隨著計算機模擬技術的迅猛發(fā)展，新的教學方式不斷出現(xiàn)，繼多媒體、計算機網(wǎng)絡之后，出現(xiàn)了一個全新的智能互動方式，它就是虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality ）。 虛擬現(xiàn)實是在計算機是模擬技術上發(fā)展起來的，其基本特征為：沉浸性，交互性，多感知性。虛擬現(xiàn)實技術是運用計算機對現(xiàn)實情景進行全面模擬的技術，由于它能夠高度逼真地模擬與現(xiàn)實情景類似的環(huán)境，讓學員獲得身臨其境的感覺和體會，從而收到滿意的教學效果。目前，虛擬現(xiàn)實技術已在醫(yī)學教育、航空航天、軍事訓練等 許多領域得到廣泛應用。在國外虛擬現(xiàn)實技術已應用于課堂教學。虛擬現(xiàn)實技術作為新的教學方式，它的出現(xiàn)無疑將對現(xiàn)代教育教學產(chǎn)生深遠的影響。
生物醫(yī)學解決方案
2 .醫(yī)學模型分類與發(fā)展
隨著計算機模擬技術的發(fā)展和在醫(yī)學領域里的應用，醫(yī)學模擬教學由最初使用簡單的解剖示教模型逐漸發(fā)展為功能復雜的技能培訓模型。
2.1示教模型多為解剖模型（Basic AnatomicalModel），用來研究人體各器官組織間的關系，即人體各局部是由哪些骨、肌肉、血管、神經(jīng)及內臟組成，以及組成該局部的各器官間是以何種方式相互組合的。
2.2培訓模型主要包括：局部功能訓練模型、計算機 交互式訓練模型、虛擬現(xiàn)實和觸覺感知系統(tǒng)、生理驅動型模擬系統(tǒng)。
3. 計算機虛擬現(xiàn)實技術在臨床醫(yī)學教育中的應用
根據(jù)醫(yī)學模型分類和發(fā)展可以看出，隨著計算機 虛擬現(xiàn)實技術的不斷深入應用，各種功能強大的培訓模型不斷問世并趨于完善。培訓模型中計算機虛擬現(xiàn)實技術應用程度由低到高依次為，計算機交互式訓練 模型、虛擬現(xiàn)實和觸覺感知系統(tǒng)、生理驅動型模擬系統(tǒng)。
3.1 計算機交互式訓練模型計算機交互式訓練模型綜合了一部分單獨功能訓練，通過簡單的編輯各種病例，進行相關內容的教學和測試使學生得到一個完整醫(yī)學治療過程的訓練，同 時可以隨時控制過程進度和速度，并可以反復訓練， 是訓練學生的實踐能力和測試學生處理病例水平的有效途徑。
3.1.1 計算機交互式分娩及急救演示系統(tǒng)
包括產(chǎn)婦和新生兒兩個模型，產(chǎn)婦可以模擬產(chǎn)科分娩的全過程，可以控制每個產(chǎn)程的速度，模擬各種胎位，并在分娩后有模擬的臍帶和胎盤出現(xiàn)，非常真實地模擬生產(chǎn)的全過程。新生兒模型在“出生后”可 模擬各種新生兒常見疾病，如紫紺、黃疸，可以對其進行氣管插管，心外按壓等操作，并進行血壓和血氧的監(jiān)測。這些操作都是基于計算機軟件和周圍硬件的巧妙組合而實現(xiàn)的，但計算機本身不能判斷學生操作是否正確，只能由操作的老師進行評估。
3.1.2 高級成人護理模型
包括男女模型各一個，可進行常規(guī)各種護理模擬，包括各種心音，呻吟，嘔吐等，都可以根據(jù)Sim 生命模擬器進行情景編寫，可進行常規(guī)的操作，如口腔護理，導尿，插管，灌腸，引流，傷口護理等，這些操作正確與否，模型本身不能進行判斷，需要老師 進行人工控制。以上兩種計算機交互式模型可以說是半自動，需要培訓老師既要懂專業(yè)知識又要懂電腦， 操作起來比較復雜。
