虚拟现实联合模拟人教学模式在腰椎穿刺术技能培训中的应用

孙超，薛梦，2，颜镇洪，杨倩，常婷

目的 探讨虚拟现实（virtual reality，VR）联合模拟人教学模式在医学实习生腰椎穿刺术教学中的培训效果。

方法 选取空军军医大学第二附属医院轮转的医学本科实习生30名，随机将其分为VR组、模拟人组、VR联合模拟人组各10名。首先进行1个学时的理论教学，然后VR组进行2个学时的VR腰椎穿刺术培训，模拟人组进行2个学时的模拟人腰椎穿刺术培训，VR联合模拟人组各进行1个学时的VR和模拟人腰椎穿刺术培训。培训后评估腰椎穿刺术理论，并进行实践操作技能考核。通过问卷调查，收集学生对VR腰椎穿刺术培训的主观评价。

结果 培训后，VR联合模拟人组的理论成绩高于模拟人组[（80.4±5.0）分 vs.（69.5±9.0）分，P=0.005]，实践技能成绩高于模拟人组[（86.4±4.2）分 vs.（79.8±3.5）分，P=0.004]和VR组[（86.4±4.2）分 vs.（81.3±4.6）分，P=0.028]。调查问卷显示，90%左右的实习生认为VR腰椎穿刺术培训可以有效提高学习兴趣和实践能力。

结论 VR腰椎穿刺术培训可有效提高腰椎穿刺的教学效果，VR联合模拟人的教学效果优于单独VR或模拟人的教学模式。

腰椎穿刺术是神经内科常见的操作技能，对神经疾病的诊断和治疗具有重要的指导价值，也是神经内科实习生应掌握的实践技能。腰椎穿刺术具有解剖抽象、个体差异大和实践性强等特点，实习生只有明确腰椎局部解剖和经过大量练习后才能掌握腰椎穿刺术。因此腰椎穿刺术是神经内科对实习医师实践教学的重点和难点。

仿真模拟人教学采用橡胶模具从解剖结构上模仿患者，是腰椎穿刺术培训的经典教学模式。但模拟人教学模式存在一些弊端，如缺乏临床真实场景模拟、解剖结构不明晰、造价昂贵和易损耗等[1]。虚拟现实（virtual reality，VR）技术是通过计算机构造一个逼真的感觉世界，具有沉浸性、交互性以及构想性等特征[2-3]。研究发现，VR可以有效提高临床教学中学生的学习兴趣、熟练度和自信心[4-6]。在腰椎穿刺术培训中，研究发现VR或3D技术可以帮助学生掌握腰椎穿刺术理论和技能[7-8]。本研究进一步探索VR联合模拟人的教学效果，为腰椎穿刺术培训教学模式提供新的思路。

1 对象和方法

1.1 研究对象 前瞻性选取2023年3月于空军军医大学第二附属医院轮转的医学本科实习生30名。采用随机数字表法分为模拟人教学组、VR教学组和VR联合模拟人组各10名。所有学生在前期物理诊断的教学中已初步学习了腰椎穿刺的理论知识，但均未实际操作过。

1.2 教学方法 培训前，所有实习生先进行腰椎穿刺的理论成绩测试，然后进行腰椎穿刺理论授课，授课时长为1个学时（40 min）。按照预定分组进行实践培训。

1.2.1 模拟人组培训过程 模拟人组接受2个学时传统橡胶仿真模拟人的实践训练。橡胶仿真模拟人为弯腰抱膝位，背平面与床面垂直，配置腰椎穿刺包。实践老师在学生操作过程中进行指导和纠错。

1.2.2 VR组培训过程 VR组接受2个学时的VR培训。腰椎穿刺术虚拟仿真实训软件（VR版，V1.0）由空军军医大学第二附属医院神经内科与上海域圆信息科技有限公司共同合作开发。

VR模拟场景：利用3dmax、maya等建模技术将腰椎穿刺场景构建出来，包含治疗室、病房等场景，实习生利用VR头盔在虚拟场景中环顾四周进行环境查看，使用操作手柄拿取虚拟手术器械进行腰椎穿刺，穿刺过程中可透视查看椎骨、髂骨等骨性结构，直观进行椎间隙定位。可于虚拟场景中进行部位标记、局部麻醉、穿刺、测压、收集脑脊液以及术后处理等操作（图1）。

