虚拟现实技术在国内外护理领域应用的研究进展

叶 娟，刘美连，邰明霞，杨 锐，王晶晶

虚拟现实(virtual reality,VR)技术是一种新型的现代化的技术，具有交互(interaction)、想象(imagination)、沉浸(immersion)等特点[1]。随着科学技术不断进化升级[2]，虚拟现实技术也不断地更新和完善，目前已广泛应用于娱乐[3]、军事[4]、医学[5]、设计、艺术等领域,在国内外护理领域应用中备受护理人员、专家的高度重视和关注[6]。近些年，虚拟现实技术在护理行业逐渐应用，获得市场良好的反馈[7]，尤其是在护理理论教育、护理技能培训、临床护理3个方面。为了更好地传播、推广虚拟现实技术在护理行业的应用，现从护理理论教育、护理技能培训、临床护理方面综述虚拟现实技术在国内外护理领域的应用研究进展。

1 虚拟现实技术的起源

早在1956年，Jaron Lanier提出虚拟技术,他也被誉为“虚拟现实之父”[8]。2018年4月13日，我国正式发布了“教育信息化2.0行动计划”，推动了虚拟技术环境下教育的发展，改变了以往陈旧的教育理念，推进了教学创新改革浪潮。我国的虚拟现实技术起始于20世纪90年代，在我国医学领域，如病理学[9]、细胞遗传学[10]、影像学[11]、外科学[12-13]和护理学[14]、药理学[15]、诊断学[16]等逐步应用。虚拟技术的科技成果在于能够让体验者有种身临其境的感觉，使体验者沉浸在虚拟环境中，可以借助数据手套、数据衣、眼镜显示器、鼠标、头盔显示器等必要的设备，通过感官功能、躯体运动与虚拟环境中的对象完成交互指定的动作[17],可以将真实的动作、行为对虚拟世界中的物体进行控制[18]。

2 虚拟现实技术在护理理论教育中的应用

2.1 虚拟现实教育技术对比传统教育的优势 近年来，随着护理专业需求量逐渐增加，招生人数与日俱增，通过与传统护理教育课堂的对比，从而分析虚拟现实技术融于护理理论教育的可行性[19]，传统的课堂教学师生比例失衡，教学场地、现有的实验仪器设备严重不足，老师授课以课本知识为主“填鸭式”的教学方式、老师满堂灌，形式化、表面化严重，造成学生的学习流于表面、课堂气氛枯燥乏味，产生不好的学习效果。对比传统教学，虚拟现实技术更具有实用性、趣味性。虚拟现实技术融于教学中，通过人机互动的形式，增加自主性、可选择性，结合适合的虚拟教学场景，能够帮助学生更好地选择适合自己的教学场景。同时老师可通过虚拟现实技术掌握学生知识漏洞，对学生们的知识盲区进行分析讲解，同时还能刺激学生们的视觉、听觉等感官[20]，加强学生在虚拟情境中的代入感，借此将其学习兴趣彻底激发出来[21]。在虚拟现实技术中，师生之间可以进行探讨交流，加强学生对知识点的理解和操作过程的回顾。因此，有研究提出虚拟现实技术在提高学生自信心、沟通能力、批判性思维能力、满意度和团队合作能力方面发挥了重要作用[22]。通过虚拟现实技术这种新型的方式，能够提高学生学习效率，护理教育者应不断更新理念，利用好工具，为学生创造更好的知识练习、信息接收的环境[23]。

