周倩倩， 朱愛勇， 曹文婷， 牛金花， 李 藝， 郁 晶

（1.上海健康醫(yī)學(xué)院護理與健康管理學(xué)院，上海201318；2.海南衛(wèi)生健康職業(yè)學(xué)院護理系，?？?70311；3.上海東海職業(yè)技術(shù)學(xué)院護理學(xué)院，上海200241）

0 引 言

近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬仿真已廣泛應(yīng)用于科研和生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域，在高校的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中將虛擬仿真作為一種提高學(xué)生實訓(xùn)效果的技術(shù)手段已被普遍接受。在醫(yī)學(xué)教學(xué)實踐中，醫(yī)學(xué)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(fù)實踐訓(xùn)練，而采用實體訓(xùn)練又難于實現(xiàn)，如何利用虛擬仿真技術(shù)來開展醫(yī)學(xué)教育，已成為當前醫(yī)學(xué)教育的研究熱點之一［1-3］。虛擬仿真技術(shù)是一種創(chuàng)造虛擬環(huán)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(shè)備操作虛擬對象，產(chǎn)生如同在真實環(huán)境中操作的感受和體驗，具有感知性、交互性、構(gòu)想性等特點［1］，因而備受醫(yī)學(xué)界青睞。虛擬仿真技術(shù)還呈現(xiàn)低成本、可重復(fù)性、可視化的特征，不僅促使其很快成為醫(yī)學(xué)教學(xué)活動中非常有效的技術(shù)途徑，而且在國內(nèi)醫(yī)學(xué)院校中已研究開發(fā)出比較先進的虛擬仿真實驗案例［3-9］。

相對于一般臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)而言，助產(chǎn)專業(yè)有其自身的特殊性，比如在助產(chǎn)教學(xué)中的大部分知識點是“不可視”的，分娩過程本身主要發(fā)生在產(chǎn)婦身體內(nèi)部，采用圖片、視頻等傳統(tǒng)教學(xué)方式難以講透，從而影響學(xué)生在助產(chǎn)實訓(xùn)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(shù)卻可以構(gòu)建出逼真的助產(chǎn)臨床環(huán)境直觀地看到產(chǎn)婦身體內(nèi)部的變化情況，從而為助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)提供全新的教學(xué)方法［4］。

現(xiàn)針對助產(chǎn)專業(yè)傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的不足，通過分析虛擬仿真技術(shù)在助產(chǎn)實訓(xùn)教學(xué)活動中的優(yōu)勢，初步探討助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上進一步研究助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)實例，以期對助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)研究提供參考，從而促進助產(chǎn)專業(yè)學(xué)科的發(fā)展。

1 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于助產(chǎn)專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)活動的優(yōu)越性

1.1 改變助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)知識點的“不可視性”特征

助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，而且胎兒出生過程主要發(fā)生在產(chǎn)婦身體內(nèi)部，亦即具有不可視性，學(xué)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(xué)習(xí)的內(nèi)容［9］。分娩過程作為助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)的核心內(nèi)容，生產(chǎn)時胎兒在子宮中不斷下降，最后從產(chǎn)道娩出，胎兒生產(chǎn)的狀態(tài)變化都在產(chǎn)婦體內(nèi)完成。如果在教學(xué)活動中采用虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生展示產(chǎn)婦分娩過程，可以將胎兒外部的子宮及產(chǎn)婦身體設(shè)置為可透視，學(xué)生就可以從空間角度全方位地直觀學(xué)習(xí)認識整個分娩過程。同時，學(xué)生還可以通過調(diào)整參數(shù)設(shè)置來控制分娩發(fā)展進程，得到不同類型的異常分娩過程，可以加深學(xué)生對分娩過程的認識和理解。

1.2 將助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)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(chǎn)婦體內(nèi)完成，胎兒是不可視的，所以助產(chǎn)的相關(guān)知識就比較抽象。比如，胎方位的判別以及抬頭旋轉(zhuǎn)的過程就涉及分娩過程中胎頭和母體位置的變化關(guān)系，由于整個過程無法直觀看到，傳統(tǒng)的講授方法是在課堂上通過文字、圖片、模型等形式進行，學(xué)生就很難理解。相反，如果通過“虛擬仿真技術(shù)”和“分娩模型”相結(jié)合來講授就可以彌補這種傳統(tǒng)教學(xué)的不足，從而使得抽象的分娩過程形象化、可視化，學(xué)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(guān)系的理解和認識?？傊?，通過“虛擬仿真技術(shù)”將抽象的助產(chǎn)內(nèi)容具體化，不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更利于專業(yè)人才的培養(yǎng)。

1.3 彌補傳統(tǒng)助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)存在的不足

傳統(tǒng)的助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)主要是通常通過文字、圖片、實景錄像、動畫等教學(xué)形式來呈現(xiàn)整個分娩過程，教師往往難于形象生動地向?qū)W生全方位的展示分娩全貌。而利用虛擬仿真技術(shù)開展助產(chǎn)專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)，可以使學(xué)生在虛擬臨床環(huán)境下學(xué)習(xí)和觀察分娩全過程。除了按照常規(guī)實訓(xùn)方案進行練習(xí)外，還可以進行參數(shù)設(shè)置和實訓(xùn)條件的反復(fù)變化，幫助學(xué)生理解和認識不同的異常分娩結(jié)果，而不必考慮實訓(xùn)危險或?qū)嵱?xùn)耗材費用。另一方面，還可以對不同的實訓(xùn)方案進行考核，不斷提升學(xué)生對分娩知識的理解和掌握程度以跟蹤了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

