虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在靜脈輸液教學(xué)中應(yīng)用的研究進(jìn)展

羅 靜，譚雪梅，顏 敏，官 計(jì)

川北醫(yī)學(xué)院,四川 637000

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成一個(gè)虛擬、逼真的世界，用戶可以通過(guò)計(jì)算機(jī)終端進(jìn)入虛擬世界，將自己真實(shí)的動(dòng)作、行為等表達(dá)為虛擬世界中對(duì)物體的控制[1]。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，其中包括護(hù)理教學(xué)。靜脈輸液是護(hù)士必須掌握的基礎(chǔ)性專業(yè)技術(shù)，為避免不熟練的操作給病人帶來(lái)不必要的損傷，需實(shí)習(xí)學(xué)生提前在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)練習(xí)后方可在人體上實(shí)施，但有限的實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室空間等限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。由于VR技術(shù)具有真實(shí)性和可重復(fù)性的特點(diǎn)，學(xué)生可在虛擬的環(huán)境中對(duì)穿刺技術(shù)進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，以提高穿刺血管的成功率。但由于VR 技術(shù)在護(hù)理教學(xué)中應(yīng)用時(shí)間較短，其應(yīng)用技巧及近、遠(yuǎn)期效果尚不明確。為進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化VR 技術(shù)與靜脈輸液結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì)，現(xiàn)從VR 技術(shù)在靜脈輸液理論、實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及教學(xué)效果評(píng)價(jià)進(jìn)行綜述，并分析運(yùn)用VR 技術(shù)進(jìn)行護(hù)理教學(xué)的優(yōu)、缺點(diǎn)，為研究或?qū)嵤￢R 技術(shù)教學(xué)的相關(guān)研究提供參考。

1 VR 技術(shù)的概況

1956 年，美國(guó)研制出Sensorama 摩托車仿真器，自此VR 技術(shù)開啟新的篇章；20 世紀(jì)80 年代初正式提出VR 一詞，20 世紀(jì)90 年代后期，VR 技術(shù)從研究階段轉(zhuǎn)向應(yīng)用階段，并逐漸應(yīng)用于軍事、醫(yī)學(xué)、設(shè)計(jì)、藝術(shù)、房地產(chǎn)等領(lǐng)域，VR 技術(shù)進(jìn)入全面發(fā)展時(shí)代[2]。VR 系統(tǒng)基本組成包括用戶、傳感器、效果產(chǎn)生器及實(shí)景仿真器，關(guān)鍵技術(shù)在于虛實(shí)交互技術(shù)及基本模型構(gòu)建技術(shù)、空間跟蹤技術(shù)、聲音跟蹤技術(shù)、視覺(jué)跟蹤技術(shù)、視覺(jué)跟蹤與視點(diǎn)感應(yīng)結(jié)合技術(shù)等高性能計(jì)算機(jī)處理技術(shù)[3]。VR 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有沉浸性、交互性和想象性等特點(diǎn)[4-5]，已在軍事、航空、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用。體驗(yàn)者可通過(guò)電腦、數(shù)據(jù)手套、VR 頭盔、一體機(jī)等，觀看計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的模擬場(chǎng)景，在三維立體空間中將視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)沉浸其中，并與VR 系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)，根據(jù)系統(tǒng)的反應(yīng)和反饋以達(dá)到身臨其境的感受。VR 在我國(guó)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用較晚，但已逐漸應(yīng)用于各醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如病理學(xué)[6]、藥理學(xué)[7]、細(xì)胞遺傳學(xué)[8]、影像學(xué)[9]、診斷學(xué)[10]、外科學(xué)[11-12]和護(hù)理學(xué)[13]等。目前，常用的VR 技術(shù)共有四大類型：沉浸式VR 系統(tǒng)、桌面式VR 系統(tǒng)、增強(qiáng)式VR 系統(tǒng)及分布式VR 系統(tǒng)[2]，可供使用者據(jù)實(shí)際情況自主選擇。

