妇科腹腔镜手术技能培训引入VR技术的评估与思考

高婷婷，师增增，杨 潇，赵宏喜

(空军军医大学第二附属医院妇产科，陕西 西安 710038)

腹腔镜手术是现代外科微创手术治疗重要方式之一；由于它腹壁切口小、术中出血少，成为病人选择妇科手术方式的重要衡量指标。腹腔镜相对比开腹手术，有其操作特殊性，比如腹壁支点的选择，手术野中对深度的感知、手-眼的协调、手术器械操控的安全性和有效性等[1]；这些技能如果只在手术室训练是有限且费时的,而且对病人有一定的安全隐患。腔镜操作培训是提高腹腔镜手术技能非常有效和安全的方法[2]；但是临床上缺乏统一的标准，大多数通过自制或者商用的腹腔镜模拟箱，在箱体打孔，箱内放入缝线、缝针、硅胶等器材于其中，利用腔镜手术器械和镜头进行持针、缝合、打结及剪线等基本操作，当然对于具备一定腔镜基础的高等级医师就需要在实验动物身上操作。这些模拟培训对于临床腔镜医师培训仍存在不少问题，如缺乏训练熟练程度的评价、缺乏良好的参照实例、缺乏认知的评价以及缺乏相对专业的场地和团队等。因此，需要探索新的便捷、模拟性更强的培训工具和模式。虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术应用于临床教学的可操作性和实践性强，为腔镜技能的掌握提供了不可替代的新方法。

1 虚拟现实(VR)技术的应用

腔镜技术培训是个复杂的过程，传统的“一对一”“手把手”的教学模式已经过时了，“教师-学生”之间这种外科手术带教模式受到诸多因素的影响，比如：病人术中情况复杂、要求尽量缩短手术时间、对手术精细度要求高、无瘤原则等问题，减少了手术培训的机会，严重制约了临床手术技能培训活动的顺利开展。目前较推崇的虚拟现实(VR)技术培训、箱式培训、录像视频培训，由于它们授课具有多样性、能更直观地提高初学者的手术技能、对病人零风险，被广泛应用于临床教学中。

虚拟现实(VR)技术:是虚拟和现实技术的结合，是一种计算机创建的模拟现实世界环境的仿真技术；具有沉浸式、交互式及想象力的特点。在医疗领域中，目前主要用于临床干涉、临床诊断及医疗技能培训等。

1.1 VR技术培训的优势

VR技术培训将标准化病人应用于妇科教学实践中，在VR模拟器上可以训练操作常规、反应能力，并且可以反复训练；还能用来评估训练者腹腔镜技能掌握的深度和广度；以及聘请有腹腔镜操作经验的专家在VR上进行模拟演示。

VR技术培训与传统的灌输式教学不同，其优势在于：培训环境安全，减少了训练者对真实手术操作中的压力，允许出错，使其更积极主动；训练者可以重复交替练习，并可以收到即刻触觉反馈[3]，且有有效的监督机制，不需要在培训教师的监督下完成；能提供客观的衡量标准；而且没有伦理影响。2个随机多中心对照研究显示，对于初学者来说，VR培训比传统的床旁面对面培训更有效[4]。

另外，学生还可通过VR技术观看真实手术过程，一方面透过立体视角真实体验手术操作，不遗漏任何细节，与浸入式教学不谋而合；另一方面在手术观摩的过程中可以实时与手术医师进行沟通，增加了模拟教学的互动性。

1.2 VR技术培训的局限性

VR技术培训中，训练者因为缺乏实践的机会，出现问题后时常会显得混乱而没有头绪；对标准化病人的表现、理解能力、动手能力表现参差不齐；缺乏与真实病人之间的有效沟通；手术操作相对流程化，缺少了个体差异、灵活性的训练；想要达到真实的手术操作能力，单纯VR技术培训是不够的，必须得有一定数量真实手术操作的积累。因此，VR技术培训与真实手术训练是互补的。

