隨著計算機(jī)模擬技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的教學(xué)方式不斷出現(xiàn)，繼多媒體、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(shí)技術(shù)（Virtual Reality ）。 虛擬現(xiàn)實(shí)是在計算機(jī)是模擬技術(shù)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(shí)技術(shù)是運(yùn)用計算機(jī)對現(xiàn)實(shí)情景進(jìn)行全面模擬的技術(shù)，由于它能夠高度逼真地模擬與現(xiàn)實(shí)情景類似的環(huán)境，讓學(xué)員獲得身臨其境的感覺和體會，從而收到滿意的教學(xué)效果。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已在醫(yī)學(xué)教育、航空航天、軍事訓(xùn)練等 許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在國外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已應(yīng)用于課堂教學(xué)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新的教學(xué)方式，它的出現(xiàn)無疑將對現(xiàn)代教育教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
生物醫(yī)學(xué)解決方案
2 .醫(yī)學(xué)模型分類與發(fā)展
隨著計算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展和在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里的應(yīng)用，醫(yī)學(xué)模擬教學(xué)由最初使用簡單的解剖示教模型逐漸發(fā)展為功能復(fù)雜的技能培訓(xùn)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(guān)系，即人體各局部是由哪些骨、肌肉、血管、神經(jīng)及內(nèi)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(xùn)模型主要包括：局部功能訓(xùn)練模型、計算機(jī) 交互式訓(xùn)練模型、虛擬現(xiàn)實(shí)和觸覺感知系統(tǒng)、生理驅(qū)動型模擬系統(tǒng)。
3. 計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用
根據(jù)醫(yī)學(xué)模型分類和發(fā)展可以看出，隨著計算機(jī) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，各種功能強(qiáng)大的培訓(xùn)模型不斷問世并趨于完善。培訓(xùn)模型中計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用程度由低到高依次為，計算機(jī)交互式訓(xùn)練 模型、虛擬現(xiàn)實(shí)和觸覺感知系統(tǒng)、生理驅(qū)動型模擬系統(tǒng)。
3.1 計算機(jī)交互式訓(xùn)練模型計算機(jī)交互式訓(xùn)練模型綜合了一部分單獨(dú)功能訓(xùn)練，通過簡單的編輯各種病例，進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)和測試使學(xué)生得到一個完整醫(yī)學(xué)治療過程的訓(xùn)練，同 時可以隨時控制過程進(jìn)度和速度，并可以反復(fù)訓(xùn)練， 是訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐能力和測試學(xué)生處理病例水平的有效途徑。
3.1.1 計算機(jī)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(shí)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(jìn)行氣管插管，心外按壓等操作，并進(jìn)行血壓和血氧的監(jiān)測。這些操作都是基于計算機(jī)軟件和周圍硬件的巧妙組合而實(shí)現(xiàn)的，但計算機(jī)本身不能判斷學(xué)生操作是否正確，只能由操作的老師進(jìn)行評估。
3.1.2 高級成人護(hù)理模型
包括男女模型各一個，可進(jìn)行常規(guī)各種護(hù)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(jìn)行情景編寫，可進(jìn)行常規(guī)的操作，如口腔護(hù)理，導(dǎo)尿，插管，灌腸，引流，傷口護(hù)理等，這些操作正確與否，模型本身不能進(jìn)行判斷，需要老師 進(jìn)行人工控制。以上兩種計算機(jī)交互式模型可以說是半自動，需要培訓(xùn)老師既要懂專業(yè)知識又要懂電腦， 操作起來比較復(fù)雜。
3.2虛擬現(xiàn)實(shí)和觸覺感知系統(tǒng)是培養(yǎng)?？漆t(yī)生的高端技術(shù)模型，集先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、仿真技術(shù)、微電子技術(shù)于一體，使學(xué)員與計算機(jī)模擬 的三維環(huán)境進(jìn)行實(shí)時交互。在虛擬的診療環(huán)境中，通過計算機(jī)軟件與配套電子硬件載體的結(jié)合，模擬出集視覺、聽覺和觸覺為一體的醫(yī)學(xué)虛擬系統(tǒng)，并配有力 反饋技術(shù)（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(shù)，對各個專科的手術(shù)情景進(jìn)行模擬。
