摘要：隨著醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，尤其在腫瘤外科教學(xué)中展現(xiàn)出巨大潛力。虛擬仿真技術(shù)不僅能夠提升學(xué)生的手術(shù)技能與決策能力，同時(shí)也能降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)、提高手術(shù)成功率。本研究旨在構(gòu)建高度仿真的手術(shù)環(huán)境、模擬復(fù)雜多變的腫瘤病例及手術(shù)操作過程，為醫(yī)學(xué)生提供一個(gè)安全、可控的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；腫瘤；外科教學(xué)

一、引言

在醫(yī)學(xué)教育特別是外科領(lǐng)域，傳統(tǒng)的教學(xué)方式往往依賴于理論講授與實(shí)體操作練習(xí)，但這種方式在高風(fēng)險(xiǎn)、高難度的腫瘤外科領(lǐng)域的應(yīng)用尤為局限。腫瘤外科手術(shù)復(fù)雜多變，對(duì)醫(yī)生的操作技能、空間感知、決策能力及應(yīng)變能力有著極高的要求。然而，實(shí)際操作機(jī)會(huì)有限、患者安全風(fēng)險(xiǎn)高、教學(xué)資源分配不均等問題限制了對(duì)醫(yī)學(xué)生的培養(yǎng)效果。在此背景下，虛擬仿真技術(shù)作為一種新興的教學(xué)手段，以其高度仿真性、可重復(fù)性、無風(fēng)險(xiǎn)性等特點(diǎn)，逐漸成為腫瘤外科教學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和應(yīng)用趨勢。

二、虛擬仿真技術(shù)概述

作為21世紀(jì)信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)教育融合的杰出成果，虛擬仿真技術(shù)的核心在于利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、生物力學(xué)模擬和人工智能技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)與真實(shí)手術(shù)室?guī)缀鯚o異的數(shù)字世界。虛擬仿真技術(shù)不僅能夠精細(xì)地復(fù)刻人體解剖結(jié)構(gòu)，還能模擬腫瘤的生長狀態(tài)、手術(shù)器械的觸感反饋以及復(fù)雜的手術(shù)流程，使學(xué)習(xí)者能夠在安全的環(huán)境中反復(fù)練習(xí)，直至熟練掌握各項(xiàng)關(guān)鍵技能[1]。

虛擬仿真技術(shù)，集成了虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和高級(jí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，能夠創(chuàng)建高度逼真的虛擬手術(shù)環(huán)境。這一技術(shù)不僅能夠模擬腫瘤外科手術(shù)從術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)操作到術(shù)后護(hù)理的全過程，還能細(xì)致呈現(xiàn)腫瘤與周圍組織的解剖關(guān)系，從而為醫(yī)學(xué)生提供安全、無風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)踐平臺(tái)。在虛擬環(huán)境中，醫(yī)學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)各種手術(shù)技巧，直到達(dá)到熟練水平，這對(duì)于提升手術(shù)操作的安全性和成功率至關(guān)重要[2]。

三、虛擬仿真技術(shù)在腫瘤外科教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

（一）教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建

1.系統(tǒng)框架與功能模塊設(shè)計(jì)

虛擬仿真技術(shù)在腫瘤外科教學(xué)中的應(yīng)用，關(guān)鍵在于構(gòu)建一個(gè)全面且精細(xì)的系統(tǒng)框架。該框架的核心是基于高精度3D模型的手術(shù)模擬平臺(tái)，它能夠真實(shí)再現(xiàn)腫瘤及其周圍組織的解剖結(jié)構(gòu)，為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)接近真實(shí)手術(shù)環(huán)境的學(xué)習(xí)空間。腫瘤外科虛擬仿真技術(shù)教學(xué)平臺(tái)的功能模塊包括解剖模型構(gòu)建、手術(shù)操作模擬、智能評(píng)估反饋及病例情景演練。首先，解剖模型構(gòu)建模塊利用醫(yī)學(xué)影像分析技術(shù)，創(chuàng)建患者特定的腫瘤及其周圍組織結(jié)構(gòu)的可視化模型。其次，手術(shù)操作模擬模塊是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，它結(jié)合了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和觸覺反饋技術(shù)，允許用戶在虛擬環(huán)境中進(jìn)行手術(shù)操作練習(xí)[3]。最后，智能評(píng)估反饋模塊負(fù)責(zé)對(duì)用戶的操作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與評(píng)價(jià)。

2.醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)處理與三維重建

醫(yī)學(xué)影像是腫瘤外科診斷與治療規(guī)劃的重要依據(jù)，三維重建技術(shù)則能將二維的醫(yī)學(xué)影像轉(zhuǎn)化為直觀的三維模型，為醫(yī)學(xué)生提供更加立體、生動(dòng)的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)。

醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)處理是虛擬仿真技術(shù)在腫瘤外科教學(xué)中的應(yīng)用基礎(chǔ)。這一過程通常涉及多個(gè)步驟：首先是影像獲取，通過CT、MRI等設(shè)備收集患者腫瘤區(qū)域的影像；其次是圖像預(yù)處理，包括噪聲去除、對(duì)比度增強(qiáng)等，以提高圖像質(zhì)量；第三是分割與標(biāo)記，使用圖像處理算法自動(dòng)或手動(dòng)標(biāo)注腫瘤邊界、分離腫瘤組織與其他組織；最后是三維重建，基于分割后的圖像數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)生成腫瘤及其周圍結(jié)構(gòu)的三維可視化模型。

三維重建技術(shù)不僅能夠展示腫瘤的形態(tài)、大小和位置，還能模擬腫瘤與周圍血管、神經(jīng)等重要結(jié)構(gòu)的關(guān)系，為醫(yī)學(xué)生提供更為全面的視覺信息。

（二）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

1.腫瘤解剖學(xué)與病理學(xué)知識(shí)模擬

傳統(tǒng)的腫瘤教學(xué)往往依賴于理論講解和有限的實(shí)體標(biāo)本觀察，這在很大程度上限制了醫(yī)學(xué)生對(duì)復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)和病理變化的理解深度。虛擬仿真技術(shù)的引入，為這一領(lǐng)域帶來了前所未有的突破。首先，虛擬仿真技術(shù)能夠提供高精度的腫瘤解剖學(xué)模擬。通過整合大量的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，如CT和MRI掃描結(jié)果，三維建模軟件能夠創(chuàng)建出高度逼真的腫瘤及其周圍器官的虛擬模型。其次，虛擬仿真技術(shù)在病理學(xué)知識(shí)的教學(xué)中也發(fā)揮著重要作用。與傳統(tǒng)病理學(xué)教育相比，虛擬仿真技術(shù)可以創(chuàng)建無限量的病理學(xué)案例，涵蓋不同類型腫瘤從早期病變到晚期癌癥的每個(gè)階段。醫(yī)學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行“電子顯微鏡”觀察，細(xì)致地分析細(xì)胞結(jié)構(gòu)和組織病理特征，甚至能在模擬環(huán)境中進(jìn)行“活檢”[4]。

2.手術(shù)規(guī)劃與操作流程仿真

在腫瘤外科教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐，特別是在手術(shù)規(guī)劃與操作流程仿真領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐，正在引領(lǐng)醫(yī)學(xué)教育的革新方向。

手術(shù)規(guī)劃是腫瘤外科手術(shù)成功的關(guān)鍵。在虛擬仿真環(huán)境中，醫(yī)學(xué)生可以基于患者的具體病情，如腫瘤的位置、大小、形態(tài)及其與周圍重要器官和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，進(jìn)行詳細(xì)的手術(shù)前規(guī)劃。通過虛擬操作，學(xué)生可以模擬不同的手術(shù)入路，評(píng)估潛在的風(fēng)險(xiǎn)和并發(fā)癥，甚至預(yù)測手術(shù)效果，從而選擇最合適的手術(shù)方案。

在操作流程仿真方面，虛擬仿真技術(shù)更是開創(chuàng)了腫瘤外科教學(xué)的新紀(jì)元。系統(tǒng)能夠模擬從患者入院、術(shù)前準(zhǔn)備、手術(shù)操作到術(shù)后恢復(fù)的整個(gè)流程。醫(yī)學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中，親手操作各類手術(shù)器械，體驗(yàn)從皮膚切開、腫瘤切除、止血處理到傷口縫合的全過程。

3.術(shù)后并發(fā)癥與康復(fù)過程模擬

術(shù)后并發(fā)癥是困擾醫(yī)學(xué)領(lǐng)域多年的難題。虛擬仿真技術(shù)在腫瘤外科教學(xué)中的應(yīng)用，為醫(yī)學(xué)生模擬手術(shù)后出現(xiàn)并發(fā)癥的各種可能。虛擬仿真技術(shù)通過高度逼真的虛擬環(huán)境，讓醫(yī)學(xué)生模擬多種常見和罕見的術(shù)后并發(fā)癥，如感染、出血、吻合口瘺、淋巴水腫等。在模擬過程中，學(xué)生不僅要識(shí)別并發(fā)癥的跡象，還要學(xué)會(huì)制定適當(dāng)?shù)闹委熡?jì)劃，包括藥物治療、手術(shù)干預(yù)和患者管理。

