Virtual reality in residents training
Review Article

住院医师培训中的虚拟现实

Mildred Vanessa López Cabrera, Jorge Eugenio Valdez García

Tecnologico de Monterrey, Escuela de Medicina y Ciencias de la Salud, Monterrey, Nuevo León, México

Contributions: (I) Conception and design: All authors; (II) Administrative support: None; (III) Provision of study materials or patients: None; (IV) Collection and assembly of data: None; (V) Data analysis and interpretation: None; (VI) Manuscript writing: All authors; (VII) Final approval of manuscript: All authors.

Correspondence to: Mildred Vanessa López Cabrera. Tecnologico de Monterrey, Escuela de Medicina y Ciencias de la Salud, Ave. Morones Prieto No. 3000 Pte. Col. Los Doctores. CCPP: 64710, Monterrey, Nuevo León, México. Email: mildredlopez@tec.mx.

摘要：住院医师的培养具有很强的竞争性，需要培养技术技能、态度和人际交往能力等均达到所申明的绩效标准的称职医生。模拟仿真和科学技术在医学教育中的应用已大大增加。尤其是在眼科领域，使用的模拟器械有：动物或尸体的活体模型、人体模型、湿实验室、模拟病人、部分任务痣、激光或手术模型，以及最近的虚拟现实技术（VR）。VR 将人置于一个具有特定自我定位感的模拟环境中，参与者在其中与环境中的物体进行交互。VR教学是指利用技术和结构可视化方面的可用资源，提高医学生、住院医师和医生在专业持续发展中的教育体验。几位作者强调了使用这些工具评估学员的好处，他们认为这种模式的关键贡献在于持续性评估。相比于对学生的成绩进行评估和打分，VR提供了获取技能的强大体验。结论是需要开展研究，以记录其对知识、技能、行为以及与患者相关预后的影响。

关键词：虚拟现实（VR）；眼科培训；教育技术；教育创新

Received: 05 June 2019; Accepted: 30 July 2019; Published: 20 August 2019.

doi: 10.21037/aes.2019.08.01

眼科训练

住院医师的培养具有很强的竞争性，需要培养技术技能、态度和人际交往能力等均达到所申明的绩效标准的称职医生[1]。研究报告称，通过提高技能发展，普通外科手术中30%～50%的主要并发症是可以避免的[2]。

任何住院医师培养计划的目标都阐述了三种需求：对患者的最佳护理、尊重雇用者和社会的需求以及促进工作满意度[3]。这种对患者预后的责任有助于评估培养计划中的能力。患者的最佳护理取决于外科技能的掌握程度，而掌握外科技能可能比掌握基本运动技能更为复杂[2]。

Sadideen等人[2]描述了住院医师的技能领域，例如：心理运动技能、记忆和深度学习。加拿大皇家内外科医学生院[4]推荐CanMeds模型，该模型确定并描述了医生满足其服务公众的健康需求所需的技能。他们描述了七种职能：医学专家、沟通者、合作者、领导者、倡导者、学者和专家。除了职能以外，加拿大皇家内外科医学生院还建立了可委托的专业活动（EPA）。该参考框架将传统的理论能力模型转化为医疗实践的真实情景，其中任务的定义特定于某个领域、专科或亚专科[5]。

传统上，培养模式基于监督结构，医学生向初级住院医师报告，后者向高级住院医师报告，再后者向主治医师报告。这种模式要求学生获得技能和独立性，直到他们逐渐能够对患者负责。虽然理想情况下，培养应该为所有学生提供足够的实践机会，但这受到时间和资源的限制[6]。

根据Valdez García和Uscanga[7]，在临床环境中的学习受到临床护理领域几个变化的高度影响，例如患者减少、成本优化和住院时间缩短。医学专业应该适应这些变化，他们必须重新调整工作方向，让医生在住院医师期间就做好准备。

