VR技术在临床妇科学教学中的应用

黄筱雨 洪莉 陈茂 肖雅

医学是研究人类生命过程以及同疾病作斗争的一门科学，医学教育则是医学发展的基石。随着现代通信技术的进步，高度发展的信息化社会对医学教育提出了新的要求[1-2]。尤其在5G 的快速建设和发展下，教育必将迎来新的变革。虚拟现实（virtual reality，VR）技术是一种交互式虚拟仿真技术[3-4]，将VR 技术应用于医学教育实践符合我国新时代“互联网+职业教育”的发展需求[5]。妇科学作为临床医学主要学科之一，对其从业医师在解剖知识、临床操作水平、临床思维、分析能力、医学影像阅读能力以及医患沟通能力等各方面都有相当高的要求。医学教育中的传统教学方式易受空间、时间及资源水平的限制，难以满足实际需求。传统教育手段的不足限制了临床妇科学教学的进一步发展。VR 技术作为一种新兴计算机技术，能够为拓展临床妇科学教学方式提供了一种新的思路。

1 应用现状及意义

VR 作为一种以计算机技术为核心的新兴技术，可以构建虚拟环境。用户可以借助特殊设备，实现与虚拟物体的交互，并获得与真实世界相同的感受[3]。VR 技术以其交互性，沉浸感及想象性为其三大特点，实现对用户感官世界的直观性、精准性、实时性的提高[4]。

我国当前的医学教育涵盖多阶段的学习：从理科基础知识，到临床专业课程、专业实习以及住院医师培训、继续医学教育等。医学生们不仅被要求掌握医学基础知识及专业知识，更应该掌握规范的临床技能、具备丰富的临床经验及医患沟通能力。而这些能力的获得离不开足够的实践机会及专业的临床指导。步入新世纪以来，我国医学迅猛发展，国家对全民健康和现代医疗的重视不断增加。医疗环境的变化、社会期望的改变、患者对隐私权的重视及自我保护意识的增强，都使得传统的临床教学模式已不能适应现有环境[6]。与此同时，医疗环境顺应现代法律法规及医疗条例规范的完善，医疗人员及医学培育人才队伍的不断壮大，现在的医学生们较以往，更难获取临床实操机会，严重影响临床教学质量[7-8]。国内外大量报道佐证，VR技术已广泛应用于外科学、产科、口腔医学、护理学、康复医学及医学影像学等临床医学教育之中，还在解剖学等基础医学教育中得到了应用[9-10]。由此可见，VR 技术表现出对卫生事业和医疗教育行业的发展的积极作用和应用潜力。已有报道称，VR 手术示教平台的开发提供了沉浸式、全面立体的观学体验[11]。另一项教学研究将VR 技术与腹腔镜技术的教学相结合，并通过随机对照实验发现：与对照组相比，VR 模拟组的学生的技术水平在训练后有显著改善，并且可实现“0”错误[12]。VR 平台不仅提高了学生的参与感及学习兴趣，而且相较于传统教学方式更能扩展手术视野。因此不难预见，VR 作为一种新兴技术，能够有效地提高妇科医生临床操作水平，适用于临床教学和技能培训工作。

2 应用优势

医学教育的传统模式一向以“课堂面授结合实践操作训练”为主。然而在全国医疗需求猛增、临床医学专业招生规模不断扩大的背景下，各医学院都面临着经验丰富的师资团队相对不足、临床培训及实践机会欠缺等诸多挑战[13]。相较于传统教育手段而言，VR 技术结合教学具有多重优势。

2.1 虚拟现实在妇科课堂教学应用

（1）知识的展现方式更加生动多样。既往教学多以单一枯燥地解读课本知识为主，偶尔辅以临床实践。VR 结合式课堂能增加教学课堂的趣味性和互动性。不仅丰富教学手段，更能调动学生的学习兴趣、积极性及主动性[14-15]。