3.2虛擬現(xiàn)實和觸覺感知系統(tǒng)是培養(yǎng)專科醫(yī)生的高端技術模型，集先進的計算機技術、傳感與測量技術、仿真技術、微電子技術于一體，使學員與計算機模擬 的三維環(huán)境進行實時交互。在虛擬的診療環(huán)境中，通過計算機軟件與配套電子硬件載體的結合，模擬出集視覺、聽覺和觸覺為一體的醫(yī)學虛擬系統(tǒng)，并配有力 反饋技術（Haptic），更加逼真地模擬了診療環(huán)境， 加深了使用者對操作感覺的體會，如操作過程的突破 感和落空感。三種模擬器都是通過上述的技術，對各個專科的手術情景進行模擬。
3.2.1 支氣管纖維鏡模擬器能夠模擬真實阻力，手感，各種上下呼吸道的解剖結構，模擬病理狀態(tài)下的腫瘤，息肉等，可用于耳 鼻喉可，呼吸科等醫(yī)生培訓的首選，此外，還有新生兒困難氣道的插管，可用于產(chǎn)科和兒科的急救培訓。 北醫(yī)三院呼吸科已經(jīng)運用支氣管纖維鏡模擬器舉辦了培訓班，針對地年住院醫(yī)師進行培訓，模擬器所以操作、 手感都幾乎接近真實，圖像清晰，讓學員深刻體會了鏡子操作的動作要領。培訓方式：由副高及以上的醫(yī)生作為培訓老師，制定由淺入深的教學計劃送報教育處，根據(jù)每個人的實際情況，共對5名醫(yī)生進行培訓，采取一對一，手把手教學，練習，對每種操作的重點和難點進行反復練習，如模擬活檢取材，麻醉給藥，如同在真人身上練習一樣，效果非常好。
3.2.2 胃腸道內窺鏡診療模擬器可以練習使用胃鏡、腸鏡、乙狀結腸鏡等器械， 進行上下消化道檢查、內窺鏡逆行胰膽管造影 （ERCP ）、內鏡超聲（EUS ）等操作，還可以診治 息肉、潰瘍，處理突發(fā)性出血。可以擴展學員的解 剖、生理及病理等醫(yī)學知識，提高學員的手術技巧和 手術中對病情的判斷決策能力，使學員完全達到臨床手術要求。
3.2.3 腹腔鏡手術模擬器采用了人體解剖視覺重現(xiàn)和力反饋技術，使模擬器的畫面清晰、臟器逼真、器械真實，操作手感與臨床手術的相同。培訓不但可以擴展學員的解剖、生理及病理等醫(yī)學知識，還可以提高學員的手術技巧和手術中對病情的判斷決策能力。
各種模塊的主要功能有：基本操作模塊，在非解剖學結構設定下進行腹腔鏡基本操作訓練，練習基本技能，如：手眼協(xié)調、雙手合作、切割、電凝、鉗夾等；縫合模塊，可練習連續(xù)縫合、間斷縫合和不同的打結方法，可進行高難角度的進針和縫合練習；腹腔鏡膽囊切除術，解剖學結構設定下進行膽囊手術練 習，學習人體組織的牽扯力和反牽扯力的視覺變化（利用虛擬組織）；膽囊切除全套手術模塊，可進行獨立完整的膽囊切除手術，病人病例的膽道和動脈解剖位置會隨機變化，培養(yǎng)學員判斷病情能力，學習出現(xiàn)意外情況（比如換成開腹手術）及并發(fā)癥的處理方法；切口疝全套手術模塊，通過分離粘連組織更深刻了解切口疝的病理特點，選擇合適的修補布片， 并運用器械對病理組織進行固定縫合，了解手術中可能出現(xiàn)的并發(fā)癥及處理方法；訓練Roux-en-Y術、空腸吻合術以及胃空腸吻術等專業(yè)技術。
3.3 生理驅動型模擬統(tǒng)
3.3.1超級綜合模擬系統(tǒng)（Human Patien Simulator HPS）
