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虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在護(hù)理教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展

1956年美國研制出Sensorama摩托車仿真器，拉開了虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality,VR)技術(shù)的歷史序幕；20世紀(jì)80年代初正式提出VR一詞；20世紀(jì)90年代后期，VR技術(shù)從研究階段轉(zhuǎn)向應(yīng)用階段，被逐漸應(yīng)用于軍事、醫(yī)學(xué)、設(shè)計、藝術(shù)、房地產(chǎn)等諸多領(lǐng)域，給社會帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)入VR技術(shù)全面發(fā)展時期[1]。VR技術(shù)涉及計算機(jī)圖形、傳感器技術(shù)、動力學(xué)、光學(xué)及社會心理學(xué)等眾多學(xué)科，是借助必要的裝備實(shí)現(xiàn)人與虛擬環(huán)境之間的信息轉(zhuǎn)換、交互[1,2]?；赩R技術(shù)的可操作性、真實(shí)性、可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)，VR技術(shù)逐漸引起了護(hù)理學(xué)者尤其是護(hù)理教育學(xué)者的關(guān)注和重視，現(xiàn)就VR技術(shù)在護(hù)理教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀綜述如下。

1VR技術(shù)的概況

1.1基本概念虛擬現(xiàn)實(shí)又稱“靈境技術(shù)”“虛擬環(huán)境”“賽伯空間”，是一種具有人機(jī)交互特征的人機(jī)界面(人機(jī)交互方式)，采用以計算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相互影響，用戶看到的是全彩色主題景象，聽到的是虛擬環(huán)境中的音響，手或腳能感受到虛擬環(huán)境反饋的作用力，從而產(chǎn)生等同于親臨真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)[1]。必要的設(shè)備包括數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器及數(shù)據(jù)衣等，用戶使用移動設(shè)備后，轉(zhuǎn)動頭部時虛擬環(huán)境中的圖像實(shí)時跟隨變化，虛擬環(huán)境中的物體可以隨用戶手勢改變而移動。

1.2基本特征VR系統(tǒng)具有沉浸感、交互性及想象力3個本質(zhì)特征[2]，沉浸感與交互性是決定一個系統(tǒng)是否屬于VR系統(tǒng)的關(guān)鍵特征。沉浸感指用戶通過多種方式沉浸在虛擬環(huán)境中，有身臨其境的感覺；交互性指用戶與虛擬環(huán)境的相互作用，計算機(jī)根據(jù)用戶的頭、眼及軀體運(yùn)動調(diào)整呈現(xiàn)的圖像及聲音，用戶通過身體運(yùn)動或動作來觀察、操作虛擬環(huán)境中的對象；想象力指用戶沉浸于虛擬環(huán)境中產(chǎn)生新的想象，獲取新的知識，提高用戶的感性和理性認(rèn)識。

1.3系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù)VR系統(tǒng)基本組成主要包括用戶、傳感器、效果產(chǎn)生器及實(shí)景仿真器，其關(guān)鍵技術(shù)為實(shí)物虛化、虛物實(shí)化及包括基本模型構(gòu)建技術(shù)、空間跟蹤技術(shù)、聲音跟蹤技術(shù)、視覺跟蹤技術(shù)、視覺跟蹤與視點(diǎn)感應(yīng)技術(shù)等的高性能計算處理技術(shù)[1,2]。

1.4分類

1.4.1桌面型VR系統(tǒng)是以計算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬環(huán)境的窗口，用戶使用鼠標(biāo)、追蹤球及力矩球與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，此類系統(tǒng)缺乏類似頭盔顯示器的沉浸效果，但成本低、易于實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)80年代美國利用VR技術(shù)構(gòu)建了虛擬臨床瀏覽(virtual clinical excursions,VCE)[3]，包括電子病歷、護(hù)理記錄、醫(yī)囑、特殊檢查結(jié)果等內(nèi)容，涵蓋了內(nèi)科、外科、婦產(chǎn)科、兒科護(hù)理學(xué)等多門課程，應(yīng)用于護(hù)理教育及考核中，幫助學(xué)生熟悉日常護(hù)理工作，能夠提高臨床判斷和批判性思維能力。臺北榮總醫(yī)院應(yīng)用Hybrid VR系統(tǒng)創(chuàng)建了Port-A Cath注射VRS情景教學(xué)模式，應(yīng)用于毫無臨床經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者，相較于傳統(tǒng)教學(xué)模式，該模式顯著提高護(hù)生的理論知識得分和臨床技能，并顯著降低護(hù)生操作時的恐懼心理[4]。