模拟仿真和科学技术在医学教育中的应用已大大增加。Ting等人[8]认为，这是由于正式研究记录了它对知识、技能和行为的影响，有些研究甚至能够将它与患者相关预后联系起来。特别是在眼科，使用的模拟器有：动物或尸体的活体模型、人体模型、湿实验室、模拟病人、部分任务痔、激光或手术模型，以及最近的虚拟现实技术（VR）。

VR

“VR”一词最初是Garb在1987年发明的，当时它指的是通过符号或数字来表现或模拟世界[9]。VR被定义为一种替代环境，由场景和对象组成，这些场景和对象取代了现实，通常用耳机和面罩附件再现这些沉浸式环境。因此，构成VR设置的元素包括：

  • 模拟环境；
  • 谷歌和耳机显示器；
  • 软件。

根据Sherman和Craig[10]的说法，这种沉浸可以通过两种方式发生：心理和感官，以便通过补充场景的设备和传感器的使用来创造个人体验。Choi等人[9]确信这种沉浸感必须提供一种虚拟世界的幻觉，用户控制着虚拟环境的视图和视角以进行交互，而沉浸感提供的幻觉为用户的交互作出回馈反应。

Psotka[11]认为VR将一个人置于具有特定自我定位感的模拟环境中，参与者可以在其中移动头部并探索它，可以感觉到他或她周围的空间，并可以与环境中的物体互动。然后，这些物体必须有一种真实的感觉，能够被拾起、碰撞、听到或探索，就像感觉与它们真实互动一样自然。这些接触规则会使触觉反应发展，从而与环境相互作用。近年来，这项技术带来了新的教育应用和学习环境[12]。Helsel[13]甚至说，虚拟现实让教育者扮演神的角色，用教育乌托邦创造新的现实和神奇的世界。Psotka[11]认为，VR与之前所有技术的区别在于沉浸感本身创造的即时感。通过头部和眼睛的运动产生的存在感支持了基于积极学习方法和创新环境的课程开发。

这种创新经验有可能使建立在理论知识基础上的抽象教育学理念转变为更具经验的视觉表现。Psotka[11]强调VR对教育的有效性在于将技能转移到现实世界。

刚开始时，由于必须拥有专门的设备，技术成本很高，而且很少开发教育的具体应用。最近，不同的公司开发了针对特定临床技能培训和实践的服务及解决方案。

将这些环境用于可视化和培训，可以为学生提供解剖结构的视图和空间结构的理解，以及激发参与者的投入和动力[14]。培训计划越来越多地纳入了技术资源的使用，学生们认为虚拟现实在教育中的应用是一种愉快和刺激的体验。一些研究报告了对学生动力或热情的直接影响，然而，很明显，技术本身的使用不会对学生的学习产生影响。教育工作者应根据教学设计原则和指导方针，以一种基于学术成果的新颖方式开发和应用VR模型。在工程领域，一些研究评估了理解、感知和描述空间关系以及与相邻结构和物体的投影对能力发展的影响[15]。

在医学领域，一些作者评估了三维可视化技术对解剖学教学或器官分割的影响[16]。其他研究表明，使用先进的腹腔镜模拟器进行外科教育和培训有积极作用[17]。

特别是在眼科住院医师培训中，高保真VR模拟越来越受欢迎，因为大学和医院正在寻找新的方法，在保证患者安全的同时培训住院医师[18]。在这种受控环境中，学生能够个性化他们的培训并定义自己的学习目标。

Khalifa等人[19]认为，尽管VR模型推动了外科项目中的培训，但仍难以找到培训中技能所获得的可行方法的评估和记录。Li等人[20]认为，由于缺乏证据，VR模型成为眼科培训项目中重要教学模式的潜力被遮蔽。

