金旭曾 敏熊蔚

100050北京，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院麻醉與疼痛科

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真在麻醉模擬教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展

金旭曾 敏熊蔚

100050北京，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院麻醉與疼痛科

目前醫(yī)學(xué)院學(xué)生和住院醫(yī)師培訓(xùn)的主要方法仍然是課堂教學(xué)、死記硬背地學(xué)習(xí)和師帶徒式傳承。雖然這些教學(xué)方法均能很好地傳授知識(shí)，但在技能的培訓(xùn)、復(fù)雜病情的管理和團(tuán)隊(duì)的決策方面顯然存在著難以克服的缺陷。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真技術(shù)在模擬教學(xué)中的應(yīng)用可以部分彌補(bǔ)這一不足，在醫(yī)學(xué)教學(xué)，包括麻醉學(xué)教學(xué)方面取得良好效果，已經(jīng)成為教育的趨勢(shì)，就此課題作一綜述。

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真；模擬教學(xué)；麻醉

Fund program：Beijing Top Level Health Scientific Innovation Personnel Training Plan(2013-3-047);the Open Project Program of Tianjin Biomedical Material Key Laboratory

0 引言

醫(yī)學(xué)院學(xué)生和住院醫(yī)師培訓(xùn)的主要方法仍然是課堂教學(xué)、死記硬背地學(xué)習(xí)和師帶徒式傳承。然而，現(xiàn)今醫(yī)療模式正變得越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的教學(xué)技術(shù)越來越無法承擔(dān)培養(yǎng)合格醫(yī)生的任務(wù)。除了熟練掌握基本的知識(shí)和技術(shù)，住院醫(yī)師也需要成為一個(gè)團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者，具有良好的團(tuán)隊(duì)溝通、協(xié)調(diào)多學(xué)科處理復(fù)雜病情的能力，并經(jīng)過逐漸培養(yǎng)成為明天的專家[1-2]。麻醉學(xué)教學(xué)亦如此。因?yàn)獒t(yī)療環(huán)境的改變，患者的安全和醫(yī)療投資回報(bào)已成為萬眾矚目的問題[2-5]，住院醫(yī)師在掌握相關(guān)技能之前，很少有機(jī)會(huì)直接在真實(shí)患者身上獲得相關(guān)培訓(xùn)，且新技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用也要求住院醫(yī)師預(yù)先熟悉相關(guān)操作。這些因素促成了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真模擬訓(xùn)練，增加案例學(xué)習(xí)，培養(yǎng)麻醉住院醫(yī)師和/或醫(yī)學(xué)生交流培訓(xùn)和評(píng)估工具的出現(xiàn)及蓬勃發(fā)展。

根據(jù)國際醫(yī)學(xué)模擬/仿真協(xié)會(huì)的定義，醫(yī)學(xué)模擬/仿真是對(duì)醫(yī)學(xué)過程的虛擬，以表達(dá)相關(guān)系統(tǒng)的部分抽象屬性。醫(yī)學(xué)模擬/仿真的目的是以增加患者安全性為終極目標(biāo)的教學(xué)、考核、研究和系統(tǒng)集成為一體的教學(xué)方法。解讀其含義可以看出，模擬只要集中于一部分重要屬性，不必虛擬全部屬性，如麻醉學(xué)模擬的困難氣道，只要關(guān)注呼吸系統(tǒng)，不必糾纏于其他如循環(huán)、消化和神經(jīng)等系統(tǒng)，盡管患者在真實(shí)應(yīng)用中，這些系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生相互作用并對(duì)困難氣道施加影響；甚至呼吸系統(tǒng)只要關(guān)注到左右主支氣管即可，而不需要考慮更深的細(xì)支氣管。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真可以借助生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)專業(yè)優(yōu)勢(shì)，綜合工程學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的理論及方法，在各層次上研究人體系統(tǒng)的狀態(tài)變化，并運(yùn)用工程技術(shù)手段去模擬和控制這類變化，其目的是在最大程度上模擬人體實(shí)際變化，使學(xué)習(xí)者在接觸真實(shí)臨床場景前就有“身臨其境”的體驗(yàn)。

