[摘要] 目的 探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)在膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)臨床教學(xué)中的應(yīng)用效果。方法 通過選取北京中醫(yī)藥大學(xué)2019年4月至2019年7月期間在我科培訓(xùn)的學(xué)員，共60人，隨機(jī)分為VR教學(xué)組和傳統(tǒng)教學(xué)組。VR教學(xué)組采取虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)，傳統(tǒng)教學(xué)組采取多媒體課件教學(xué)。采用理論考核和實踐考核兩種方式綜合對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評估。另外，采用調(diào)查問卷評估學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、感興趣度、課程滿意度、三維空間感和虛擬交互性等體驗。結(jié)果 VR教學(xué)組的三次操作考核操作成績分別為(93.87±2.58)分、(91.97±1.85)分、(90.97±2.43)分，均高于傳統(tǒng)教學(xué)組(89.07±2.74)分、(84.87±2.96)分、(82.47±7.21)分，組間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。調(diào)查問卷結(jié)果，VR教學(xué)組(8.90±1.01)對此次學(xué)習(xí)更感興趣，課程滿意度(8.47±1.12)、三維空間感(8.53±1.02)和虛擬交互性(8.17±1.16)優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)組，組間比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。但兩組理論成績相差不大，即VR對關(guān)節(jié)鏡理論知識掌握度與傳統(tǒng)教學(xué)相差不大，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論 虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅有助于提高學(xué)生對骨科臨床實習(xí)的興趣，提高學(xué)生的三維空間感，還提高了骨科臨床教學(xué)質(zhì)量。

　　[關(guān)鍵詞] 虛擬現(xiàn)實;骨科;臨床教學(xué);膝關(guān)節(jié)鏡;三維空間感

　　骨科學(xué)是一門綜合學(xué)科，內(nèi)容多，專業(yè)性較強(qiáng)，比較抽象，不易理解和記憶，涉及手術(shù)操作、解剖學(xué)、放射學(xué)等知識內(nèi)容。膝關(guān)節(jié)是骨科教學(xué)中的重點內(nèi)容，關(guān)節(jié)鏡手術(shù)是膝關(guān)節(jié)疾病診治的金標(biāo)準(zhǔn)，使用范圍廣，治療的傷病多，膝關(guān)節(jié)鏡實踐教學(xué)是骨科教學(xué)的重要組成部分，但是實踐性強(qiáng)，不易掌握。

　　目前國外多篇文獻(xiàn)紛紛報道了應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)(visualreality，VR)進(jìn)行膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)教學(xué)，并且取得了良好的訓(xùn)練成果。Rahm對20名醫(yī)學(xué)生進(jìn)行關(guān)節(jié)鏡技術(shù)訓(xùn)練，虛擬現(xiàn)實技術(shù)訓(xùn)練組掌握速度快，技術(shù)明顯提高[1]。Jacobsen發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以提高學(xué)生在真實實踐操作時的技能[2]。本研究擬探索虛擬現(xiàn)實技術(shù)在膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用，進(jìn)行量化評估并合理優(yōu)化教學(xué)方法，以期提高教學(xué)質(zhì)量。

　　1 資料與方法

　　1.1 一般資料選取

　　北京中醫(yī)藥大學(xué)2019年4月至2019年7月期間在我科培訓(xùn)人員，包括本科生和研究生，共60人，利用計算機(jī)生成隨機(jī)數(shù)將學(xué)生隨機(jī)分為VR教學(xué)組(VR組)和傳統(tǒng)教學(xué)組(對照組)，每組30人。其中，VR 教學(xué)組男8人，女 22 人，年齡 22 ～ 29 歲，平均年齡(25.2±1.2)歲，其中本科3人，碩士27人;傳統(tǒng)教學(xué)組男10人，女20人，年齡 23 ～ 27 歲，平均年齡(25.3±1.1)歲，其中本科 2 人，碩士28人。兩組的學(xué)生在年齡、性別方面比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，且兩組學(xué)生先前均未進(jìn)行過膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)教學(xué)相關(guān)培訓(xùn)。