图1 腰椎穿刺术虚拟现实技术训练Figure 1 Virtual simulation training software for lumbar puncture

VR培训内容包括训练和考核两种操作模式。训练模式包含全程操作提示和智能纠错功能，考核模式全程无提示。训练与考核结束后均给予全面的操作评价，帮助学生实现自主训练和自主纠错。

操作步骤包括病例选择、准备步骤、定位、消毒、麻醉、穿刺、标本收集、术后处理和人文关怀等。首先学生判断对应不同的操作目的和禁忌证的病例，并选择是否需要进行腰椎穿刺操作，若存在禁忌证则需重新选择病例。准备步骤详细分解为环境准备、患者准备、操作者准备和物品准备，考察学生对基础知识的掌握情况。物品准备不仅包括所选物品是否正确，还包括对有效期判断和摆放区域无菌观念的考察。在定位和消毒步骤中，可使用标记笔在穿刺区域进行穿刺点的标记，系统智能判断标记点是否正确。利用鼠标模拟消毒棉球对穿刺点进行消毒，软件智能检测学生消毒方式与消毒结果是否正确。在麻醉步骤中，可使用鼠标控制注射器活塞柄，可看到注射器中麻醉剂剩余量，并评估是否在注射麻醉剂前回抽。使用方向盘进行穿刺进针角度和穿刺深度的调节。麻醉穿刺过程中可于剖面图中看到进针深度与穿刺组织等信息。穿刺步骤时，可使用方向盘进行穿刺进针角度和穿刺深度的调节。穿刺过程中软件提供剖面图效果，可于剖面图中看到进针角度、深度与解剖部位组织等信息。留取脑脊液步骤时，不同病例对应不同的积液颜色和抽液目标量。操作过程中需观察学生是否与患者交流和术后嘱咐等，从而考察学生的人文关怀能力。

操作完成后，软件从训练和考核两个角度对学生的操作全程进行评价，包括各步骤得分详情、各步骤错误情况和各步骤正确操作建议等内容。在整个过程中，由熟悉VR程序的老师进行技术指导。

1.2.3 VR联合模拟人组培训过程 VR联合模拟人组先接受VR教学培训（1个学时），后接受模拟人的培训（1个学时），操作步骤同上，共2个学时。

1.3 评价指标 3组在培训结束后进行理论考核和实践技能考核。理论考核包括腰椎穿刺术的适应证、禁忌证、并发症、易错步骤等客观题（满分100分）。实践考核采用经典的腰椎穿刺术考核量表评价，评分项目包括准备和定位、穿刺过程、人文关怀和无菌观念等（满分100分）。

满意度调查：对VR组和VR联合模拟人组的20名实习生，以及培训和考核后主动进行了VR腰椎穿刺术体验的7名模拟人组实习生进行满意度问卷调查。问卷内容包括学习兴趣提高和能力提高两方面的内容。每个条目含5个选项：非常同意（5分）、同意（4分）、不确定（3分）、不同意（2分）、非常不同意（1分），均为单选。

1.4 统计方法 使用SPSS 26.0软件进行统计分析。分类变量用例数和率（%）表示，组间比较采用Fisher精确检验。非正态分布的计量资料以M（Q1～Q3）表示，3组整体比较采用非参数检验；正态分布的计量资料用表示，3组整体比较采用单因素方差分析，两两比较采用最小显著差异法检验。采用双侧检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

共纳入30名实习生，年龄22～24岁，男性17名，女性13名。VR组中位年龄23.0（23.0～23.0）岁，女性5人（50%）；模拟人组中位年龄23.0（23.0～23.0）岁，女性4人（40%）；VR联合模拟人组中位年龄23.0（23.3～23.5）岁，女性4人（40%），3组的年龄和性别分布差异无统计学意义。