1 醫(yī)學(xué)教學(xué)理論及麻醉學(xué)教學(xué)方式進(jìn)展

教學(xué)理論研究文獻(xiàn)[6]指出，麻醉學(xué)習(xí)過程有各種理論（表1）?？梢姴煌膶W(xué)習(xí)者、不同的背景及不同的教育工具均會(huì)影響學(xué)習(xí)的結(jié)果。不過，較多的理論支持麻醉醫(yī)學(xué)教育采取以問題為中心的實(shí)踐學(xué)習(xí)。

表1 學(xué)習(xí)過程發(fā)生的理論

1.1 課堂教學(xué)，選擇案例

課堂教學(xué)是目前醫(yī)學(xué)教育最主要的方式。課堂教學(xué)以教師為中心，適合于醫(yī)學(xué)知識(shí)的教授，而在住院醫(yī)師決策、團(tuán)隊(duì)合作和技術(shù)技能的增長方面作用有限。在涉及內(nèi)科住院醫(yī)師的研究發(fā)現(xiàn)，缺勤課堂教學(xué)并不會(huì)導(dǎo)致學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)化醫(yī)學(xué)知識(shí)測(cè)試的分?jǐn)?shù)降低[7]，因?yàn)樽≡横t(yī)師群體是一個(gè)可以自我學(xué)習(xí)并有效獲取課本知識(shí)的，但其可能無法記住他們?cè)谡n堂上學(xué)過的內(nèi)容或在臨床實(shí)踐中遇到相關(guān)問題無法有效地反應(yīng)或應(yīng)用相關(guān)知識(shí)予以解決。

關(guān)于課堂教學(xué)用處有限的認(rèn)知由來已久。早在1880年，醫(yī)學(xué)教育工作者就認(rèn)識(shí)到通過死記硬背地學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)知識(shí)是有局限性的，提出醫(yī)學(xué)教育的目標(biāo)是培養(yǎng)能夠獨(dú)立獲取知識(shí)的精明決策者,導(dǎo)致了教學(xué)模式從傳統(tǒng)的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樽詫W(xué)、見習(xí)和實(shí)習(xí)。1910年，關(guān)于“醫(yī)學(xué)教育在美國和加拿大”報(bào)告[8]指出：醫(yī)學(xué)教育方式應(yīng)該進(jìn)行徹底地改變。在教育方面，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，具有活性，學(xué)生不應(yīng)僅僅是看，聽，記憶。

20世紀(jì)末，教育工作者開始采用積極的教學(xué)方式，包括問題式學(xué)習(xí)等教學(xué)方法的引入[9]，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶、理解有了大幅提升。

1.2 翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)

“翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)模式”是指學(xué)生在校外完成知識(shí)的學(xué)習(xí)，而課堂變成了老師、學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)的場所，包括答疑解惑、知識(shí)的運(yùn)用等，從而達(dá)到更好的教育效果。21世紀(jì)初，醫(yī)學(xué)教育引入翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)，學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)和錄制的講座學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，并預(yù)先進(jìn)行拓展閱讀，在課堂主要是模擬或基于問題的學(xué)習(xí)。此教學(xué)模式讓不同學(xué)生通過不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格來解決教學(xué)問題，可以自由控制學(xué)習(xí)實(shí)踐和場地，解放了教師的備課勞動(dòng)，但對(duì)教師把控課堂走向的能力和知識(shí)面提出了更高的要求[9-10]。雖然尚未檢索到麻醉學(xué)教學(xué)在翻轉(zhuǎn)課堂式與傳統(tǒng)課堂式教學(xué)比較的相關(guān)文獻(xiàn)，但在許多大型醫(yī)學(xué)中心的麻醉教學(xué)中，這種教學(xué)方式正在廣泛使用，并被證明可以增加學(xué)習(xí)者的信心，增強(qiáng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力并且提高了考試成績。一項(xiàng)基于大學(xué)藥學(xué)專業(yè)學(xué)生翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)的隊(duì)列研究也證明該模式可以增加課堂參與度，提高出勤率，獲得更好的考試成績，可增加學(xué)習(xí)者的信心和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力[10]。成人的學(xué)習(xí)方式明顯不同于兒童，前者是自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)，以“問題為中心”的學(xué)習(xí)。住院醫(yī)師的教學(xué)接近于成人教學(xué)；醫(yī)學(xué)生的教學(xué)接近于兒童學(xué)習(xí)者。而模擬教學(xué)在兩者之間均有著顯著的作用。