HPS 集中應用各種高新尖端科學技術，可以真實模擬重癥患者各種生命體征，是目前最高端的醫(yī)學教 學模型，它能夠模擬人體真實的病理生理特征，模擬出各種臨床病歷，表現(xiàn)出符合臨床邏輯的體征，并通過模擬監(jiān)測顯示生理參數(shù)，對學生的治療措施做出實 時而真實的反應，從而能夠模擬臨床疾病演變的過程。因而既可以用于單一的技術操作訓練和理論講述，又可以鍛煉學生的綜合操作水平以及實際應對能 力。在國外已經(jīng)有很廣泛的應用，用于急救學、麻醉 學、外科學、內科學、藥理學的教學與考核等。HPS 可用于評估出醫(yī)學生理論與臨床技能綜合素質的高低。
3.3.1.1 HPS 在各個學科中可模擬的情景簡介
（1）麻醉學：可以連接真實的麻醉機，可使用氮氧化合物或揮發(fā)性麻醉藥物，模擬練習插入Swan- Ganz導管，并通過顯示器觀察對應的波形；拇指的反射性抽動，體現(xiàn)周圍神經(jīng)系統(tǒng)對與神經(jīng)肌肉類藥物的 反應；呼吸自主調節(jié)，保持co2的呼出比例 ，BIS監(jiān) 測系統(tǒng)，監(jiān)測在麻醉下的意識狀態(tài)；（2）急救醫(yī) 學、危重癥學：心臟按壓、氣管插管、呼吸機輔助呼吸；氣胸減壓、液胸引流治療并伴隨相應的病理生理反應；心包穿刺；張力性氣胸的處理，伴有明顯的體 征和病理生理性變化；除顫、起搏：可與真實急救設備相連接，并監(jiān)測相應的病理生理性的變化；可設置各種治療難度的氣道條件，可根據(jù)治療效果伴隨相應 的病理生理性變化，對于操作失誤，如氣管插管進入 左支氣管，或食管，模擬人將伴有相應的病理生理變 化；（3）內科學 ：HPS 具有呼吸內科、心內科、消 化內科、腎內科、神經(jīng)內科及代謝系統(tǒng)的功能，可表現(xiàn)這些系統(tǒng)的常見病、多發(fā)病及罕見病 H PS 可對所 給予的治療做出自發(fā)反應；（4）外科學：可模擬脾 破裂伴氣胸；胸部刺傷；硬膜下出血伴昏迷等常見外 科疾病；可進行多項外科常用操作練習：胸腔閉式引流，氣胸針刺減壓，腹腔診斷性穿刺，腹腔沖洗；（5）護理學：可連接真實的心電監(jiān)護儀器；胸導管留置的護理；運用標準導尿裝置，進行導尿；靜脈注 射手臂；可監(jiān)測PAP 、PAWP 、CVP 、心輸出量、動脈血壓等各種病理生理變化；（6）藥理學：H P S 有多種靜脈注射藥物的藥物動力學和藥效學的預置程序，可在H PS 身上疊加給藥。HPS 可識別操作者給予 的各種藥物及其濃度、劑量，對操作者非必須不正確 的給藥，HPS 會自動地做出相應的反應，同樣對劑量 過量或過低也會做出反應 ；藥理學編輯器允許設定 第一、第二、第三級別的藥物代謝動力學模式；可根據(jù)心血管、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等反應調整藥物代謝動力學參數(shù)；可以觀察各種監(jiān)測儀器中的各項指標，如藥物的濃度--時間曲線。