2.1 VR腰椎穿刺术培训对理论知识的影响 培训前3组腰椎穿刺术理论考核成绩的组间差异无统计学意义。培训后，3组理论成绩的整体差异有统计学意义（F=6.3，P=0.006），VR联合模拟人组成绩高于模拟人组（P=0.005），VR组成绩高于模拟人组（P=0.046）（表1）。

表1 3组考核成绩比较Table 1 Comparison of assessment results among the three groups

2.2 VR腰椎穿刺术培训对实践技能的影响 经过腰椎穿刺术技能培训后，3组技能考核成绩的组间差异具有统计学意义（F=6.9，P=0.004）。VR联合模拟人组的成绩高于模拟人组（P=0.004）和VR组（P=0.028）（表1）。

2.3 满意问卷调查结果 针对27名实习生的问卷调查结果显示，90%左右的实习生认为VR腰椎穿刺术培训能够提高学生的学习兴趣，包括积极性、主动性、专注力和自学能力等。此外，多数实习生认为VR腰椎穿刺术培训可以提高自身的腰椎穿刺临床技能（表2）。

表2 虚拟现实腰椎穿刺术培训的教学效果分析Table 2 Analysis of teaching effect of virtual reality lumbar puncture training

3 讨论

腰椎穿刺术是神经内科常见的诊疗技术，对神经系统疾病诊断和治疗有直接的指导作用。然而腰椎穿刺术具有很强的实践性与技巧性，如何在短期的神经内科实习阶段让学生掌握腰椎穿刺术是临床教学的一项重要任务。目前，腰椎穿刺术教学主要在仿真模拟人上进行训练。模拟人具有体表标志明显、可反复练习等特点，然而存在以下缺点，从而限制了其在临床中的应用。①缺乏临床场景模拟：模拟人基本无法体现出患者的生命体征和穿刺场景；②学习兴趣低：学生在操作过程中没有互动和纠错模式，主要依赖于学生的自觉性和老师的监督；③学习成本较高：仿真穿刺模拟人目前价格较高且易损耗，特别是穿刺部位的表面橡胶、突破构造和穿刺水等配件。因此模拟人穿刺教学具有内容程序化、临床思维局限化和单一化，训练过程缺乏整体性等缺点[9]。

VR具有非常显著的3D可视化效果、沉浸性和互动作用，可广泛用于医学场景的构建。本研究通过对理论知识进行考核发现，VR可有效提高实习生对腰椎穿刺术重点和难点的理解。相较于传统模拟人教学，本研究VR系统具有以下特点：①包含训练和考核两种操作模式，可帮助学生实现自主训练和自主纠错；②包含多个典型病例可供学生思考判断，不同的病例具有对应的适应证和禁忌证；③麻醉和穿刺过程均提供对应的解剖图，让学生能够直观地了解腰椎解剖结构；④包含术前、术后嘱咐等功能，可以培养和考察学生的人文关怀。

有研究发现，VR应用于口腔实践技能培训可显著提高学生的理论成绩和实践技能成绩。该研究还将VR联合模拟人组学生分为先进行VR培训后进行实践组（V-J）和先进行实践后进行VR培训组（J-V），其中V-J组的学生实践技能成绩更好[10]。此外，Zhang等[11]通过调查问卷发现，VR和模拟人联合训练可以有效提高学生的专注力、兴趣、知识掌握、临床技能、学习动力、与老师的互动性等。在本次教学研究中，实践考核成绩也提示联合训练可以获得更好的成绩。目前的VR仍不能完全代替模拟人，模拟人联合VR教学模式更有利于学生掌握腰椎穿刺术技能。

本研究的局限性：①样本量较小，后续可在多个区域和高等医学院校扩大教学研究规模；②VR培训程序仍有需要改进的方面，如有些按键操作比较复杂、系统不够成熟等；③VR的穿戴设备比较重，不适合长时间训练，且依赖于虚拟仿真教学实验室的支持。

目前由于技术和内容仍未完全成熟，VR尚不能完全替代模拟人腰椎穿刺术培训。本研究将VR联合模拟人教学模式应用于腰椎穿刺术培训，是VR在临床实践操作中的有益探索，并为实践教育模式提供了新思路和方向。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突。