2 VR 技術(shù)在靜脈輸液教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 VR 技術(shù)在靜脈輸液理論教學(xué)中的應(yīng)用 護(hù)理專業(yè)學(xué)生對(duì)靜脈輸液所涉及的血管解剖感到較難理解。曹加明等[14]在其構(gòu)建的頸部深靜脈穿刺模型中發(fā)現(xiàn)虛擬仿真的三維立體性有助于學(xué)生透徹理解血管解剖，對(duì)靜脈穿刺有更為直觀的參考意見(jiàn)。長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)引進(jìn)的可視人體計(jì)劃（VHP）三維解剖模型，清晰顯示血管解剖細(xì)微結(jié)構(gòu)，提高了學(xué)生對(duì)血管解剖理論知識(shí)的理解和掌握[15]。Johannesson 等[16]發(fā)現(xiàn)學(xué)生利用VR 技術(shù)可增強(qiáng)對(duì)外周靜脈穿刺的有關(guān)的解剖結(jié)構(gòu)的理解。王萍等[17]將VR 技術(shù)應(yīng)用于靜脈輸液的教學(xué)中，認(rèn)為其可促進(jìn)學(xué)生對(duì)靜脈的選擇、輸液反應(yīng)、輸液故障等理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，證明了VR 技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)教育模式的有益補(bǔ)充。李紅梅等[18]在基礎(chǔ)護(hù)理學(xué)包括靜脈輸液教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，認(rèn)為其能加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，促進(jìn)對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。Tsai等[19]將研發(fā)的靜脈注射仿真系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)，結(jié)果顯示使用該系統(tǒng)的新入職護(hù)士在理論知識(shí)方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)模式教學(xué)的護(hù)士。但也有研究者的結(jié)果不一致，有研究者將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于靜脈輸液教學(xué)中發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有提高學(xué)生的理論成績(jī)，其結(jié)果產(chǎn)生的原因尚不明確[20]。彭娜等[21]的研究結(jié)果同樣顯示VR 技術(shù)沒(méi)有提高學(xué)生的理論成績(jī)。結(jié)果不一致的原因可能是樣本量、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、VR 系統(tǒng)等不統(tǒng)一因素的影響。由此可見(jiàn)，VR 技術(shù)對(duì)于能否提升學(xué)生的理論知識(shí)還有待進(jìn)一步探索。

2.2 VR 技術(shù)在靜脈輸液實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用 國(guó)外在護(hù)理教學(xué)中較早使用VR 技術(shù)，1996 年美國(guó)紐約州立大學(xué)將開發(fā)的VR 模擬器應(yīng)用于靜脈教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)效果顯著高于傳統(tǒng)教學(xué)方法[22]。目前，在英美學(xué)校應(yīng)用較為廣泛的是CathSim 靜脈穿刺訓(xùn)練系統(tǒng)，由電腦和模擬手臂組成，整個(gè)虛擬系統(tǒng)具有逼真的三維視覺(jué)效果、沉浸性、交互性，模擬手臂模型內(nèi)有模擬穿刺進(jìn)針點(diǎn)和先進(jìn)的壓力反饋裝置，可準(zhǔn)確模擬接觸和穿刺的感覺(jué)，學(xué)生可自主選擇不同情景及不同手臂模型進(jìn)行練習(xí)，并可通過(guò)電腦顯示屏觀察局部解剖和進(jìn)針角度，系統(tǒng)一旦感受到模擬穿刺針的進(jìn)入，穿刺點(diǎn)的壓力反饋裝置可根據(jù)進(jìn)針角度不同模擬相應(yīng)的反饋壓力及淤血、紅腫等，使操作者體驗(yàn)真實(shí)的穿刺感，操作者還可通過(guò)顯示屏查看穿刺針是否進(jìn)入血管，判斷穿刺是否成功，該系統(tǒng)還可以模擬病人的感受并做出反應(yīng)，學(xué)生和老師可實(shí)時(shí)對(duì)操作過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，達(dá)到提高操作技能的效果[23]。Vidal 等[24]將VR技術(shù)應(yīng)用于靜脈穿刺培訓(xùn)中，對(duì)照組使用傳統(tǒng)手臂，實(shí)驗(yàn)組使用傳統(tǒng)手臂與CathSim 系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行練習(xí)，兩組培訓(xùn)后在真實(shí)病人身上進(jìn)行穿刺，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括疼痛程度、血腫形成程度及重新穿刺次數(shù)，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組培訓(xùn)效果優(yōu)于對(duì)照組，提示可將VR 技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合，以此來(lái)提高穿刺成功率，這與相關(guān)的研究結(jié)果[25]一致。多項(xiàng)研究[26-29]表明，靜脈輸液的教學(xué)中使用VR 技術(shù)可提高學(xué)生的穿刺成功率、減少穿刺時(shí)間及并發(fā)癥。也有部分學(xué)者持不同意見(jiàn)，國(guó)外的兩項(xiàng)研究結(jié)果均表明認(rèn)為模擬手臂訓(xùn)練學(xué)生的穿刺成功率更高[30-31]。在應(yīng)用Cathsim 系統(tǒng)的研究中，發(fā)現(xiàn)對(duì)照組應(yīng)用傳統(tǒng)塑料手臂的穿刺成功率高于使用CathSim 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)組，產(chǎn)生該結(jié)果的原因可能是對(duì)照組的穿刺者經(jīng)驗(yàn)較豐富，但研究者認(rèn)為對(duì)于初學(xué)者而言，在訓(xùn)練中使用該系統(tǒng)是有益的[32]。

