虚拟现实技术在舰艇内严重骨折急救能力培训中的应用

朱磊，杨鹏，马骏，盛嘉隽，陆嘉佳，闫敏

严重骨折伤是海战时常见的受伤类型，其救治是战创伤救治过程中的重要环节，是军医学员的重点学习课目，同时也是必须掌握的内容和战斗力的体现［1］。急救是指在接受后方正规医疗救治之前，对伤病员采取的紧急处置和护理措施，目的是抢救生命，将伤情对机体的损害减少到最低限度，为后送和后续治疗赢得时间和条件［2］。军事医学院校应该以提高学员急救能力为主要教学目标，舰艇内严重骨折伤急救能力培训具有其必要性。舰艇因舱室狭小、空间封闭、仪器设备较多等原因，尤其在战时可能出现不同海况晃动而影响平衡等多种复杂的情况，具有其特殊性［3］。军医大学学员平时接触舰艇的机会极少，对舰艇环境及舰艇战地急救特殊情境缺乏基本认识。仿真模型如高仿真模拟人、模具或传统的动物致伤模型，并不能模拟出海战环境下，在行进舰艇内实施急救的情境。此类内容的教学往往存在课程组织周期长、成本高、仿真度差等特点。以上原因限制了学员对海战条件下舰艇内伤员骨折急救技术的掌握程度。因此，对现有的教学模式进行改革就显得尤为重要。虚拟现实（virtual reality，VR）技术为医学教育改革带来了新的尝试，VR 是利用电脑和显示设备模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉等感官的模拟和浸入式体验，让用户如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物［4］。本研究使用VR 技术完整呈现不同海况情况下舰艇内伤员骨折急救操作，并在海军学员教学中进行了应用，取得了良好效果。现报道如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取在海军军医大学第二附属医院规培或进修的海军医师24 名（均在骨创伤病区轮转学习过）为研究对象，均为男性，年龄（24.96±0.81）岁。所有对象在轮转学习期间均接受过骨折、脊柱脊髓伤方面相关理论知识学习及跟台观摩或参与过手术操作。所有研究对象对本研究均知情同意。

1.2 研究方法

采用数字表法随机将24 名学员分为2 个平行教学组，实验组采用基于VR 技术的仿真教学模式，对照组采用以书本为载体的传统教学模式，每组12 人。在本研究开始前，组织2 组学员进行海战伤急救外科学理论基础摸底考，将该摸底考成绩视为样本基线学科成绩。其中，实验组学员的基线学科成绩为（79.8 ± 2.6）分，对照组学员的基线学科成绩为（77.9 ± 4.7）分，2 组比较差异无统计学意义（t=1.534，P=0.25），具有可比性。

1.3 教学实施

1.3.1 对照组教学实施 采用传统课堂授课教学模式，教员课前备课，准备教案和幻灯，学员听课并记录笔记。课后，建立师生互动微信群，在课下实践练习阶段，教员及时为学员答疑解惑，包括学员视频纠错等方式，即学员练习操作，录制小视频，发至微信群，教员进行实时评价反馈。

1.3.2 实验组教学实施 收集严重骨折的病例资料，通过编排、录制和剪辑等，建立一套基于VR 技术的恶劣海况条件下舰艇内严重骨折急救的全景视频教学课件/训练模具。以VR 为工具进行仿真教学，在课堂上教员与学员共同佩戴虚拟设备，实现场景穿越，通过移动视角全方位了解舰艇内的环境，感受恶劣海况下舰艇晃动的沉浸式体验。在虚拟情景中全程参与海战伤严重骨折伤员的诊治过程，配合语音讲解，学习严重骨折的伤情评估方法、紧急救治流程、救治关键步骤和技巧。教员在旁边进行监督，若学员有操作不当的地方随时给予指导，完成互动式教学。教学后，设置问题，组织学员小组讨论、分组汇报，教员简要点评和答疑解惑，并随机抽调各讨论小组1～2 名学员进入VR 考核模式。考核内容包括恶劣海况环境下严重骨折的伤情评估方法、急救原则和手术方案与关键步骤，最终由VR 考核系统自动打分，检验学员课堂学习效果。课后，教学课件以视频形式体现，发给学员，指导学员在手机中下载UtoVR 全景视频播放器软件，安装后下载本项目组制作的视频课件即可播放，实现移动式学习，且学员可以通过微信群与教员互动，获得答疑解惑。

