虚拟现实技术在静脉输液教学中应用的研究进展

罗 静，谭雪梅，颜 敏，官 计

川北医学院,四川 637000

虚拟现实（virtual reality，VR）技术是指利用计算机技术构成一个虚拟、逼真的世界，用户可以通过计算机终端进入虚拟世界，将自己真实的动作、行为等表达为虚拟世界中对物体的控制[1]。目前，该技术已广泛应用于各领域，其中包括护理教学。静脉输液是护士必须掌握的基础性专业技术，为避免不熟练的操作给病人带来不必要的损伤，需实习学生提前在实验室反复练习后方可在人体上实施，但有限的实验仪器、设备、实验室空间等限制了学生的学习需求。由于VR技术具有真实性和可重复性的特点，学生可在虚拟的环境中对穿刺技术进行反复练习，以提高穿刺血管的成功率。但由于VR 技术在护理教学中应用时间较短，其应用技巧及近、远期效果尚不明确。为进一步改进和优化VR 技术与静脉输液结合的教学设计，现从VR 技术在静脉输液理论、实践教学中的应用现状及教学效果评价进行综述，并分析运用VR 技术进行护理教学的优、缺点，为研究或实施VR 技术教学的相关研究提供参考。

1 VR 技术的概况

1956 年，美国研制出Sensorama 摩托车仿真器，自此VR 技术开启新的篇章；20 世纪80 年代初正式提出VR 一词，20 世纪90 年代后期，VR 技术从研究阶段转向应用阶段，并逐渐应用于军事、医学、设计、艺术、房地产等领域，VR 技术进入全面发展时代[2]。VR 系统基本组成包括用户、传感器、效果产生器及实景仿真器，关键技术在于虚实交互技术及基本模型构建技术、空间跟踪技术、声音跟踪技术、视觉跟踪技术、视觉跟踪与视点感应结合技术等高性能计算机处理技术[3]。VR 技术在实际应用中具有沉浸性、交互性和想象性等特点[4-5]，已在军事、航空、医学等领域应用。体验者可通过电脑、数据手套、VR 头盔、一体机等，观看计算机技术产生的模拟场景，在三维立体空间中将视觉、听觉、触觉沉浸其中，并与VR 系统进行互动，根据系统的反应和反馈以达到身临其境的感受。VR 在我国医学领域应用较晚，但已逐渐应用于各医学领域，如病理学[6]、药理学[7]、细胞遗传学[8]、影像学[9]、诊断学[10]、外科学[11-12]和护理学[13]等。目前，常用的VR 技术共有四大类型：沉浸式VR 系统、桌面式VR 系统、增强式VR 系统及分布式VR 系统[2]，可供使用者据实际情况自主选择。

2 VR 技术在静脉输液教学中的应用

2.1 VR 技术在静脉输液理论教学中的应用 护理专业学生对静脉输液所涉及的血管解剖感到较难理解。曹加明等[14]在其构建的颈部深静脉穿刺模型中发现虚拟仿真的三维立体性有助于学生透彻理解血管解剖，对静脉穿刺有更为直观的参考意见。长春中医药大学引进的可视人体计划（VHP）三维解剖模型，清晰显示血管解剖细微结构，提高了学生对血管解剖理论知识的理解和掌握[15]。Johannesson 等[16]发现学生利用VR 技术可增强对外周静脉穿刺的有关的解剖结构的理解。王萍等[17]将VR 技术应用于静脉输液的教学中，认为其可促进学生对静脉的选择、输液反应、输液故障等理论知识的学习，证明了VR 技术是对传统教育模式的有益补充。李红梅等[18]在基础护理学包括静脉输液教学中应用虚拟仿真技术，认为其能加深学生对专业知识的理解，促进对理论知识的学习。Tsai等[19]将研发的静脉注射仿真系统应用于教学，结果显示使用该系统的新入职护士在理论知识方面明显优于传统模式教学的护士。但也有研究者的结果不一致，有研究者将虚拟仿真技术应用于静脉输液教学中发现并没有提高学生的理论成绩，其结果产生的原因尚不明确[20]。彭娜等[21]的研究结果同样显示VR 技术没有提高学生的理论成绩。结果不一致的原因可能是样本量、实验时间、VR 系统等不统一因素的影响。由此可见，VR 技术对于能否提升学生的理论知识还有待进一步探索。

