虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在臨床技能培訓(xùn)中的應(yīng)用進(jìn)展

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代，是一項(xiàng)結(jié)合傳感、人機(jī)交互、計(jì)算機(jī)圖形、多媒體、網(wǎng)絡(luò)、人工智能等多項(xiàng)技術(shù)的綜合性應(yīng)用[1]。目前，VR技術(shù)也逐漸被醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究學(xué)者所關(guān)注。VR醫(yī)學(xué)奠基人凱斯·科薩瓦達(dá)思認(rèn)為：“醫(yī)學(xué)已經(jīng)進(jìn)入精準(zhǔn)醫(yī)療、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)的時(shí)代，需要借助新技術(shù)來(lái)提升醫(yī)學(xué)教學(xué)質(zhì)量和水平?！碧摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其獨(dú)有的特征以及與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)之間密切的融合，正在對(duì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生著越來(lái)越深遠(yuǎn)的影響，在醫(yī)學(xué)技能培訓(xùn)方面表現(xiàn)突出。文章就該技術(shù)在臨床技能培訓(xùn)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述如下。

1 VR技術(shù)定義及特點(diǎn)

VR技術(shù)是指通過(guò)多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)結(jié)合而生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的虛擬環(huán)境，使用戶與虛擬環(huán)境中的客體交互作用，從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)。它具有以下三個(gè)基本特征：沉浸感（immersive）、交互性（immersive）、構(gòu)想性（interaction）。VR技術(shù)因其真實(shí)性、可操作性、可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)輔助教學(xué)的重要發(fā)展方向之一，它在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)、內(nèi)鏡、介入等。如：2016年5月30日，我國(guó)上海瑞金醫(yī)院首次在VR技術(shù)直播下為一名右半結(jié)腸癌病人行腫瘤根治術(shù)治療，這具有里程碑意義[1]。

2 VR技術(shù)對(duì)臨床醫(yī)學(xué)培訓(xùn)的重要性

隨著醫(yī)學(xué)的迅猛發(fā)展，醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)臨床醫(yī)生的理論知識(shí)和臨床技能操作水平提出了更高的要求。傳統(tǒng)教學(xué)限制了醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間、空間、想象力、創(chuàng)造力等。VR技術(shù)能夠提供生動(dòng)逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境；讓他們隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，它不僅能提高醫(yī)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力，更能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣及調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性。此外，它還能大幅減少醫(yī)療成本，有效縮短臨床醫(yī)生培養(yǎng)時(shí)間。研究顯示，通過(guò)VR外科手術(shù)系統(tǒng)模擬腹腔鏡手術(shù)[2]，能提高他們分析和解決問(wèn)題的能力。VR技術(shù)在臨床中的應(yīng)用減少了非熟練操作造成的醫(yī)療事故，降低了培訓(xùn)成本，提高了診斷和治療水平[3]。

3 VR技術(shù)在臨床技能培訓(xùn)中的應(yīng)用

3.1 VR技術(shù)在臨床技能培訓(xùn)中的作用

以前，通常是上級(jí)醫(yī)生主觀判斷初級(jí)臨床醫(yī)生的臨床操作技能水平高低，并沒(méi)有準(zhǔn)確客觀的評(píng)判系統(tǒng)。VR技術(shù)模擬系統(tǒng)能夠客觀、公正、自動(dòng)、快速地評(píng)判臨床醫(yī)師的實(shí)際操作水平和學(xué)習(xí)效果，及時(shí)高效反饋信息，它能有效提高臨床技能操作熟練程度。因此，專(zhuān)家建議有必要將VR技術(shù)納入臨床技能培訓(xùn)課程，如緊急醫(yī)學(xué)課程、腹腔鏡訓(xùn)練課程等[4]。臨床醫(yī)師有必要在VR模擬系統(tǒng)上操作熟練后再進(jìn)入臨床對(duì)患者進(jìn)行實(shí)際操作。目前，我國(guó)已有較多高等院校將VR技術(shù)應(yīng)用于外科手術(shù)教學(xué) 。模擬作為一種有效的教育工具，正對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育產(chǎn)生著積極深遠(yuǎn)的影響。