1.3 模擬教學(xué)及仿真

在麻醉模擬教學(xué)中，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真起著至關(guān)重要的作用。早在宋代，“針灸銅人”就是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真的典范，至今已沿用千年。20世紀(jì)60年代末出現(xiàn)的模擬人“SimOne”系統(tǒng)更是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真的高峰，其集合了工程學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的理論與方法的優(yōu)勢(shì)，在醫(yī)學(xué)生和/或住院醫(yī)師的培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)師資培訓(xùn)以及院前急救培訓(xùn)等方面成效顯著。隨著生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的發(fā)展，目前模擬教學(xué)的仿真幾乎達(dá)到“以假亂真”的程度，但醫(yī)學(xué)的模擬教學(xué)還存在一些問題或困難，如資金問題，越是先進(jìn)的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真，結(jié)合的技術(shù)越全面越先進(jìn)，造價(jià)越高，普及越困難；師資團(tuán)隊(duì)需要受過充分醫(yī)學(xué)教育背景的教師參與，這部分人才對(duì)薪資水平的要求限制了在該教學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展；其他如缺乏國家標(biāo)準(zhǔn)、缺少足夠的場地、沒有專業(yè)的輔助團(tuán)隊(duì)均限制了目前我國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真的發(fā)展。

2 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真在麻醉模擬教學(xué)中的應(yīng)用

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真/模擬教學(xué)已被廣泛采用，其補(bǔ)充了課堂教學(xué)的不足，可以提高知識(shí)運(yùn)用技能、熟練掌握基本技術(shù)、提升團(tuán)隊(duì)合作能力、提高復(fù)雜的決策能力和傳授寶貴的臨床經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)[11-12]。

2.1 仿真應(yīng)用——全身麻醉

住院醫(yī)師在臨床工作之初接觸全身麻醉機(jī)會(huì)有限，在實(shí)際情況下如果不能熟練掌握麻醉機(jī)的使用和氣管插管技術(shù)，會(huì)使他們失敗率增加和信心受挫。模擬訓(xùn)練可以幫助住院醫(yī)師和/或醫(yī)學(xué)生快速縮短和彌合缺乏培訓(xùn)的差距。氣管插管模擬訓(xùn)練是麻醉模擬最早、最成熟的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真，目前已經(jīng)發(fā)展出可以讓住院醫(yī)師和醫(yī)學(xué)生接觸到不同的場景，在臨床實(shí)踐中，通氣困難和插管失敗情況較為少見。計(jì)算機(jī)控制的高保真模擬功能齊全，如不同困難氣道分級(jí)、緊急氣道模擬等，這使得住院醫(yī)師能夠接觸到罕見的情況，并允許他們?cè)谧龀鰪?fù)雜的決策即使出現(xiàn)錯(cuò)誤也不會(huì)造成真正患者的傷害。研究表明[13]，麻醉住院醫(yī)師在“通氣困難，插管困難”的模擬訓(xùn)練之前，他們表現(xiàn)難以盡如人意，模擬訓(xùn)練2周后重新測(cè)試時(shí)，12名受試者中有11人能夠正確處理并順利完成臨床操作。有研究者評(píng)估了應(yīng)用SimMan人體模型訓(xùn)練全麻誘導(dǎo)的效果。將46名醫(yī)學(xué)院四年級(jí)學(xué)生隨機(jī)分成SIM組（23名）和傳統(tǒng)教學(xué)組（23名）。SIM組接受3 h技能培訓(xùn)之后，每個(gè)學(xué)生對(duì)SimMan人體模型施行2次全麻誘導(dǎo)；傳統(tǒng)教學(xué)組則參加3 h臨床見習(xí)。所有參與者均在SimMan人體模型上實(shí)施全麻誘導(dǎo)以評(píng)估其學(xué)習(xí)效果，2名資深教師主持考核，有40項(xiàng)考核點(diǎn)。共有88%的SIM組和33%的傳統(tǒng)教學(xué)組學(xué)生通過測(cè)試，在40個(gè)考核點(diǎn)中，有9個(gè)考核點(diǎn)顯示學(xué)生從模擬教學(xué)中獲益[11]。