3.3.1.2 HPS 病例情景在教學中的應用。例如在北醫(yī)三院臨床技能示教比賽中，編寫了急性冠脈綜合征和氣胸兩個病例，先請有豐富臨床經(jīng)驗 的專科醫(yī)生設計病例，然后編寫計算機程序并調試，力求最接近真實情景，并配有其它的模擬手段（各種相關的實驗室檢查結果,X線、閉式引流、靜脈點滴 等），并且編寫了患者的主訴，通過無線麥克風讓專人在后臺訴說，與醫(yī)生進行雙向交流，如果患者意識還清醒的時候醫(yī)生要進行電除顫，患者就會驚叫 “醫(yī)生，你要干什么？”只有給了足夠的鎮(zhèn)定劑后， 患者才會安靜下來。比賽中，每個科室的兩名醫(yī)生共同搶救模擬的急診病人。許多臨床的搶救操作都能在 H PS 上進行，包括心肺復蘇，氣管插管，電除顫，氣 胸的穿刺和閉式引流等，并且在操作后模擬人會有相 應的變化。在模擬的病例中，我們還注重培養(yǎng)醫(yī)生其 它的重要素質，包括團隊協(xié)作精神，和病人溝通的能 力等，如果醫(yī)生在患者主訴的時候不理會而只是做檢查和看報告，我們的患者就會很不滿的說一句“大 夫，你怎么不理我啊，我到底哪里有問題？”之類的 話，評委在評分的時候也會有所記錄。整個過程都會 有視屏記錄，讓參賽的醫(yī)生可以事后觀看，了解自己的不足。現(xiàn)場的評委非常認真地評估每組選手的操作，并在搶救結束后給予點評，指出缺點和不足。通過參加模擬病例急救，每位選手都獲益非淺，為以后 的臨床工作積累了重要的經(jīng)驗。
3.3.2 高級綜合模擬訓練系統(tǒng)（Emergency Care Simulator，ECS）
ECS 是HPS 的簡化版本，除了沒有識別呼吸成分氣體、麻醉氣體、實時給藥操作和瞳孔對光發(fā)射等功能外，其它功能都大致相同，操作軟件平臺也是相同 的，ECS 側重于危重急救病例，模型組裝和攜帶比較便攜，可以在野外等地方進行使用，可以說ECS 是 HPS 的簡化便攜版本。
4.討論
應用虛擬現(xiàn)實技術的培訓模型是一種新穎的教學方 法，能為醫(yī)學生在校早期接觸臨床提供機會和條件，可以提高醫(yī)學生臨床技能操作能力，臨床綜合診斷思維能力，還可以激發(fā)醫(yī)學生的學習熱情和潛力，使他們能夠 運用臨床理論知識較快地掌握臨床診療實踐規(guī)律，還有利于學生職業(yè)道德和行為規(guī)范的養(yǎng)成。近幾年，虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學教育中的運用受到了廣泛的關注，特別是西方各國的醫(yī)學院校，相繼建立了臨床技能中心，使用各種模擬設備對學生、專業(yè)人員進行培訓。隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展以及醫(yī)學教育環(huán)境的不斷變化，虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學教育中的作用顯得越來越重要，尤其在提高病人的安全性、培養(yǎng)學生能力感與自信心、教育標準化與規(guī)范化等方面顯示出了巨大的優(yōu)勢。我國的醫(yī)學教育也逐漸向模擬培訓發(fā)展，取得了明顯的效果，國內各大醫(yī)學院校都紛紛投巨資建設模擬技能培訓中心，如北京宣武醫(yī)院，北大醫(yī)院，北醫(yī)三院，中山醫(yī)科大學，西南醫(yī)院，華西醫(yī)科大學等。 模擬醫(yī)學技術可以解決目前醫(yī)學教育中存在的一些問題，尤其是虛擬現(xiàn)實技術能顯著提高醫(yī)學教學水平，并可以做到客觀化考核，但是模擬技術包括虛擬現(xiàn)實技術永遠不可能代替真正的臨床實踐，它只是醫(yī)學生接觸真實病人之前的過渡性培訓。我們應該把虛擬現(xiàn)實技術和其它的教育模式有機結合起來，互相補充，讓醫(yī)學教育模式和方法更加完美。