2.2 VR 技术在静脉输液实践教学中的应用 国外在护理教学中较早使用VR 技术，1996 年美国纽约州立大学将开发的VR 模拟器应用于静脉教学中，发现虚拟仿真技术的教学效果显著高于传统教学方法[22]。目前，在英美学校应用较为广泛的是CathSim 静脉穿刺训练系统，由电脑和模拟手臂组成，整个虚拟系统具有逼真的三维视觉效果、沉浸性、交互性，模拟手臂模型内有模拟穿刺进针点和先进的压力反馈装置，可准确模拟接触和穿刺的感觉，学生可自主选择不同情景及不同手臂模型进行练习，并可通过电脑显示屏观察局部解剖和进针角度，系统一旦感受到模拟穿刺针的进入，穿刺点的压力反馈装置可根据进针角度不同模拟相应的反馈压力及淤血、红肿等，使操作者体验真实的穿刺感，操作者还可通过显示屏查看穿刺针是否进入血管，判断穿刺是否成功，该系统还可以模拟病人的感受并做出反应，学生和老师可实时对操作过程进行评价，达到提高操作技能的效果[23]。Vidal 等[24]将VR技术应用于静脉穿刺培训中，对照组使用传统手臂，实验组使用传统手臂与CathSim 系统结合进行练习，两组培训后在真实病人身上进行穿刺，评价指标包括疼痛程度、血肿形成程度及重新穿刺次数，结果表明实验组培训效果优于对照组，提示可将VR 技术和传统教学方法相结合，以此来提高穿刺成功率，这与相关的研究结果[25]一致。多项研究[26-29]表明，静脉输液的教学中使用VR 技术可提高学生的穿刺成功率、减少穿刺时间及并发症。也有部分学者持不同意见，国外的两项研究结果均表明认为模拟手臂训练学生的穿刺成功率更高[30-31]。在应用Cathsim 系统的研究中，发现对照组应用传统塑料手臂的穿刺成功率高于使用CathSim 系统的实验组，产生该结果的原因可能是对照组的穿刺者经验较丰富，但研究者认为对于初学者而言，在训练中使用该系统是有益的[32]。

国内较晚将VR 技术应用于护理教学中，2009 年孙亚丽等[33]将虚拟静脉注射系统应用于护理教学实践中，实验组使用的虚拟仿真系统由于其可触摸到静脉弹性，进针感觉与真人相似，在培训后学生之间互相进行真实静脉输液操作中，与传统教学模式相比提高了静脉穿刺成功率。新乡医学院所研发的虚拟静脉注射培训系统具有VR 技术的沉浸性、交互性和想象性等特点，通过用户界面和实验硬件系统的交互，可准确模拟接触和穿刺感，同时可模拟流血、瘀伤、肿胀等反应[34]。实验组采用的虚拟实验教学提高了穿刺成功率，降低了学生的心理紧张度，减少了穿刺准备时间。单志军等[35]所构建的虚拟静脉注射系统其虚拟仿真部分主要是引进Leardel 公司的静脉注射软件，系统可提供100 余种不同的病例及40 种独特的手臂，能实时对学生的进度进行评估。这种新颖的教学方式可提高静脉注射技能，有利于培养学生的实际动手能力，该研究仅采用问卷调查方法判断学生的穿刺技能，客观性欠佳。上海中医药大学引进了静脉虚拟注射系统，该系统由电脑连接外部的实体模拟穿刺针及实体手部模型组成，学生可自主选择该系统内约100 种的临床真实病例及7 种不同类型的静脉样式，丰富了学生的临床视野及知识面，学生通过操作后的自我评价与反思，提高了穿刺的成功率，但其研究的样本量较少，且未与传统实践教学进行效果对比，因此并不能完全说明其有效性[36]。彭娜等[21]在规范化护士静脉留置针的穿刺训练中应用VR 技术进行研究，结果发现护士使用静脉穿刺仿真系统练习可不受时间、空间的限制，通过自制的技能水平测试量表得出试验组静脉穿刺技能水平高于对照组。

