结合虚拟现实技术的CBL教学法在运动医学教学中的应用

马驰原 吴浩波

住院医师规范化培训是临床医师成长过程中的重要教育环节，以培养规范化的临床诊断和诊疗能力为主要目标，通过系统和规范的培训使其掌握扎实的理论基础和熟练的临床技能，是医学生结束学校教育之后到独立承担临床工作之前的重要培养阶段[1]。运动医学作为骨科学的一个新兴的分支，是近年来骨科学发展的热门领域，运动医学的典型疾病以运动相关各种急慢性损伤为主，包括前交叉韧带损伤、半月板损伤、肩袖损伤、肌腱病等[2-3]。关节镜微创技术是运动医学临床治疗中最常用的手术方式。其与传统的开放手术有很大的区别，是主刀医师占绝对主导地位的手术，手术助手在关节镜手术中的参与程度比较有限。同时，骨科腔镜手术要求手术医师对手术区域局部解剖以及关节镜下三角关系相当熟悉，关节镜特殊器械也需要手术医生在腔镜下的反复练习才能熟练使用。因此，关节镜手术本身的特点决定了运动医学手术对医生的要求较高，对于年轻医生而言，站上手术台容易，但从手术助手成长为一个合格主刀医师的学习曲线则相当漫长[4-5]。虚拟现实技术（virtual reality，VR）是计算机、电子信息、仿真技术等一系列技术的结合体，其通过计算机模拟虚拟环境并捕捉参与者的位置和动作信息，再通过带有触感反馈功能的控制器实现参与者与虚拟环境的互动，以实现环境沉浸感。近年来该项技术已开始在骨科教学中发挥重要作用[6-8]。浙江大学医学院附属第二医院骨科作为省内骨科的领头羊，多年来一直为全省各级医院培养优秀骨科人才，在骨科教学方面积累了大量经验。以病例为基础的学习（case based learning，CBL）教学法有别于传统的授课式教学，以具体病例为基础，以学员为主体，是小组化教学模式，适合学员临床思维的培育[9]。本研究将其与虚拟现实技术结合，探讨其在运动医学教学实践中的应用。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020 年10 月—2021 年12 月在本院进行骨科住培的学员作为研究对象，排除标准：无法按时完成教学计划，无法参与教学后评估。纳入标准：参加过关节镜手术或相关培训。本研究共纳入40 名学员，均为男性，随机分配为两组，每组20 名。对照组年龄25～31 岁，平均（27.60±2.61）岁，试验组年龄25～31 岁，平均（27.50±2.55）岁。两组学员在性别、年龄上对比，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 方法

两组由同一名带教老师指导并教学，该带教老师为骨科运动医学专业高年资副主任医师，已接受医院及学院师资培训并通过相关考核。以“半月板损伤的诊断、鉴别和治疗”作为教学内容，包括膝关节的解剖、膝关节常见运动损伤、膝关节镜手术、膝关节镜下半月板损伤成形术等内容，教学计划共2 周（4 学时）。

对照组学员由带教老师通过传统方式进行教学，包括了授课式的知识点讲解、手术室观摩手术和作为第一助手参与带教老师主刀的半月板膝关节镜手术。

试验组学员由带教老师进行CBL 教学法教学，学员根据自己所掌握的知识，对提供的问诊信息和查体结果等进行研究，并作出病史归纳总结、诊断及鉴别诊断，通过进一步对病情的分析，讨论下一步的检查和治疗方案，最后由带教老师纠正错误，并对疾病相关知识和研究进展进行讲解。教学结束后学员进行2个学时的虚拟现实关节镜手术模拟系统训练。虚拟现实关节镜手术模拟系统训练包含两部分，第一部分是在模拟系统中熟悉膝关节解剖和膝关节镜特殊器械的使用，第二部分是在模拟系统中完成一台手术，该手术病例根据CBL 教学法教学过程中所选取病例进行设置，见图1。

图1 虚拟现实关节镜能高度还原真实关节镜手术视野

1.3 教学后评估

两组学员在教学活动结束后填写满意度调查表，分为“非常满意”“基本满意”“不满意”，满意率=（非常满意+基本满意）/总人数×100%。并按照住院医师规范化培训要求组织理论考试和病历首程书写考试，两项考试总分均为100 分。

1.4 统计学方法

采用SPSS 22.0 统计学软件对数据进行统计分析，计量资料以（±s）表示，采用t检验；计数资料以n（%）表示，采用χ2检验，P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组学员满意度比较

根据满意度调查结果，试验组学员满意度较对照组更高，且差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 两组学员满意度比较

2.2 两组学员成绩比较

试验组的理论考试成绩和首程书写成绩均高于对照组，且差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2 两组学员成绩比较（分，±s）