（2）加深学生对于抽象知识的立体感知。人体解剖并非单纯二维结构，因此学生很难在脑海中建立复杂的空间构造认知，进而无法理解课堂上教授的生理、病理结构。VR 技术可以将原本刻板书面的理论知识以三维立体动画甚至互动视频、交互游戏等形式展示，突破复杂文字描述和平面图片的束缚。VR 技术能够帮助学生更好地理解各类生理过程[16]，例如分娩过程中婴儿通过产道时女性盆底的变化，月经周期中激素、子宫、卵巢的周期性改变等，也可以用于展示各种病理解剖结构状态，如盆底器官脱垂、子宫内膜异位症、子宫及附件肿瘤等。

（3）VR 技术更易实现个性化教学。VR 可以与人工智能、机器学习等技术结合，通过在学生端收集学生数据，并在云平台终端进行整理和分析，从而进行个性化的资料推荐、学习辅导及知识考核等。

（4）VR 技术革新教学方式和模式，帮助教师从机械重复的教学劳动中解放，有更多时间研究和更新精品课程。

（5）VR 技术打破医学教育中时间及空间的壁垒[17]。传统临床观摩指的是医学生通过旁观手术操作获得间接临床经验。这种教学方式往往因为缺乏有经验的教师及实际观摩视野不足，无法满足教学需求。VR 平台通过互联网邀请名家名师，进行“空中课堂”等课程的录制和制作。学生则可以通过VR 技术可以“沉浸式”“参与”到手术之中。VR 技术还可以搭载“远程咨询”等服务，以实现远程手术指导和医疗协作，真正实现优秀教育资源的共享。

2.2 虚拟现实在妇科临床操作中的教学应用

在妇科临床工作中，熟练的临床操作及手术技能是考验医师水平不可缺失的一环，而这必然要求学生们通过不断地临床实训获得经验掌握技能。妇科学是临床医学的重要学科，主要涉及盆腔内生殖系统及外生殖系统相关疾病。由于其解剖结构极为复杂，并且疾病种类较多，因此对于妇科学员来说手术学习难度较大。

传统教学多依靠人体及动物尸源或者各类仿真模拟器具。人体尸源稀缺成本高，尸体保存状态会直接影响组织结构的清晰度和对生理状态的呈现；动物实验作为替代模型，在使用过程中不可避免会对实验动物造成伤害。实验中的试剂、器械耗材同样具有一定成本；人体仿真解剖模具模拟度低，然而很多结构的相对空间位置关系无法重现。有限的人体标本与模型只能为部分学生提供实践机会，而且解剖知识过于平面化，缺乏真实性，导致很多学生理解和掌握情况不佳。解剖结构的掌握不足，往往导致后期临床技能操作中自信心缺乏，阻碍其学习发展。

VR 技术可以通过模拟真实人体解剖结构，让学生可以使用VR 头盔进行可视化操作，更好地了解各组织及器官的相对位置、结构、内部血管和神经的分布状况等信息，而且可以进行反复操作练习。在设计妇科VR 课程时，应根据妇科临床教学的实际需求，开发倾向于更加具有针对性的程序。将虚拟现实技术运用在妇科临床技能培训中，可以保证在有限的场地内更多的操作平台，有效地解决教学资源不足的问题。除此之外，VR 技术还能解决学习时间受限，操作场景无法适应等问题。VR 技术具有高仿真、可重复、多互动、高安全等特性，学生们可以通过模拟课程，在出现错误时在系统指导下得到实时反馈，同时可以根据评价进行反复改正，积累成功经验，实现安全高质量低成本无创的临床实践练习，大幅减少教学成本。