　　1.2 研究方法

　　1.2.1教具準(zhǔn)備①VR 硬件為樂蝸 VR 頭顯(顯示尺寸：1 600 英寸;瞳距調(diào)節(jié)，0 ～ 800°近視兼容;顏色：金日橙;外形材質(zhì)：塑料;產(chǎn)品尺寸：149.7 mm×91.3 mm×111.6 mm;重量：275 g)，安卓手機(jī)(學(xué)生自備，要求安卓 2.3 以上)，安裝好QQ瀏覽器VR APP，在“我的眼鏡”中選擇“樂蝸VR”。②把膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù) VR 視頻導(dǎo)入手機(jī)內(nèi)存卡。視頻名 稱 為 360-Degree Virtual Reality: Inside the OperatingRoom for an Arthroscopic Knee Surgery[3] 。

　　1.2.2理論教學(xué)內(nèi)容以人民衛(wèi)生出版社出版的《外科學(xué)》中的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動損傷、《骨科學(xué)》中的膝關(guān)節(jié)鏡章節(jié)為參考，重點學(xué)習(xí)膝部半月板損傷解剖、分型、術(shù)前規(guī)劃及手術(shù)培訓(xùn)，分3節(jié)課，每節(jié)課45 min進(jìn)行講授。第一節(jié)課為膝關(guān)節(jié)的解剖及運(yùn)動損傷，第二節(jié)課為膝關(guān)節(jié)鏡技術(shù)，第三節(jié)課為膝關(guān)節(jié)運(yùn)動損傷手術(shù)培訓(xùn)。

　　1.2.3教學(xué)方法兩組學(xué)生先同時接受膝關(guān)節(jié)及關(guān)節(jié)鏡基礎(chǔ)理論知識講授教學(xué)，理論教學(xué)內(nèi)容見1.2.2，VR 教學(xué)組采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助教學(xué)，即將膝關(guān)節(jié)CT、MRI等影像資料輸入工作站中加以融合，構(gòu)建出逼真的三維虛擬解剖模型，便于學(xué)生進(jìn)行體驗式學(xué)習(xí)，通過Unity VR制作好的膝關(guān)節(jié)鏡VR操作視頻和其他已有的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù) VR 視頻導(dǎo)入手機(jī)，反復(fù)操作直到熟練掌握手術(shù)的每個步驟。傳統(tǒng)教學(xué)組采用傳統(tǒng)方法教學(xué)，即借助教師制作的多媒體課件和PACS系統(tǒng)中膝關(guān)節(jié)手術(shù)前后的影像資料以及 Knee ArthroscopyTeachingVideo[4]視頻播放講解。幫助學(xué)生理解膝關(guān)節(jié)的解剖特點、膝關(guān)節(jié)損傷類型、術(shù)前規(guī)劃及手術(shù)步驟，結(jié)合臨床手術(shù)實踐訓(xùn)練關(guān)節(jié)鏡技術(shù)。

　　1.3 教學(xué)質(zhì)量評價

　　1.3.1教學(xué)效果考核分別于培訓(xùn)期的第1周、第3周、第2個月在模擬人上進(jìn)行理論和臨床操作考核，由專家組成員進(jìn)行考核評分，并記錄學(xué)生操作出錯次數(shù)及質(zhì)量。

　　1.3.2教學(xué)效果反饋主觀評價采用自制問卷調(diào)查表調(diào)查，內(nèi)容包含：學(xué)習(xí)主動性、感興趣度、課程滿意度、三維空間感和虛擬交互性，學(xué)生對各項內(nèi)容自主從1 ～ 10分評判教學(xué)效果。

　　1.4 統(tǒng)計學(xué)方法數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行分析。計數(shù)資料的兩組比較采用卡方檢驗，組間比較采用獨立樣本 t 檢驗，數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，不符合正態(tài)檢驗和方差齊性的樣本用非參數(shù)檢驗，數(shù)據(jù)用平均數(shù)(最小數(shù)-最大數(shù))M(min-max)表示。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

　　2 結(jié)果

　　2.1 臨床效果主觀評價結(jié)果比較根據(jù)問卷主觀調(diào)研，應(yīng)用 VR 教學(xué)組的學(xué)習(xí)主動性、感興趣度、課程滿意度、三維空間感和虛擬交互性方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)組(P<0.001)，所以VR教學(xué)組的滿意度和感興趣度優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)組。

　　2.2 客觀考核結(jié)果比較VR教學(xué)組的每次操作考試平均成績均高于傳統(tǒng)教學(xué)組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，但是VR組和對照組在理論成績上相差不大，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

　　2.3 不同學(xué)歷人員參與研究對結(jié)果影響VR 組中本科 3 人，碩士 27 人，傳統(tǒng)教學(xué)組中本科 2人，碩士28人，卡方檢驗χ2為0.218，P=0.64>0.05, 該研究中不同學(xué)歷人員參與研究對結(jié)果影響沒有統(tǒng)計學(xué)差異。

