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临床医学是一门实践性极强的学科。医学生不仅要有丰富的理论知识,更要有娴熟的临床操作技能。临床技能训练一直是高等医学教育的重点和难点。目前,由于教育资源失衡、医患信任度下降、医疗风险增加、优质医疗服务需求提高,导致医学生临床实践的机会越来越少,医学生的临床技能训练严重不足,严重影响后续进入真正的临床工作,容易产生医疗事故,形成恶性循环。

骨髓穿刺是内科医师必须掌握的基本临床技能。骨髓穿刺适用于各种血液病的诊断(血友病除外)、疗效评价、寻找病原菌等,穿刺风险小。但操作过程中经常出现骨髓穿刺操作无菌意识薄弱、操作失败率高、操作不熟练等情况,要熟练掌握该操作技能,仍显不易。对于骨髓穿刺的操作部位选择,成人多选择骼后上棘、骼前上棘等,对于小于18个月的婴幼儿可进行胫骨前穿刺,胫骨前骨髓穿刺的手法较其他部位有所不同,需要有熟练和准确的角度调整。

目前为止,各院校多采用两种方式进行骨髓穿刺的技能培训,一种是传统的模具操作,一种是线上虚拟骨髓穿刺。

传统的骨髓穿刺教学是教师利用穿刺模具对操作过程进行示教,然后学生分组利用模具练习。但是,模具存在无法完成交互性操作,穿刺部位易破损、穿刺时手感不真实等缺点,骨髓抽吸时不能很好地展示骨髓穿刺的精细过程,导致医学生在进入临床后,骨髓穿刺常常失败。

在线虚拟仿真骨髓穿刺实验中,学生通过在线平台进行完全虚拟的骨髓穿刺练习。可以完成一些交互性操作,但是存在虚拟环境与真实操作环境不吻合,没有与真实环境的互动,在虚拟环境中,学生需要说服大脑相信虚拟世界和其中的物体是真实的,对于技术操作的真实手法与手感,无法有效体验。并且,目前为止,尚没有对于儿童胫骨骨髓穿刺的相关虚拟仿真骨髓穿刺实验。

混合现实(MR)技术是借助先进的计算机技术、图像处理技术、人机交互技术和显示设备,为现实世界、虚拟世界与用户之间搭起一个能够进行交互反馈的信息回路,生成一个新的具有真实性、互动性的可视化环境。在此环境中,现实对象和虚拟对象共存并实时自然交互。

基于MR技术的高仿真的虚拟现实场景,混合现实世界操作模型,进一步探索高效、智能、全息信息化的技能培训教学模式,构建虚实交互、虚实远程交融、跨空间和跨场景的临床技能训练与教学新模式,促进医学生以学为中心的个性化 学习,推动技能教学模式转型,使医学生能安全、多次地进行临床技能训练,既 规避了潜在的医疗风险,也为医学生临床技能训练提供了有力的保障。利用新技 术,探索、践行新技术与智慧教育深度融合之道。

本实验旨在通过MR虚拟混合现实实验的方式,梳理胫骨骨髓穿刺相关的知识点,提高胫骨骨髓穿刺的操作水平,增强胫骨骨髓穿刺的操作熟练度和成功率。

本实验以混合现实MR的形式,从胫骨穿刺的操作流程入手,学习了解胫骨 穿刺的适应症、禁忌症、操作流程、无菌观念和爱伤意识,了解胫骨穿刺操作的标准操作手法和常见误区,通过病例操作练习,形成从检查的选择、临床操作的实施到技能操作结束的完整过程训练。混合现实技术作为模拟培训技术的前沿技术,为解决培训中实践机会缺乏以及实践操作不到位这些矛盾提供了良机。在混合现实技术支持下的模拟培训的到位,有助于在规范化培训和专科培训早期打下扎实基础,有助于弥补临床实践的不足和降低实际操作给患者带来的风险。