2.2 虚拟现实技术用于理论教学 在传统授课模式中学生一般是通过人体组织模型结合课本知识来想象人体解剖的部位，拼凑组成立体结构，但对于立体感不好的学生来说学习起来有些困难，郑艾娟等[24]将虚拟现实技术引入到护理教育中能够帮助学生集中精力投入学习中。由于临床病人具有较强的防范意识，导致还处在学生阶段的学生们不能实际接触到病人，只能通过传统的录屏方式观看实际操作，从某种程度上限制了他们的实操能力。虚拟现实技术有助于构建“教与学互动、理论与实践结合、能力与兴趣共增”的创新型教学模式，这有助于推动教学实践，激发学生的创新兴趣、求知欲和学习热情，拓展教学内容，促进课程教学质量的提升[25]。阿克伦大学的学者则将 Second Life 运用于本科护理学生心理健康的教学中，学生可以安全地与模拟病人练习沟通和评估技能，从而加强心理健康护理教育[26]。杜克大学将虚拟现实技术应用于急症护理课程中，使学生知识和决策能力得到提升。学生作为一个团队工作，即使在不同地点，通过虚拟现实技术也能管理同一个病人[27]。马其他大学的研究人员通过前后对照试验，证明运用 FIRST2 ACTWebTM 虚拟仿真程序能提高不同层次护理专业学生在病人病情恶化时的处理能力[28]。德国汉堡Eppendorf大学建设有虚拟人体系统，可以向人们展示解剖时人体细微结构,它包括人体每种解剖结构的三维模型,肌肉、血管、骨骼及神经等任一部分都是三维可视的,使用者戴上头盔显示器可以模拟解剖过程[29]。

3 虚拟现实技术在护理技能培训中的应用

3.1 虚拟现实技术应用于护理技能训练 1996年美国纽约州立大学将开发的虚拟现实技术模拟器应用于静脉教学中，学生运用模拟训练可获得真实的操作经验，提高了他们的操作技能，虚拟仿真技术的教学效果显著高于传统教学方法[30]。目前，国外应用较多的是CathSim静脉穿刺系统，由虚拟现实技术模拟手臂组成，具有逼真的视觉效果。学生可通过键盘、鼠标点击自主选择场景、手臂进行模拟练习，通过显示屏幕能够清晰地观察进针角度和手臂血管的解剖，用手部动作控制虚拟针头的走向和深浅，一旦穿刺失败，系统会根据进针角度不同模拟相应的反馈现象，如红肿、堵塞、瘀血、输液不畅等。提高了学生静脉穿刺技能，减轻了在模型和真人身上练习造成的心理压力，减少了医疗资源浪费，提高静脉穿刺成功率，在一定程度上减少医患矛盾。国内护理虚拟现实技术主要应用于护理技术操作培训[31],学生进入虚拟系统后选择操作项目，包括操作前的术前准备、用物准备、环境评估、病人准备、实施各步骤操作等。学生通过该软件能够随时随地地去学习，实现无场地限制的网络学习，熟练地掌握操作流程，但缺乏人文关怀和沟通能力的训练。广东省某医科大学采用虚拟现实技术对医学生进行心肺复苏的培训[32]，虚拟现实技术中的模拟人与真人相仿,在操作过程中会营造紧张的急救氛围，在虚拟环境中学生对病人的病情进行评估、判断，给予相应的急救措施，如果出现按压频率过快或过慢，按压深度过深或过浅，呼吸频率是否正常，都会有相应的报警声和语音提示操作的正确性，从而培养学生的急救思维，缩短抢救时间，提高抢救成功率[33]。香港理工大学在鼻胃管留置的训练中运用了虚拟现实技术，通过具有逼真视觉效果的三维图像，在插管过程中，能准确模拟插入深度及病人感受，体现了该项技术的安全性、灵活性与交互性等优点，加快了鼻胃管放置的学习曲线[34]。