目前，大多数对VR技术培训曲线的研究结果显示，VR技术培训对提高初学者手术水平、操作能力及对器械的掌握上均有明显效果。但是，对于有腔镜手术经验医生的培训效果没有结论。加之，VR技术培训费用较高，不适合普遍使用。因此，VR技术培训更适合初学者的早期培训，用于培训曲线早期，减轻对病人安全性的负担。

1.3 VR技术培训的实施方法

由于训练者水平参差不齐，针对不同水平的训练者进行有效的手术技巧培训，合理选择标准化病人，是保障教学质量的必要条件。因此，建议在培训前，对训练者的综合水平进行评估，将其分成低、中、高三种级别：无经验的医学生；低年资、有初级腹腔镜手术经验、但是还没有进入学习曲线的妇科医生；有稳定的、熟练腹腔镜手术经验的、需要更深层次地提高手术技巧的妇科医生；针对不同级别的训练者进行相应的手术操作培训；同时，对训练者的操作过程进行全程记录、并对操作能力的提高情况进行客观评价或者打分，这样的培训效果会更好。

另外，应提高教师的指导水平，及时对评分考核系统和指导系统进行专业水平的有效调整；然后，根据不同级别设置相应的培训内容和专业评估标准，以便从VR技术培训中获得最大收益。

有研究显示，通过对训练者分级和考核评估系统的及时调整，可以提高低级训练者考试成绩53.98%，缩短手术时间29.48%；提高中级训练者考试成绩108.92%，缩短手术时间36.52%[1]。

2 VR技术培训效果评估

目前，对VR技术培训结果的评估，有些是基于操作水平的评估，有些是基于病人情况的评估；有客观评估系统进行打分，也有主观评估系统，比如问卷；以及一些评估工具，比如利克特量表(Likert Scales)。

常用的评估方法有：①计算完成一个具体任务的操作时间。比如：将时间标准化，测量从预处理到手术完毕的时间长度；时间越长，距离基准线越远，说明完成效果越差；或者测量清晰手术视野的持续时间；②将训练者在VR模拟器上真实操作过程与控制器上标准操作过程进行对比；③使用客观评估工具，比如：客观结构化临床技能评估(OSATS)，腹腔镜技能的全面手术评估(GOALS)；④其他的评估和测量方法[5]:(整体/部分)的手术操作错误次数、每只手重复移动的次数等。

目前，探寻培训评估方法的客观指标是研究热点，2个大型前瞻性高质量研究，均聚焦于训练者掌握某项手术技能的学习曲线过程，通过手术操作能力的提高记录下曲线长度，该2项研究均描绘出了训练者相似的学习曲线；可见，不论培训前手术技能的高低、是否有偶然的最佳手术操作以及培训次数的多少，所有训练者在获得某项操作技能的学习曲线是相似的，这为训练者反应能力的测量提供了客观依据[6]。也有研究显示，对使用VR模拟器进行操作反应能力的评估是有争议的，不建议把VR模拟器作为评估工具。

全世界对VR技能培训的评估方法都不尽相同，对培训终点也没有统一标准，衡量培训效果的专业评估工具和方法是欠缺的，仍需要大样本多参数的高质量研究来提供有价值的信息、学习曲线和评估标准。

2.1 VR技术培训和未培训人员的手术效果评估比较

一项研究显示，未经过训练的医生的手术时间会延长58%[7]；而且，OSATS评分、对术中宽度的测量、长度深度的感知，双手的灵活性都相对任何形式的培训较差[8]。

VR技术培训对手术用时和考试成绩均有提高作用；研究显示，对于低级别训练者，VR技术培训可提高其考试成绩53.98%，手术时间缩短29.48%；对于中级别训练者，VR技术培训可提高其考试成绩108.92%，手术时间缩短36.52%。