眼科训练用VR模拟器

VR教学是指利用技术和结构可视化方面的可用资源来提高医学生、住院医师和医生在专业持续发展计划中的教育体验。多项研究分析了设计由 VR 体验支持的培训计划的益处。

Sikder等人[21]对涉及VR用于眼科培训的研究进行了综述。确定了三种虚拟现实手术模拟器：VRmagic开发者的“EyesiVR模拟器”、沉浸式触摸（Immersive touch）公司的“沉浸式模拟（Immersive Sim）”和梅勒特医疗公司的“超声乳化（the PhacoVision）”。这些手术模拟器已开发出以下模型：抗震颤、镊子、撕囊、液压操作、超声乳化、超声乳化白内障吸除术、导航、破裂和切割。撕囊术和超声乳化术被认为是学员在最初被培养成新白内障外科医生的过程中，技能学习的步骤里最难掌握的一项[22]。

尽管作者同意虚拟模拟器是一种安全有效的评估表现的工具，但研究只包括一小部分参与者，样本从12-35名学生不等[21]。新的研究将包括对受训人员的纵向评估，以跟踪他们在项目中的进展，以及更多的人使用更广泛的统计数据来支持研究结果。但更重要的是，这些研究应集中于证明对显著降低并发症发生率的影响，因为这些项目的成本和收益仍不确定[18]。

EyesiVR模拟器

它是一款高端模拟器，可提供逼真的仪器和栩栩如生的组织行为。它们有几个模块，一个专门用于白内障，另一个用于玻璃体视网膜手术。白内障模块分为入门、初学者、中级和高级课程。介绍性材料侧重于前房导航、囊内导航、双手导航和仪器操作。初级课程侧重于导航和仪器、撕囊术、囊内组织、停止和切割以及 IOL 插入。中级课程涵盖撕囊术、分治术、复制、冲洗/抽吸和环面人工晶状体。高级模块侧重于囊袋撕裂、异常撕裂、弱小带和袋囊、白内障、囊斑和各种病例[23]。

玻璃体视网膜手术培训分为入门、初学者和高级课程。介绍由导航和仪器、非惯用手和双手导航组成。初级课程由导航与仪器、非惯用手、双手导航、后玻璃体脱离、视网膜前膜、内界膜组成。进阶课程包括导航与仪器、后玻璃体脱离、视网膜前膜、内界膜、视网膜脱离、非惯用手。

该模拟器的一个不同之处是它为学员提供即时反馈。他们收到的评分表是一份详细的表现分析，重点介绍了仪器和显微镜操作、手术效率和组织处理。分数以 1 - 100 的等级呈现，并提供学生表演视频的回放和延时。生成的视频可以导出到 USB 闪存驱动器，供学生或教师分析。

沉浸式模拟（Immersive Sim）

“沉浸式模拟（Immersive Sim）”团队开发了几个培训解决方案以供实施，同时也将应用于手术规划。他们在他们的平台中集成了AR和VR仿真的使用。通过使用专用眼镜，用户可以与3D环境交互。他们的设计与HTC Vive和Oculus系统兼容，他们还添加了触笔，以复制使用各种手术工具的感觉[24]。

该模拟器的优点之一是虚拟头戴设备和仪器可调，并提供触觉响应[21]。

超声乳化（the PhacoVision）

“超声乳化（the PhacoVision）”该模拟器由Melerit开发，提供了使用超声乳化方法进行白内障手术的培训模块，包括撕囊和超声乳化部分[25]。参与者与环境互动，其输入的动作复制在屏幕上，反映在晶状体、虹膜、囊膜和角膜模型中。用户通过硬件元素进行交互，这些硬件元素包含实际操作的仪器、显微镜和头戴设备。

通过学员的参与收集数据，并在每次课程结束时提供绩效信息。跟踪受训人员的进度，并在事后进行全面分析。

VR模拟器的研究与验证

Saleh等人[26]使用虚拟现实模拟器设计了眼科虚拟现实培训计划。他们的研究在Moorfields眼科医院进行，得到了模拟和技术增强学习计划（STeLI）、伦敦迪纳里眼科学院和国际眼科模拟论坛（IFOS）的支持。研究集中在18名受试者身上，他们完成了五项白内障特定任务和一般任务，进行了连续环形撕囊、破碎和削减、白内障导航、双手白内障训练、抗震颤。医生通过三次尝试来评估可重复性和可靠性。作者报告在第一次尝试时的得分没有显著差异，但他们能够证明评估足够敏感，足以区分某些程序的复杂性，例如在撕囊术中。为了验证这个结构，研究人员比较了新手组和高级手术组，随着他们经验的增加，他们的表现会更好。