3.2 虚拟现实技术应用于模拟考试 护理专业实践操作性很强，传统的理论知识考核缺失互动和立体等特性，学生们缺乏实质性的高效指导，在培训过程中会感到枯燥乏味。虚拟现实技术的操作考核能够有效降低临床真实操作给病人带来的痛苦，整个训练过程具有更好的真实性和互动性。Suzan等[35]采用具有真实触感的虚拟训练系统培训导尿操作，导尿操作涉及病人隐私，在临床实践中，多数病人不愿学生观摩实操，学生们没有机会在人体上进行直观的学习和实际操作，虚拟现实技术中学生们要对导尿相关理论知识全面掌握，在虚拟环境中逐步完成操作步骤，系统对学生们的错误操作进行扣分和指正，学生们在虚拟环境中能够意识到自己的错误，从而提高学生们的操作能力，瑞典的Melerit Medical AB公司为了使学生们能够清楚地观察尿道解剖的位置，特地研制导尿虚拟训练系统，激发了学生们实际操作的热情[36]。彭娜等[37]研究结果表明，虚拟现实技术在教学中的应用起到积极作用，学生在虚拟的学习环境中能够获得更好的学习体验，提高学生对培训方法的满意度。Dubovsky等[38]利用虚拟现实技术模拟急诊灾害情景，操作者要根据场景中所给出的实际情况对伤者进行简单有效的评估，按照伤者病情的轻、中、重实施相应的救护措施。这些措施通常包含通气、包扎、止血、输液、固定等一系列的救护技能，训练护士的应急救护思维、救护处理能力以及与其他学科团队的合作意识。廖莹等[39]为了使口腔专科新护士快速熟悉工作流程，在岗前培训中运用了虚拟现实技术，新护士在专业实训阶段，完成8项口腔专科操作培训，考核内容包括医患护术中体位选择、吸引器的使用、术中器械传递与交换等，提高了新护士的临床操作和配合能力，医护配合娴熟减少手术时间，病人满意度得到提高。李红梅等[40]在基础护理学教学中运用虚拟仿真技术对204名护理专科生进行初级、中级、高级3个等级的操作考核，学生们根据自己的能级按要求完成相应的练习项目，达到指定分数后才能领取更高一级的任务资格，需逐级完成，不可越级。为激发学生们的兴趣，每完成一级任务可获得虚拟奖励，如虚拟现实技术中的护士服、护士帽更漂亮等。构建逼真的实验操作环境，虚拟现实技术应用于基础护理教学中，提高了学生的实践能力和教学质量，促进了教学模式的革新。综上所述，虚拟现实技术用于操作考核，能综合评价学生的掌握程度，节约了教师阅卷、考核操作时间，保证了考试的公正性和真实性。

4 虚拟现实技术在临床护理中的应用

2019年民政部颁布的《关于进一步扩大养老服务供给、促进养老服务消费的实施意见》和国家“十三五”规划纲要均鼓励虚拟现实技术在健康管理中的应用，支持虚拟现实技术的发展和创新[41]。目前虚拟现实技术在临床护理中的疼痛护理得到有效的运用，通过虚拟环境，分散病人注意力，减轻病人因疼痛和操作治疗带来的不适感[42]。运用虚拟现实技术对病人进行心理治疗，在一定程度上减轻病人从真实环境中获得的消极体验，包括创伤后的恐惧症、应激性障碍等[43]。用于康复治疗，通过虚拟现实技术模拟病人日常的生活场景，增加趣味性，可以调动病人的积极性，实现康复训练[44]。

4.1 虚拟现实技术在疼痛护理中的应用 疼痛是一种令人不愉悦的感觉，并伴有现存或潜在组织损伤的情绪体验，可能对个体造成不同程度的负性影响[45]。术后病人疼痛多以药物镇痛为主，而长期药物治疗可带来依赖、成瘾等诸多不良影响[46]，虚拟现实技术作为一种基于分散注意力的新型干预方法，在减轻病人疼痛方面发挥着重要作用,能够舒缓护理操作中不适的作用[47]。华盛顿大学附属烧伤中心研发名为“蜘蛛世界”的游戏，病人戴着头盔显示器，点击游戏鼠标，全身心地投入游戏世界里，在减轻疼痛感和焦虑感方面起到了显著作用[48]。 Schneider等[49]为减轻癌症病人化疗时的不良反应，进行多项研究后，将虚拟现实技术用于癌症化疗的病人，可以有效提高病人化疗耐受度。曾迎春等[50]开发的老年癌症病人沉浸式怀旧疗法和认知评估康复系统处于领先水平。护理人员应根据临床治疗及病人需求动态选择适合、成本效益好、安全性高的虚拟现实技术。国外研究显示，虚拟现实技术可通过降低病人的负性情绪和缩短其感知疼痛的时间提高身体对疼痛的耐受性[51]。有研究采用虚拟现实技术网络疗法减轻心脏病人术后疼痛，对术后病人起到积极的治疗效果[52]。

