虚拟仿真技术在现代模拟医学教育中的应用实践
来源：新乡医学院 作者：陈娓 王士霞 李梅英 李佩宏 发表于：2016.09.30 454浏览
随着计算机技术的飞速发展，虚拟仿真技术在医学教育领域的应用越来越广泛，使得模拟医学教育的场景设计更加贴近临床的真实情景。可以说，新技术的应用在很大程度上带动了现代医学教育模式的改革及发展，让我们在临床教学实践及医学生临床能力的考核中有望实现标准化，真正提高了教学效果。
一、现代医学教育对虚拟仿真技术的需求
随着医学模式从单一的“生物医学”模式向“社会-心理-生物”医学模式的转变，促使医学人才的标准也在不断提升。按照《全球医学教育最低基本要求》的描述，应涵盖知识、技能与职业价值、态度、行为和伦理等七个领域60项指标。传统医学教育模式下培养出来的仅仅掌握基本诊疗技能的医生已不能满足未来百姓对健康促进与医疗保障的需求。
“21世纪世界范围的医学教育系统总体上不适应全球卫生系统的要求”已成为全球医学教育专家的共识。因此，高等医学教育的改革与医疗卫生人才的培养质量成为21世纪全球瞩目的热点问题。
我国现代的医学教育统一不能适应卫生保健系统发展的需求。医学专家具体分析了我国高等医学教育系统面临的主要问题：在体制机构上存在医科教育管理体制混乱，医科教学投入、师资队伍数量与质量及临床实践教学条件普遍不足；在教学层面上，也存在医学教育大众化趋势、医学课程体系普遍陈旧、教学方法与技术落后、毕业生质量没有达到国家要求等问题。在现阶段如何培养卓越的医学人才成为广大医学教育工作者的研究热点。
针对上述问题，我国教育部于2002年召开医学教育标准国际研讨会，研究国际医学教育标准，部署国际标准“本土化”的研究工作，并于2008年9月与卫生部联合出台了《本科医学教育标准——临床医学专业(试行)》，该《标准》提出了五年制本科临床医学专业教育必须达到的基本要求，成为该专业教育质量监控及教学工作自我评价的主要依据。
2010年12月，21世纪全球医学卫生教育专家委员会又在The Lancet杂志上发表了《新世纪医学卫生人才培养：在相互依存的世界，为加强卫生系统而改革医学教育》，倡导以岗位胜任能力为导向的教学设计，要求所有国家的医学卫生人才都必须接受如何运用知识进行批判性思维的培训和职业道德培训，使自己成为全球团队的一员，能立足本地工作，胜任以患者和人群健康为中心的卫生系统工作。2012年5月，我国教育部与卫生部联合出台了“关于实施临床医学教育综合改革的若干意见”和“关于实施卓越医生教育培养计划的意见”，为深化临床教学的改革指明了方向。
为了培养适合“医学新模式”的医生，切实提高医学生的临床技能与综合素养，各医学院校纷纷建立起“临床技能培训中心”，引进大批虚拟仿真设备，如高功能模拟人、心肺听诊及腹部触诊系统、心肺复苏模型、各类穿刺模型、外科手术操作训练系统；虚拟腔镜、虚拟内镜、临床诊疗思维训练系统等，很好地弥补了实体教学资源的不足，为学生提供了更多动手操作的机会，对提高医学生的临床能力起到了积极的推进作用，也为虚拟仿真技术在医学教育领域中的广泛应用提出了新的需求。
二、虚拟仿真技术在医学教育领域中的应用
虚拟仿真技术（Virtual Reality，简称VR）是指利用多媒体技术结合仿真技术而创造一个集视觉、听觉、触觉及嗅觉等为一体的虚拟现实世界，可以让用户自然地感受到虚拟空间中的客体，并与客体进行互动的技术。
虚拟仿真技术是近年来快速发展起来的一门交叉学科，其不仅涵盖了计算机仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、网络技术等多项技术，而且还结合了计算机图形学、图像处理以及模式识别等多种元素，是现代仿真技术的一种发展与延伸。虚拟仿真技术的突出特点是可以让用户有身临其境的感觉，从而产生构想，并与虚拟空间的客体进行交互。
