基于虚拟仿真技术的中医骨伤科实训平台的构建

基于虚拟仿真技术的中医骨伤科实训平台的构建

宋志靖,宋敏,吴建民,曹林忠,蒋宜伟,李宁

甘肃中医药大学中医临床学院  甘肃兰州  730000

摘要:为解决传统中医骨伤科实训教学中的问题与不足，提出中医骨伤虚拟仿真实训平台构建的必要性，以及中医骨伤虚拟仿真实训平台的组成模块，以实现沉浸式知识获取与体验式情境融合的教学新模式。

关键词:人工智能；虚拟仿真；中医骨伤科学；教学改革；实训；

虚拟仿真技术以计算机技术为核心创建视觉虚拟世界，从特定范围的虚拟环境中体验逼真的视、听、触觉一体化效果，从而产生亲临真实环境体验的沉浸式交互环境。其特征为沉浸性、交互性和构想性。虚拟仿真技术与骨伤科学操作技能的结合，弥补了传统骨伤技能实训的不足，是临床实践教学的创新[1]，也是医学生迅速获取知识、开展骨伤操作、产生浓厚兴趣的有效方式。依托甘肃中医药大学省级技能实训示范中心虚拟仿真资源，结合教育部产学结合协同育人项目，构建资源丰富、功能完备、全面综合的中医骨伤科学虚拟仿真实训平台，将有效提升骨伤科实训教学效果和质量。

1.传统中医骨伤实训平台存在的问题与不足

实训教学是临床技能的重现与积累，是临床经验最初始化的感知，对塑造医学生临床素养非常重要。传统中医骨伤科实训教学手段形式单一、情景化教学场景的失真、复杂创伤处理难以再现等问题制约着实训教学质量的提升，无法达到预期的教学效果[2]。同时，也造成中医骨伤实训项目仅仅停留在开展相对容易实现的实训项目，客观上规避了复杂的实训项目，比如清创缝合、骨折手法整复、微创与显微治疗等内容。这些重要实训内容的缺失，不能有效提升医学生临床素养，不能形成初始临床经验的感知与积累。

2.中医骨伤虚拟仿真实训平台构建的必要性

2.1全国中医院校新增“中医骨伤科学”五年制本科专业

教育部发布了最新版《普通高等学校本科专业目录(2020年版)》，修订后“中医骨伤科学”被设置为新专业，专业代码100513TK，全国有甘肃中医药大学等13所中医药院校增设了“中医骨伤科学”本科专业。在新时代，新基建思维模式引领下，响应国家“教育质量革命”的要求，提升中医骨伤专业教学创新能力，与现代先进虚拟仿真和人工智能技术产学结合，最大限度提升教学效果和中医骨伤科人才培养质量。

2.2基于虚拟仿真技术的中医骨伤技能实训平台开发契合国家智慧教育战略

《2018年教育信息化和网络安全工作要点》《教育信息化2.0行动计划》中提出要推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用。《国家教育事业发展“十三五”规划》中指出“支持各级各类学校综合利用互联网、物联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术建设智慧校园”。2019年教育部提出启动“智慧教育示范区”建设。《2018年度国家虚拟仿真实验教学项目认定结果的通知》中，北京中医药大学、长春中医药大学、上海中医药大学等11所大学的12个中医药教学项目入选。但“中医骨伤科”作为新增设专业，在虚拟仿真实训教学项目方面还是空白，具有较大的开发潜力和推广空间。

2.3中医骨伤技能实训平台整合多门骨伤专业主干课程实训操作内容，与虚拟仿真技术相结合，相得益彰

中医骨伤专业主干课程涉及《中医骨伤科基础》、《中医正骨学》、《中医筋伤学》、《骨伤手术学》、《骨病学》等课程，这些课程教学大纲均设计有相关实训课程操作模块。对学生动手能力要求较高，但在临床见习阶段部分实训内容不适合大范围、大规模集中学习，比如清创缝合、钢板（螺钉）内固定、骨牵引等，都需要在无菌条件下进行。并且模块较为分散，急需整合形成统一的中医骨伤技能实训平台，形成同质化教学。而虚拟仿真技术较好地解决并规避了相关问题，适合中医骨伤科专业实训课程的模块呈现，又可以融合各主干课程的课程特点，技术上实现一体化。因此，二者结合，相得益彰。

