[摘要] 目的 探討虛擬現實技術(VR)在膝關節鏡手術臨床教學中的應用效果。方法 通過選取北京中醫藥大學2019年4月至2019年7月期間在我科培訓的學員，共60人，隨機分為VR教學組和傳統教學組。VR教學組采取虛擬現實技術教學，傳統教學組采取多媒體課件教學。采用理論考核和實踐考核兩種方式綜合對學生學習效果進行評估。另外，采用調查問卷評估學生學習的主動性、感興趣度、課程滿意度、三維空間感和虛擬交互性等體驗。結果 VR教學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，均高于傳統教學組(89.07±2.74)分、(84.87±2.96)分、(82.47±7.21)分，組間比較差異有統計學意義(P<0.05)。調查問卷結果，VR教學組(8.90±1.01)對此次學習更感興趣，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)優于傳統教學組，組間比較差異具有統計學意義(P<0.05)。但兩組理論成績相差不大，即VR對關節鏡理論知識掌握度與傳統教學相差不大，差異無統計學意義(P>0.05)。結論 虛擬現實技術不僅有助于提高學生對骨科臨床實習的興趣，提高學生的三維空間感，還提高了骨科臨床教學質量。

　　[關鍵詞] 虛擬現實;骨科;臨床教學;膝關節鏡;三維空間感

　　骨科學是一門綜合學科，內容多，專業性較強，比較抽象，不易理解和記憶，涉及手術操作、解剖學、放射學等知識內容。膝關節是骨科教學中的重點內容，關節鏡手術是膝關節疾病診治的金標準，使用范圍廣，治療的傷病多，膝關節鏡實踐教學是骨科教學的重要組成部分，但是實踐性強，不易掌握。

　　目前國外多篇文獻紛紛報道了應用虛擬現實技術(visualreality，VR)進行膝關節鏡手術教學，并且取得了良好的訓練成果。Rahm對20名醫學生進行關節鏡技術訓練，虛擬現實技術訓練組掌握速度快，技術明顯提高[1]。Jacobsen發現虛擬現實技術可以提高學生在真實實踐操作時的技能[2]。本研究擬探索虛擬現實技術在膝關節鏡手術教學中的應用，進行量化評估并合理優化教學方法，以期提高教學質量。

　　1 資料與方法

　　1.1 一般資料選取

　　北京中醫藥大學2019年4月至2019年7月期間在我科培訓人員，包括本科生和研究生，共60人，利用計算機生成隨機數將學生隨機分為VR教學組(VR組)和傳統教學組(對照組)，每組30人。其中，VR 教學組男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;傳統教學組男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。兩組的學生在年齡、性別方面比較差異無統計學意義，且兩組學生先前均未進行過膝關節鏡手術教學相關培訓。

　　1.2 研究方法

　　1.2.1教具準備①VR 硬件為樂蝸 VR 頭顯(顯示尺寸：1 600 英寸;瞳距調節，0 ～ 800°近視兼容;顏色：金日橙;外形材質：塑料;產品尺寸：149.7 mm×91.3 mm×111.6 mm;重量：275 g)，安卓手機(學生自備，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把膝關節鏡手術 VR 視頻導入手機內存卡。視頻名 稱 為 360-Degree Virtual Reality: Inside the OperatingRoom for an Arthroscopic Knee Surgery[3] 。

　　1.2.2理論教學內容以人民衛生出版社出版的《外科學》中的膝關節運動損傷、《骨科學》中的膝關節鏡章節為參考，重點學習膝部半月板損傷解剖、分型、術前規劃及手術培訓，分3節課，每節課45 min進行講授。第一節課為膝關節的解剖及運動損傷，第二節課為膝關節鏡技術，第三節課為膝關節運動損傷手術培訓。