医学是一门实践性很强的学科，“早临床、多临床、反复临床”已成为当今医学生临床能力培养的共识。近年来，随着医学院校的扩招，中国的医学教育相对于欧美的“精英教育”而言，已明显呈现出“大众化教育”的态势，医学生的生均拥有教学场地、设施、资源及师资的占比明显不足。尤其是在当今中国的医疗大环境和医患关系持续紧张的状态下，传统的医学教育模式下，让实习生在临床教师的指导下，直接在真实的病人身上练“技术”、学本领从而提高诊疗技能的计划更难实施。
一是由于实习生在学习的过程中，有可能会对真实的病人造成潜在的危害；二是对全体医学生而言，每个人在见习、实习过程中所遇到的真实病例会存在局限性、随机性与非标准化的缺憾。特别是自《中华人民共和国执业医师法》、《中华人民共和国侵权责任法》等医疗相关的法律法规颁布后，病人的安全意识与依法维权意识逐渐提高,医学生在临床实习期的动手机会越来越少。
为了让医学生的临床技能培训落到实处，使医学毕业生知识、技能与职业素养全面达标，“临床技能培训中心”在各大医学院校应运而生，部分解决了医学生临床动手能力培养难的问题。而计算机技术的快速发展和医学模拟技术的广泛应用，也加快了模拟医学教育的发展，为医学生动手能力培养问题的解决提供了保障，也让医学教育的标准化目标有望实现。
模拟医学教育(Simulation Based Medical Education, SBME)是指利用多种局部功能模型、计算机互动模型以及虚拟科技等模拟系统代替真实病人，创设出模拟病人和模拟临床场景，以尽可能贴近临床的真实环境和更符合医学伦理学的方式开展教学和考核。从1026年我国古代最早的针灸铜人的应用，到近代的基础解剖模型、部分训练模型再到现代的计算机辅助模型及虚拟培训系统和生理驱动综合模拟系统等，模拟医学教育经历了数百年的发展，而在近20年有了飞速的发展，为虚拟现实技术在医学教育领域中的应用提供了肥沃的土壤。
与传统的医学教育方法相比，“模拟医学教育”的主要优势有：
1、学习过程不对真实的病人构成风险；
2、可以让学生在专注、受控与标准化的环境中学习；
3、可以让学生刻意地重复练习某项技能，直到精通为止；
4、可以保证所有的学生学习少见与罕见的临床情况；
5、可以进行团队训练；
6、可以通过评估，促进学习反思；
7、使医学相关课程的标准化成为可能。
同时，“模拟医学教育”也存在一定的局限性：
1、购置成本高，占用空间大，需要定期维护；
2、对师资的要求较高，需要经过专门的培训后才能应用；
3、课程的推进不再是教师的“单兵作战”，而需要教师与教辅团队密切联合，整体推进；
4、只能按照特定的程序演进，缺乏临床突发的变故；
5、缺乏鲜活的“生命”体验与沟通互动；
6、若引导不当，易被学生当成游戏，误入虚拟世界；
7、与临床真实的病人和场景终究是有区别的，不能完全替代真实的临床见习与实习。
近年来，标准化病人（Standardized Patients, SP）的出现，让我们看到了“活的”虚拟仿真技术，弥补了学生对鲜活“生命”的体验。标准化病人是指经过标准化、系统化培训后，能以复制方式准确表现病人实际临床问题的正常人或病人。
如何在教学设计中最大限度的发挥每一种医学模拟设备的作用，解决不同层次教学的需要，并灵活应用各种不同的模拟教学设备进行优势互补，创设出更加贴近真实的“临床情景”；同时，在教学过程中强调在高仿真的环境下，利用高仿真设备提高师生的心理仿真度，以达成最佳的教学效果：成为当今医学模拟教育的研究热点。
三、我们在模拟医学教育中对虚拟仿真设备的选用实践
我们在模拟医学教育中，对虚拟仿真设备的选用遵从“适用性原则”，即充分考虑不同类型虚拟仿真设备的资源优势，根据设定的培训对象与教学目标，匹配与之相适应的模型，避免高阶低用，资源浪费。
