基于数字虚拟仿真系统的CBL教学法在神经外科临床教学中的应用

严峻 文静 黄乾荣 凌国源 郭方舟 蒋骞 邓腾 莫立根

近年来，随着医疗技术的日新月异，数字虚拟仿真系统通过采集计算机断层扫描（computed tomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）扫描数据或者数字影像，将二维图像转换为三维可视化图像，从而实现快速的疾病诊断和治疗，该技术应用到神经外科临床教学及技能培训中，最大程度地提高了教学效率和教学质量[1-2]。案例教学法（case-based learning，CBL）是以临床病例为基础的教学模式[3]。CBL 教学法是围绕着“以病例为先导，问题为基础，学生为主体，教师为引导”的核心思想来开展教学的方法[4]。根据临床病例，学生收集相关临床数据，查阅相关书籍和文献，以确定患者的诊断和治疗计划。因此，基于数字虚拟仿真系统的CBL 教学法将成为未来提高教学质量的重要手段。教育部鼓励线上线下教学相结合，数字虚拟仿真系统能快速融入线上教学，有效地提高神经外科临床教学质量及操作技能[5-6]。目前，神经外科本科临床实习教学与培训仍然采用的是老式的二维模型，包括普通解剖图和影像照片，它们的主要问题是缺乏可操作性和直观性。因此，摆在每一位教学医院指导教师面前的共性问题是如何找到更好的教学方法来实现在最短的时间内提高本科教学质量。教学实践中引入数字化虚拟仿真系统能极大地调动学生的求知欲和参与精神[7]。本课题将对比“基于数字虚拟仿真系统的CBL 教学法”与“传统教学法”两者间的教学成绩和效果，考虑到本科学生的需求和目前教学的现状，旨在为本科教学改革寻求更科学、更合理、更实用的教学方法。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2022 年1—12 月在广西医科大学附属肿瘤医院外科的60 名临床医学专业本科生，他们将在各个教学实习中探索临床医学。为了更有效地进行教学，这些学生被随机分为试验组和对照组，每组30 名。试验组将采用基于数字虚拟仿真系统的CBL 教学法，而对照组采用传统教学法进行临床教学。各组长负责具体方案的实施和评分。研究对象的纳入标准：（1）全日制临床医学本科五年制实习生；（2）完成理论课时的学习；（3）自愿参与研究者。排除标准：（1）未能按要求完成学习内容者；（2）研究对象拒绝参与研究；（3）研究对象中途退出。试验组学生30 名，年龄20～23 岁；对照组学生30 名，年龄20～24 岁；试验组神经外科学课程成绩65～98 分，对照组神经外科学课程成绩62～91 分。2 组学生的年龄、性别、家庭籍贯和入学成绩等一般资料比较差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性，见表1。

表1 试验组和对照组学生一般资料比较

1.2 方法

试验组采用基于数字虚拟仿真系统的CBL 教学法。授课前，教师根据教学大纲要求，在既往病例中选取相应典型临床案例，通过数字虚拟仿真系统构建1 ∶1 仿真模型应用于教学，并设计相关讨论问题，使临床案例和教学内容的重点和难点有机结合起来。授课时，学生在教师的指导下完成询问病史和体格检查，提出诊断及治疗方法，回答病例相关的问题。讨论过程以学生为主导，教师为引导。最后，教师进行总结，指出学生存在的常见问题，并利用数字虚拟仿真系统对涉及知识点的难点进行详细讲解，解释疾病的诊断方法和治疗方案的选择原因。本研究采用了广西医科大学附属肿瘤医院神经外科的典型动脉瘤患者影像资料，利用数字虚拟仿真系统模型中的数据。根据动脉瘤的发生部位、大小以及瘤颈比例，该研究将患者进行了分组，并进行了标准化处理，以建立1 个包含典型病例的病例库，保存为DICOM 格式，利用MIMICS 17.0 软件重建出颅内动脉，导出格式为STL 文件，利用3D 打印机（XYZPrinting）选取各组典型病例打印出颅内血管模型。试验组教学时长为3 个课时，总计120 min。