國(guó)內(nèi)較晚將VR 技術(shù)應(yīng)用于護(hù)理教學(xué)中，2009 年孫亞麗等[33]將虛擬靜脈注射系統(tǒng)應(yīng)用于護(hù)理教學(xué)實(shí)踐中，實(shí)驗(yàn)組使用的虛擬仿真系統(tǒng)由于其可觸摸到靜脈彈性，進(jìn)針感覺(jué)與真人相似，在培訓(xùn)后學(xué)生之間互相進(jìn)行真實(shí)靜脈輸液操作中，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比提高了靜脈穿刺成功率。新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院所研發(fā)的虛擬靜脈注射培訓(xùn)系統(tǒng)具有VR 技術(shù)的沉浸性、交互性和想象性等特點(diǎn)，通過(guò)用戶界面和實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)的交互，可準(zhǔn)確模擬接觸和穿刺感，同時(shí)可模擬流血、瘀傷、腫脹等反應(yīng)[34]。實(shí)驗(yàn)組采用的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高了穿刺成功率，降低了學(xué)生的心理緊張度，減少了穿刺準(zhǔn)備時(shí)間。單志軍等[35]所構(gòu)建的虛擬靜脈注射系統(tǒng)其虛擬仿真部分主要是引進(jìn)Leardel 公司的靜脈注射軟件，系統(tǒng)可提供100 余種不同的病例及40 種獨(dú)特的手臂，能實(shí)時(shí)對(duì)學(xué)生的進(jìn)度進(jìn)行評(píng)估。這種新穎的教學(xué)方式可提高靜脈注射技能，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，該研究?jī)H采用問(wèn)卷調(diào)查方法判斷學(xué)生的穿刺技能，客觀性欠佳。上海中醫(yī)藥大學(xué)引進(jìn)了靜脈虛擬注射系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電腦連接外部的實(shí)體模擬穿刺針及實(shí)體手部模型組成，學(xué)生可自主選擇該系統(tǒng)內(nèi)約100 種的臨床真實(shí)病例及7 種不同類型的靜脈樣式，豐富了學(xué)生的臨床視野及知識(shí)面，學(xué)生通過(guò)操作后的自我評(píng)價(jià)與反思，提高了穿刺的成功率，但其研究的樣本量較少，且未與傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行效果對(duì)比，因此并不能完全說(shuō)明其有效性[36]。彭娜等[21]在規(guī)范化護(hù)士靜脈留置針的穿刺訓(xùn)練中應(yīng)用VR 技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)護(hù)士使用靜脈穿刺仿真系統(tǒng)練習(xí)可不受時(shí)間、空間的限制，通過(guò)自制的技能水平測(cè)試量表得出試驗(yàn)組靜脈穿刺技能水平高于對(duì)照組。

