虚拟仿真技术在儿科住院医师规范化培训中应用的思考

李文豪，宋 超，洪云霞，竺智伟

(浙江大学医学院附属儿童医院，浙江 杭州 310053)

自国际医学教育专家委员会提出“第三代医学教育改革”以来，全球兴起了“以岗位胜任力为导向”的教育模式变革[1]。合格的住院医师不仅要有扎实的理论基础，良好的人际关系和沟通能力，还需要丰富的临床实践能力以及基于实践不断学习和提高的能力，如此才能具备良好的岗位胜任力。住院医师规范化培训(简称“住培”)是医学生毕业后医学教育的主要形式，也是提高住院医师理论、实践能力以适应医学技术快速发展的必由之路[2]。住院医师实践能力的提高则依赖于大量的操作实践，但临床实践资源的不足和日益增长的实践教学需求之间矛盾却日益加剧[3]。

2020年，国务院办公厅下发《关于加快医学教育创新发展的指导意见》，对医学教育改革创新发展提出了新的要求[4]。临床教学过程中涌现出了各有优势的多种教学方法，但不同环境和不同医学领域仍有不同的需求。儿科学是临床医学组成部分之一，但和其他学科相比又有其特殊性，主要体现在以下三方面：①儿科学覆盖全身每个系统，并贯穿于婴幼儿期、学龄前期、学龄期到青春期，儿科学规范化培训内容多且琐碎；②儿童语言表达能力有限，儿科自古被称为“哑科”，病史采集、体格检查等均和成人有较大差别；③基于我国的社会文化背景，儿童的健康常常受到家长更为密切的关注，医患关系更加复杂。为此，儿科毕业后医学教育领域的专业人士展开了一系列工作，但是仍然难以缓解儿科临床教学资源不足的现实，特别是临床实践性操作机会的不适。

虚拟仿真技术(virtual reality，VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中[5]。医学虚拟仿真教育是以现代计算机技术为核心，虚拟仿真病人的躯体结构与病理机能、疾病表现与演变以及对病人的诊疗过程 , 从而代替模型及真实患者、真实临床过程进行教学、实践训练和能力评估的教学法[6]。VR独具的沉浸性、交互性和想象性的特点[7]，为儿科住院医师规范化培训临床实践教学提供了新的思路。

1 VR在儿科住培中的应用价值

本文将结合已有的教学研究成果，借鉴VR在其他医学专业中的应用，梳理分析VR在儿科住院医师规范化培训中的应用价值。

1.1 打破时空限制，虚拟更多实训场景

与传统模型、模拟病例相比，计算机系统模拟的临床病例通常是动态、人机交互的模式，系统能提供分析和处理临床问题的动态时间变化，灵活调整虚拟环境中的时间维度[8]，这更符合临床疾病的动态演变。尤其是病情变化迅速的儿科疾病，VR动态时间模拟的能力可以很好地展示疾病随着病情变化的进展，在学习中自然推进病程，有利于住院医师在学习中能更好地集中注意力，强化临场性，并且可以根据自身的需求和进度进行重复学习。这种方式不仅能提高学习者的主动性，增强学习效果，也能有效提高年轻医生的临床胜任力。

住院医师规范化培训中的临床教学依赖于大量的病例和技能操作训练，尤其是规模化、同质化的实训场景。VR可利用信息技术将医学病例形象化、生动化，为住院医师们提供更多的实训场景，如，虚拟膝关节镜、虚拟髋关节镜和虚拟肩关节镜等训练系统被广泛应用于骨科的手术培训中[9]。眼科可以利用VR构建眼球三维模型、进行手术直播或录制VR手术示教视频及手术模拟训练[10]。VR技术在护理教育和临床护理中也被广泛探索与应用，包括虚拟操作技能训练软件、临床思维能力训练软件、临床综合能力(临床思维、沟通、冲突解决、事故上报等)训练软件[11]。这些实训场景的应用，可以有效扩充教学资源，弥补教学条件的不足。

1.2 可接受程度高，改善教学效果，提升教学满意度

儿科常见疾病的诊疗规范是住培学员应当重点掌握的内容，但相关专家共识、指南更新速度明显加快，计算机模拟的病例为及时更新知识提供了可能，住培学习也可与时俱进；标准化病例的设置，可减少由地区不同、教学水平参差、诊治标准不统一带来的差异；虚拟的场景让不可逆的事情或有创操作变得可以重复进行，减轻了住院医师的心理压力；虚拟技术可以让抽象的事情变直观，让危险的事情变安全，让枯燥的事情更有趣[5]，让学习者对自己的技能操作更有信心。而且年轻一代的医生习惯于电子屏幕的学习，在接受虚拟技术上，心理障碍会降低，因此推广的难度亦会降低。