对照组采用传统教学法进行临床教学。教师根据教学大纲要求针对相关的知识点和重点内容进行回顾，在既往病例中选取相应典型临床案例，讲解疾病的临床表现、诊断要点和鉴别诊断，治疗原则。之后，学生在教师的指导下进行询问病史和体格检查，最后，教师对学生遇到的问题进行点评和解答。对照组教学时长为3 个课时，总计120 min。

1.3 观察指标

本学期课程结束后，教研室对试验组和对照组学生进行统一考核，考核方式采用理论闭卷考核和临床操作考试，各占50%，调查问卷主要用于评价学生对教学方式的满意度，学生对教学方式的满意度是通过调查问卷来实施，内容包括：（1）能否加深对理论知识的理解；（2）能否激发学习外科学的兴趣；（3）能否培养自学能力；（4）是否喜爱这种教学方式；（5）能否提高临床工作效能；（6）是否促进学科前沿知识的理解。本次考核和调查共发放60 份，回收率100%。

1.4 统计学处理

本研究采用SPSS 25.0 统计学软件进行数据分析。计数资料以n（%）表示，采用χ2检验或校正χ2检验。计量资料以（）表示，采用两独立样本均数t检验。P＜0.05，差异有统计学意义。

2 结果

2.1 期末考核成绩

该研究对2 组学生进行了期末考核成绩比较，研究结果显示，试验组的学生在期末考核中表现出更好的理论知识和临床技能，即发现试验组的学生在理论知识考核成绩和临床技能考核成绩方面均优于对照组，差异有统计学意义（P＜0.001），见表2。

表2 试验组和对照组学生外科学理论和临床技能考试成绩比较（分，）

表2 试验组和对照组学生外科学理论和临床技能考试成绩比较（分，）

2.2 学生教学问卷调查结果

对2 组学生教学问卷调查结果进行比较，试验组除了在提高临床工作效能方面与对照组差异无统计学意义（P＞0.05）外，在其他子条目方面（加深对理论知识的理解；激发学习外科学的兴趣；培养自学能力；喜爱这种教学方式；促进学科前沿知识的理解），试验组均优于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 试验组和对照组学生教学问卷调查结果[名（%）]

3 讨论

本科教学是医学院校教学的重中之重，探索新的教学方式特别是线上线下教学相结合的教学方式得到教育部的鼓励[6，8]，广西医科大学附属肿瘤医院在数字虚拟仿真系统指导手术的前提下，更进一步运用数字虚拟仿真系统应用于本科临床见习教学实践中，它能快速融入线上教学，有效地提高神经外科临床教学质量及操作技能。本研究使用等比例模型，通过模型讲解和关键点传授，培养本科医学生的操作和分析技能。实践操作阶段，学生将在等比例模型上亲自进行操作，并深入分析操作过程中的得失。经过这些过程，学生能够更快地掌握技术要领。结果显示，本科医学生接受新的方法培训后，能够在短期内熟悉脑血管的解剖和介入治疗支架植入的技巧。目前国内较早应用数字虚拟仿真系统于教学的有杨治荣等[9]，他们已成功构建数字虚拟仿真系统真人侧脑室解剖模型，让初学者对不规则的侧脑室形态有深刻印象。陶维等[10]将数字虚拟仿真系统应用于普通外科教学中，将数字虚拟仿真系统模型与传统影像作对比，取得了“数字虚拟仿真系统能提高学生的知识储备和综合能力”的结论，并可进行临床教学推广。张莉等[11]的研究结合了数字虚拟仿真系统技术与口腔颌面外科学的临床教学。通过建立骨骼的三维立体模型，他们帮助学生在短时间内理解和掌握口腔颌面外科疾病，并对手术方案和技巧实现充分理解。因此，将数字虚拟仿真系统等比例模型运用于神经外科本科临床见习教学实践中是切实可行且效果比较明显的训练方法。