（三）教學(xué)實(shí)施過程

1.學(xué)生分組與實(shí)驗(yàn)任務(wù)分配

通過合理的學(xué)生分組與實(shí)驗(yàn)任務(wù)分配，虛擬仿真技術(shù)能夠促進(jìn)醫(yī)學(xué)生之間的互動(dòng)學(xué)習(xí)，提升其與多學(xué)科團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力，這對(duì)于腫瘤外科醫(yī)生的成長至關(guān)重要。在腫瘤外科教學(xué)中，教師對(duì)學(xué)生的分組策略應(yīng)當(dāng)考慮醫(yī)學(xué)生的專業(yè)背景、技能水平和個(gè)人興趣。例如，可以將具備不同專業(yè)技能的學(xué)生組合在一起，模擬真實(shí)的多學(xué)科診療團(tuán)隊(duì)（MDT）。這種跨學(xué)科的分組方式，不僅能夠促進(jìn)知識(shí)的交叉融合，還能鼓勵(lì)學(xué)生從不同角度思考問題，提高其綜合分析問題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。實(shí)驗(yàn)任務(wù)分配方面，虛擬仿真技術(shù)可以根據(jù)每組的特點(diǎn)和目標(biāo)，設(shè)計(jì)個(gè)性化的任務(wù)，如專注于手術(shù)技術(shù)的模擬訓(xùn)練、側(cè)重于術(shù)后并發(fā)癥管理的訓(xùn)練等。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)操作與指導(dǎo)

虛擬實(shí)驗(yàn)操作與指導(dǎo)，不僅能讓學(xué)生在無風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中練習(xí)和掌握復(fù)雜的手術(shù)技巧，還能在專家的虛擬指導(dǎo)下，深化學(xué)生對(duì)腫瘤解剖學(xué)、病理學(xué)及手術(shù)策略的理解。虛擬實(shí)驗(yàn)操作是虛擬仿真技術(shù)的核心應(yīng)用之一。高度逼真的3D模型和動(dòng)態(tài)物理引擎可為醫(yī)學(xué)生模擬腫瘤外科手術(shù)的全過程。這種沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，不僅能夠讓醫(yī)學(xué)生在無壓力的環(huán)境下反復(fù)練習(xí)手術(shù)技巧，還能夠幫助他們理解手術(shù)的復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)，為未來的真實(shí)手術(shù)操作做好充分準(zhǔn)備。虛擬指導(dǎo)是虛擬實(shí)驗(yàn)操作的另一大亮點(diǎn)。通過人工智能和專家系統(tǒng)，虛擬仿真平臺(tái)能夠提供即時(shí)、個(gè)性化的操作指導(dǎo)。當(dāng)學(xué)生在虛擬手術(shù)中遇到困難時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)其操作情況，提供針對(duì)性的建議，甚至模擬專家的實(shí)時(shí)指導(dǎo)，幫助學(xué)生克服技術(shù)難點(diǎn)、優(yōu)化手術(shù)流程。

3.教學(xué)效果評(píng)估與反饋機(jī)制

在腫瘤外科教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用不僅革新了教學(xué)方式，也對(duì)教學(xué)效果的評(píng)估與反饋機(jī)制提出了新的要求。有效的評(píng)估與反饋體系可以提升學(xué)生在虛擬仿真環(huán)境中將知識(shí)轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐的能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)效果評(píng)估是虛擬仿真教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的評(píng)估方式，如筆試和口頭考核，往往難以全面反映醫(yī)學(xué)生在復(fù)雜手術(shù)操作中的實(shí)際表現(xiàn)。虛擬仿真技術(shù)提供了一種全新的評(píng)估手段，能夠?qū)崟r(shí)記錄醫(yī)學(xué)生在模擬手術(shù)中的每一個(gè)動(dòng)作，并以手術(shù)時(shí)間、操作精度、決策速度等多個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的量化分析，教師可以客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的技能水平，識(shí)別其在操作中的優(yōu)勢與不足，為后續(xù)的個(gè)性化教學(xué)提供依據(jù)。反饋機(jī)制是教學(xué)效果評(píng)估的延伸，旨在幫助醫(yī)學(xué)生理解評(píng)估結(jié)果，明確自身需要改進(jìn)的地方。虛擬仿真技術(shù)的反饋機(jī)制通常包括即時(shí)反饋和延時(shí)反饋兩種形式。即時(shí)反饋是在醫(yī)學(xué)生操作過程中提供的，如操作不當(dāng)時(shí)的實(shí)時(shí)提示，可幫助學(xué)生立即糾正錯(cuò)誤，提高學(xué)習(xí)效率。延時(shí)反饋則是在一次完整的模擬手術(shù)結(jié)束后，通過視頻回放、數(shù)據(jù)分析等方式，幫助學(xué)生全面回顧整個(gè)操作過程，深入解析其中的亮點(diǎn)與問題點(diǎn)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)操作細(xì)節(jié)的深刻理解。