2.3 虚拟现实在临床心理素质培训中的教学应用

临床实操似乎是医学院临床技能训练教学的最佳手段，但往往其开展受到医学伦理、医疗安全等种种限制[18-19]。实际临床妇科工作中，患者具有一定特殊性，患者及其家属对各项医疗操作更为敏感，因此难以完全避免医患纠纷的发生。年轻医生刚刚进入临床阶段时，实操经验不足，心理素质不佳时更易导致操作失误，从而降低患者对医生及医疗机构的信心。因此，如何提高年轻医师的心理素质及与医患沟通能力成为临床妇科教学中重要的课题之一。以往传统医学教育通过招募并训练标准化病人（standard patient，SP），通过他们准确表现医疗过程中患者的实际临床情况，帮助医学生模拟真实临床工作场景。SP 的标准化、系统化培训往往需要投入大量的人力、资源、金钱和时间。而通过VR 技术重建的SP 模型，可以通过整合分析大量临床数据实现真正意义上的“标准化”和“随机化”，同时有效规避传统SP涉及的医学伦理问题。VR 技术还可以通过构建医疗场景，使得学生沉浸于“真实”情景中，体验医患沟通每一个环节。具体而言，第一，VR技术可以通过模拟临床操作（例如节育环的放置，妇科检查）及手术（腹腔镜、宫腔镜、阴道镜等），让年轻医生可以通过反复练习，提前熟悉各项操作，锻炼手感，进而消除恐惧心理以降低在实际工作中的失误。第二，VR 技术可以模拟各种医患纠纷的情景。例如与患者及家属的术前谈话、医疗处置过程中各项意外突发事故的发生等，让医学生身临其境并根据情景做出选择，最终VR 中学生们的表现由临床带教老师评价并提出改进建议。该方法旨在提升年轻医生的临床能力，锻炼其心理素质。这种VR 训练提供了试错机会，也成为临床教学中评估学生临床能力的利器。

除此之外还能通过虚拟现实技术对医学生进行心理指导和咨询。在临床实际中，一些医学生和医疗人员出现了心理上的异常，这些异常大部分是由环境因素导致（医疗纠纷等），并对其职业心理和职业生涯产生了不可避免的消极看法。虚拟现实可以构建出一种沉浸式虚拟环境，让其逐渐适应环境，进而改善心理问题。

3 VR 技术应用前景中的挑战

3.1 技术要求高

VR 技术对信息传输速度、图像算法、硬件设备都有着较高的要求。而医学教学资源数据量大，对清晰度要求高，相关配套设施不足[10]，这些都对VR 技术在医学教学中的应用提出了挑战。

3.2 建立成本高

VR 技术尚在发展阶段，其对技术、制造工艺的要求高，在大规模推广之前成本居高不下。因此VR 教学系统的前期建立需要医学院校、政府等给予支持[20]。

3.3 场景真实度仍需完善

由于VR 虚拟环境是由开发者提前构思设计，难以避免内容固定。同时受限于目前VR 技术的发展程度，以及新技术新应用的开发难度，VR 在实际医疗教学中应用的程序及设定甚至过于单一及理想化，无法模拟真实、紧急、突发情况的发生[21]。在使用的过程中，使用者反馈其3D 效果欠缺，真实与虚拟世界的衔接性有待提高。同时手术医生在VR 场景中难以体验真实环境下的紧张感，对医学生心理素质和技能的培养质量难以保证。因此在未来医疗教育VR 设备的开发中，不仅需要从硬件方面提升仪器精确度和反馈真实感，在软件设置上也可以通过设置特殊场景或提高场景真实度，真正实现VR 在医学应用领域的突破。

目前VR 技术已在不少医学院校中开展实践，并获得了良好的教学效果。随着我国科学技术的发展以及对高新技术的日益重视，相信VR 技术在临床妇科教学领域的应用将会取得更大的发展。但必须认识到，现阶段我国的虚拟现实技术仅在起步与探索阶段，与国外相比还有很大差距。目前来看，虚拟现实技术在实际应用过程中面临着诸多的挑战，虚拟现实技术并不能完全代替传统的教学方式。虚拟现实技术的进一步发展，应当聚焦于提高设备的便捷性、经济性和实用性。VR 技术的进步和运用将为临床妇科学教学工作注入新的活力。