数字虚拟仿真系统能快速融入线上教学，有效地提高神经外科临床教学质量及操作技能。神经外科学中的脑部血管系统疾病是专业化相对较强的亚专业学科。在神经外科本科临床见习教学实践中，过去通常使用二维的影像学照片和解剖学图谱。然而，这种教学方法存在局限性，比如，大多数教学模型都是单一的正常结构模型。此外，因为神经外科专业与其他普通外科学不同。首先，它对空间结构和立体定位的要求较高[12]，这样导致这一阶段的本科学生在进行深入学习时难度增大。其次，在神经外科手术中，不像普通外科手术可以通过开腹探查来操作，而是需要选择恰当的手术入路，尤其是针对各个脑功能区的手术[13]，因此，本科生学会阅读影像学矢状位、冠状位、水平位影像结构，并能在实际中与自身建立的空间三维立体结构相结合，对明确手术步骤和解剖结构十分重要。第三，颅内血管走行多变，颅底及颅颈交界区解剖结构复杂，这就对开颅手术入路和介入手术导管塑形提出了更高要求[14]。这些问题涉及颅脑空间结构和定位关系，并加上颅底结构和损伤机制的复杂性，都增加了本科见习的难度。

近年来，我国脑血管疾病的患病率逐年上升。其中，脑动脉瘤和动静脉畸形等出血性疾病需要手术干预治疗[15]。由于颅内血管的独特解剖结构，介入手术的操作要求更高的技术。手术操作的失误很容易导致脑血管的损伤，严重时甚至可能导致瘫痪、脑梗死、动脉瘤破裂等严重后果，甚至危及患者生命[16]。所以对神经外科本科临床见习医学生的教育就变得非常重要，尤其是各类支架和弹簧圈的使用。当前，神经外科本科临床见习教学存在着较大的瓶颈和限制[17]。以前学生只能在解剖图谱甚至在标本前听解说各种手术方式和技巧，然后年轻医师需经长时间手术观摩后，在技术成熟的高年资医师指导下进行手术操作，例如大脑中动脉M1 和M2 段支架的置入。然而，医院需要对患者负责，无法让低年资医师频繁执行危险的手术，以免造成损伤。这制约了年轻医师的快速成长。因此，本科医学生通常需要更长时间手术经验的积累和增加实践才能掌握相关手术技巧。

教师可以借助广西医科大学附属肿瘤医院的数字虚拟仿真系统模型，利用CT 和MRI 数据进行演示。这些数据经过处理后，二维图像可以转换成三维图像，并以高度精确的形式呈现所需要观察的人体结构。手可以代替手术刀模拟解剖人体完整内部结构的整个过程[18]。通过让本科临床见习医生直接在仿真模型上实施关键步骤的手术，他们可以亲身感受主刀医生的场景和视野，并获得传统手术中难以获得的宝贵经验。这项技术有助于本科学生缩短培训时间，更早地理解和掌握手术原理以及相关技巧的能力提升[19]。

对于数字虚拟仿真系统教学的研究发现，试验组的学生成绩和问卷调查结果优于对照组。然而，这项研究还存在一些缺陷需要进一步关注。首先，研究中纳入的样本量相对较小，这可能导致抽样偏差，影响研究结果的可靠性。为了更全面地评估数字虚拟仿真系统教学的效果，有必要进行大样本的随机对照试验（randomized controlled trial，RCT）研究，以验证试验结果的可靠性和稳定性。其次，评价体系方面也存在不足，特别是自制的问卷调查缺乏科学性和客观性。为了确保评价体系的科学性和客观性，可以考虑引入更多客观的评价指标，例如学习成绩的长期趋势、知识应用能力的实际表现等方面，以确保评价体系的全面性和科学性。此外，关于数字虚拟仿真系统教学的评价体系还缺乏统一标准，以往的评价方式主要为期末考试和问卷调查，这使得评价体系缺乏统一科学标准以及大规模的数据支持。因此，有必要建立起更加完善的评价体系，涵盖多种评价手段，并且确保这些评价指标符合科学规范，能够为数字虚拟仿真系统教学的实际效果提供更为全面的评价。

综上所述，教育部鼓励采用线上线下教学相结合的教学方式，其中数字虚拟仿真系统成为一种快速融入神经外科线上教学的有效工具。该教学方法克服了传统教学方式中的时间和空间限制，提供了实践操作和个性化学习的机会，为学生的专业发展和临床实践奠定了坚实的基础。