4.2 虚拟现实技术应用于心理治疗 虚拟现实技术在病人心理疏导方面起着积极的作用，帮助临床病人消除对疾病的恐惧，引导病人适应环境，有利于疾病的预防和治疗。Reger等[53]通过虚拟现实技术重现越战情景，唤醒了病人关于越战的创伤记忆，使病人创伤后的应激障碍显著减轻。鞠培青等[54]通过虚拟现实技术对社交障碍病人、厌食症病人及精神分裂病人产生良好的治疗效果。Jung等[55]研究采用虚拟现实技术头盔显示器为慢性阻塞性肺部疾病病人提供为期 8周的肺康复治疗，研究结果表明，病人在虚拟现实技术中通过肺康复功能锻炼，可以有效缓解焦虑症状。Schweizer等[56]为了使创伤后的病人消除恐惧心理，用虚拟现实技术将创伤场景惟妙惟肖的展示出来，当模拟创伤暴露时，参与者出现了主观应激反应、情绪失调和侵入性记忆的情况，这些发现显示虚拟现实用于创伤后应激综合征病人的治疗和风险分析具有一定前景。Jimenez等[57]通过虚拟现实技术装置，让乳腺癌病人在虚拟场景中体验濒临死亡的感觉，通过虚拟现实技术让病人治疗过程真实再现，可以减轻病人对死亡的焦虑和恐惧，更加有效地配合医护人员的治疗，有利于疾病的康复。

4.3 虚拟现实技术应用于康复治疗 目前虚拟现实技术作为治疗及康复辅助手段主要应用于老年康复、心脏康复、癌症、慢性阻塞性肺疾病[58-59]等领域。常用的虚拟现实技术康复系统包括美国 Kinect、日本任天堂Wii、中国的BioMaster 等。Kinect系统是一种3D体感视频游戏，由传感器、虚拟环境和监视器 3 部分组成，病人的肢体运动状况通过传感器进行采集，促使病人进行正确有效的康复运动，该系统具备人脸识别、语音辨别、影像辨别等功能，可通过三维摄像头自动捕捉、评估和阐释病人动作，提供实时反馈，病人不用再佩戴任何其他装备，可避免由于共享物理设备造成的交叉感染[60]。Nintendo Wii系统包括Wii Sport、Wii Fit和Wii-Train 3种模式，由虚拟主机和运动传感设备组成。Wii Sports模式可提供拳击、剑术、慢跑等运动项目[61]。Wii Fit模式根据游戏指令提供了有氧运动、力量训练等多项体育锻炼活动，病人通过在平衡板上移动与虚拟环境进行交互,完成游戏指定动作[62]。Wii-Train为病人提供全身锻炼游戏，病人在该虚拟现实技术中，医护人员要对病人生命体征进行评估，并做好操作前的准备，操作中的观察，操作后病人身体状况是否改善。BioMaster运动康复训练系统是我国研发出来的新型的虚拟系统,病人在该虚拟环境中可以进行关节活动训练，操作者可将传感器放置于病人肩颈、手腕、膝盖等各个关节处,训练范围进行个性化设计,使得针对性增强[63]。

5 展望

虚拟现实技术在国内外护理领域中的应用范围较广，在目前精准化护理领域中发挥着独特优势，提高了护士的操作技能，改变了以往的教学模式，活跃了课堂氛围，对病人的治疗和康复起着积极的作用。但是虚拟现实技术研发设计费用高，给病人带来了一定的经济压力，国内应用较晚，存在着一些不足，研究者可以结合科技发展进一步明确虚拟现实技术适用的人群和范围，开展多学科、多团队的协作模式，加强合作研究，提高护理人员科学化管理水平。