虛擬仿真技術在助產專業教學中應用

周倩倩， 朱愛勇， 曹文婷， 牛金花， 李 藝， 郁 晶

（1.上海健康醫學院護理與健康管理學院，上海201318；2.海南衛生健康職業學院護理系，?？?70311；3.上海東海職業技術學院護理學院，上海200241）

0 引 言

近年來，隨著計算機技術的飛速發展，虛擬仿真已廣泛應用于科研和生產的諸多領域，在高校的實踐教學環節中將虛擬仿真作為一種提高學生實訓效果的技術手段已被普遍接受。在醫學教學實踐中，醫學生往往需要對涉及人體器官或機體功能開展準確、精細、反復實踐訓練，而采用實體訓練又難于實現，如何利用虛擬仿真技術來開展醫學教育，已成為當前醫學教育的研究熱點之一［1-3］。虛擬仿真技術是一種創造虛擬環境的高科技手段，涵括視覺、聽覺、觸覺三位于一體，用戶借助于專用設備操作虛擬對象，產生如同在真實環境中操作的感受和體驗，具有感知性、交互性、構想性等特點［1］，因而備受醫學界青睞。虛擬仿真技術還呈現低成本、可重復性、可視化的特征，不僅促使其很快成為醫學教學活動中非常有效的技術途徑，而且在國內醫學院校中已研究開發出比較先進的虛擬仿真實驗案例［3-9］。

相對于一般臨床醫學教學而言，助產專業有其自身的特殊性，比如在助產教學中的大部分知識點是“不可視”的，分娩過程本身主要發生在產婦身體內部，采用圖片、視頻等傳統教學方式難以講透，從而影響學生在助產實訓過程中對分娩過程的準確理解和把握，而利用虛擬仿真技術卻可以構建出逼真的助產臨床環境直觀地看到產婦身體內部的變化情況，從而為助產專業教學提供全新的教學方法［4］。

現針對助產專業傳統教學方式存在的不足，通過分析虛擬仿真技術在助產實訓教學活動中的優勢，初步探討助產專業虛擬仿真教學建設的主要內容，在此基礎上進一步研究助產專業虛擬仿真教學實例，以期對助產專業虛擬仿真教學研究提供參考，從而促進助產專業學科的發展。

1 虛擬仿真技術應用于助產專業實訓教學活動的優越性

1.1 改變助產專業教學知識點的“不可視性”特征

助產專業教學內容復雜，而且胎兒出生過程主要發生在產婦身體內部，亦即具有不可視性，學生很難直觀的感知分娩過程，而僅憑單純想象是很難理解和掌握學習的內容［9］。分娩過程作為助產專業教學的核心內容，生產時胎兒在子宮中不斷下降，最后從產道娩出，胎兒生產的狀態變化都在產婦體內完成。如果在教學活動中采用虛擬仿真技術為學生展示產婦分娩過程，可以將胎兒外部的子宮及產婦身體設置為可透視，學生就可以從空間角度全方位地直觀學習認識整個分娩過程。同時，學生還可以通過調整參數設置來控制分娩發展進程，得到不同類型的異常分娩過程，可以加深學生對分娩過程的認識和理解。

1.2 將助產專業教學知識點的抽象性具體化

由于整個懷孕和分娩過程均在孕產婦體內完成，胎兒是不可視的，所以助產的相關知識就比較抽象。比如，胎方位的判別以及抬頭旋轉的過程就涉及分娩過程中胎頭和母體位置的變化關系，由于整個過程無法直觀看到，傳統的講授方法是在課堂上通過文字、圖片、模型等形式進行，學生就很難理解。相反，如果通過“虛擬仿真技術”和“分娩模型”相結合來講授就可以彌補這種傳統教學的不足，從而使得抽象的分娩過程形象化、可視化，學生就易于理解和掌握，同時，進一步加深并強化對分娩過程中胎頭與母體位置關系的理解和認識?？傊?，通過“虛擬仿真技術”將抽象的助產內容具體化，不僅可以提高學生學習的積極性，更利于專業人才的培養。

1.3 彌補傳統助產專業教學存在的不足

傳統的助產專業教學主要是通常通過文字、圖片、實景錄像、動畫等教學形式來呈現整個分娩過程，教師往往難于形象生動地向學生全方位的展示分娩全貌。而利用虛擬仿真技術開展助產專業實訓教學，可以使學生在虛擬臨床環境下學習和觀察分娩全過程。除了按照常規實訓方案進行練習外，還可以進行參數設置和實訓條件的反復變化，幫助學生理解和認識不同的異常分娩結果，而不必考慮實訓危險或實訓耗材費用。另一方面，還可以對不同的實訓方案進行考核，不斷提升學生對分娩知識的理解和掌握程度以跟蹤了解學生的學習效果。