　　1.2.3教學方法兩組學生先同時接受膝關節及關節鏡基礎理論知識講授教學，理論教學內容見1.2.2，VR 教學組采用虛擬現實技術輔助教學，即將膝關節CT、MRI等影像資料輸入工作站中加以融合，構建出逼真的三維虛擬解剖模型，便于學生進行體驗式學習，通過Unity VR制作好的膝關節鏡VR操作視頻和其他已有的膝關節鏡手術 VR 視頻導入手機，反復操作直到熟練掌握手術的每個步驟。傳統教學組采用傳統方法教學，即借助教師制作的多媒體課件和PACS系統中膝關節手術前后的影像資料以及 Knee ArthroscopyTeachingVideo[4]視頻播放講解。幫助學生理解膝關節的解剖特點、膝關節損傷類型、術前規劃及手術步驟，結合臨床手術實踐訓練關節鏡技術。

　　1.3 教學質量評價

　　1.3.1教學效果考核分別于培訓期的第1周、第3周、第2個月在模擬人上進行理論和臨床操作考核，由專家組成員進行考核評分，并記錄學生操作出錯次數及質量。

　　1.3.2教學效果反饋主觀評價采用自制問卷調查表調查，內容包含：學習主動性、感興趣度、課程滿意度、三維空間感和虛擬交互性，學生對各項內容自主從1 ～ 10分評判教學效果。

　　1.4 統計學方法數據采用SPSS 20.0統計學軟件進行分析。計數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，數據用均數±標準差表示，不符合正態檢驗和方差齊性的樣本用非參數檢驗，數據用平均數(最小數-最大數)M(min-max)表示。P<0.05為差異有統計學意義。

　　2 結果

　　2.1 臨床效果主觀評價結果比較根據問卷主觀調研，應用 VR 教學組的學習主動性、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于傳統教學組(P<0.001)，所以VR教學組的滿意度和感興趣度優于傳統教學組。

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

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

　　3 討論

　　虛擬現實技術是計算機領域的新興技術，混合了人機界面、圖形、傳感器技術、高端計算等現代科技，其可生成全方位、多感官的認知環境，學生可以通過一定的輸入輸出設備直接與其進行交互操作，從而可以得到身臨其境的感覺[5-6]。如今虛擬現實技術成功應用于工程、建筑設計、飛行員和軍事訓練中，同樣地，虛擬現實技術目前在醫學教育方面已經開始有初步嘗試[7-9]，如穿刺教學、骨折教學、交互式三維可視化的醫學圖像遠程指導等。Bernardo[10]將虛擬現實技術應用神經外科手術教學，使得繁雜的神經解剖結構一目了然的呈現，教學效果顯著。

　　解放軍總醫院張家墅等[11]基于多模態導航的虛擬和增強現實技術探討在顱內病變穿刺手術教學中的應用，發現能夠解決腦功能區定位和可視化問題。與傳統教學方式相比，虛擬現實技術改變了傳統活檢手術的教學方式，使得年輕醫師可以在術前模擬進行手術操作，提高學習者的積極性，加深和強化記憶，同時可以變傳統解剖影像為多模態成像，便于術者直觀講解和學習者形象記憶，以往冗繁的語言難以闡明的神經解剖結構，虛擬現實能夠一目了然地展示出來，達到事半功倍的教學效果[11]。

　　山西中醫學院賀金亮等[12]通過3Ds Max軟件，借助計算機建立骨折三維動畫模型并應用于課堂教學，研究其教學效果并評價授課滿意度，結果三維動畫技術應用于骨傷科教學簡明有趣、直觀全面，改進了教學效果，提升了課堂授課滿意度。膝關節鏡實踐教學是骨科教學的重要組成部分，初學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，掌握就達不到效果。關節鏡手術相較于傳統的開放式手術，還需要醫生具備更好的雙手協調能力及操作經驗。既往常規采用尸體、動物標本練習或在患者身上實習的教學模式，具有不可重復、風險大、成本高、涉及倫理道德問題和訓練過程不可控等缺點。利用虛擬現實系統，可以彌補這些方面的不足。在虛擬環境中，學生可以在虛擬的人身上進行解剖的全過程及手術技能操作。