2.2 硬膜外麻醉訓(xùn)練的仿真應(yīng)用

硬膜外導(dǎo)管置入是一項(xiàng)侵入性操作，有一系列并發(fā)癥。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真可以教授學(xué)生解剖學(xué)、適應(yīng)證、禁忌證、故障排除及替代品等知識(shí)，使他們熟悉硬膜外導(dǎo)管置入的步驟。住院醫(yī)師首先被要求觀摩經(jīng)驗(yàn)豐富的老師在模擬器上進(jìn)行硬膜外導(dǎo)管置入操作，然后自己進(jìn)行多次模擬，熟練后才可在真正患者身上使用，大大降低了對(duì)真正患者的安全威脅[14]。雖然麻醉模擬訓(xùn)練不能用來取代從真正患者身上獲得的經(jīng)驗(yàn)，但至少有以下好處：在模擬器上的硬膜外訓(xùn)練允許住院醫(yī)師反復(fù)訓(xùn)練，直到獲得足夠的信心和能力；這種培訓(xùn)可以不需要等待條件較好患者的機(jī)會(huì)，除了可以降低住院醫(yī)師前幾次硬膜外置管的失敗率，也明顯減低了指導(dǎo)教師對(duì)帶教住院醫(yī)師可能出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的焦慮。

模擬可以用來展示Tuohy針穿越各種組織的觸感，包括棘上韌帶、棘間韌帶和黃韌帶，也可以用來教導(dǎo)“突破感”和阻力消失負(fù)壓感的驗(yàn)證方法以及如何將導(dǎo)管置入硬膜外空間。

許多類型的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真硬膜外模擬器被廣泛應(yīng)用——從自制的水果模型到昂貴復(fù)雜的高保真Flinders-meditech.硬膜外注射模擬器[15-17]，后者完全模擬硬膜外腔的解剖特點(diǎn)，提供觸覺反饋，誤穿破蛛網(wǎng)膜還會(huì)出現(xiàn)腦脊液流出，可以模擬不同患者的特點(diǎn)（如組織密度和深度特征）。然而，目前尚無證據(jù)表明這些昂貴的高保真設(shè)備比便宜的低保真設(shè)備訓(xùn)練效果更佳[18]。

2.3 模擬訓(xùn)練和危機(jī)管理

在過去的20年中，醫(yī)務(wù)工作者已越來越多地意識(shí)到“非技術(shù)技能”可以影響患者的預(yù)后。拉爾等提出兩類非技術(shù)技能：認(rèn)知技能（包括決策、規(guī)劃和形勢(shì)感知）和社交技巧（包括團(tuán)隊(duì)合作、溝通和領(lǐng)導(dǎo)方面）尤為重要。

所謂危機(jī)管理（crisisresourcemanagement，CRM）就是通過監(jiān)測(cè)、預(yù)防和處理使危機(jī)造成的危害最小。CRM的原則是充分利用所有可用的資源，通過良好的協(xié)調(diào)以改善患者的預(yù)后。在麻醉危機(jī)面前，非技術(shù)性的技能是非常有價(jià)值的。例如，一位母親心臟驟停時(shí)必須迅速進(jìn)行剖宮產(chǎn)手術(shù)，迅速組織由產(chǎn)科醫(yī)生、麻醉醫(yī)師、新生兒專家的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)、護(hù)士及專職醫(yī)療人員一起高效工作才能做出最有利于母嬰的決定。一般認(rèn)為，麻醉醫(yī)師獲得CRM的能力只能通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或者“榜樣”處理相似問題；現(xiàn)在認(rèn)為CRM的能力似乎也可以通過特殊教育和訓(xùn)練獲得，麻醉模擬教學(xué)顯示出一定的作用[19]。因此，強(qiáng)烈建議住院醫(yī)師有機(jī)會(huì)參加聯(lián)合小組模擬訓(xùn)練。目前，國內(nèi)大的模擬訓(xùn)練中心包括北京、四川等有很多這樣的項(xiàng)目。在這些課程中，參與者接受課堂教學(xué)、模擬訓(xùn)練和詳細(xì)涉及視頻反饋的使用匯報(bào)，模擬往往涉及到危機(jī)的情況，強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵的原則是團(tuán)隊(duì)合作，以確保患者的安全。參加者有機(jī)會(huì)與其他學(xué)科的成員一起展現(xiàn)他們的非技術(shù)技能，討論和排練罕見事件的響應(yīng),這將有助于促進(jìn)日常臨床工作中更好的團(tuán)隊(duì)合作[20]。