1.4 促進虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于助產(chǎn)專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)

如前所述，應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)于助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)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(xué)生更好地理解和掌握助產(chǎn)專業(yè)知識。同時，還可以在虛擬仿真的臨床環(huán)境中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的動手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的助產(chǎn)專業(yè)技能。通過跟蹤考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，形成有利于人才培養(yǎng)的一系列助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)新方法，從而促進高端助產(chǎn)人才的培育。另外，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)，充分實現(xiàn)助產(chǎn)專業(yè)的信息化教學(xué)，也必將推動助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)改革和發(fā)展。

2 助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容

助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)不僅解決了難以直觀感受的不可視、比較抽象的母胎體內(nèi)變化的臨床環(huán)境，而且還提供了可重復(fù)使用、可靠性好、低成本的教學(xué)和實訓(xùn)條件。為了使助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)更加系統(tǒng)化，便于高端助產(chǎn)專業(yè)人才的培養(yǎng)，對助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容進行探討。根據(jù)多年來的助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)實踐，助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)建設(shè)內(nèi)容至少應(yīng)包括實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)、實驗教學(xué)案例、實訓(xùn)儀器、實驗教學(xué)案例四大部分，具體內(nèi)容見表1所示。

表1 助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容

2.1 構(gòu)建助產(chǎn)虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

根據(jù)助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)的學(xué)科特點，將助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)實訓(xùn)教學(xué)劃分為臨床思維訓(xùn)練系統(tǒng)和單項技能訓(xùn)練系統(tǒng)，前者包括自然分娩、自由體位分娩和新生兒急救復(fù)蘇等，后者可以涵蓋4步觸診、平產(chǎn)接生、人工流產(chǎn)、臀位助產(chǎn)、分娩機制等模塊，實訓(xùn)教學(xué)大綱可以依此進行實訓(xùn)課程方案設(shè)計。

2.2 開發(fā)助產(chǎn)虛擬仿真實驗教學(xué)案例

按照上述的助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)可選擇沉浸式虛擬仿真技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)來開展。結(jié)合助產(chǎn)專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容，可應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)來設(shè)計若干案例。例如，利用沉浸式虛擬仿真技術(shù)展現(xiàn)整個平產(chǎn)接生的整個過程；還可以結(jié)合現(xiàn)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(xiàn)實技術(shù)，形成虛實結(jié)合的教學(xué)模式。這樣，通過讓學(xué)生感知由視覺、聽覺、觸覺等構(gòu)成的虛擬環(huán)境來達到超越感官的課程學(xué)習(xí)體驗。

2.3 建設(shè)助產(chǎn)虛擬仿真實訓(xùn)平臺

助產(chǎn)接產(chǎn)技術(shù)是助產(chǎn)專業(yè)領(lǐng)域非常重要的組成部分，是助產(chǎn)專業(yè)的基礎(chǔ)，也是最核心的技術(shù)之一，熟練掌握助產(chǎn)接產(chǎn)技術(shù)是培養(yǎng)助產(chǎn)專業(yè)領(lǐng)域人才的重要組成部分。目前學(xué)校用于助產(chǎn)接產(chǎn)技術(shù)教學(xué)實訓(xùn)的設(shè)備存在價格貴、數(shù)量少、運行成本高等問題，例如一套模擬自然分娩的設(shè)備，高端全自動設(shè)備費用高達上百萬元，即使非全自動設(shè)備也要幾十萬元，國內(nèi)學(xué)校限于財力是無法大規(guī)模購置的［10］。由于學(xué)校實體設(shè)備較少，學(xué)生難以一對一操作，教師一般只能通過演示實體設(shè)備和播放視頻的方式授課。這樣雖然可以幫助學(xué)生加強理解，但是并不能看到子宮內(nèi)部胎兒的實際變化情況，學(xué)生難以掌握抽象的內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，重難點部分難以理解等后果。助產(chǎn)虛擬仿真儀器系統(tǒng)可重復(fù)使用，可大大節(jié)約實驗環(huán)節(jié)的教學(xué)經(jīng)費，解決模擬自然分娩的設(shè)備數(shù)量少、價格昂貴和學(xué)生需求之間的矛盾。

2.4 實踐助產(chǎn)虛擬仿真實驗教學(xué)案例

助產(chǎn)虛擬仿真系統(tǒng)采用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中進行模擬演練，在預(yù)設(shè)的虛擬產(chǎn)房中模擬操作，使用者通過手柄或數(shù)據(jù)手套來精確定位手部運動，從而實現(xiàn)用雙手操控虛擬世界的三維對象，可以逼真地進行助產(chǎn)專業(yè)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。針對助產(chǎn)虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)案例可以設(shè)置一個相對閉環(huán)的完整使用機制：使用—評價—反饋—改進—再使用［11］，教師和學(xué)生對助產(chǎn)虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)案例使用后應(yīng)及時進行評價，再根據(jù)用戶評價結(jié)果、課堂教學(xué)效果等反饋信息來改進和調(diào)整案例。