2．2 VR技术培训与其他模拟培训的手术评估比较

手术中通过腹腔镜器械感知到的组织抵抗力和触觉反馈对提高手术技能有重要意义[9]，Hiemstra[10]对比了有触觉反馈和无触觉反馈的VR技术培训，结果显示，有触觉反馈的VR技术培训跟箱体式培训效果相比较，在手术时间、最短手术路径及多余手术动作上都是有优势的，无触觉感知的VR技术培训效果不如箱体式，箱体式有相对更真实的触觉反馈，相对更容易让训练者接受[9]。

有研究显示：VR技术培训结果优于录像视频培训，且有统计学差异；VR技术培训分别与箱式培训、录像视频培训相比较，在手术用时、考试得分上均无统计学差异；也有研究显示，VR技术培训后参加箱式培训考核更容易；反之，经过箱式培训去参加VR技术培训考核过关的比例显著降低，有统计学差异；当然，也有相反的研究结果。

为什么会出现相反的研究结果呢？第一，相比箱式培训，对VR技术培训的适应性更难；第二，对于不同培训方法的评估，哪种考核方法最有效，取决于测量方法和量度、直接法还是间接法[11]；所以，缺乏统一的客观的评估标准，培训工具间没有一致的可比性；因此，会出现统计结果的差异。加之，个人学习方法和接受度各异，在学习结果上都会有较大差异；本质上，针对不同个体，不同培训模拟器也有不一致性。因此，对于不同的任务需要不同的技能培训方法[12]和不同的实施手段；比如：取出离体标本需要触觉模拟器；体内打结、钉子夹闭需要手-眼协调模拟器。

2.3 VR技术培训是否会提高妇科手术操作能力

培训时间是影响培训效果的独立因素；手术操作的熟练度、手术时间与培训时间是呈正相关的[13]。Gallagher[14]认为：新手应该先在模拟器上训练，直到他们达到手术操作的基本水平，然后通过专家评估，方可实施同类病人的手术操作[15]。

手术技能的最终评估，依赖于对真实病人的手术效果评价[11]。有研究对比了VR技术培训和箱式培训在真实病人手术中的客观评分，结果显示两者有显著统计学差异，不论GRS评分、手术用时，VR技术更优[16]。但是，研究结果的判断取决于选用的评估标准，这样的研究结果并不具有绝对说服力。

3 讨论

3.1 VR技术用于临床技能培训

VR技术培训是在手术室之外进行妇科手术培训最重要的方式之一，一台优化的设备的现场指令、速效的监督机制、全面安排、不同手术难度的水平设置、有效的触觉反馈，这些都可以提高手术操作、手术精准度、减少术中时间，提高手术技能；在美国，已经全面开始要求心内科医生使用VR技术培训复杂的、高难度的手术操作，比如：颈动脉支架术，主动脉瓣置换术，并且临床效果反馈好；同时，也在探讨将VR技术应用于其他临床复杂外科手术操作培训中[17]。

腹腔镜手术更加强调岗前技能培训，所以有必要将VR技术引入到腹腔镜技能培训，可先通过虚拟现实的模拟锻炼基本操作技能，再对操作技能进行连续性评估，提供个人或者小组的学习曲线，最后，经过专家反复、全面的技能评估，方可进行真实病人的手术操作培训。

3．2 VR技术在中国的发展和应用

在中国，VR技术仍处于起步摸索阶段[18]。虽然起步较晚，但很多科研院所都在积极探索，当然也取得了一些鼓舞人心的成果，比如中科院软件所、中科院自动化所等机构根据临床需求主要针对医学图像三维重建及可视化进行研究，让模拟世界里看得更加真实；还有一些机构主要研究实时力反馈的交互技术，让操作更加真实。国防科技大学计算机学院与解放军总医院联合开发了国内首个支持力反馈的鼻腔镜手术仿真系统，让VR技术真正地走进临床、走进医学教育[19]。鉴于虚拟现实技术的优势以及发展，在妇产科诸多方面已经开始逐渐发挥作用，尤其是在妇科青年医师的培训方面。相信在不远的将来，我国会有更多地关于虚拟现实技术和腹腔镜联合或者机器人手术联合的教学研究报道。