　　3 討論

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機(jī)領(lǐng)域的新興技術(shù)，混合了人機(jī)界面、圖形、傳感器技術(shù)、高端計算等現(xiàn)代科技，其可生成全方位、多感官的認(rèn)知環(huán)境，學(xué)生可以通過一定的輸入輸出設(shè)備直接與其進(jìn)行交互操作，從而可以得到身臨其境的感覺[5-6]。如今虛擬現(xiàn)實技術(shù)成功應(yīng)用于工程、建筑設(shè)計、飛行員和軍事訓(xùn)練中，同樣地，虛擬現(xiàn)實技術(shù)目前在醫(yī)學(xué)教育方面已經(jīng)開始有初步嘗試[7-9]，如穿刺教學(xué)、骨折教學(xué)、交互式三維可視化的醫(yī)學(xué)圖像遠(yuǎn)程指導(dǎo)等。Bernardo[10]將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用神經(jīng)外科手術(shù)教學(xué)，使得繁雜的神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)一目了然的呈現(xiàn)，教學(xué)效果顯著。

　　解放軍總醫(yī)院張家墅等[11]基于多模態(tài)導(dǎo)航的虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)探討在顱內(nèi)病變穿刺手術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)能夠解決腦功能區(qū)定位和可視化問題。與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，虛擬現(xiàn)實技術(shù)改變了傳統(tǒng)活檢手術(shù)的教學(xué)方式，使得年輕醫(yī)師可以在術(shù)前模擬進(jìn)行手術(shù)操作，提高學(xué)習(xí)者的積極性，加深和強(qiáng)化記憶，同時可以變傳統(tǒng)解剖影像為多模態(tài)成像，便于術(shù)者直觀講解和學(xué)習(xí)者形象記憶，以往冗繁的語言難以闡明的神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)，虛擬現(xiàn)實能夠一目了然地展示出來，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果[11]。

　　山西中醫(yī)學(xué)院賀金亮等[12]通過3Ds Max軟件，借助計算機(jī)建立骨折三維動畫模型并應(yīng)用于課堂教學(xué)，研究其教學(xué)效果并評價授課滿意度，結(jié)果三維動畫技術(shù)應(yīng)用于骨傷科教學(xué)簡明有趣、直觀全面，改進(jìn)了教學(xué)效果，提升了課堂授課滿意度。膝關(guān)節(jié)鏡實踐教學(xué)是骨科教學(xué)的重要組成部分，初學(xué)者接觸到生澀的課本知識，缺乏臨床實踐的鍛煉，缺乏三維空間立體感，理解不深，掌握就達(dá)不到效果。關(guān)節(jié)鏡手術(shù)相較于傳統(tǒng)的開放式手術(shù)，還需要醫(yī)生具備更好的雙手協(xié)調(diào)能力及操作經(jīng)驗。既往常規(guī)采用尸體、動物標(biāo)本練習(xí)或在患者身上實習(xí)的教學(xué)模式，具有不可重復(fù)、風(fēng)險大、成本高、涉及倫理道德問題和訓(xùn)練過程不可控等缺點。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可以彌補(bǔ)這些方面的不足。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以在虛擬的人身上進(jìn)行解剖的全過程及手術(shù)技能操作。

　　此外，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)人體膝關(guān)節(jié)仿真系統(tǒng)，可以多角度、全方位地展示人體膝關(guān)節(jié)靜止?fàn)顟B(tài)下、多種運(yùn)動狀態(tài)下膝關(guān)節(jié)的相對位置、相對間隙的變化等[2]。不過，關(guān)節(jié)鏡手術(shù)技術(shù)要求高，掌握膝關(guān)節(jié)鏡的基本技術(shù)是循序漸進(jìn)的過程，應(yīng)始終堅持理論與技術(shù)并重的原則，結(jié)合現(xiàn)代科技技術(shù)VR，才能實現(xiàn)較好的效果。目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)在骨科手術(shù)教學(xué)的應(yīng)用打破了目前存在的傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性，使學(xué)習(xí)者在系統(tǒng)中獲得近似于真實的操作體會，節(jié)約大量的試驗設(shè)備、樣本等，并且可以重復(fù)操作訓(xùn)練、教學(xué)、測試、分析以及進(jìn)行研究。從這方面來說，可以有效解決教學(xué)資源緊缺的問題。