1.4.2沉浸型VR系統(tǒng)使用頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等傳感跟蹤裝置與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，此類系統(tǒng)具有高度的實(shí)時性、沉浸感、并行處理能力和良好的系統(tǒng)整合性，但設(shè)備價格昂貴，難以普及和推廣。德國漢堡大學(xué)Eppendorf醫(yī)學(xué)院利用VHP成像建立了VOXEL-MAN 3D-Navigator虛擬人體系統(tǒng)，頭盔顯示器能形象、逼真地顯示人體各解剖結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造及其功能[5,6]。

1.4.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性VR系統(tǒng)此系統(tǒng)不需要把用戶與真實(shí)世界隔離，用戶利用虛擬系統(tǒng)來增強(qiáng)對真實(shí)環(huán)境中無法感知或不方便的感受。新加坡國立醫(yī)院應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)虛擬系統(tǒng)在神經(jīng)外科手術(shù)中能讓醫(yī)生直接透視腫瘤周邊的復(fù)雜結(jié)構(gòu)從而順利切除腫瘤[7]。

1.4.4分布式VR系統(tǒng)多個用戶通過網(wǎng)絡(luò)同時對同一個虛擬環(huán)境進(jìn)行觀察和操作，例如身處異地的醫(yī)科學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)對虛擬手術(shù)室中的病人進(jìn)行外科手術(shù)[1]。

2VR技術(shù)在護(hù)理教育中的應(yīng)用

2.1理論教育護(hù)理院校一般以教科書為基礎(chǔ)，以掛圖、標(biāo)本及多媒體輔助的課堂講授形式進(jìn)行理論教學(xué)。絕大多數(shù)學(xué)生感覺理論課程，尤其是包括人體解剖學(xué)、生理學(xué)、診斷學(xué)、病理生理學(xué)等醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)枯燥、不易理解、不易記憶，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。理論課程是護(hù)士將知識轉(zhuǎn)化為臨床護(hù)理能力的有力保障，是護(hù)理教學(xué)中必不可少的一部分，為提高理論課程的教學(xué)效果，護(hù)理教育者引入了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。西安醫(yī)學(xué)院在護(hù)理學(xué)專業(yè)病理生理學(xué)教學(xué)中應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言(virtual reality modeling language,VRML)技術(shù)[8]，利用臨床中拍攝的彌散性血管內(nèi)凝血(DIC)各個角度的照片，通過VRML技術(shù)提供的簡單幾何形體的建模方法來編程、建立起三維模型，把處理好的照片導(dǎo)入其中，即可建立DIC三維模型的圖片或視頻，實(shí)現(xiàn)三維立體展示，便于學(xué)生將DIC這種抽象的概念具體化、形象、直觀。長春中醫(yī)藥大學(xué)引進(jìn)了美國國家醫(yī)學(xué)圖書館的可視人體計劃(VHP)三維數(shù)字化可視人體工程，構(gòu)建了全數(shù)字化的虛擬可視人體三維解剖模型，清晰地顯示解剖細(xì)微結(jié)構(gòu)，以臨床專業(yè)的一個班級為試點(diǎn)進(jìn)行人體解剖學(xué)的教學(xué)，與臨床、針灸、推拿等專業(yè)結(jié)合開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，認(rèn)為該解剖模型可廣泛應(yīng)用于數(shù)字化解剖學(xué)的教學(xué)，但文獻(xiàn)中未詳細(xì)描述教學(xué)中應(yīng)用模型的方法，未與傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)效果對比[9]。泰山醫(yī)學(xué)院護(hù)理學(xué)院組建了跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，根據(jù)美國內(nèi)外科護(hù)理虛擬臨床瀏覽教材及其軟件，結(jié)合我國臨床和護(hù)理教育特點(diǎn)，采用VR技術(shù)，經(jīng)過2年多時間，開發(fā)了一款“外科護(hù)理虛擬臨床病例軟件”。軟件的首頁畫面以醫(yī)院虛擬外科病房樓為背景，設(shè)置普外科、泌尿外科、胸外科、骨科、神經(jīng)外科5個虛擬外科科室，點(diǎn)擊科室進(jìn)入科室的護(hù)士站，選擇病例，軟件包括乳腺癌、胃癌、膀胱癌、肺癌、腰椎骨折及顱腦外傷6個典型病例，每個病例以治療和護(hù)理程序?yàn)橹骶€，包括手術(shù)前、手術(shù)中、手術(shù)后3個模塊，內(nèi)容涉及生理、流行病學(xué)特征、臨床表現(xiàn)、診斷、治療及護(hù)理等方面，其中重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容有照片、錄像、動畫展示以幫助理解。該軟件經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，得到了外科醫(yī)生、護(hù)理專家、信息工程技術(shù)教育專家和護(hù)理專業(yè)師生的一致好評，認(rèn)為軟件包含了教學(xué)目標(biāo)的知識點(diǎn)，信息量大，操作方便，縮小學(xué)生理論學(xué)習(xí)與臨床實(shí)踐的差距，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、批判性思維能力及分析解決問題的能力[10,11]。上海市立達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院護(hù)理與健康學(xué)院設(shè)計開發(fā)了“虛擬病人PBL”軟件，軟件構(gòu)建了1型糖尿病、慢性阻塞性肺疾病及風(fēng)濕性心臟病3個虛擬病例，在教學(xué)實(shí)踐中將虛擬病例與PBL教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合[12]。湖北醫(yī)藥學(xué)院護(hù)理學(xué)院的張雪林等[13]在《內(nèi)科護(hù)理學(xué)》課程中應(yīng)用VR技術(shù)，認(rèn)為對提高學(xué)生的批判性思維能力有一定的促進(jìn)作用，但文獻(xiàn)中未詳細(xì)描述應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的方法。溫州醫(yī)學(xué)院護(hù)理學(xué)院李玉玲等[14]利用Photoshop軟件、Flash技術(shù)、Action Seript編程語言及Visual Studio等設(shè)計了一款屬于桌面型VR的虛擬護(hù)理記錄教學(xué)課件，運(yùn)用于《基礎(chǔ)護(hù)理學(xué)》中“醫(yī)療與護(hù)理文件記錄”課程教學(xué)中，虛擬臨床護(hù)理情景，使護(hù)生在人機(jī)互動的過程中學(xué)習(xí)書寫護(hù)理記錄，取得了較好的效果。