四、虛擬仿真技術(shù)在腫瘤外科教學(xué)中的應(yīng)用效果對(duì)比分析

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本實(shí)驗(yàn)旨在評(píng)估虛擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)方法在腫瘤外科教學(xué)中的效果差異，特別是在提升學(xué)生的理論知識(shí)掌握程度、臨床技能、學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力、理論理解和臨床思維能力等方面。

（二）實(shí)驗(yàn)參與者

實(shí)驗(yàn)從某醫(yī)學(xué)院校三年級(jí)醫(yī)學(xué)生中隨機(jī)選取100名志愿者，確保他們之前未接受過腫瘤外科相關(guān)課程的正式培訓(xùn)。通過隨機(jī)數(shù)字表法，將100名學(xué)生均分為兩組，每組50人，分別為A組（虛擬仿真技術(shù)組）和B組（傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)組）。

（三）教學(xué)周期與方法

實(shí)驗(yàn)周期為一學(xué)期（16周）。A組采用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）平臺(tái)，結(jié)合多媒體資源進(jìn)行教學(xué)。B組沿用傳統(tǒng)教學(xué)模式，包括面對(duì)面講座、教材閱讀、小組討論和案例分析。

（四）測量指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)通過理論考核、臨床技能考核及問卷調(diào)查來綜合評(píng)估教學(xué)效果。理論考核和臨床技能考核分別占50分，問卷調(diào)查涵蓋學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力、理論理解、實(shí)踐技能和臨床思維能力，使用Likert五點(diǎn)量表進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（五）成績數(shù)據(jù)

1.理論考核成績

A組平均分45.2分（SD=3.5），B組平均分41.8分（SD=4.2）。t（98）=3.98， plt;0.001，表明A組的理論成績顯著高于B組。

2.臨床技能考核成績

A組平均分48.5分（SD=2.8），B組平均分43.1分（SD=3.5）。t（98）=6.12， plt;0.001，顯示A組的臨床技能顯著優(yōu)于B組。

3.問卷調(diào)查結(jié)果

學(xué)習(xí)興趣：A組平均4.2（SD=0.6），B組平均3.8（SD=0.7）。t（98）=2.81， p=0.006，顯示A組的學(xué)習(xí)興趣顯著優(yōu)于B組。

自主學(xué)習(xí)能力：A組平均4.1（SD=0.5），B組平均3.7（SD=0.6）。t（98）=3.25， p=0.002，顯示A組的自主學(xué)習(xí)能力顯著優(yōu)于B組。

理論理解：A組平均4.0（SD=0.5），B組平均3.9（SD=0.6）。t（98）=1.96， p=0.053，顯示A組的理論理解能力顯著優(yōu)于B組。

實(shí)踐技能：A組平均4.3（SD=0.5），B組平均3.6（SD=0.7）。t（98）=5.43， plt;0.001，顯示A組的實(shí)踐技能顯著優(yōu)于B組。

臨床思維能力：A組平均4.2（SD=0.5），B組平均3.8（SD=0.6）。t（98）=3.56， p=0.001，顯示A組的臨床思維能力顯著優(yōu)于B組。

（六）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

虛擬仿真技術(shù)在腫瘤外科教學(xué)中的應(yīng)用顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，這一點(diǎn)不僅體現(xiàn)在理論知識(shí)和臨床技能的考核成績上，還反映在學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐技能和臨床思維能力的提升方面。研究結(jié)論支持虛擬仿真技術(shù)作為一種有效的教學(xué)輔助手段，在醫(yī)學(xué)教育中的推廣和應(yīng)用。

五、結(jié)束語

虛擬仿真技術(shù)在腫瘤外科教學(xué)中的應(yīng)用，不僅代表了醫(yī)學(xué)教育技術(shù)的創(chuàng)新，更是對(duì)未來醫(yī)療人才培育模式的一次深刻變革。它不僅能夠加速醫(yī)學(xué)生的成長，提升其專業(yè)技能，還將對(duì)整個(gè)醫(yī)療行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，開啟醫(yī)學(xué)教育的新篇章。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信虛擬仿真技術(shù)將在腫瘤外科教學(xué)乃至整個(gè)醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，培養(yǎng)出更多具備精湛技藝和高尚醫(yī)德的醫(yī)療人才。

作者單位：張永樂 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院

程冰櫻 哈爾濱廣廈學(xué)院

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