基于數字虛擬仿真系統的CBL教學法在神經外科臨床教學中的應用

嚴峻 文靜 黃乾榮 凌國源 郭方舟 蔣騫 鄧騰 莫立根

近年來，隨著醫療技術的日新月異，數字虛擬仿真系統通過采集計算機斷層掃描（computed tomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）掃描數據或者數字影像，將二維圖像轉換為三維可視化圖像，從而實現快速的疾病診斷和治療，該技術應用到神經外科臨床教學及技能培訓中，最大程度地提高了教學效率和教學質量[1-2]。案例教學法（case-based learning，CBL）是以臨床病例為基礎的教學模式[3]。CBL 教學法是圍繞著“以病例為先導，問題為基礎，學生為主體，教師為引導”的核心思想來開展教學的方法[4]。根據臨床病例，學生收集相關臨床數據，查閱相關書籍和文獻，以確定患者的診斷和治療計劃。因此，基于數字虛擬仿真系統的CBL 教學法將成為未來提高教學質量的重要手段。教育部鼓勵線上線下教學相結合，數字虛擬仿真系統能快速融入線上教學，有效地提高神經外科臨床教學質量及操作技能[5-6]。目前，神經外科本科臨床實習教學與培訓仍然采用的是老式的二維模型，包括普通解剖圖和影像照片，它們的主要問題是缺乏可操作性和直觀性。因此，擺在每一位教學醫院指導教師面前的共性問題是如何找到更好的教學方法來實現在最短的時間內提高本科教學質量。教學實踐中引入數字化虛擬仿真系統能極大地調動學生的求知欲和參與精神[7]。本課題將對比“基于數字虛擬仿真系統的CBL 教學法”與“傳統教學法”兩者間的教學成績和效果，考慮到本科學生的需求和目前教學的現狀，旨在為本科教學改革尋求更科學、更合理、更實用的教學方法。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2022 年1—12 月在廣西醫科大學附屬腫瘤醫院外科的60 名臨床醫學專業本科生，他們將在各個教學實習中探索臨床醫學。為了更有效地進行教學，這些學生被隨機分為試驗組和對照組，每組30 名。試驗組將采用基于數字虛擬仿真系統的CBL 教學法，而對照組采用傳統教學法進行臨床教學。各組長負責具體方案的實施和評分。研究對象的納入標準：（1）全日制臨床醫學本科五年制實習生；（2）完成理論課時的學習；（3）自愿參與研究者。排除標準：（1）未能按要求完成學習內容者；（2）研究對象拒絕參與研究；（3）研究對象中途退出。試驗組學生30 名，年齡20～23 歲；對照組學生30 名，年齡20～24 歲；試驗組神經外科學課程成績65～98 分，對照組神經外科學課程成績62～91 分。2 組學生的年齡、性別、家庭籍貫和入學成績等一般資料比較差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性，見表1。

表1 試驗組和對照組學生一般資料比較

1.2 方法

試驗組采用基于數字虛擬仿真系統的CBL 教學法。授課前，教師根據教學大綱要求，在既往病例中選取相應典型臨床案例，通過數字虛擬仿真系統構建1 ∶1 仿真模型應用于教學，并設計相關討論問題，使臨床案例和教學內容的重點和難點有機結合起來。授課時，學生在教師的指導下完成詢問病史和體格檢查，提出診斷及治療方法，回答病例相關的問題。討論過程以學生為主導，教師為引導。最后，教師進行總結，指出學生存在的常見問題，并利用數字虛擬仿真系統對涉及知識點的難點進行詳細講解，解釋疾病的診斷方法和治療方案的選擇原因。本研究采用了廣西醫科大學附屬腫瘤醫院神經外科的典型動脈瘤患者影像資料，利用數字虛擬仿真系統模型中的數據。根據動脈瘤的發生部位、大小以及瘤頸比例，該研究將患者進行了分組，并進行了標準化處理，以建立1 個包含典型病例的病例庫，保存為DICOM 格式，利用MIMICS 17.0 軟件重建出顱內動脈，導出格式為STL 文件，利用3D 打印機（XYZPrinting）選取各組典型病例打印出顱內血管模型。試驗組教學時長為3 個課時，總計120 min。