2.4 技術(shù)操作教學(xué)和訓(xùn)練

技術(shù)操作教學(xué)和訓(xùn)練顯然是麻醉模擬教學(xué)中最重要、最成功和最有效的一部分。薈萃分析顯示，模擬與非模擬教學(xué)比較，在知識(shí)水平、知識(shí)獲取時(shí)間、臨床操作及行為改變等方面均有提高，尤其能夠提高臨床技能[21]。超聲引導(dǎo)下穿刺技術(shù)的模擬、有創(chuàng)血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)的模擬、小兒麻醉的模擬、局麻藥中毒及惡性高熱的模擬、麻醉機(jī)和機(jī)械通氣的模擬、創(chuàng)傷急救的模擬及電子病歷的模擬等均已被證明可以提高學(xué)習(xí)曲線，減少副作用和減少學(xué)習(xí)過程對(duì)患者的潛在危害[22-25]。

3 結(jié)語

模擬教學(xué)除了作為健康研究工具外，在醫(yī)學(xué)教育（沒有基本經(jīng)驗(yàn)人員如醫(yī)學(xué)生、社會(huì)公眾）以及醫(yī)務(wù)人員的培訓(xùn)方面均有不可替代的作用。良好的模擬訓(xùn)練可以達(dá)到[26]：①建立常規(guī)應(yīng)對(duì)流程，使受訓(xùn)者進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)場景時(shí)不至于手足無措。②可以實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)合作的訓(xùn)練，建立團(tuán)隊(duì)意識(shí)。③良好的環(huán)境，適于及時(shí)糾正錯(cuò)誤。④安全且易于評(píng)估。⑤利于技能學(xué)習(xí)和評(píng)估。⑥可以用于新設(shè)備的使用和評(píng)價(jià)。⑦可以用于績效的評(píng)估。⑧是醫(yī)學(xué)教育人員獲得臨床技能方面的重要來源之一。英國也是模擬醫(yī)學(xué)教育起步較早、發(fā)展較好的國家，但是他們總結(jié)英國的模擬醫(yī)學(xué)教育并沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，僅是各學(xué)院行為，在麻醉相關(guān)的模擬教育方面他們認(rèn)為應(yīng)該增加“仿真性”和“整體性”（即計(jì)算機(jī)化的有心、肺等器官反應(yīng)的整體裝置和場景的應(yīng)用）[11]。麻醉醫(yī)學(xué)教育需要選擇合適的工具以幫助住院醫(yī)師和醫(yī)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，在此方面生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真大有可為。也應(yīng)注意到，模擬教學(xué)只是一種教學(xué)策略，不能成為臨床教學(xué)培訓(xùn)的主要手段，醫(yī)學(xué)專家的成長只能依靠臨床實(shí)踐。王天龍和薛紀(jì)秀[27]集中匯總了2009至2010年我國麻醉學(xué)模擬教育進(jìn)展情況,提出我國麻醉模擬教育處于起步階段，各地區(qū)和單位發(fā)展很不平衡，其與教育經(jīng)費(fèi)、師資力量及國家標(biāo)準(zhǔn)制定等多方面因素相關(guān)。

總之，在臨床教學(xué)早期，在醫(yī)學(xué)生和/或住院醫(yī)師階段，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)仿真在麻醉模擬教學(xué)中的應(yīng)用可以加快學(xué)習(xí)進(jìn)程，減少學(xué)習(xí)過程對(duì)患者的潛在傷害。

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Application progress of biomedical engineering simulation in anesthesia teaching

Jin Xu,Zeng Min,Xiong Wei
Department of Anesthesia and Pain Therapy，Beijing Tiantan Hospital Affiliated to Capital Medical University, Beijing 100050,China
Corresponding author:Jin Xu,Email:xiehe2000@163.com

The main teaching methods for medical students and residents are didactic teaching,rote learning and apprenticeship.Although these teaching methods can be good for imparting knowledge,they are obviously insufficient for the training of technical skills,team cooperation and complex decision making.Application of biomedical engineering simulation in the anesthesia teaching can partially compensate for the insufficiency.The progress of biomedical engineering simulation in anesthesia teaching is reviewed and the educational trend was explored.

Biomedical engineering simulation;Simulation teaching;Anesthesia

金旭，Email：xiehe2000@163.com

10．3760/cma．j．issn．1673-4181．2016．01．013

北京市衛(wèi)生系統(tǒng)高層次衛(wèi)生技術(shù)人才項(xiàng)目（2013-3-047）；天津市生物材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題

2015-10-27）