表2 两组学员成绩比较（分，±s）

3 讨论

近年来，随着全国人民生活水平的提高，各项重要的体育赛事相继在国内举办。随着体育赛事的举办，广大人民群众对于体育运动的需求也在急剧增长，那么与此配套的运动医学也在国内蓬勃发展。运动医学是骨科学的一个新兴亚专科分支，研究与体育运动相关的急慢性运动系统疾病，涵盖的疾病范围大，涉及多部位全身性，且运动医学本身所涵盖疾病之间具有很强的相似性，而不同疾病的治疗策略和预后具有很大区别，这也就自然而然地对从事本专业的临床医师的专业素养、临床思维和诊疗水平都提出了很高的要求[10]。关节镜技术以其微创、快速康复、精准的特点，在运动医学领域得到广泛应用。关节镜微创手术与传统开放手术相比具有很大区别，关节镜手术是建立通道后置入摄像头，并在摄像头实时摄影下进行操作。这种手术方式要求手术医师熟悉手术区域局部的解剖结构，并且对腔镜下三角关系的能做到熟练运用。关节腔隙狭窄，术中大多数情况下都由主刀医生一手持镜掌握视野，一手持械进行操作，是主刀医师占绝对主导地位的手术，手术助手在术中的参与程度比较有限[2]。通常情况下即使上了手术台，手术助手也是以观摩手术为主，缺乏自己独立的动手机会。且多数患者愿意选择手术经验更为丰富的高年资医师进行手术治疗，年轻医生的动手机会不足[11]。此外，经过几十年的发展，已经有各种各样的关节镜专用器械问世，这些关节镜专用器械的使用也和传统的普通开放手术中使用的器械有着很大的区别，需要手术医生在腔镜下的反复练习才能熟练使用。目前的教学活动中，年轻医生只能通过观看视频，或者观摩高年资医师手术过程进行学习关节镜技术，这种方法缺乏主观感受和体会，和真正动手操作体验差别很大。因此，关节镜手术本身的特点决定了运动医学对手术医生的要求较高，对于年轻医生而言，入门容易，但从手术助手成长为一个合格的能独立开展手术的主刀医师的学习曲线则相当漫长。亟需建立一种新的培训方法，缩短学习曲线，提升学习效果。

CBL教学法是以真实的临床病例为导向的教学方法，和传统的老师授课为主的教学模式不同，更加贴近临床，学员根据自己所掌握的知识，在指导教师的指导下，对病例进行研究，并尝试自己主导进行诊疗，从而解决真实临床病例的问题。在这一过程中，指导教师主要发挥引导作用，学员深化了对相关疾病的理解并融会贯通，以提高临床思维和实践能力[12-13]。CBL 教学法强调学员在解决问题中的主观能动性，鼓励学员自主学习，通过一个个真实的临床案例不断培养学员的临床分析能力，为未来的独立临床实践做好准备[14-16]。运动医学病因复杂，合并症多，不同疾病之间相似度高，诊治过程中治疗手段多选，发展迅速，专业型强，对医师的临床分析能力和自主学习能力要求较高，相较于传统医学教育模式，CBL 教学法在运动医学教学中具有明显优势。

VR 技术根据各种医学影像数据在计算机中利用一系列技术建立起虚拟手术环境，使用者借助先进的计算机技术能够获得沉浸感（视觉、力和触觉等）、真实感和实时交互，并且可以改变虚拟对象的状态。医生通过该技术可以进行手术训练、教学和考核等工作。VR 技术可以为使用者提供与实际手术操作相类似的真实体验，并且避免使用动物或珍惜的尸体标本做实验，因此完全不需担心伦理方面的问题。Dick 等[7]报道了一种髋关节置换手术模拟器，该系统能够采集患者CT 扫描的有限元数据并构建手术模型，医生可以根据患者关节的生物力学特性选择合适大小和弹性模量的假体。Tsai 等[17]报道了一种具备力反馈的股骨粗隆间骨折内固定模拟器，通过计算钻孔的力量大小和力矩可使操作者获得与真实手术类似的触感。翟吉良等介绍了膝关节镜模拟器在运动医学培训中的作用，发现膝关节模拟操作系统教学可以显著提高学员成绩及满意度[18]。Beaudoin等[19]对30 名学员进行比较发现，关节镜模拟器训练在完成规定项目的操作时间、熟练度和安全性等方面优于导师的指导训练。此外，国内外也有很多学者对VR 技术在骨科教学中的应用进行了探索，总体上来说都取得了优于传统教学方式的结果[20-22]。

CBL 教学法对于培养学生临床思维能力、提高临床分析能力大有裨益，但在传统的外科系统CBL 教学法中，病例的学习从病史开始，到诊断的明确，最后到手术方案的制定，大多停留在纸上谈兵，学习到了手术方案的制定之后便戛然而止，缺乏后期手术方案的实施等内容[23]。在这样的CBL 教学法中学生是缺乏对手术的主观体会的。本研究创新性地在CBL 教学法中引入VR技术，一定程度上解决了CBL 教学法中这最后一环的痛点。在基于VR 技术的关节镜模拟设备中根据CBL 教学法中病例特点设置手术条件，由学员在接受CBL 教学法教学后上机进行手术练习，使每名学员都能获得自己“主刀”的机会，激发学习兴趣，提高课程互动性，使得CBL 教学法和VR 技术的结合达到一种1 ＋1 ＞2 的效果。同时，虚拟现实系统中引导性的教学方式和可重复性的练习模式，可以使学生的学习效率明显地提升，另一方面也降低了学习成本，提高教学质量[24]。本研究结果表明基于VR 技术的CBL 教学法和传统教学方法相比在提高学员成绩和课程满意度方面具有明显优势。

综上所述，本研究初步探究了VR 技术和CBL 教学法相结合在运动医学住培学员教学中的作用，发现该模式能有效提高住培学员成绩和课程满意度，值得进一步探讨研究，并为未来更高效的运动医学专业教育提供新思路。