1.4 促進虛擬仿真技術應用于助產專業實訓教學

如前所述，應用虛擬仿真技術于助產專業教學活動不僅可以將較為抽象、不可視的胎兒分娩過程形象化和具體化，幫助學生更好地理解和掌握助產專業知識。同時，還可以在虛擬仿真的臨床環境中激發學生的學習興趣，提升學生的動手操作能力，培養學生的助產專業技能。通過跟蹤考核學生的學習效果，形成有利于人才培養的一系列助產專業教學新方法，從而促進高端助產人才的培育。另外，將虛擬仿真技術應用于助產專業教學，充分實現助產專業的信息化教學，也必將推動助產專業教學改革和發展。

2 助產專業虛擬仿真教學建設的主要內容

助產專業虛擬仿真教學不僅解決了難以直觀感受的不可視、比較抽象的母胎體內變化的臨床環境，而且還提供了可重復使用、可靠性好、低成本的教學和實訓條件。為了使助產專業虛擬仿真教學更加系統化，便于高端助產專業人才的培養，對助產專業虛擬仿真教學建設的主要內容進行探討。根據多年來的助產專業教學實踐，助產專業虛擬仿真教學建設內容至少應包括實訓教學系統、實驗教學案例、實訓儀器、實驗教學案例四大部分，具體內容見表1所示。

表1 助產專業虛擬仿真教學建設的主要內容

2.1 構建助產虛擬仿真實訓教學系統

根據助產專業教學的學科特點，將助產專業虛擬仿真教學實訓教學劃分為臨床思維訓練系統和單項技能訓練系統，前者包括自然分娩、自由體位分娩和新生兒急救復蘇等，后者可以涵蓋4步觸診、平產接生、人工流產、臀位助產、分娩機制等模塊，實訓教學大綱可以依此進行實訓課程方案設計。

2.2 開發助產虛擬仿真實驗教學案例

按照上述的助產專業虛擬仿真實訓教學系統設計，助產專業虛擬仿真實驗教學可選擇沉浸式虛擬仿真技術和增強現實技術來開展。結合助產專業課程教學內容，可應用虛擬仿真技術來設計若干案例。例如，利用沉浸式虛擬仿真技術展現整個平產接生的整個過程；還可以結合現有AR專用骨盆模型，實時操作，虛擬的3D胎兒就可以通過這個真實骨盆，通過增強現實技術，形成虛實結合的教學模式。這樣，通過讓學生感知由視覺、聽覺、觸覺等構成的虛擬環境來達到超越感官的課程學習體驗。

2.3 建設助產虛擬仿真實訓平臺

助產接產技術是助產專業領域非常重要的組成部分，是助產專業的基礎，也是最核心的技術之一，熟練掌握助產接產技術是培養助產專業領域人才的重要組成部分。目前學校用于助產接產技術教學實訓的設備存在價格貴、數量少、運行成本高等問題，例如一套模擬自然分娩的設備，高端全自動設備費用高達上百萬元，即使非全自動設備也要幾十萬元，國內學校限于財力是無法大規模購置的［10］。由于學校實體設備較少，學生難以一對一操作，教師一般只能通過演示實體設備和播放視頻的方式授課。這樣雖然可以幫助學生加強理解，但是并不能看到子宮內部胎兒的實際變化情況，學生難以掌握抽象的內容，導致學生學習興趣不高，重難點部分難以理解等后果。助產虛擬仿真儀器系統可重復使用，可大大節約實驗環節的教學經費，解決模擬自然分娩的設備數量少、價格昂貴和學生需求之間的矛盾。

2.4 實踐助產虛擬仿真實驗教學案例

助產虛擬仿真系統采用VR虛擬現實技術，在虛擬現實的環境中進行模擬演練，在預設的虛擬產房中模擬操作，使用者通過手柄或數據手套來精確定位手部運動，從而實現用雙手操控虛擬世界的三維對象，可以逼真地進行助產專業學習和訓練。針對助產虛擬仿真實訓教學案例可以設置一個相對閉環的完整使用機制：使用—評價—反饋—改進—再使用［11］，教師和學生對助產虛擬仿真實訓教學案例使用后應及時進行評價，再根據用戶評價結果、課堂教學效果等反饋信息來改進和調整案例。

