■吳蘭蘭

（海南科技職業(yè)大學(xué)國(guó)際護(hù)理學(xué)院,海南 ?？?571126）

《外科護(hù)理學(xué)》是護(hù)理專業(yè)的核心課程之一，主要研究和闡述對(duì)外科疾病病人整體護(hù)理的理論講解及實(shí)訓(xùn)操作技術(shù)[1]。本課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用性學(xué)科，學(xué)習(xí)外科護(hù)理學(xué)必須遵循理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則。外科護(hù)理學(xué)的實(shí)踐內(nèi)容主要以外科手術(shù)操作為中心，包括術(shù)前準(zhǔn)備、術(shù)中操作配合、術(shù)后康復(fù)護(hù)理等內(nèi)容。在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)過程中，學(xué)生主要是作為聽眾，以接受知識(shí)為主，缺少直接面對(duì)患者的操作體驗(yàn)，對(duì)知識(shí)的掌握出現(xiàn)“盲人摸象”現(xiàn)象。

教學(xué)內(nèi)容是靈魂，現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)是手段，只有將現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)有效地運(yùn)用到現(xiàn)代教學(xué)中，才能提升教學(xué)效果，提高教與學(xué)的效率。虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality,簡(jiǎn)稱VR)技術(shù)作為一種新型現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，可以利用計(jì)算機(jī)、傳感器技術(shù)和圖形成像技術(shù)生成一種模擬環(huán)境，使受教者通過虛擬環(huán)境來感受真實(shí)的實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境[2]。VR技術(shù)在外科護(hù)理學(xué)手術(shù)室實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，可以模擬真實(shí)手術(shù)室環(huán)境，節(jié)約實(shí)訓(xùn)室成本和耗材損耗；激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)動(dòng)力；提升教師教育教學(xué)能力和運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)的能力。整個(gè)授課過程在興趣中進(jìn)行，在游戲中開展。本文將從項(xiàng)目設(shè)計(jì)理論策略、項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程、VR虛擬手術(shù)室的構(gòu)建和進(jìn)行闡述。

一、項(xiàng)目設(shè)計(jì)理論策略

VR技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、多種傳感器技術(shù)以及各種圖形成像軟件來組成的一種現(xiàn)代化教育教學(xué)技術(shù)，為受眾對(duì)象構(gòu)建3D虛擬場(chǎng)景[3]，并能讓受眾對(duì)象與虛擬世界中的各種場(chǎng)景產(chǎn)生交互。整個(gè)虛擬環(huán)境與真實(shí)環(huán)境高度吻合，真實(shí)性強(qiáng)；整個(gè)過程在游戲中進(jìn)行，趣味性強(qiáng)；受眾者充分融入虛擬環(huán)境，沉浸感強(qiáng)。本課題由本校護(hù)理學(xué)院、海南醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院、北京豐源智通科技有限公司、北京鐳嘉科技公司組成課題組，旨在研發(fā)基于VR技術(shù)的外科手術(shù)室虛擬實(shí)驗(yàn)室。

本課題設(shè)計(jì)思路如下：（1）搜集教學(xué)資料：整理護(hù)理專業(yè)人才培養(yǎng)方案、外科護(hù)理學(xué)教學(xué)大綱、教師授課教案、PPT課件、相關(guān)參考文獻(xiàn)等，并深入臨床醫(yī)院外科手術(shù)室搜集與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)的手術(shù)視頻資料、手術(shù)室圖片資源等。（2）應(yīng)用VR相關(guān)技術(shù)[4]：本研究構(gòu)建一個(gè)從術(shù)前外科刷手，到穿手術(shù)衣、戴手套，最后由多人協(xié)同完成闌尾手術(shù)切除的VR手術(shù)室虛擬環(huán)境構(gòu)建。需要用到多種VR相關(guān)技術(shù)和設(shè)備來構(gòu)建VR虛擬沉浸式體驗(yàn)場(chǎng)景，如Unity3D、Kinect光學(xué)設(shè)備等。（3）成果應(yīng)用:通過問卷調(diào)查、理論考試成績(jī)、技能考核成績(jī)、評(píng)判性思維能力測(cè)評(píng)等方法，對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)、論證、反思。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容：基于虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，研究設(shè)計(jì)并開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)室以及相關(guān)外科護(hù)理學(xué)手術(shù)室實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)學(xué)生通過VR智能體感設(shè)備進(jìn)入設(shè)計(jì)的虛擬手術(shù)室中，身臨其境地進(jìn)行手術(shù)操作實(shí)驗(yàn)。根據(jù)外科護(hù)理學(xué)手術(shù)室實(shí)驗(yàn)中外科刷手、穿手術(shù)衣、戴手套、消毒鋪巾、手術(shù)過程中多人協(xié)同操作等內(nèi)容，進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)[5]。

