增强现实（AR）在心内科心律失常射频消融手术教学中的应用

海军军医大学第二附属医院心血管内科 陈 挺 王家美 文 凤*

一、增强现实在心内科心律失常射频消融手术教学中应用的背景

（一）心内科心律失常射频消融手术教学的痛点

心脏内科心律失常射频消融术是通过穿刺股静脉，在X线透视下将导管送入心脏，标测目标靶点并进行消融的一种微创介入手术。相比传统的开胸手术，它具有手术创伤小，只需局麻，手术时间短，患者承受的痛苦轻，手术安全性高、术后恢复快、费用相对较低、疗效立竿见影的优点。不过正是因为如此，心内科心律失常射频消融手术中，医生无法直接通过设备或肉眼直接观看手术过程，操作反馈需要通过抽象的心电图数据和二维数字造影来确认导管位置，术者需要关注的信息庞杂，而心脏手术的高危特性决定术者需要具有快速反馈和应对能力，因此对术者要求极高。笔者长期参与相关手术培训教学工作，发现优中选优的心内科医生，也要通过至少1 年以上的学习经历，才能基本达到某项手术入门的水准。因此，心律失常射频消融手术的培训具有难度大、培养周期长（1 年仅仅入门）等特点，让有的医生望而却步，不敢跨入此行业。

（二）增强现实在心内科心律失常射频消融手术教学中的优势

1.增强现实的优势

一是化不可见为可见。使用增强现实技术，可以将CT扫描数据构建的心脏模型投影到人体心脏部位（教具相应位置），把整个手术中最核心的问题不可见变为可见，解决核心痛点。二是化繁为简。使用增强现实技术，可以将心脏模型、CT 扫描数据、导管数据、心电图数据整合起来，同步显示，降低手术中需要处理的庞杂信息，并且引导手术操作者完成手术，降低难度。三是展示清晰。通过增强现实技术，可以将现实的人体、心脏模型对应起来，配合心电图等数据整合输出成课件视频，便于学生学习观看。四是反馈明确。心内科心律失常射频消融手术当中，手术过程不可见，每个操作需要通过影像扫描、关键点位置比对、心电图等生理数据分析来确定操作效果。通过增强现实技术，把虚拟数据和实际人体重合在一起，每个操作都可以即时看到反馈。五是实践充分。通过结合教具，我们将病例数据库中的数据抽调出构建拟真的手术环境，让学员有充分的实践机会来消化理论，提升手感，应对手术中的各种情况。

2.相较传统教学的进步

笔者长期从事心内科心律失常射频消融手术教学工作，有着丰富的教学经验。通过在教学中进行实践测试，发现增强现实教学方法具有更好的教学效果，这里我们选取了两组同期学员进行实际教学实验。

增强现实组（6 人）全体合格时间 13 个月 8 个月中评测试分数（平均） 62 71.7终评测试分数（平均） 71.2 86.6传统教学组（5 人）

教学后，我们通过发放不记名问卷的方式，向两组学员征求意见（问卷发放时成绩未出），100%（50 名）学员均表现出对增强现实教学的兴趣，且表示这种教学方式更容易学习。

二、增强现实在心内科心律失常射频消融手术教学中的应用示范

（一）全套技术手段的应用示范方案——射频消融术教学

针对现有心脏射频消融手术的技术问题，基于增强现实开发了射频消融手术的课件系统，让学生更直观精准地完成心脏射频消融手术模拟，优化庞杂数据，让学员更容易理解和上手。该课件的上述技术目的是这样实现的：包括操作输入模块、数据传输模块、中央处理器、数据存储器、AR 3D建模模块、数据智能处理模块、AR 头戴显示设备和多媒体输出设备。

这套课件所使用的相关AR 辅助心脏射频消融术技术已经获得国家发明专利，通过这套课件可以直观显示原先不能直接实时看到的心脏内部情况和治疗进展情况，结合物理拟真假人教具，让学员更直观精准地完成模拟的心脏射频消融手术。简化了学员需要关注的庞杂数据，极大缩短了学习时间，同时记录学员的各种操作，方便导师从旁指点修正，提升整体教学质量。

（二）教学中应用的方向阐释

1.更加直观的内容展示

传统教学中存在着明显的内容展示不够直观和因此产生的认知不同步问题。授课教师只能通过手术的扫描影像视频（学生需要三维想象力），结合各种生理数据（学生需要联系印象想象力）、3D 模型、教具等进行讲解，过多的内容需要学生根据教师讲述进行想象，教师表达内容和学生想象内容存在巨大的认知不同步的可能。而增强现实教学展示内容直观，不再是平面的图片和影像扫描视频，而是直观摆在所有学员面前的虚拟心脏。导师可以根据需要，放大、旋转、拆解标记，所有学员可以通过头显设备同时观看，师生双方不存在需要想象力补足的内容，也不存在因为认知差异而造成的想象物不对等问题。心电图等数据在这里都可以和虚拟的心脏统合起来，当数据发生改变，学生可以直观地看到心脏的物理变化，更容易理解教学内容。

2.反馈明确的教学训练

教学的训练操作也不再是对着冰冷的物理教具，而是拟真的3D 心脏（结合物理教具）。结合各种病例数据库的数据，学生可以看到自己做出某个操作后对患者心脏造成的影响，训练过程中充满即时反馈，告别了过去单方面无反馈的冰冷训练模式，最大限度提升了整个教学训练的有效性。而这样的训练过程中，产生的一切操作数据都可以被导师获得。导师可以通过生理数据的分析以及学生的操作表现，为学生训练成绩打分，也能更好地监控学生的训练结果，以便针对不同学生遇到的不同问题进行纠正，确保不同的个体都能达到良好的学习效果。

3.应对更多治疗环境的教学示范

传统的课堂教学中，尤其是在训练中，往往经历的是标准化的训练流程，而现实中因为病人个体差异，手术过程往往都是非标状况。通过增强现实的教学系统，我们可以通过病例数据库，将各种状况数据叠加在原本一成不变的物理教具上，彻底改观训练过程。可以让学员在训练过程中，面对各种各样的复杂情况，积累经验，也树立应对更多复杂环境的信心。

三、增强现实在心内科心律失常射频消融手术及教学中的应用展望

增强现实技术为心内科心律失常射频消融手术的教学工作打开了一扇大门，一举解决了现有心内科心律失常射频消融手术教学中最大的瓶颈，降低了学习难度，减少了入门精通的时间，同时提升了最终的训练效果，提升了学员的手术操作经验水平。然而，现有增强现实技术还处于起步阶段，一方面相关设备价格较高，设备还有一些笨重和不方便的地方，性能和成本还有待市场成熟后倒推技术进步；另一方面，相关软件的开发还处于需求定制阶段，没有足够的科技公司关注并进行投入，没有经过成熟市场验证，没有经过反复用户体验验证和市场竞争后的产品革新和技术革新。但是，该技术在心内科心律失常射频消融手术教学中的作用是毋庸置疑的。我们有理由相信，随着行业发展和其他基础技术的进步，增强现实技术会越加成熟和稳定，也会有更多的公司应用该技术投入医学领域，促进产品进步和提升，届时使用增强现实进行心内科心律失常射频消融手术教学将会更加普及和有效。