Selvander和Asman[22]与资深专家和新学员一起使用VR模拟器进行白内障手术。使用模拟器中的视频剪辑记录每次参与，并使用经验证的仪器进行评估。他们用于评估的工具是白内障手术技能的客观结构化评估（OSACSS）和改良的手术技能客观评估（OSAT），两名经验丰富的白内障外科医生在模拟器中分析了视频表现。参与者在60分钟的时间内完成白内障模块：

  • 撕囊模块，学员将粘弹性材料注入前房，用囊切开术制作囊瓣，然后拉动囊瓣，用镊子进行撕囊；
  • 水力操作模块，学员对晶状体进行水力解剖，并移动晶状体核以证明解剖已完成；
  • 超声乳化分治模块，学员必须将晶状体核分成四个象限，并用超声乳化探头移除和乳化这些象限；
  • 操作模块，其中受训者必须将仪器的尖端保持在前房内移动的球体中，并移动白内障镊子以从透镜顶部拾取三角到前房中部的特殊区域。

la Cour等人[27]进行了一项关于白内障手术中VR培训后手术室表现的研究。他们要求参与者完成抽象和程序性任务。抽象任务包括用器械尖端瞄准囊内的物体，沿着囊上的环形路径，用镊子和其他两个器械收集前房内的物体。手术任务包括在中等硬度晶状体上进行连续曲线撕囊和超声乳化术，使用OSACSS测量技术性能。他们的研究结果表明，VR可以提高新手和中级外科医生在技术技能方面的手术表现。

结论

在不同的研究中，一个令人满意的结论是需要让参与者做好使用模拟器的准备，它并不特别适用于VR设置，但一般适用于医疗模拟。参与者可能会表现出紧张、焦虑或拒绝他们第一次接触的模拟或医疗程序本身[28]。

尽管作者强调了使用这些工具评估学员的一些好处，但他们认为这种模式的关键贡献在于持续性评估。虚拟现实提供了获取技能的强大体验，而不是对学生的成绩进行评估和打分。

Acknowledgments

Funding: None.

Footnote

Provenance and Peer Review: This article was commissioned by the Guest Editors (Ana Gabriela Palis and Jorge E. Valdez-García) for the series “Modern Teaching Techniques in Ophthalmology” published in Annals of Eye Science. The article has undergone external peer review.

Conflicts of Interest: Both authors have completed the ICMJE uniform disclosure form (available at http://dx.doi.org/10.21037/aes.2019.08.01). The series “Modern Teaching Techniques in Ophthalmology” was commissioned by the editorial office without any funding or sponsorship. JEVG served as the unpaid Guest Editor of the series. The authors have no other conflicts of interest to declare.

Ethical Statement: The authors are accountable for all aspects of the work in ensuring that questions related to the accuracy or integrity of any part of the work are appropriately investigated and resolved.

Open Access Statement: This is an Open Access article distributed in accordance with the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International License (CC BY-NC-ND 4.0), which permits the non-commercial replication and distribution of the article with the strict proviso that no changes or edits are made and the original work is properly cited (including links to both the formal publication through the relevant DOI and the license). See: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/.

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译者介绍
李伟
中山大学中山医学院。中山大学中山医学院临床医学八年制19级学生，目前跟从中山眼科中心全程导师刘臻臻老师学习。（更新时间：2021/8/25）

（本译文仅供学术交流，实际内容请以英文原文为准。）

doi: 10.21037/aes.2019.08.01
Cite this article as: López Cabrera MV, Valdez García JE. Virtual reality in residents training. Ann Eye Sci 2019;4:27.

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