對照組采用傳統教學法進行臨床教學。教師根據教學大綱要求針對相關的知識點和重點內容進行回顧，在既往病例中選取相應典型臨床案例，講解疾病的臨床表現、診斷要點和鑒別診斷，治療原則。之后，學生在教師的指導下進行詢問病史和體格檢查，最后，教師對學生遇到的問題進行點評和解答。對照組教學時長為3 個課時，總計120 min。

1.3 觀察指標

本學期課程結束后，教研室對試驗組和對照組學生進行統一考核，考核方式采用理論閉卷考核和臨床操作考試，各占50%，調查問卷主要用于評價學生對教學方式的滿意度，學生對教學方式的滿意度是通過調查問卷來實施，內容包括：（1）能否加深對理論知識的理解；（2）能否激發學習外科學的興趣；（3）能否培養自學能力；（4）是否喜愛這種教學方式；（5）能否提高臨床工作效能；（6）是否促進學科前沿知識的理解。本次考核和調查共發放60 份，回收率100%。

1.4 統計學處理

本研究采用SPSS 25.0 統計學軟件進行數據分析。計數資料以n（%）表示，采用χ2檢驗或校正χ2檢驗。計量資料以（）表示，采用兩獨立樣本均數t檢驗。P＜0.05，差異有統計學意義。

2 結果

2.1 期末考核成績

該研究對2 組學生進行了期末考核成績比較，研究結果顯示，試驗組的學生在期末考核中表現出更好的理論知識和臨床技能，即發現試驗組的學生在理論知識考核成績和臨床技能考核成績方面均優于對照組，差異有統計學意義（P＜0.001），見表2。

表2 試驗組和對照組學生外科學理論和臨床技能考試成績比較（分，）

表2 試驗組和對照組學生外科學理論和臨床技能考試成績比較（分，）

2.2 學生教學問卷調查結果

對2 組學生教學問卷調查結果進行比較，試驗組除了在提高臨床工作效能方面與對照組差異無統計學意義（P＞0.05）外，在其他子條目方面（加深對理論知識的理解；激發學習外科學的興趣；培養自學能力；喜愛這種教學方式；促進學科前沿知識的理解），試驗組均優于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表3。

表3 試驗組和對照組學生教學問卷調查結果[名（%）]

3 討論

本科教學是醫學院校教學的重中之重，探索新的教學方式特別是線上線下教學相結合的教學方式得到教育部的鼓勵[6，8]，廣西醫科大學附屬腫瘤醫院在數字虛擬仿真系統指導手術的前提下，更進一步運用數字虛擬仿真系統應用于本科臨床見習教學實踐中，它能快速融入線上教學，有效地提高神經外科臨床教學質量及操作技能。本研究使用等比例模型，通過模型講解和關鍵點傳授，培養本科醫學生的操作和分析技能。實踐操作階段，學生將在等比例模型上親自進行操作，并深入分析操作過程中的得失。經過這些過程，學生能夠更快地掌握技術要領。結果顯示，本科醫學生接受新的方法培訓后，能夠在短期內熟悉腦血管的解剖和介入治療支架植入的技巧。目前國內較早應用數字虛擬仿真系統于教學的有楊治榮等[9]，他們已成功構建數字虛擬仿真系統真人側腦室解剖模型，讓初學者對不規則的側腦室形態有深刻印象。陶維等[10]將數字虛擬仿真系統應用于普通外科教學中，將數字虛擬仿真系統模型與傳統影像作對比，取得了“數字虛擬仿真系統能提高學生的知識儲備和綜合能力”的結論，并可進行臨床教學推廣。張莉等[11]的研究結合了數字虛擬仿真系統技術與口腔頜面外科學的臨床教學。通過建立骨骼的三維立體模型，他們幫助學生在短時間內理解和掌握口腔頜面外科疾病，并對手術方案和技巧實現充分理解。因此，將數字虛擬仿真系統等比例模型運用于神經外科本科臨床見習教學實踐中是切實可行且效果比較明顯的訓練方法。