利用VR技术，教学对象可借助必要的设备以自然的方式跟虚拟环境中的对象进行交互，借助逼真的视、听、触觉一体化的特定范围内的虚拟环境，产生类似亲临真实环境的感受和体验，在医学教育中的应用被证明对学生的短期和长期记忆比传统教学方式更有益[12]。庄蒙丽[13]探讨了VR技术在儿科先天性心脏病教学中的应用，发现VR教学组学生对所学知识的掌握情况优于传统方式教学组，前者普遍感到学习轻松，1个月后的测试成绩仍然优于传统教学组。安琦等人[14]评价了虚拟模拟教学在专业学位型硕士研究生胸膜腔穿刺术临床技能培训中的作用，发现虚拟模拟教学组的理论成绩和技能成绩提高值均明显高于仿真模型教学组。在口腔颌面外科临床教学应用中发现，虚拟手术可对各具体操作步骤进行重复、暂停、标准化的测量,在真实性、互动性、信息丰富程度等方面具有显著的优势，受训者的实践能力以及满意度均明显高于传统教学组[15]。相较于传统教学模式, 虚拟模拟教学作为一种经历式学习方式，允许学生犯错并从错误中学习，提高了学生对临床知识难点的掌握程度，并激发其学习兴趣，提高教学质量。

1.3 更有效的保护儿童患者，减少医患纠纷

近年来医患关系紧张，医患纠纷时有发生，儿科更是医患矛盾高发领域。儿科患者年龄小，体检、治疗过程中常常难以配合。家长出于保护儿童，更希望有经验的医师来负责诊治。长此以往，年轻的住院医师自然得不到足够的锻炼机会，会出现儿科临床技能上的“马太效应”，经验丰富者获得的操作经验更多，需要加强训练的住院医师却得不到实践的机会，这不利于临床上的传、帮、带，更不利于教学医院对于儿科人才的培养。现实中，家长期待与儿科专业人才培养之间的矛盾长期存在且难以调和，VR为缓和上述矛盾提供了可行的路径。高度仿真的虚拟场景和实体，让住院医师在虚拟环境中对儿科手术、实践操作及疾病发生演变过程进行深度学习，将传统临床教学中难以完成的高成本、有一定风险的项目(特别是侵入性操作)转变为可以反复多次训练的项目，也避免了儿科住培学员在现实环境中因操作不慎出现有损医疗安全的行为，有助于减少和避免医疗纠纷和事故的发生。

2 虚拟仿真技术与其他临床教学方法的融合

要将VR和不同教学方法、教学模式结合起来，探索多种教学方式有机融合的复合化教学模式，才能够更好地实现以胜任力为导向的医学教育目标。在临床教学过程中，虚拟仿真技术也与其他多种临床教学模式进行了融合，为儿科住院医师规范化培训的教学带来更多可能性。

2.1 虚拟标准化病人

虚拟标准化病人是指利用计算机多媒体技术制作出模拟人的模型，通过在线软件平台对模拟人进行编码，结合临床真实病例实现智能化操作，进而模拟出真实临床的诊断过程[16]。传统的标准化病人(standard patient，SP)培训往往需要投入大量时间和经费，成本较高；单一SP常常只能模拟患者症状的主观部分，难以模拟客观部分，亦不能对其进行损伤性操作；SP需要标准化的剧本，但不同SP对细节表达存在差异，难以达到同质化要求；SP通常为兼职人员，队伍不稳定，增加了培训成本和不确定性。VR技术可有效弥补传统标准化病人的不足之处，张芡等人[17]研究发现用虚拟标准化病人教学有助于提升临床医学生临床思维能力。

在儿科住院医师规范化培训过程中，因儿童语言表达能力有限，儿童SP培训常难以进行，因此大多选择培训SP家长进行病史采集训练，以提高住院医师问诊和医患沟通方面的能力。SP家长显然不能替代SP在临床培训中的价值。如能将SP家长与虚拟标准化儿科病人相结合，将能达到优势互补，更好地锻炼住院医师医患沟通和临床实践方面的能力。虚拟标准化病人在临床教学中的应用虽然还处于起步阶段，但具有较好的应用前景。

2.2 PBL联合虚拟标准化病人模拟教学

以问题为基础的学习(problem-based learning ，PBL)是医学生以小组讲座的形式，在辅导教师的参与下，围绕某一具体病例的疾病诊治等问题举办讲座的学习过程[18]。PBL让学生以一病例的诊治问题为中心，将多学科知识融会贯通，不仅能锻炼分析解决问题的能力，也能提高对理论知识的理解和养成良好的临床思维习惯。但PBL的缺点是以问题为中心，而不能对临床技能进行培训。

联合虚拟标准化病人后，可利用PBL的教学理念和模式，通过VR技术，虚拟出病人就诊、体检、实验室辅助检测结果、诊断和案例分析与讨论(可包括文献阅读、发病机制的演示等)，两种教学模式的优势得以结合，获益更大化。付小容[19]分析了PBL联合虚拟标准化病人模拟教学法在中职护理健康评估教学中的运用后发现，该技术将教学过程标准化，可减少授课者带来的教学偏倚；能将搜集到的资料或疾病演变过程形象化、可视化；还能弥补PBL在操作培训方面的不足，有效提高了学生的教学满意度。然而，尚无这种复合化教学模式在儿科住培中应用的相关报道，值得进一步研究。