3.2.1 支氣管纖維鏡模擬器能夠模擬真實(shí)阻力，手感，各種上下呼吸道的解剖結(jié)構(gòu)，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(xùn)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(xùn)。 北醫(yī)三院呼吸科已經(jīng)運(yùn)用支氣管纖維鏡模擬器舉辦了培訓(xùn)班，針對地年住院醫(yī)師進(jìn)行培訓(xùn)，模擬器所以操作、 手感都幾乎接近真實(shí)，圖像清晰，讓學(xué)員深刻體會了鏡子操作的動作要領(lǐng)。培訓(xùn)方式：由副高及以上的醫(yī)生作為培訓(xùn)老師，制定由淺入深的教學(xué)計劃送報教育處，根據(jù)每個人的實(shí)際情況，共對5名醫(yī)生進(jìn)行培訓(xùn)，采取一對一，手把手教學(xué)，練習(xí)，對每種操作的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，如模擬活檢取材，麻醉給藥，如同在真人身上練習(xí)一樣，效果非常好。
3.2.2 胃腸道內(nèi)窺鏡診療模擬器可以練習(xí)使用胃鏡、腸鏡、乙狀結(jié)腸鏡等器械， 進(jìn)行上下消化道檢查、內(nèi)窺鏡逆行胰膽管造影 （ERCP ）、內(nèi)鏡超聲（EUS ）等操作，還可以診治 息肉、潰瘍，處理突發(fā)性出血?？梢詳U(kuò)展學(xué)員的解 剖、生理及病理等醫(yī)學(xué)知識，提高學(xué)員的手術(shù)技巧和 手術(shù)中對病情的判斷決策能力，使學(xué)員完全達(dá)到臨床手術(shù)要求。
3.2.3 腹腔鏡手術(shù)模擬器采用了人體解剖視覺重現(xiàn)和力反饋技術(shù)，使模擬器的畫面清晰、臟器逼真、器械真實(shí)，操作手感與臨床手術(shù)的相同。培訓(xùn)不但可以擴(kuò)展學(xué)員的解剖、生理及病理等醫(yī)學(xué)知識，還可以提高學(xué)員的手術(shù)技巧和手術(shù)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(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)定下進(jìn)行腹腔鏡基本操作訓(xùn)練，練習(xí)基本技能，如：手眼協(xié)調(diào)、雙手合作、切割、電凝、鉗夾等；縫合模塊，可練習(xí)連續(xù)縫合、間斷縫合和不同的打結(jié)方法，可進(jìn)行高難角度的進(jìn)針和縫合練習(xí)；腹腔鏡膽囊切除術(shù)，解剖學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)定下進(jìn)行膽囊手術(shù)練 習(xí)，學(xué)習(xí)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(shù)模塊，可進(jìn)行獨(dú)立完整的膽囊切除手術(shù)，病人病例的膽道和動脈解剖位置會隨機(jī)變化，培養(yǎng)學(xué)員判斷病情能力，學(xué)習(xí)出現(xiàn)意外情況（比如換成開腹手術(shù)）及并發(fā)癥的處理方法；切口疝全套手術(shù)模塊，通過分離粘連組織更深刻了解切口疝的病理特點(diǎn)，選擇合適的修補(bǔ)布片， 并運(yùn)用器械對病理組織進(jìn)行固定縫合，了解手術(shù)中可能出現(xiàn)的并發(fā)癥及處理方法；訓(xùn)練Roux-en-Y術(shù)、空腸吻合術(shù)以及胃空腸吻術(shù)等專業(yè)技術(shù)。
3.3 生理驅(qū)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(yīng)用各種高新尖端科學(xué)技術(shù)，可以真實(shí)模擬重癥患者各種生命體征，是目前最高端的醫(yī)學(xué)教 學(xué)模型，它能夠模擬人體真實(shí)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(xué)生的治療措施做出實(shí) 時而真實(shí)的反應(yīng)，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(shù)操作訓(xùn)練和理論講述，又可以鍛煉學(xué)生的綜合操作水平以及實(shí)際應(yīng)對能 力。在國外已經(jīng)有很廣泛的應(yīng)用，用于急救學(xué)、麻醉 學(xué)、外科學(xué)、內(nèi)科學(xué)、藥理學(xué)的教學(xué)與考核等。HPS 可用于評估出醫(yī)學(xué)生理論與臨床技能綜合素質(zhì)的高低。
3.3.1.1 HPS 在各個學(xué)科中可模擬的情景簡介
（1）麻醉學(xué)：可以連接真實(shí)的麻醉機(jī)，可使用氮氧化合物或揮發(fā)性麻醉藥物，模擬練習(xí)插入Swan- Ganz導(dǎo)管，并通過顯示器觀察對應(yīng)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(yīng)；呼吸自主調(diào)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(xué)、危重癥學(xué)：心臟按壓、氣管插管、呼吸機(jī)輔助呼吸；氣胸減壓、液胸引流治療并伴隨相應(yīng)的病理生理反應(yīng)；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(shí)急救設(shè)備相連接，并監(jiān)測相應(yīng)的病理生理性的變化；可設(shè)置各種治療難度的氣道條件，可根據(jù)治療效果伴隨相應(yīng) 的病理生理性變化，對于操作失誤，如氣管插管進(jìn)入 左支氣管，或食管，模擬人將伴有相應(yīng)的病理生理變 化；（3）內(nèi)科學(xué) ：HPS 具有呼吸內(nèi)科、心內(nèi)科、消 