地节约了教学资源，丰富了教师的教学水平，同时，也方便了医学生自主实践操作，将知识更好地应用于实践中，提高了医学生的临床操作能力[5-6]。 （2）医学生和医生获得大量实践操作腹腔镜胆囊切除术的机会，不断积累经验，掌握临床操作技术，有效增加可实施腹腔镜胆囊切除术的优秀医生和医学生的数量。 （3）手术前，医生使用虚拟仿真教学视频直观解说手术流程、 术后康复等情况，不仅让患者和家人了解“真实”的手术过程和术后状况，而且有效缓解了患者和家人的心理压力和思想包袱，降低了医疗纠纷的发生率。 （4）虚拟仿真技术具有百分百的“容错率”。 通过虚拟仿真教学系统，即使医学生操作失误也不会造成人身事故，百分百的“容错率”可以最大限度缓解医学生的思想压力，营造轻松的手术环境。 （5）虚拟手术环境的构建依赖于虚拟现实技术、医学图像数据、计算机工具等，生动地展现了医生制订手术方案、实施手术演示、开展手术训练、手术教学、术中指导手术、术后康复等工作。 通过虚拟手术的教学系统，教师可以让医学生对手术的整个过程有明确的认识。 比如，术前准备流程，手术操作流程，术后康复治疗等，这一系列教学内容可以让医学生更好地掌握临床操作技能，提升医学素养。

4 总结与反思

4.1 总结

通过很好地结合虚拟现实技术和腹腔镜胆囊切除术，建立了虚拟仿真教学系统。不仅能有效解决教学资源不足、临床操作教学运营费用有限的问题，而且适应了“虚拟现实+医学”的发展趋势，让更多的医学生和医生通过虚拟仿真教学系统进行大量的临床实践操作，总结手术过程中的相关经验和教训， 熟练掌握腹腔镜胆囊切除术。 同时，为提高医学教育水平、教学模式创新提供了新思路，医学生也运用虚拟仿真教学系统，提高了学习的兴趣和实际的临床操作能力。

4.2 反思

随着现代科学技术的进步，虚拟仿真教学系统广泛应用于各医学院校和科学实验，但仍然有一定的局限性。 首先，虚拟仿真教学系统的教学内容不能完全覆盖所有患者在疾病和手术中所发生的突发情况。 其次，虚拟仿真教学系统以虚拟的形式出现，不能让医学生和医生真实地感受到患者腹部器官的温度和湿度。 最后，虚拟仿真教学系统不能准确模拟真实的操作过程，医疗器械上的数据也不完全真实，无法满足准确性的要求。 因此，虚拟仿真教学不能完全替代临床实践教学，但随着现代多媒体技术手段的应用和虚拟仿真教学系统的进一步完善和发展，结合临床实践教学，构建“虚实结合”，完成优势互补，通过资源共享，实现现代化教学形式，可以发挥虚拟现实技术在教育和科学研究方面的优势。