如：心肺复苏技能是医学生必须掌握的临床基本技能之一，从初级生命支持技术到高级生命支持技术，从单人徒手心肺复苏到2人甚至多人合作的、借助仪器设备进行的心肺复苏，因学员的层级不同，所设定的教学目标也会不同。我们在心肺复苏技能的培训过程中，会根据培训对象与教学目标的不同，选用不同的虚拟仿真设备，以最大限度地达成教学目标。
我们对大一的新学员，将教学目标设定为初级，仅要求熟悉初级生命支持的操作流程，心脏按压及人工呼吸的动作规范、正确。为此，我们选用了Mini Anni与半身或全身心肺复苏模型。理由是模型成本低，数量多，Mini Anni可以达到每位学生一个，主要为了规范心脏按压和人工呼吸的动作要领；当操作熟练后，改用半身或全身心肺复苏模型，每2-3名同学配备一个模型，可以反复训练，相互纠错。
而对于大五的实习生，在出科前的培训与考核中，将教学目标设定为中级，即要求学生能够应对不同的临床场景，在操作前关注抢救场所的安全性及病人的体位，为此，我们选用了全身心肺复苏模型。理由是方便搬运，适合摆放体位，更接近真实成人的抢救。
对于住院医师规范化培训阶段的学员或在职医护人员的培训，我们则将教学目标设定为高级，即要求学员在救治过程中，不仅个人技术要过硬，还要兼顾团队合作，并在培训过程中需要设置一些合理的障碍，考核学员的应变能力。为此，我们选用了高端心肺复苏模拟人（Simman 3G），可以供多人同时进行多项操作，如一人指挥整体抢救过程并按照团队成员数进行角色与任务分配，可以一人进行心脏按压；一人进行人工呼吸；一人建立静脉通道；一人准备气管插管；一人做好抢救记录……最终的抢救结果不仅仅取决于每个人的技能发挥，还要看团队整体的默契配合与相互守望。这样的培训成本会比较高，但所获得的效果则不仅仅是技能，还包含了很多职业素养，如对临床危急状况的应对能力，对知识、技能的综合应用能力，对临床诊疗方案的决策能力，对复杂多变的临床情况的应变能力，团队协作能力，组织协调能力等。
在模拟医学教育中，我们不仅要能够有效地利用单一虚拟仿真技术资源的优势，还需要进行多种虚拟仿真技术资源的整合，目的是放大不同方法的优势，克服每一种技术的局限性，最大限度地达成教学目标。如在上述高级生命支持技能的培训过程中，为了增强学生的鲜活“生命”体验，我们在设计剧情时，会仿照临床真实的案例，适时地引入SP来演绎临床事件发生的全过程，并将医患沟通、人文关怀等内容融合在培训之中，当剧情进展到实施急救时，再换用模拟人。
这种在一个教学过程中将虚拟技术与真实情景进行有机交叉与融合的设计，更加贴近临床真实的场景，不仅可以提高真实感，还能让学员在操作性技能培训考核的同时，收获更多的非操作性技能，包括沟通能力、依法执业能力、医疗纠纷防范与处置能力等，以达成综合性临床能力提升的教学目标。
根据教学需要，我们还常常需要对现有的教学模型进行适当的改造与创新。如脓肿切开是外科技能中的一个基本技能项目，但目前市售的模型中并没有这样的模型，我们就将用乳胶手套灌装上酸奶做成的“脓肿”粘贴在任意模型的需要部位，外面再覆以人造“皮肤”，画上相应的“体表标志”。这样，学生就能够形象地进行“脓肿切开”手术了。
医学是以人的生命为研究对象的综合学科，医生的培养，不仅需要科学技术的支撑，更需要人文精神的滋养。无论虚拟仿真技术与模拟医学教育的优势有多大，都无法替代利用真实病人进行床边教学的实践。只有坚持以现实世界中的床边教学为主，以“虚拟仿真技术与模拟医学教育”为辅，把握“以虚补实，虚实结合”的原则，才是未来医学教育发展的方向。
（作者陈娓为新乡医学院临床技能培训中心副主任，医学博士，内科学教授，主任医师，研究方向为医学生临床能力培养与考核。作者王士霞、李梅英、李佩宏为新乡医学院临床技能培训中心实验技术教师，研究方向为模拟医学教育的应用。本文系多项河南省教育厅人文社科项目的阶段性研究成果。）