　　除此之外，膝關(guān)節(jié)鏡虛擬教學(xué)系統(tǒng)，可以充分地利用現(xiàn)有的計算機(jī)軟件和硬件資源具有病癥體驗教學(xué)模塊，可模擬臨床不同的病癥，使學(xué)習(xí)者高效完成疾病學(xué)習(xí)及實踐模擬，提高教學(xué)效果[13-14]。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行膝關(guān)節(jié)鏡實踐教學(xué)是一個非常有效的教學(xué)手段。本研究結(jié)果顯示，虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅有助于提高學(xué)生對骨科臨床實習(xí)的興趣，提高學(xué)生的三維空間感，還提高了骨科臨床教學(xué)質(zhì)量，但因目前缺乏觸覺和力反饋，單純VR 教學(xué)不如傳統(tǒng)的膝關(guān)節(jié)鏡標(biāo)本教學(xué)手感好，只能讓學(xué)生體驗關(guān)節(jié)鏡手術(shù)流程[15]。

　　VR教學(xué)組的三次操作考核操作成績分別為(93.87±2.58)分、(91.97±1.85)分、(90.97±2.43)分，均高于傳統(tǒng)教學(xué)組(89.07±2.74)分、(84.87±2.96)分、(82.47±7.21)分，組間比較差異，有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。調(diào)查問卷結(jié)果：VR 教學(xué)組(8.90±1.01)對此次學(xué)習(xí)更感興趣，其課程滿意度(8.47±1.12)分、三維空間感(8.53±1.02)分和虛擬交互性(8.17±1.16)分優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)組，組間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，但兩組理論成績結(jié)果表明VR對關(guān)節(jié)鏡理論知識掌握度相差不大(P>0.05)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

　　本研究證實了VR 教學(xué)較傳統(tǒng)教學(xué)方式更能提高教學(xué)效果，有助于提高學(xué)生對骨科臨床實習(xí)的興趣，拓展學(xué)習(xí)的多維度空間，增強(qiáng)三維空間想象力，與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育較為枯燥單調(diào)的知識記憶相比，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在骨科教學(xué)中增加了學(xué)習(xí)的興趣。

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)論文：基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)字繪本設(shè)計特點研究

　　但虛擬現(xiàn)實技術(shù)確實對增加骨科理論知識有限，然而知識的理解和掌握始終是教學(xué)中最重要的部分[16]，教學(xué)形式的新穎有趣、更好的交互性和三維呈現(xiàn)只是為教學(xué)質(zhì)量服務(wù)。因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以取代一部分培訓(xùn)機(jī)會，節(jié)省培訓(xùn)資源，尚不能顛覆現(xiàn)有的醫(yī)療培訓(xùn)體系[17-18]。本隨機(jī)對照研究也存在一定局限性。首先，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的評估中，不能評估手的靈巧性或關(guān)節(jié)鏡技術(shù)，因此不能得出因為測試的分?jǐn)?shù)高，就意味著手術(shù)者的手術(shù)技能有所提高，該技術(shù)只能讓學(xué)生熟悉關(guān)節(jié)鏡手術(shù)相關(guān)步驟，做到心中有數(shù)。另外，教學(xué)評估問卷量表的評分是主觀的，評分多少受多種因素影響。

　　第三，本研究樣本量較小，需要進(jìn)行更大規(guī)模的實驗研究，以增強(qiáng)目前結(jié)果的可信度。骨科手術(shù)微創(chuàng)化是未來的發(fā)展趨勢，對骨科醫(yī)師的精細(xì)操作和手眼協(xié)調(diào)能力要求越來越高，虛擬現(xiàn)實技術(shù)為年輕醫(yī)生模擬手術(shù)操作，增強(qiáng)三維空間想象力，可更好幫助年輕醫(yī)生掌握專業(yè)技能，解決傳統(tǒng)教學(xué)的局限性，增強(qiáng)實踐性，縮短學(xué)習(xí)曲線，是未來醫(yī)學(xué)培訓(xùn)及考核的重要組成部分，也是提升教育質(zhì)量的重要手段[19]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)也要通過5G技術(shù)革新，減少畫面延遲對眼睛的不適，多角色遠(yuǎn)程互動，添加力反饋，以及萬物互聯(lián)，讓體驗者真正作為數(shù)字人參與虛擬世界中[20]。

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　　作者：鄒昆1 黃誠2 丁冉2 王佰亮2 程立明2 王衛(wèi)國2 郭萬首2 張啟棟2*