二、外科護(hù)理學(xué)手術(shù)室實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

外科護(hù)理學(xué)手術(shù)室仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要在虛擬的開放式刷手間、手術(shù)室內(nèi)走廊和外科手術(shù)室等3個(gè)操作空間完成[6]，設(shè)計(jì)的手術(shù)室實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有：外科刷手、穿無菌手術(shù)衣與戴手套、消毒鋪巾、外科手術(shù)操作配合等。以消毒鋪巾項(xiàng)目為例，具體設(shè)計(jì)流程如下：

（1）第一部分為演示學(xué)習(xí)場(chǎng)景。在此場(chǎng)景內(nèi)把本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行要點(diǎn)展示，學(xué)生在三維虛擬環(huán)境中先進(jìn)行觀看，了解本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)內(nèi)容和相關(guān)知識(shí)。

（2）第二部分為提示場(chǎng)景。學(xué)生進(jìn)行外科刷手完畢進(jìn)入虛擬的外科手術(shù)室，操控面板提示“請(qǐng)您進(jìn)行消毒鋪巾操作”。點(diǎn)擊文本消失，進(jìn)入下一個(gè)操作場(chǎng)景。

（3）第三部分為虛擬實(shí)驗(yàn)用物選擇場(chǎng)景。學(xué)生根據(jù)目前的任務(wù)提示選擇合適的實(shí)驗(yàn)用物，如碘伏棉球、換藥碗、卵圓鉗、布巾鉗、手術(shù)治療巾、手術(shù)中單、手術(shù)剖腹單等。如果學(xué)生在操作過程中間選錯(cuò)用物系統(tǒng)將給予提示。

（4）第四部分為實(shí)驗(yàn)操作場(chǎng)景。學(xué)生在虛擬的患者身上進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作，包括手術(shù)切口選擇定位、用卵圓鉗夾持碘伏棉球?qū)κ中g(shù)區(qū)域進(jìn)行從上向下、由中心到四周、單方向疊瓦狀消毒、依次鋪手術(shù)治療巾、中單、剖腹單等。在此操作過程中間，系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的操作步驟判斷其操作是否規(guī)范正確。如果有錯(cuò)誤操作或者遺漏動(dòng)作，系統(tǒng)將會(huì)給予提示。

（5）第五部分為綜合考核評(píng)價(jià)場(chǎng)景。學(xué)生完成操作以后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生的操作情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)考核。如果整個(gè)操作步驟連續(xù)規(guī)范，沒有明顯誤差，將提示操作通過。如果操作未通過，系統(tǒng)將列出具體的錯(cuò)誤之處，并告知正確答案。提示面板提示是否需要重新進(jìn)行操作訓(xùn)練，讓學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)，增加操作的熟練性，直到學(xué)生完全掌握該項(xiàng)操作。

三、外科護(hù)理學(xué)手術(shù)室虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境構(gòu)建

外科護(hù)理學(xué)手術(shù)實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境的構(gòu)建包含VR虛擬手術(shù)室、VR虛擬模型和VR虛擬沉浸式交互實(shí)訓(xùn)環(huán)境三個(gè)部分的構(gòu)建。