3 助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)實例

3.1 臨床思維訓(xùn)練系統(tǒng)

（1）臨床思維3D情景模擬訓(xùn)練系統(tǒng)（自然分娩）。產(chǎn)科臨床思維訓(xùn)練系統(tǒng)可以從“第一產(chǎn)程”“第二產(chǎn)程”“第三產(chǎn)程”綜合模擬［12］，培養(yǎng)學(xué)生的臨床思維，內(nèi)置的練習(xí)模式和考核模式（見圖1），老師可隨時查看學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

圖1 臨床思維3D情景模擬訓(xùn)練系統(tǒng)（自然分娩）

（2）臨床思維3D情景模擬訓(xùn)練系統(tǒng)（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(xué)生也沒有辦法有限地得到學(xué)習(xí)，自由體位模塊可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)不同體位的狀態(tài)（見圖2），可進一步理解不同體位胎兒和骨盆的關(guān)系，及不同體位的優(yōu)缺點。

圖2 臨床思維3D情景模擬訓(xùn)練系統(tǒng)（自由體位分娩）

（3）臨床思維3D情景模擬訓(xùn)練系統(tǒng)（新生兒急救復(fù)蘇）。新生兒復(fù)蘇軟件能夠系統(tǒng)、動態(tài)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(jié)果提供對應(yīng)的決策方法，完整、清楚、準確地展現(xiàn)了新生兒復(fù)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(xué)生模擬不同的新生兒復(fù)蘇的操作流程。首先進行動態(tài)評估，評估新生兒的體征進而判斷新生兒復(fù)蘇的具體操作流程。新生兒復(fù)蘇的操作流程包括：常規(guī)護理、復(fù)蘇后護理、初步復(fù)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(xùn)練系統(tǒng)（新生兒急救復(fù)蘇）

3.2 助產(chǎn)技術(shù)單項技能訓(xùn)練系統(tǒng)

助產(chǎn)專業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)一共分為5個模塊，四步觸診、平產(chǎn)接生、人工流產(chǎn)、臀位助產(chǎn)、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(nèi)胎兒情況。②可設(shè)置胎產(chǎn)式（橫產(chǎn)式、縱產(chǎn)式、斜產(chǎn)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(shè)置后實時更新胎兒在子宮的位置和狀態(tài)。

圖4 四步觸診

（2）平產(chǎn)接生。從接產(chǎn)前準備到接產(chǎn)步驟，直觀、清楚地展示平產(chǎn)接生的步驟，可以模擬宮口打開的全過程，真實模擬練習(xí)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(zhuǎn)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(xué)生身臨其境的感受（見圖5）。

圖5 平產(chǎn)接生

（3）人工流產(chǎn)。學(xué)生可以評估人工流產(chǎn)術(shù)的適應(yīng)癥，并且系統(tǒng)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(nèi)部的具體方位和動作［13］（見圖6），這是傳統(tǒng)教學(xué)手段無法實現(xiàn)的。

圖6 人工流產(chǎn)

（4）臀位助產(chǎn)。由于臀位分娩非常復(fù)雜，有3次內(nèi)旋轉(zhuǎn)，過去很難教學(xué)，老師沒有合適的教學(xué)手段表現(xiàn)臀位的機制和過程，通過軟件，學(xué)生可以在透視模式下觀看臀位助產(chǎn)過程中胎兒如何發(fā)生臀位的內(nèi)旋轉(zhuǎn)和復(fù)位（見圖7），肩部如何內(nèi)旋轉(zhuǎn)以及如何娩出上肢和頭部的關(guān)鍵手法，學(xué)生自己操作時可以更加熟練地掌握規(guī)范。

圖7 臀位助產(chǎn)

（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(nèi)旋轉(zhuǎn)、仰伸、復(fù)位和外旋轉(zhuǎn)）中胎頭不斷下行的過程中和骨盆的關(guān)系變化情況（見圖8），將原來非常抽象的分娩機制直觀呈現(xiàn)出來，便于學(xué)生理解復(fù)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(jié) 語

虛擬仿真技術(shù)在助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)上的應(yīng)用，達到了提高實驗教學(xué)的目的。結(jié)果表明，該技術(shù)克服原有助產(chǎn)實訓(xùn)教學(xué)中分娩過程的“不可視性”，讓學(xué)生更直觀地看到胎兒在母體內(nèi)的變化情況，有利于學(xué)生對助產(chǎn)專業(yè)知識更好地吸收內(nèi)化，有助于提高學(xué)生接產(chǎn)時實際處理能力，不斷提升助產(chǎn)專業(yè)學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力，從而提升教學(xué)質(zhì)量。虛擬仿真技術(shù)是助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)的重要發(fā)展方向之一，必將開創(chuàng)現(xiàn)代助產(chǎn)專業(yè)教學(xué)的新未來。