3.中医骨伤虚拟仿真实训平台的组成

3.1.基础实训项目操作模块

中医骨伤技能实训平台集合了夹板固定、石膏固定、清创缝合、钢板（螺钉）内固定、骨牵引、神经系统检查法、正骨手法、理筋手法、脱位复位手法等中医骨伤科临床应用基本技能，是中医骨伤科本科专业学生必须掌握的基本技能。每个技能实训项目包括虚拟骨伤科医疗场景、虚拟骨伤科病人、构建骨伤科技能操作对象典型资料（病历资料）、骨伤技能操作适应疾病的特征（针对操作的具体疾病的发病特点、诊断要点）、操作物品准备与操作位置选取、骨伤技能实训虚拟仿真操作等内容。

3.2显微外科与腔镜虚拟仿真教学平台

显微外科操作虚拟教学是针对血管、神经等需要在显微设备支持下实施的手术操作，精细度、稳定性要求高，操作时间长。腔镜虚拟仿真教学包括了关节镜、椎间孔镜等设备，对关节损伤修复、脊柱内固定植入、腰椎间盘摘除等实施虚拟化操作教学。这些作为微创治疗手段与技术，可视化操作，通过虚拟仿真技术使操作直观化、训练客观化，使学生对疾病了解和治疗机制掌握更全面具体，感受更深刻。 也可实现虚拟病人与典型疾病的重复构建、重复使用，操作中实现无痛性操作与高感知性知识获取与体验，有利于骨伤科操作技能提升和临床经验积累。

3.3实训教学效果考核评估系统

考核评估系统包括疾病诊断考核（评分）、操作考核（评分）、疗效显著性考核（评分）等考核评分标准。对操作不准确和误操作进行操作警示与提示。最后形成针对某一优势病种或实训项目操作效果分析报告，导出报告，呈现给操作学生本人。分析报告中涵盖治疗场景、治疗病人、优势疾病、病因病机、临床表现、诊断分析、治疗方案等内容，对诊断评估、取穴评估、操作评估、疗效评估形成过程性评价报告，报告包含了操作错误、问题、警示等内容。通过可观的评价，学生及时发现问题，纠正问题。

4结语

中医骨伤科技能实训平台借助现代科技优势，虚拟化模拟骨伤科治疗（手术）场景，实现了虚拟场景与感知操作，把治疗室、手术台搬到了学生电脑里，有效解决了学生到临床中的规模限制。基于虚拟仿真技术的中医骨伤实训技能平台的构建是一种行之有效的实践教学方法的创新[3]，充分体现沉浸式知识获取与体验式情境融合的教学新模式。中医骨伤科技能实训平台的构建，有效解决学生临床操作和实训中临床动手能力不足的问题，可实现学生课余、课中和课后均可操作训练，技能实训反复操作、长期练习，掌握治疗技术更牢固，有效提高教学质量，并对操作结果和教学结果可进行相应的考核评估。更加有效提升学生诊疗疾病的能力和信心，从而达到早临床、多临床、反复临床的目的，从而提升专业人才培养质量。

参考文献

[1]吴飞飞,郭鑫,卢朝秀,等.基于虚拟仿真技术强化医学生临床技能培养的研究[J].中国高等医学教育,2019(11):18-19.

[2]周毅,陈震.虚拟仿真实训教学的探索——基于“中医骨伤科学”的实践[J].现代信息科技,2020,4(07):191-193.

[3]姚长风,刘自兵,汪宗宝,等.中医骨伤学实验实训教学体系建设探究[J].陕西中医药大学学报,2020,43(04):97-100.

基金支持：

1.教育部产学合作协同育人项目，基于VR\AI技术的中医骨伤技能实训平台的开发与应用，编号202101161001；

作者简介：宋志靖，男，1977.10-    ，副教授，医学博士，硕士生导师。主要从事中医骨伤科学教学、临床与科研工作