3 助產專業虛擬仿真教學實例

3.1 臨床思維訓練系統

（1）臨床思維3D情景模擬訓練系統（自然分娩）。產科臨床思維訓練系統可以從“第一產程”“第二產程”“第三產程”綜合模擬［12］，培養學生的臨床思維，內置的練習模式和考核模式（見圖1），老師可隨時查看學生的學習成果。

圖1 臨床思維3D情景模擬訓練系統（自然分娩）

（2）臨床思維3D情景模擬訓練系統（自由體位分娩）。由于自由體位是目前最新的分娩方式［12］，教科書的資料也非常有限，學生也沒有辦法有限地得到學習，自由體位模塊可以讓學生學習不同體位的狀態（見圖2），可進一步理解不同體位胎兒和骨盆的關系，及不同體位的優缺點。

圖2 臨床思維3D情景模擬訓練系統（自由體位分娩）

（3）臨床思維3D情景模擬訓練系統（新生兒急救復蘇）。新生兒復蘇軟件能夠系統、動態地評估新生兒的體征包括：評估足月、羊水、哭聲、肌張力、膚色、呼吸、心率。軟件提供多個案例，針對不同案例的評估結果提供對應的決策方法，完整、清楚、準確地展現了新生兒復蘇的操作流程。用戶可以從多個模式、多個方位對操作步驟逐一進行觀看。軟件自帶的多案例特點，可使學生模擬不同的新生兒復蘇的操作流程。首先進行動態評估，評估新生兒的體征進而判斷新生兒復蘇的具體操作流程。新生兒復蘇的操作流程包括：常規護理、復蘇后護理、初步復蘇、給氧、正壓人工呼吸、胸外按壓等步驟（見圖3）。

圖3 臨床思維3D情景模擬訓練系統（新生兒急救復蘇）

3.2 助產技術單項技能訓練系統

助產專業虛擬仿真系統一共分為5個模塊，四步觸診、平產接生、人工流產、臀位助產、分娩機制。

（1）四步觸診（見圖4）。①可以全方位、多模式的展示四步觸診的步驟，逐步觀看操作步驟，例如，在透視模式下可以顯示出子宮內胎兒情況。②可設置胎產式（橫產式、縱產式、斜產式）、胎先露（枕先露、面先露、臀先露）、胎方位（枕左前、枕右前、枕左后、枕右后、枕左橫、枕右橫等），設置后實時更新胎兒在子宮的位置和狀態。

圖4 四步觸診

（2）平產接生。從接產前準備到接產步驟，直觀、清楚地展示平產接生的步驟，可以模擬宮口打開的全過程，真實模擬練習消毒的方法和順序、接生的方法和手段，可以從多種模式、不同方位對操作步驟逐一進行觀看，手勢動作可放大、移動、旋轉視角或隱藏器具來詳細查看。例如，可以在透視模式下觀看接生手法，給學生身臨其境的感受（見圖5）。

圖5 平產接生

（3）人工流產。學生可以評估人工流產術的適應癥，并且系統中的操作步驟直觀、清楚，還可以在模擬操作過程當中，可以通過軟件3D實時的查看器械或手在陰道和子宮內部的具體方位和動作［13］（見圖6），這是傳統教學手段無法實現的。

圖6 人工流產

（4）臀位助產。由于臀位分娩非常復雜，有3次內旋轉，過去很難教學，老師沒有合適的教學手段表現臀位的機制和過程，通過軟件，學生可以在透視模式下觀看臀位助產過程中胎兒如何發生臀位的內旋轉和復位（見圖7），肩部如何內旋轉以及如何娩出上肢和頭部的關鍵手法，學生自己操作時可以更加熟練地掌握規范。

圖7 臀位助產

（5）分娩機制。非常完整的展示枕前位分娩機制七個步驟［14-15］（包括銜接、下降、俯屈、內旋轉、仰伸、復位和外旋轉）中胎頭不斷下行的過程中和骨盆的關系變化情況（見圖8），將原來非常抽象的分娩機制直觀呈現出來，便于學生理解復雜抽象的分娩機制過程，可以觀察到胎頭的前囟門和后囟門。

圖8 分娩機制

4 結 語

虛擬仿真技術在助產專業教學上的應用，達到了提高實驗教學的目的。結果表明，該技術克服原有助產實訓教學中分娩過程的“不可視性”，讓學生更直觀地看到胎兒在母體內的變化情況，有利于學生對助產專業知識更好地吸收內化，有助于提高學生接產時實際處理能力，不斷提升助產專業學生的實踐與創新能力，從而提升教學質量。虛擬仿真技術是助產專業教學的重要發展方向之一，必將開創現代助產專業教學的新未來。