2.2護(hù)理技能訓(xùn)練吉林大學(xué)護(hù)理學(xué)院引進(jìn)了Leardal公司的虛擬靜脈注射軟件，軟件系統(tǒng)中設(shè)有100余種不同的病例及40種獨(dú)特的病人手臂，能提供逼真的視覺效果的三維圖像及壓力反饋裝置，使學(xué)生在模擬訓(xùn)練中獲得真實(shí)的操作經(jīng)驗(yàn)，操作時系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭能錄制操作過程。92.6%的護(hù)生認(rèn)同虛擬靜脈注射軟件，認(rèn)為該系統(tǒng)有利于培養(yǎng)實(shí)際動手能力，是一種較好的練習(xí)操作的方法，操作過程視頻的回放能有效地幫助護(hù)生鞏固操作[15]。新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院研發(fā)了虛擬靜脈注射培訓(xùn)系統(tǒng)，通過逼真的三維視覺效果和先進(jìn)的壓力反饋裝置實(shí)現(xiàn)靜脈注射操作的虛擬化，能準(zhǔn)確模擬靜脈注射接觸和穿刺皮膚的感覺，能表現(xiàn)出流血、淤傷、腫脹等反應(yīng)[16]，護(hù)生利用鼠標(biāo)完成除穿刺以外的步驟，在模擬外設(shè)上進(jìn)行穿刺訓(xùn)練，操作過程中可選用可視剖面圖以利于觀察，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，運(yùn)用該系統(tǒng)在護(hù)生心理緊張度、訓(xùn)練穿刺時間及初次穿刺成功率方面存在顯著優(yōu)勢。安徽醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校護(hù)理系與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)奧銳科技有限公司聯(lián)合研發(fā)了護(hù)理技能訓(xùn)練虛擬軟件，包括吸氧、呼吸機(jī)使用、心電監(jiān)護(hù)儀使用及血糖儀使用4個操作技術(shù)[17]，介紹了護(hù)理人員與軟件研發(fā)人員的分工及配合，未介紹軟件運(yùn)作的方式，未與傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行效果對比。大連大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院利用包括11個基礎(chǔ)護(hù)理實(shí)踐操作模塊的“護(hù)理技術(shù)模擬教學(xué)系統(tǒng)”軟件對護(hù)生進(jìn)行操作技能教育，激發(fā)了護(hù)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了護(hù)生學(xué)習(xí)效率和成績，但文獻(xiàn)未介紹軟件的設(shè)計及制作方案等情況[18]。第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院王蕾等[19]設(shè)計了戰(zhàn)傷救護(hù)5項(xiàng)技術(shù)演示及互動模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，通過6個獨(dú)立的場景虛擬戰(zhàn)斗一線的情景及三維模擬傷員的傷情和治療護(hù)理過程，每個場景中預(yù)設(shè)2名不同傷情的人員，操作者根據(jù)情況實(shí)施止血、包扎、固定、搬運(yùn)及通氣等救護(hù)措施，出現(xiàn)錯誤時有提示，完成整個救護(hù)過程給出整體的測評結(jié)果，從而訓(xùn)練護(hù)士的戰(zhàn)場救護(hù)應(yīng)急能力，訓(xùn)練護(hù)士在緊張的戰(zhàn)場環(huán)境下對傷員的急救思維能力及實(shí)施五項(xiàng)戰(zhàn)傷救護(hù)技術(shù)的能力。吉林醫(yī)藥學(xué)院設(shè)計開發(fā)了一套虛擬臨床護(hù)理過程的系統(tǒng)，模擬了實(shí)際病區(qū)護(hù)士站、治療室、病房等結(jié)構(gòu)，教學(xué)過程從簡單到復(fù)雜，從單項(xiàng)到綜合訓(xùn)練，模擬了在護(hù)士站查看病例、醫(yī)囑、護(hù)理記錄等資料，在病房查看病人生命體征、身體檢查報告，在治療室準(zhǔn)備治療，在病房執(zhí)行操作等臨床實(shí)踐工作，使護(hù)生最大限度貼近臨床實(shí)踐[20]。長江大學(xué)附屬第一醫(yī)院王靖等[21]利用VR技術(shù)構(gòu)建的虛擬人模擬職業(yè)防護(hù)的真實(shí)場景，包括洗手、穿脫隔離衣、戴防護(hù)面罩和手套等，對醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行職業(yè)防護(hù)培訓(xùn)，顯著降低了職業(yè)暴露發(fā)生率。