3.2 VR技術(shù)在外科技能培訓(xùn)中的應(yīng)用

目前，微創(chuàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于外科手術(shù)、介入放射學(xué)和內(nèi)鏡檢查，它能有效治療多種疾病，提高手術(shù)成功率，減少失血和并發(fā)癥，加快患者康復(fù)，改善患者預(yù)后。然而，這些技術(shù)相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性，需要廣泛的培訓(xùn)。因此，2006年外科住院醫(yī)師審查委員會(huì)的成員一致投票要求在外科住院醫(yī)師項(xiàng)目中進(jìn)行模擬訓(xùn)練，且要求把基于模擬的技能教育納入外科住院醫(yī)師培訓(xùn)課程[5]。VR模擬系統(tǒng)可以模擬手術(shù)場(chǎng)景、器械的使用、打結(jié)、縫合、中心靜脈置管、腹腔鏡基本操作等，對(duì)于低年資外科醫(yī)生來(lái)說(shuō)這顯得尤其重要。只有在手術(shù)前通過(guò)反復(fù)訓(xùn)練達(dá)到非常熟練的程度，最后才能在臨床上對(duì)真實(shí)患者實(shí)際操作，最大限度地減少醫(yī)源性傷害，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高患者安全性及手術(shù)成功率，改善患者預(yù)后[6]。

3.2.1 VR在眼科的應(yīng)用 Sikder S等通過(guò)討論在白內(nèi)障手術(shù)訓(xùn)練中評(píng)估模擬器使用情況的研究，證明了虛擬仿真器在用于測(cè)量初級(jí)眼科醫(yī)生的表現(xiàn)和區(qū)分他們的技能水平方面是一種安全有效的工具。此外，它有助于提高初級(jí)住院醫(yī)師技能水平，降低白內(nèi)障手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率，改善患者手術(shù)預(yù)后。當(dāng)然，目前模擬器還缺乏對(duì)角膜切口進(jìn)行縫合的能力，顯微鏡和視覺(jué)是有限的等[7]。

3.2.2 VR在胃腸外科的應(yīng)用 與傳統(tǒng)手術(shù)相比，腹腔鏡手術(shù)具有術(shù)后創(chuàng)傷小，康復(fù)時(shí)間短，疼痛少等優(yōu)點(diǎn)[4]。腹腔鏡模擬器通過(guò)VR技術(shù)提供一個(gè)高度逼真的手術(shù)環(huán)境，它可以提高手術(shù)訓(xùn)練效率，能顯著提高初級(jí)醫(yī)師手術(shù)操作水平。研究通過(guò)對(duì)23名有腹腔鏡經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生，通過(guò)完成腹腔鏡課程，且在訓(xùn)練前、后進(jìn)行腹腔鏡手術(shù)（FLS）技能測(cè)試。最后證實(shí)：腹腔鏡模擬訓(xùn)練不僅能提高初級(jí)醫(yī)師的臨床技能水平，對(duì)高年資醫(yī)師的手術(shù)水平也有顯著的提高，特別是在提升雙手的精確操作和眼手協(xié)調(diào)方面。當(dāng)然，它在脂肪組織細(xì)節(jié)和觸覺(jué)反饋準(zhǔn)確性方面仍存在一定缺點(diǎn)[6]。

3.2.3 VR在骨科中的應(yīng)用 大量研究表明，關(guān)節(jié)鏡VR模擬訓(xùn)練可提高關(guān)節(jié)鏡學(xué)習(xí)的效率，減少手術(shù)次數(shù)，提高基本手術(shù)技能及患者安全性。Rebolledo B等通過(guò)比較模擬訓(xùn)練的骨科初級(jí)醫(yī)師與接受過(guò)傳統(tǒng)訓(xùn)練的骨科初級(jí)醫(yī)師膝關(guān)節(jié)鏡下手術(shù)表現(xiàn)，結(jié)果前者比后者在關(guān)節(jié)鏡下得完成度、完成時(shí)間和損傷等級(jí)指數(shù)方面表現(xiàn)得更好[8]。高度逼真的VR肩關(guān)節(jié)模擬器能夠在初級(jí)和高級(jí)醫(yī)師之間客觀地解釋手術(shù)技巧，可以跟蹤手術(shù)技能的進(jìn)展及重復(fù)評(píng)估[9]。因此，隨著對(duì)外科醫(yī)生要求的提高，關(guān)節(jié)鏡模擬訓(xùn)練對(duì)于骨科醫(yī)師初次手術(shù)必不可少[10]。