2.3 VR 技術(shù)在靜脈輸液教學(xué)中應(yīng)用的效果 VR 技術(shù)能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及觸覺(jué)，讓學(xué)生能身臨其境。李紅梅等[18]將VR 技術(shù)應(yīng)用于基礎(chǔ)護(hù)理學(xué)教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)VR 技術(shù)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，有助于提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)教師認(rèn)為對(duì)教學(xué)效果和效率有顯著提高。吳曉波等[36]將VR技術(shù)與靜脈輸液教學(xué)相結(jié)合，研究發(fā)現(xiàn)不僅能夠?yàn)閷W(xué)生提供一個(gè)完善的自我學(xué)習(xí)系統(tǒng)，且能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及自主性。彭娜等[21]研究結(jié)果表明，虛擬仿真在教學(xué)中的應(yīng)用能降低恐懼感，提高學(xué)生對(duì)培訓(xùn)方法的滿意度。有研究在虛擬模擬器與塑料手臂模型在靜脈穿刺教學(xué)效果比較中發(fā)現(xiàn)，虛擬模擬器組的心理運(yùn)動(dòng)技能和滿意度得分較高[20]。Devenny 等[37]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)VR 技術(shù)的應(yīng)用提高了學(xué)生的自信心、自我效能感及人際交往能力。Tsai 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，使用VR 練習(xí)模式的初學(xué)者能有效降低操作時(shí)錯(cuò)誤發(fā)生率。但也有研究者認(rèn)為使用傳統(tǒng)模擬手臂教學(xué)滿意度更高[38]，其結(jié)果產(chǎn)生的原因可能是實(shí)驗(yàn)組不熟悉虛擬仿真系統(tǒng)的使用。

3 VR技術(shù)應(yīng)用在靜脈輸液教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)與不足

3.1 VR 技術(shù)應(yīng)用在靜脈輸液教學(xué)中的優(yōu)勢(shì) VR技術(shù)具有可重復(fù)性，學(xué)生可利用VR 技術(shù)反復(fù)練習(xí)，避免在模型和真人身上練習(xí)造成的醫(yī)療資源浪費(fèi)。VR技術(shù)在靜脈輸液教學(xué)中的應(yīng)用提高了學(xué)生的穿刺技能，減少反復(fù)穿刺對(duì)血管的損害，能在一定程度上減少醫(yī)患矛盾。VR 技術(shù)可模擬多種情景模式，而情景模擬教學(xué)能提高學(xué)生的應(yīng)變能力、臨床思維能力、溝通技能及綜合護(hù)理能力[39]，學(xué)生在使用VR 技術(shù)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，可有效應(yīng)對(duì)情景中的各種問(wèn)題。VR 技術(shù)利用其獨(dú)特的特點(diǎn)，對(duì)人的視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)等進(jìn)行聯(lián)動(dòng)式的刺激與觸動(dòng)，讓學(xué)生沉浸其中，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力、理論知識(shí)及操作技能。

3.2 VR 技術(shù)應(yīng)用在靜脈輸液教學(xué)中的不足 VR技術(shù)應(yīng)用于靜脈輸液的教學(xué)需要大量的設(shè)備才能解決護(hù)理學(xué)生的需求，而資金的限制造成了VR 技術(shù)不能廣泛使用。在虛擬環(huán)境中學(xué)生主要面對(duì)各種機(jī)器，與老師、同學(xué)之間缺乏情感交流，造成人際關(guān)系處理技能的減退。且學(xué)習(xí)者處在虛擬的環(huán)境中，學(xué)生面對(duì)的是模型人，容易忽略人文關(guān)懷[18]，同時(shí)可能會(huì)覺(jué)得自己無(wú)需對(duì)錯(cuò)誤操作造成的后果負(fù)責(zé)，導(dǎo)致學(xué)生責(zé)任感缺失[40]，繼而在臨床靜脈輸液中造成傷害。VR 技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)的醫(yī)學(xué)護(hù)理領(lǐng)域教學(xué)時(shí)間不長(zhǎng)，各項(xiàng)技術(shù)有待提升，且設(shè)計(jì)VR 系統(tǒng)的技術(shù)人員并非本專業(yè)人員，所以虛擬設(shè)備可能不能達(dá)到專業(yè)要求。

4 小結(jié)

VR 技術(shù)在靜脈輸液的教學(xué)中充分展示了它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，有利于學(xué)生在靜脈輸液教學(xué)中理論與技能的學(xué)習(xí)，且作為一種新穎的教學(xué)方式能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但VR 技術(shù)在靜脈輸液教學(xué)研究中的樣本量不大，并不能完全說(shuō)明其有效性。雖然VR 技術(shù)具有高仿真性，但與真實(shí)的臨床操作存在差距。VR 技術(shù)在我國(guó)護(hù)理教育領(lǐng)域應(yīng)用較晚，還存在著一些不足，研究者可在以往研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，配以不斷更新的教育方法，使其成為一種新型的教育模式，促進(jìn)護(hù)理事業(yè)的發(fā)展。