　　此外，通過虛擬現實技術實現人體膝關節仿真系統，可以多角度、全方位地展示人體膝關節靜止狀態下、多種運動狀態下膝關節的相對位置、相對間隙的變化等[2]。不過，關節鏡手術技術要求高，掌握膝關節鏡的基本技術是循序漸進的過程，應始終堅持理論與技術并重的原則，結合現代科技技術VR，才能實現較好的效果。目前虛擬現實技術在骨科手術教學的應用打破了目前存在的傳統教學模式的局限性，使學習者在系統中獲得近似于真實的操作體會，節約大量的試驗設備、樣本等，并且可以重復操作訓練、教學、測試、分析以及進行研究。從這方面來說，可以有效解決教學資源緊缺的問題。

　　除此之外，膝關節鏡虛擬教學系統，可以充分地利用現有的計算機軟件和硬件資源具有病癥體驗教學模塊，可模擬臨床不同的病癥，使學習者高效完成疾病學習及實踐模擬，提高教學效果[13-14]。因此，虛擬現實技術進行膝關節鏡實踐教學是一個非常有效的教學手段。本研究結果顯示，虛擬現實技術不僅有助于提高學生對骨科臨床實習的興趣，提高學生的三維空間感，還提高了骨科臨床教學質量，但因目前缺乏觸覺和力反饋，單純VR 教學不如傳統的膝關節鏡標本教學手感好，只能讓學生體驗關節鏡手術流程[15]。

　　VR教學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，均高于傳統教學組(89.07±2.74)分、(84.87±2.96)分、(82.47±7.21)分，組間比較差異，有統計學意義(P<0.05)。調查問卷結果：VR 教學組(8.90±1.01)對此次學習更感興趣，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)分優于傳統教學組，組間比較差異有統計學意義(P<0.05)，但兩組理論成績結果表明VR對關節鏡理論知識掌握度相差不大(P>0.05)，差異無統計學意義。

　　本研究證實了VR 教學較傳統教學方式更能提高教學效果，有助于提高學生對骨科臨床實習的興趣，拓展學習的多維度空間，增強三維空間想象力，與傳統醫學教育較為枯燥單調的知識記憶相比，虛擬現實技術在骨科教學中增加了學習的興趣。

　　虛擬現實技術論文：基于虛擬現實技術的數字繪本設計特點研究

　　但虛擬現實技術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中最重要的部分[16]，教學形式的新穎有趣、更好的交互性和三維呈現只是為教學質量服務。因此虛擬現實技術可以取代一部分培訓機會，節省培訓資源，尚不能顛覆現有的醫療培訓體系[17-18]。本隨機對照研究也存在一定局限性。首先，對虛擬現實技術的評估中，不能評估手的靈巧性或關節鏡技術，因此不能得出因為測試的分數高，就意味著手術者的手術技能有所提高，該技術只能讓學生熟悉關節鏡手術相關步驟，做到心中有數。另外，教學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，需要進行更大規模的實驗研究，以增強目前結果的可信度。骨科手術微創化是未來的發展趨勢，對骨科醫師的精細操作和手眼協調能力要求越來越高，虛擬現實技術為年輕醫生模擬手術操作，增強三維空間想象力，可更好幫助年輕醫生掌握專業技能，解決傳統教學的局限性，增強實踐性，縮短學習曲線，是未來醫學培訓及考核的重要組成部分，也是提升教育質量的重要手段[19]。虛擬現實技術也要通過5G技術革新，減少畫面延遲對眼睛的不適，多角色遠程互動，添加力反饋，以及萬物互聯，讓體驗者真正作為數字人參與虛擬世界中[20]。

　　參考文獻：

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　　[3] YouTube. 360-Degree virtual reality : Inside the operating room for anarthroscopic knee surgery[DB/OL]. (2017-05-05).

　　[4] YouTube.Knee arthroscopy-teaching video[DB/OL]. (2018-01-14).

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　　[10] Bernardo A. Virtual reality and simulation in neurosurgical training[J].World Neurosurg, 2017, 106:1015-1029

　　作者：鄒昆1 黃誠2 丁冉2 王佰亮2 程立明2 王衛國2 郭萬首2 張啟棟2*