2.3 TBL与仿真病例结合的教学法

以团队为基础的学习(team-based leaning，TBL)是强调以小组为单位的集体性学习，以学生主动学习为主、学生讨论和辅导教师讲授相结合的一种教学方法[20]。TBL教学过程以团队协作为基础，能共享彼此有效的学习方法和思维方式，互相支持，共同进步；这种教学模式实现了学生的主动学习、讨论式学习和互学互教的拓展性学习，亦提高了学生分析问题、解决问题及团队合作和人际交往等综合能力。

虚拟仿真技术可以与TBL进行融合，VR技术提供技术模式和情景模拟，为教学提供虚拟情境，能使课程内容更为生动形象，调动学生学习的主观能动性，增加学员的参与度。杨德君等人[21]研究了仿真病例结合TBL 模式在肿瘤外科教学中的应用，发现新的教学模式使课程的趣味性和生动性增加，学员对知识的理解和掌握度、参与度以及主动更新知识的意识均高于对照组，取得良好的教学效果。杨丽等人[22]研究了TBL结合高仿真情景模拟教学在腹部触痛中的应用后发现，两种教学方式相结合可更好地促进学生的主动学习能力，提高学生的临床技能水平，学生的满意度和接受度均高于单纯使用TBL教学组。若能将“VR+TBL”的教学模式应用于儿科住培教学，将是有益尝试。

3 虚拟仿真技术的不足之处与改进措施

3.1 技术和人文的冲突

VR技术应用于医学教育有弥补临床实践教学资源不足，减少患者风险，减轻住院医生心理压力等明显优势，但同时也面临着因此而产生的悖论：医学始终是面向“人”的学科，医学教育也应当围绕“人”来进行，医学的目的不仅是治疗疾病，更需要有抚慰人心的作用，住培不仅要帮助学生提升医疗技术，更要培育医学人文精神，解决临床技术问题固然是医学教育的重要内容，但身临其境地进行医患沟通，处理复杂的医患关系都是应当培养的能力，缺乏真实环境下的医患交流，有可能会影响住院医师共情能力的发展。VR教学不能只拘泥于临床技术本身，还要加入声音等元素来进一步丰富临床现实场景，甚至可以将医患沟通环节加入VR，让VR教学更加人文化。即便如此，现阶段VR技术主导的医学教育新模式并不能完全替代床旁教学，不能替代和患者的直接接触。

3.2 对技术依赖过高，产品快速更新迭代难

实现VR技术医学应用的重要基础在于能否开发出高度逼真的教学情景、科学的教学模型和恰当的人机交互系统等[23]。以先天性心脏疾病为例，如想动态演示疾病进展，就需要建立心脏的三维动画，并进行虚拟动画制作[24]。而面对快速更新的医学信息，需要配套产品进行相应的迭代更新，但医工信交叉领域的人才少，要做出贴合临床的产品并实时更新更难。因此，要建成可用于临床教学的VR医学培训系统有赖于医学专家和信息技术开发人员的通力合作。医学专家负责设计科学的医学教育方案、内容和信息更新，同时与VR系统开发人员进行深度合作，使开发人员能全程跟进和不断修正系统的设计，以确保VR医学培训系统能符合临床实际需求。

3.3 投入居高不下，可及性堪忧

开展VR教学需要购置相应教学材料，购置费用偏高，在部分综合医院住培基地、经济欠发达地区的基地对于儿科住培教学的投入有限，难以支付高昂的软件、模型费用，这是推广该技术的主要瓶颈。目前有能力购买装备并开展儿科VR教学的多为国内规模较大的儿科住培基地，而且一般来说，只提供给本单位学员使用，这并不利于VR教学资源更高效的利用。针对上述问题，建议以国家级儿科住培基地为依托，国家和地方共同投入建设儿科VR教学点，划分区域，建设区域性住培教学资源共享网络，教学点资源由国家级住培基地负责日常保管和维护，免费向网络成员单位儿科住培学员开放，有助于教学资源共享，提高利用率，促进医学教育公平化。

3.4 相关师资少，经验不足

近年，VR已应用于护理、外科、妇产科等学科的临床教学，在儿科住培中仍处于起步阶段。如浙江大学医学院附属儿童医院依托项目已成功构建虚拟标准化儿童患者模型，并将VR增强现实技术应用于儿科住培临床气管插管教学，致力于探索将VR融入儿科住培教学的新模式。相关师资的缺乏是目前亟待解决的问题，儿科住培教师既要掌握扎实的临床知识技能，还要培养学科交叉思维，主动参与临床教学VR的设计与迭代。

虚拟仿真技术仍在飞速发展，其凭借独特优势，正在与各种医学教育方法深度融合，对当今医学教育模式产生了广泛影响，但在儿科住培教学领域的应用仍有待进一步探索，以培养更多具有岗位胜任力的优秀儿科医学人才。