數字虛擬仿真系統能快速融入線上教學，有效地提高神經外科臨床教學質量及操作技能。神經外科學中的腦部血管系統疾病是專業化相對較強的亞專業學科。在神經外科本科臨床見習教學實踐中，過去通常使用二維的影像學照片和解剖學圖譜。然而，這種教學方法存在局限性，比如，大多數教學模型都是單一的正常結構模型。此外，因為神經外科專業與其他普通外科學不同。首先，它對空間結構和立體定位的要求較高[12]，這樣導致這一階段的本科學生在進行深入學習時難度增大。其次，在神經外科手術中，不像普通外科手術可以通過開腹探查來操作，而是需要選擇恰當的手術入路，尤其是針對各個腦功能區的手術[13]，因此，本科生學會閱讀影像學矢狀位、冠狀位、水平位影像結構，并能在實際中與自身建立的空間三維立體結構相結合，對明確手術步驟和解剖結構十分重要。第三，顱內血管走行多變，顱底及顱頸交界區解剖結構復雜，這就對開顱手術入路和介入手術導管塑形提出了更高要求[14]。這些問題涉及顱腦空間結構和定位關系，并加上顱底結構和損傷機制的復雜性，都增加了本科見習的難度。

近年來，我國腦血管疾病的患病率逐年上升。其中，腦動脈瘤和動靜脈畸形等出血性疾病需要手術干預治療[15]。由于顱內血管的獨特解剖結構，介入手術的操作要求更高的技術。手術操作的失誤很容易導致腦血管的損傷，嚴重時甚至可能導致癱瘓、腦梗死、動脈瘤破裂等嚴重后果，甚至危及患者生命[16]。所以對神經外科本科臨床見習醫學生的教育就變得非常重要，尤其是各類支架和彈簧圈的使用。當前，神經外科本科臨床見習教學存在著較大的瓶頸和限制[17]。以前學生只能在解剖圖譜甚至在標本前聽解說各種手術方式和技巧，然后年輕醫師需經長時間手術觀摩后，在技術成熟的高年資醫師指導下進行手術操作，例如大腦中動脈M1 和M2 段支架的置入。然而，醫院需要對患者負責，無法讓低年資醫師頻繁執行危險的手術，以免造成損傷。這制約了年輕醫師的快速成長。因此，本科醫學生通常需要更長時間手術經驗的積累和增加實踐才能掌握相關手術技巧。

教師可以借助廣西醫科大學附屬腫瘤醫院的數字虛擬仿真系統模型，利用CT 和MRI 數據進行演示。這些數據經過處理后，二維圖像可以轉換成三維圖像，并以高度精確的形式呈現所需要觀察的人體結構。手可以代替手術刀模擬解剖人體完整內部結構的整個過程[18]。通過讓本科臨床見習醫生直接在仿真模型上實施關鍵步驟的手術，他們可以親身感受主刀醫生的場景和視野，并獲得傳統手術中難以獲得的寶貴經驗。這項技術有助于本科學生縮短培訓時間，更早地理解和掌握手術原理以及相關技巧的能力提升[19]。

對于數字虛擬仿真系統教學的研究發現，試驗組的學生成績和問卷調查結果優于對照組。然而，這項研究還存在一些缺陷需要進一步關注。首先，研究中納入的樣本量相對較小，這可能導致抽樣偏差，影響研究結果的可靠性。為了更全面地評估數字虛擬仿真系統教學的效果，有必要進行大樣本的隨機對照試驗（randomized controlled trial，RCT）研究，以驗證試驗結果的可靠性和穩定性。其次，評價體系方面也存在不足，特別是自制的問卷調查缺乏科學性和客觀性。為了確保評價體系的科學性和客觀性，可以考慮引入更多客觀的評價指標，例如學習成績的長期趨勢、知識應用能力的實際表現等方面，以確保評價體系的全面性和科學性。此外，關于數字虛擬仿真系統教學的評價體系還缺乏統一標準，以往的評價方式主要為期末考試和問卷調查，這使得評價體系缺乏統一科學標準以及大規模的數據支持。因此，有必要建立起更加完善的評價體系，涵蓋多種評價手段，并且確保這些評價指標符合科學規范，能夠為數字虛擬仿真系統教學的實際效果提供更為全面的評價。

綜上所述，教育部鼓勵采用線上線下教學相結合的教學方式，其中數字虛擬仿真系統成為一種快速融入神經外科線上教學的有效工具。該教學方法克服了傳統教學方式中的時間和空間限制，提供了實踐操作和個性化學習的機會，為學生的專業發展和臨床實踐奠定了堅實的基礎。