1.4 教学效果评价

1.4.1 闭卷考试 对2 组学员进行统一的理论知识考核，评估学员对于海战伤四肢、脊柱脊髓、骨盆骨折知识点的掌握。

1.4.2 技术操作考核 以2 组学员的模拟人训练实践考核成绩作为考评依据。每组分别设置1 个课时的操作考核，2 组考核内容均相同。实践考试前，2 组均分别给予为期2 周的课后复习、练习时间。应用自制评分表对2 组学员进行骨折创伤急救技术操作统一考核，评估学员训练效果。

1.4.3 问卷调查 采用自制问卷对2 组学员进行课程满意度调查，评估2 组学员对于课程模式的学习体验、对知识点的多元感知和情境感知、对自主学习的促进意义、缩短记忆用时和提高学习效率、教学模式趣味性、情境和动画喧宾夺主增加学习负担、知识点明确、病例特征典型突出、贴近战创伤案例救治实践感官、对教学模式总体满意度方面。问卷共包括10 个条目，基于Likert 5 级评分标准，从1～5 级分别为：非常满意、很满意、可以、比较满意或有一点满意、不满意。得分以等级为准，最低1 分，最高5 分，得分范围为10～50 分，得分越高，学习感受越好，课程总体满意度越高。经小样本预试验，该问卷的克郎巴赫α（Cronbach’s α）系数为0.81，说明本问卷具有较好的内部一致性信度。问卷调查结果显示，大部分学员课程满意度问卷得分≥35 分，因此，本研究中，问卷分值为35 分及以上即认为学员具有良好的学习感受、对课程设计评价好、满意度高。

1.5 统计学处理

2 结果

2.1 学员理论成绩、实践技能考核评分比较

实验组理论成绩评分及实践技能评分均高于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。见表1。

表1 实验组与对照组学员海战伤严重骨折知识理论成绩和实践技能考核结果比较（分，± s）

表1 实验组与对照组学员海战伤严重骨折知识理论成绩和实践技能考核结果比较（分，± s）

注：与对照组比较aP<0.05

组别对照组实验组实践成绩81.89±3.95 87.12±4.61a人数12 12理论成绩76.96±6.24 82.23±4.31a

2.2 学员课程满意度比较

实验组学员≥35 分者占83.3%（10/12），对照组学员占58.3%（7/12），2 组学员课程满意度比较差异有统计学意义（χ2=3.97；P=0.031）。这说明实验组学员对课程教学模式满意度高于对照组学员。见表2。

表2 实验组与对照组学员课程满意度调查结果［例（%）］

3 讨论

既往研究指出，对舰艇军医的继续教育一定要重视外科技能培训，尤其要强化战伤救治能力培训［5］。就创伤而言，近年来，随着海军训练、出航任务的增加，军事训练伤发生率也大大增加（由2001 年的12.07%，增加为2008 年的29.80%）［6］。无论平、战时，官兵都需要一支强有力的卫勤保障队伍，这就更加体现了对于舰艇军医开展外科急救技能培训的紧迫感和重要性。舰艇有着舱室狭小、通道狭窄、空间封闭、风浪晃动等特点，所以舰艇环境下开展骨折伤员急救和平时在开阔环境中的操作有着明显的不同。传统以课堂讲授为中心的“填鸭”式教学模式易导致理论与实际脱节，制约了学生潜能的开发，容易导致学生综合分析复杂病例能力的缺乏，形成定向思维。学员缺少自主探索、合作和交流，也难以通过自己的想象力完成对舰艇舱室救治环境的想象重塑，无法体会战现场急救的紧迫感，同时也不利于锻炼其紧急应变的能力。优化任职教育，拓展培训方式，走出传统的教学方式，推广虚拟仿真培训技术的建设与应用［7］，使用VR 技术全方位展示恶劣海况下舰艇环境及严重骨折急救的过程，使学员得到更为具象的认识和理解，便于学员在掌握知识的同时培养系统思维和逻辑思维［8］，提高了教学质量及授课满意度。