（一）VR虛擬手術(shù)室的構(gòu)建

外科護(hù)理學(xué)虛擬手術(shù)室虛擬空間主要包括手術(shù)室內(nèi)走廊、開放式刷手間和外科手術(shù)室等3個(gè)操作空間，主要依據(jù)臨床手術(shù)室實(shí)景圖片、手術(shù)操作錄像、教學(xué)圖片等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)創(chuàng)建編寫腳本，在空間的描述上主要有空間類型、空間描述、空間大小、是否位移、空間動(dòng)線、空間動(dòng)線描述、場(chǎng)景布置、避讓物、避讓條件、避讓要求、禁行區(qū)域、可通行區(qū)域等方面[5]。尤其是場(chǎng)景布置要點(diǎn)較多，腳本書寫詳盡，才能通過電腦構(gòu)建更加逼真的空間環(huán)境，讓學(xué)生有身臨其境的感覺，增加角色體驗(yàn)感，提高實(shí)際操作練習(xí)的效果。

（二）VR虛擬模型構(gòu)建

學(xué)生進(jìn)入虛擬空間之后，需要在該空間內(nèi)根據(jù)手術(shù)室實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇相對(duì)應(yīng)的操作物品，這就是虛擬模型的創(chuàng)建。如外科手術(shù)操作配合實(shí)驗(yàn)需要的虛擬模型主要有：手術(shù)刀、手術(shù)剪、手術(shù)鑷、泡鑷桶、止血鉗、卵圓鉗、布巾鉗、組織鉗、闌尾鉗、手術(shù)紗布等。為增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感，創(chuàng)建模型腳本主要從物品類型、物品名稱、型號(hào)、物品數(shù)量、物品位置、組合邏輯、時(shí)間邏輯、變形、是否連通、是否穿戴等方面進(jìn)行描寫。最后，利用Unity模型技術(shù)對(duì)物品的外觀、大小、色彩和與實(shí)物的比例進(jìn)行紋理映射和渲染，讓學(xué)生使用起來更具真實(shí)感。

（三）VR虛擬沉浸式交互實(shí)訓(xùn)環(huán)境的構(gòu)建

基于VR技術(shù)的外科護(hù)理學(xué)手術(shù)室仿真實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生脫離枯燥乏味的技能訓(xùn)練，自主選擇角色并體驗(yàn)到角色價(jià)值，“以虛補(bǔ)實(shí)、虛實(shí)結(jié)合”，激發(fā)其學(xué)習(xí)的興趣。主要采用以下相關(guān)技術(shù)：（1）開發(fā)平臺(tái)采用目前在VR領(lǐng)域主流的開發(fā)引擎。通過Unity3D的作用對(duì)三維視頻、模型、動(dòng)畫等內(nèi)容進(jìn)行編輯制作，產(chǎn)出相關(guān)的VR內(nèi)容等等。（2）全景拍攝。這是目前虛擬場(chǎng)景構(gòu)建成本最低的方式，也是VR視頻拍攝方式。利用全景攝像機(jī)拍攝影片，經(jīng)過后期制作后，即可在VR場(chǎng)景中進(jìn)行觀看，制作周期較快。（3）在交互功能的實(shí)現(xiàn)方面，采用Kinect這樣的光學(xué)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)作捕捉、虛擬現(xiàn)實(shí)手柄作為動(dòng)作反饋，然后加入語(yǔ)音交互功能，使沉浸式的交互體驗(yàn)更加自然。

四、結(jié)論

基于VR技術(shù)的外科護(hù)理學(xué)手術(shù)室仿真實(shí)驗(yàn)在我校護(hù)理專業(yè)2019級(jí)學(xué)生中應(yīng)用，并與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的收集分析驗(yàn)證，基于VR技術(shù)的外科護(hù)理學(xué)手術(shù)室仿真實(shí)驗(yàn)將傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)、以教促學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體、通過VR技術(shù)進(jìn)行角色體驗(yàn)的沉浸式交互學(xué)習(xí)模式。當(dāng)然VR技術(shù)構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室并不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室，整個(gè)過程的實(shí)施，需要在教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容的指引下，適時(shí)運(yùn)用VR技術(shù)。只有將VR技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，形成“臨床理論教學(xué)＋模型輔助演示＋虛擬現(xiàn)實(shí)仿真”的三維立體實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系才能培養(yǎng)出實(shí)踐能力強(qiáng)，臨床思維能力縝密的高素質(zhì)護(hù)理人才。