3.2.4 VR在口腔科的應(yīng)用 在牙科領(lǐng)域，口腔頜面外科手術(shù)是虛擬模擬訓(xùn)練主要的應(yīng)用領(lǐng)域，其中植牙和正頜手術(shù)是最常見(jiàn)。Takehiro Miki等通過(guò)開(kāi)發(fā)一種在內(nèi)窺鏡輔助下摘除頜下腺的虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)，在初級(jí)口腔外科醫(yī)生中，驗(yàn)證了內(nèi)窺鏡輔助下使用VR模擬的頜下腺切除手術(shù)，能有效縮短手術(shù)時(shí)間，減少鉗子中風(fēng)的數(shù)量，提高了內(nèi)窺鏡輔助手術(shù)水平[11]。

通過(guò)一系列的培訓(xùn)后，低年資外科醫(yī)生可以在較短時(shí)間內(nèi)掌握基本手術(shù)操作技能，能沉著應(yīng)對(duì)臨床實(shí)際手術(shù)中各種風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 VR技術(shù)在內(nèi)科技能培訓(xùn)中的應(yīng)用

VR技術(shù)在內(nèi)科應(yīng)用最多的就是內(nèi)窺鏡及介入手術(shù)。多項(xiàng)研究表明，VR模擬器能有效提高初級(jí)住院醫(yī)師學(xué)習(xí)效率，它能增加臨床醫(yī)師重復(fù)訓(xùn)練機(jī)會(huì)，并能對(duì)其操作表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估，還能鑒別初級(jí)醫(yī)師及高年資醫(yī)師的內(nèi)鏡操作能力、能有效減少醫(yī)源性傷害，提高患者舒適度及改善患者預(yù)后等。模擬器對(duì)初、中級(jí)臨床醫(yī)師進(jìn)行模擬訓(xùn)練后，在評(píng)估他們能力水平合格后才允許對(duì)患者進(jìn)行實(shí)際操作。

3.3.1 VR在心血管內(nèi)科的應(yīng)用 研究表明，心導(dǎo)管介入手術(shù)不僅能有效減少手術(shù)時(shí)間、輻射暴露和手術(shù)麻醉要求，還能降低成本、縮短平均住院日、提高療效和安全性。Chen GC等研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分序血管存取跟蹤器追蹤記錄高年資心血管內(nèi)科介入醫(yī)生的控制臺(tái)軌跡，并在插入導(dǎo)管的過(guò)程中傳送摩擦和視覺(jué)反饋。最后達(dá)到豐富高年資心內(nèi)科醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，也使初級(jí)臨床醫(yī)生或臨床型研究生在一系列的訓(xùn)練和實(shí)踐中提高他們的心導(dǎo)管介入技能水平[12-13]。此外，模擬也可以借助虛擬的三維心臟模型進(jìn)行交互式的經(jīng)胸壁心臟超聲心動(dòng)圖的學(xué)習(xí)[14]。

3.3.2 VR在呼吸內(nèi)科的應(yīng)用 超聲引導(dǎo)下的經(jīng)支氣管針吸細(xì)胞學(xué)檢查（EBUS-TBNA）是非常依賴于操作的，且具有較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)過(guò)程?；赩R模擬的培訓(xùn)可以縮短臨床醫(yī)師的學(xué)習(xí)時(shí)間，且在可靠有效的評(píng)估工具下可以保證在無(wú)監(jiān)督的情況下具備基本的操作能力。研究表明，在EBUS-TBNA學(xué)習(xí)過(guò)程的初始階段，VR模擬訓(xùn)練比傳統(tǒng)的學(xué)徒訓(xùn)練更有效。大量研究表明，VR模擬訓(xùn)練能有效縮短手術(shù)時(shí)間，提高初學(xué)者纖支鏡操作技能水平。當(dāng)然，纖維支氣管鏡技術(shù)在2個(gè)月內(nèi)會(huì)開(kāi)始衰退，但重新訓(xùn)練的時(shí)間較短[15]。