3.1 VR 技术有利于提高学员学习的兴趣和满意度

传统的课堂教学模式方式陈旧，较沉闷，特别关注结论的记忆和掌握，容易忽视学员对知识的体验过程，难以唤起学员的学习热情和智慧活动的积极性。VR 技术对临床情景的模拟有利于激发学员内在的认可度，VR 视频互动教学中，强调师生之间互动、团队学员之间互动，通过分配任务和协作可以实现团队学习资源共享和操作实践的完成，使得临床思维的构建、成员之间协同配合默契程度、对伤情的探讨交流等非技术性能力也在训练中得到了锻炼和提高。在学习过程中，通过虚拟训练模具，学习者在脑海里事先建立动作概念和运动表象，有利于在认知上提前为操作做好准备和计划，更容易获得知识和巩固技能。同时，又能增强学员训练的自信心，调节应对急救操作时的紧张感等。此外，在VR 技术辅助的教学中，学员享有教员在旁边指导技术要点、答疑解惑的条件，有利于增强模拟教学的情景化和有针对性地进行个体化教学，激发学员的学习兴趣和动力，提高满意度。问卷调查结果显示，与对照组学员比较，实验组学员学习感受更好，满意度更高，这表明基于VR 技术的仿真教学模式更受学员认可。

以VR 为工具仿真教学，实现声、图、文并茂，可将抽象的知识理论表达得具体形象，带来了一种新颖的教学形式，使学习富有趣味，交互式操作模式可以给学员带来人机交互的体验；同时，多角度、全方位的动态查看，可以让学员感受恶劣海况对急救操作的影响；另外，教学课件以视频形式体现，可以分发给所有学员，学员能够通过自己的手机随时进行播放，无论是在教室还是宿舍，只需佩戴一副VR眼镜即可观看学习。与传统的课堂教学相比，学员可以摆脱空间和时间上的限制，自由安排学习时间和地点，增强了学员学习的主动性。

3.2 VR 技术有助于提高救治理论知识水平

本研究发现，对照组教学时讲解舰艇环境下救治特点往往过于空洞，学员由于缺乏对舰艇环境的了解，无法深刻理解舰艇环境下救治特点的具体原因，容易导致学员对知识的理解过于肤浅、记忆不深刻、不能活学活用等情况。实验组通过伤员的医学影像数据重建高真实感的骨折创伤模型，经可视化绘制和渲染后导入到VR 设备中，使用VR 技术全方位呈现舰艇舱室环境中的各个视角下的动态过程，同时对在行进中的舰艇舱内四肢骨折、脊柱骨折、骨盆骨折等战伤急救操作进行模拟，学员在VR 技术创设的海上伤病员医疗救治的特殊环境下，学习严重骨折伤现场急救过程，获得沉浸式学习的体验，有利于提高学员学习效果，即学习者在接近真实的学习环境中通过高度参与互动、演练而提升技能［9］，有利于增强学员对知识点和关键救治技能的理解和掌握，解决教学难点［10］。本研究发现，实验组学员理论及实践操作考核评分均高于对照组，差异具有统计学意义。这表明，VR 技术训练教学模式提高了教学质量和学员的学习效果，能够有效弥补传统教学方法的不足。既往研究发现，应用VR 技术辅助海战条件下舰艇严重骨折伤员急救操作实践教学，培训后学员理论考试成绩显著高于培训前，差异有统计学意义（P<0.01）。学员对课程兴趣显著增强，提高了对知识点和操作技能的掌握速度和程度，教学效果满意［11］。本研究与该研究结果一致。分析原因可能是VR 情境带来视觉、听觉等感官刺激，激发技能动作所用力肌肉的相应兴奋冲动，对于动作技能的形成和知识点的强化领悟具有积极的推动作用。此外，操作技能需要通过反复不断地练习和不断地自我纠正，才能将大脑中动作图式精确化，达到最佳训练效果。虚拟训练模具可以反复应用，有利于不断提醒学员操作要点的特征，明确任务目标，提高实践训练的有效性。

综上所述，使用VR 技术进行实战环境的模拟教学是使教学贴近实战的重要手段，可有效提高学员对舰艇复杂环境特点的认知，从而更加明确掌握战现场环境下的救治特点和技巧，有效提高学员实战化急救技术水平。VR 仿真教学模式依托建构主义学习理论［12］，使得学生由知识的被动接受者转变为信息知识的主动建构者。本研究将VR 技术引入海战伤严重骨折急救的教学中，为探索建立以学生为中心的教学新模式提供了策略，有助于重设教学模式，提高教学效率与教学质量，达到创新教育的目的。此教学经验可推广性强，有助于培养更多高素质军事医学人才，具有一定的社会意义和科学价值。