3VR技術(shù)在護(hù)理教育中應(yīng)用的意義

3.1彌補(bǔ)現(xiàn)有教育經(jīng)費(fèi)、教學(xué)條件的不足，節(jié)省物質(zhì)資源護(hù)理教學(xué)中，往往存在實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料、場地、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等缺乏或不足，導(dǎo)致教學(xué)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行，或不能保證每名護(hù)生有足夠的實(shí)驗(yàn)條件，而VR系統(tǒng)的應(yīng)用，能彌補(bǔ)這些方面的不足，護(hù)生能通過VR系統(tǒng)操作各種各樣的實(shí)驗(yàn)，并獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體驗(yàn)。

3.2避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)、操作帶來的諸多風(fēng)險應(yīng)用VR技術(shù)能夠模擬真實(shí)世界中難以模擬的具有危險性的環(huán)境，例如戰(zhàn)傷救護(hù)5項(xiàng)技術(shù)演示及互動模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的應(yīng)用。

3.3充分發(fā)揮護(hù)生的想象力、創(chuàng)造力VR技術(shù)的應(yīng)用將傳統(tǒng)的填鴨式灌輸?shù)慕虒W(xué)模式改為探索式、交互式的學(xué)習(xí)模式，體現(xiàn)了一種全新的觀察方式、思維方式。

3.4打破時間、空間的限制，具有高度的靈活性利用VR技術(shù)能夠?qū)⒊橄笾R和圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw、直觀的三維模型，將現(xiàn)實(shí)中需要長時間的變化過程在短時間內(nèi)呈現(xiàn)給護(hù)生觀察。根據(jù)教學(xué)需要，通過修改VR系統(tǒng)軟件中視景圖像有關(guān)參數(shù)，就能夠改變虛擬系統(tǒng)中模擬的環(huán)境從而滿足新任務(wù)的不同需求，例如繼續(xù)擴(kuò)充靜脈輸液系統(tǒng)中病人手臂的數(shù)據(jù)。

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(本文編輯張建華)

王子穎，楊惠云，周西，呂靜雯

摘要：介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概況與護(hù)理理論教育及護(hù)理操作技能訓(xùn)練領(lǐng)域中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的現(xiàn)狀，提示該技術(shù)彌補(bǔ)了目前護(hù)理教育中經(jīng)費(fèi)、條件不足的缺陷，打破了時間、空間的限制，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；護(hù)理教育；護(hù)理技能訓(xùn)練

Application progress on virtual reality technology in nursing teaching

Wang Ziying,Yang Huiyun,Zhou Xi,et al(Second Affiliated Hospital of Xi’an Jiao Tong University,Shaanxi 710004 China)

AbstractIt introduced the general situation of virtual reality technology and its application status quo in nursing theory education and nursing operation skill training.It prompted that the technology has made up for the defect in lack of funding and conditions,broke the restriction of time and space and improved the teaching effect.

Key wordsvirtual reality technology;nursing education;nursing skill training

收稿日期：(2015-03-17；修回日期：2015-09-11)

通訊作者

作者簡介王子穎，主管護(hù)師，?？疲瑔挝唬?10004，西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院；楊惠云()、周西、呂靜雯單位：710004，西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院。

基金項(xiàng)目陜西省2012年度科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計劃項(xiàng)目，編號：2012K16-06-06。

中圖分類號：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi:10.3969/j.issn.1009-6493.2015.35.003

文章編號：1009-6493(2015)12B-4360-03