2.3 VR 技术在静脉输液教学中应用的效果 VR 技术能有效调动学生的视觉、听觉及触觉，让学生能身临其境。李红梅等[18]将VR 技术应用于基础护理学教学中，发现VR 技术能够激发学生的学习兴趣和主动性，有助于提高学生分析和解决问题的能力，同时教师认为对教学效果和效率有显著提高。吴晓波等[36]将VR技术与静脉输液教学相结合，研究发现不仅能够为学生提供一个完善的自我学习系统，且能提高学生的学习兴趣及自主性。彭娜等[21]研究结果表明，虚拟仿真在教学中的应用能降低恐惧感，提高学生对培训方法的满意度。有研究在虚拟模拟器与塑料手臂模型在静脉穿刺教学效果比较中发现，虚拟模拟器组的心理运动技能和满意度得分较高[20]。Devenny 等[37]研究结果发现VR 技术的应用提高了学生的自信心、自我效能感及人际交往能力。Tsai 等[19]研究发现，使用VR 练习模式的初学者能有效降低操作时错误发生率。但也有研究者认为使用传统模拟手臂教学满意度更高[38]，其结果产生的原因可能是实验组不熟悉虚拟仿真系统的使用。

3 VR技术应用在静脉输液教学中的优势与不足

3.1 VR 技术应用在静脉输液教学中的优势 VR技术具有可重复性，学生可利用VR 技术反复练习，避免在模型和真人身上练习造成的医疗资源浪费。VR技术在静脉输液教学中的应用提高了学生的穿刺技能，减少反复穿刺对血管的损害，能在一定程度上减少医患矛盾。VR 技术可模拟多种情景模式，而情景模拟教学能提高学生的应变能力、临床思维能力、沟通技能及综合护理能力[39]，学生在使用VR 技术进行训练时，可有效应对情景中的各种问题。VR 技术利用其独特的特点，对人的视觉、触觉、听觉、嗅觉等进行联动式的刺激与触动，让学生沉浸其中，从而提高学生的学习兴趣、自主学习能力、理论知识及操作技能。

3.2 VR 技术应用在静脉输液教学中的不足 VR技术应用于静脉输液的教学需要大量的设备才能解决护理学生的需求，而资金的限制造成了VR 技术不能广泛使用。在虚拟环境中学生主要面对各种机器，与老师、同学之间缺乏情感交流，造成人际关系处理技能的减退。且学习者处在虚拟的环境中，学生面对的是模型人，容易忽略人文关怀[18]，同时可能会觉得自己无需对错误操作造成的后果负责，导致学生责任感缺失[40]，继而在临床静脉输液中造成伤害。VR 技术应用于我国的医学护理领域教学时间不长，各项技术有待提升，且设计VR 系统的技术人员并非本专业人员，所以虚拟设备可能不能达到专业要求。

4 小结

VR 技术在静脉输液的教学中充分展示了它独特的优点，有利于学生在静脉输液教学中理论与技能的学习，且作为一种新颖的教学方式能有效提高学生的学习兴趣。但VR 技术在静脉输液教学研究中的样本量不大，并不能完全说明其有效性。虽然VR 技术具有高仿真性，但与真实的临床操作存在差距。VR 技术在我国护理教育领域应用较晚，还存在着一些不足，研究者可在以往研究的基础上，结合科学技术的发展，配以不断更新的教育方法，使其成为一种新型的教育模式，促进护理事业的发展。