3.3.3 VR在消化內(nèi)科的應(yīng)用 現(xiàn)有的證據(jù)表明，在胃十二指腸鏡檢查模擬訓(xùn)練中，基于屏幕的模擬器能顯著提高初級(jí)醫(yī)師操作水平，并且也能促進(jìn)有經(jīng)驗(yàn)的胃鏡醫(yī)師技能的提高。多項(xiàng)研究表明，接受過(guò)VR模擬訓(xùn)練的初級(jí)臨床醫(yī)師的表現(xiàn)要比傳統(tǒng)培訓(xùn)的初級(jí)臨床醫(yī)師好很多。也有在ERCP、超聲內(nèi)鏡、結(jié)腸鏡檢查方面的模擬訓(xùn)練，也均證實(shí)了VR訓(xùn)練的優(yōu)勢(shì)。也有個(gè)別研究報(bào)道，模擬訓(xùn)練不如傳統(tǒng)教學(xué)方法。特別是，模擬訓(xùn)練者插入內(nèi)鏡在結(jié)腸脾曲的準(zhǔn)確翻轉(zhuǎn)時(shí)有較大困難。來(lái)自臨床的反饋意見(jiàn)將有助于VR技術(shù)的改進(jìn)與優(yōu)化[16]。

3.3.4 VR在急診科及ICU的應(yīng)用 Khoul等研究把住院醫(yī)師隨機(jī)分配到一個(gè)模擬視頻訓(xùn)練組和單一視頻訓(xùn)練組進(jìn)行中央靜脈置管，并在干預(yù)后在重癥監(jiān)護(hù)病房隨訪追蹤。最后發(fā)現(xiàn)在ICU的導(dǎo)管相關(guān)性血流感染在干預(yù)前后發(fā)病率減少了70% ，因此得出結(jié)論：在中心靜脈置管術(shù)無(wú)菌操作方面，模擬訓(xùn)練是明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的訓(xùn)練[11]。

3.3.5 VR在精神科的應(yīng)用 基于VR技術(shù)的暴露療法提供了一個(gè)讓患者沉浸在量身定做的令人恐懼的環(huán)境中的機(jī)會(huì)，從而激活恐懼結(jié)構(gòu)并使它們能夠被修改。結(jié)果表明，患者生活中焦慮癥狀的大幅減少與傳統(tǒng)的暴露干預(yù)措施的效果相似，虛擬暴露療法具有強(qiáng)大的現(xiàn)實(shí)影響，并顯示出持久的穩(wěn)定性。它在其他精神障礙疾病的治療方面也顯有成效[17]。

除了內(nèi)鏡及介入領(lǐng)域，VR模擬訓(xùn)練還被應(yīng)用于治療運(yùn)動(dòng)康復(fù)、心肺復(fù)蘇高級(jí)生命支持（ACLS）、老年癡呆認(rèn)知功能訓(xùn)練、泌尿外科、神經(jīng)外科[18]等方面。

4 VR技術(shù)在臨床技能培訓(xùn)的應(yīng)用前景

綜上所述，模擬訓(xùn)練最主要是在早期提高初級(jí)住院醫(yī)師基本技術(shù)技能，它的安全性和有效性顯而易見(jiàn)。目前，研究生醫(yī)學(xué)教育從傳統(tǒng)的學(xué)徒模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗅槍?duì)性的臨床技能培訓(xùn)，這些變化促進(jìn)了VR模擬的廣泛應(yīng)用，加速了VR模擬在未來(lái)的技能訓(xùn)練課程中的應(yīng)用[19]。許多外科學(xué)會(huì)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到模擬的價(jià)值，VR模擬在外科教育中的作用將繼續(xù)擴(kuò)大。盡管VR技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)教育培訓(xùn)班中非常重要，仍然需要重視傳統(tǒng)教育方法，把兩者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，才能更好地學(xué)習(xí)和掌握臨床理論知識(shí)和技能操作[20]。此外，還需要考慮如何操縱模擬的環(huán)境來(lái)提高學(xué)習(xí)效果，拓寬模擬的范圍以發(fā)展溝通和技術(shù)技能，以及對(duì)未來(lái)臨床實(shí)踐的影響和改善患者的預(yù)后及模擬技術(shù)的轉(zhuǎn)移等[16]。VR技術(shù)可以被成功地利用來(lái)提高診斷、治療和教育成果，相信在不久的將來(lái)，它終將會(huì)在臨床醫(yī)學(xué)培訓(xùn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。