化內(nèi)科、腎內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)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(yīng)；（4）外科學(xué)：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(jìn)行多項(xiàng)外科常用操作練習(xí)：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(hù)理學(xué)：可連接真實(shí)的心電監(jiān)護(hù)儀器；胸導(dǎo)管留置的護(hù)理；運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)尿裝置，進(jìn)行導(dǎo)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(xué)：H P S 有多種靜脈注射藥物的藥物動力學(xué)和藥效學(xué)的預(yù)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(yīng)的反應(yīng)，同樣對劑量 過量或過低也會做出反應(yīng) ；藥理學(xué)編輯器允許設(shè)定 第一、第二、第三級別的藥物代謝動力學(xué)模式；可根據(jù)心血管、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等反應(yīng)調(diào)整藥物代謝動力學(xué)參數(shù)；可以觀察各種監(jiān)測儀器中的各項(xiàng)指標(biāo)，如藥物的濃度--時間曲線。
3.3.1.2 HPS 病例情景在教學(xué)中的應(yīng)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(yàn) 的專科醫(yī)生設(shè)計病例，然后編寫計算機(jī)程序并調(diào)試，力求最接近真實(shí)情景，并配有其它的模擬手段（各種相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果,X線、閉式引流、靜脈點(diǎn)滴 等），并且編寫了患者的主訴，通過無線麥克風(fēng)讓專人在后臺訴說，與醫(yī)生進(jìn)行雙向交流，如果患者意識還清醒的時候醫(yī)生要進(jìn)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(jìn)行，包括心肺復(fù)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(yīng)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(zhì)，包括團(tuán)隊(duì)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(rèn)真地評估每組選手的操作，并在搶救結(jié)束后給予點(diǎn)評，指出缺點(diǎn)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(yàn)。
3.3.2 高級綜合模擬訓(xùn)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(shí)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(cè)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(jìn)行使用，可以說ECS 是 HPS 的簡化便攜版本。
4.討論
應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的培訓(xùn)模型是一種新穎的教學(xué)方 法，能為醫(yī)學(xué)生在校早期接觸臨床提供機(jī)會和條件，可以提高醫(yī)學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和潛力，使他們能夠 運(yùn)用臨床理論知識較快地掌握臨床診療實(shí)踐規(guī)律，還有利于學(xué)生職業(yè)道德和行為規(guī)范的養(yǎng)成。近幾年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的運(yùn)用受到了廣泛的關(guān)注，特別是西方各國的醫(yī)學(xué)院校，相繼建立了臨床技能中心，使用各種模擬設(shè)備對學(xué)生、專業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展以及醫(yī)學(xué)教育環(huán)境的不斷變化，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)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(xué)生能力感與自信心、教育標(biāo)準(zhǔn)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(xué)教育也逐漸向模擬培訓(xùn)發(fā)展，取得了明顯的效果，國內(nèi)各大醫(yī)學(xué)院校都紛紛投巨資建設(shè)模擬技能培訓(xùn)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(xué)，西南醫(yī)院，華西醫(yī)科大學(xué)等。 模擬醫(yī)學(xué)技術(shù)可以解決目前醫(yī)學(xué)教育中存在的一些問題，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能顯著提高醫(yī)學(xué)教學(xué)水平，并可以做到客觀化考核，但是模擬技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)永遠(yuǎn)不可能代替真正的臨床實(shí)踐，它只是醫(yī)學(xué)生接觸真實(shí)病人之前的過渡性培訓(xùn)。我們應(yīng)該把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和其它的教育模式有機(jī)結(jié)合起來，互相補(bǔ)充，讓醫(yī)學(xué)教育模式和方法更加完美。