我们在教学实践过程中计划采用MR虚拟混合现实训练系统,对医学生进行骨髓穿刺培训。MR虚拟混合现实系统是在虚拟混合现实的环境下利用计算机、显示屏、MR穿戴设备、穿刺器械和穿刺模拟人等完成骨髓穿刺操作。由骨髓穿刺经验丰富的主治医师统一培训。

实验教学目标(实验后应该达到的知识、能力水平)

本项目通过构建胫骨穿刺的MR模型,将临床实际病例的病例数据和胫骨解剖结构融合到实训模型和案例中,创建沉浸式、交互式的混合现实的骨髓穿刺训练情境,还原完整的胫骨骨髓穿刺的的每个步骤,让学生在学习操作过程中掌握胫骨骨髓穿刺的目的、适应证、禁忌证、操作步骤。此外,通过真实还原操作过程中可能的临床情境,让学生掌握操作过程中对不同情境的判断和处理,提高胫骨骨髓穿刺技术的操作能力及临床应变能力。

(1)实验原理(限1000字以内)

骨髓穿刺是帮助诊断血液系统恶性疾病及血液异常的重要操作。通过骨髓穿刺可获得骨髓血,里面含有骨髓小粒。通过显微镜可观察各细胞的形态学及分化情况,用流式细胞仪可检测各种细胞的免疫分型。另外还可进行染色体的核型分析及基因检测。通过这些检测可帮助确诊各种血液疾病

骨髓穿刺是一项侵入性操作,如果操作不当会给患者带来很大的痛苦,患者可能会因为剧烈疼痛产生心理障碍而惧怕此项操作,不能配合后续骨髓检查。如果穿刺部位选取不当或定位不准确可能导致穿刺失败。因而为了最大限度地减轻患者的痛苦并保证穿刺的顺利进行,必须对操作者进行严格的培训并执行标准的操作规程。

小儿由于生理发育特点与成人不同,因而在骨髓穿刺上也有一些特殊性。小儿骨组织化学组成的特点是水分较多,固体物质和无机盐成分较少。在婴儿期,基本的骨组织为编织骨组成,仅有很少的板层结构,直至2 ~3岁才有较成形

的板层组织。另外,小儿骨皮质薄,骨髓腔较小,因而小儿骨髓穿刺技术要求高。常用部位为胫骨前穿刺。

通过混合现实(MR)技术,借助计算机技术、图像处理技术、人机交互技

术和显示设备,在虚拟病例、操作环境与现实模拟人、学生之间搭起一个能够进行交互反馈的信息回路,生成一个新的具有真实性、互动性的可视化环境。在此环境中,完成骨髓穿刺的训练。

知识点:共9个

1.骨髓穿刺适应症

2. 骨髓穿刺禁忌症

3.操作准备事项

4.患儿体位及穿刺点

5.消毒麻醉

6.胫骨穿刺过程

7.穿刺结束后收尾工作

8.熟练度与人文关怀

9. 婴儿胫骨穿刺的目的

(2)核心要素仿真设计(对系统或对象的仿真模型体现的客观结构、功能及其运动规律的实验场景进行如实描述,限500字以内)

1、通过PC平台、PC-MR客户端和PC端管理后台,完成儿童胫骨穿刺过程的环境虚拟,包括操作区域、操作器械放置区,操作器械等虚拟影像。

2、通过PC端管理后台、PC-MR客户端,完成学生与虚拟病人的交互性谈话,包括术前信息确认、术中不适反应监控、术后注意事项告知。

3、在虚拟场景的操作区域中,完成虚拟操作物品准备,并进行无菌区域划分与判定。

4、完成模拟人结构定制与设计,实现胫骨穿刺部位结构件建模,骨骼内部结构三维重建与建模,骨骼3D打印,完成模拟人端的现实操作部件与骨穿针定位。

5、在模拟人骨骼3D打印与骨穿针定位系统完成的基础上,通过PC-MR端完成骨髓穿刺过程可视化与量化。包括进针角度、深度、力度的把控。

1、学员从PC端,通过用户名和密码登入MR虚实融合系统。个人账户端可对账户信息进行查询,可查询个人训练及考核记录。

2、课程包括两部分:骨髓穿刺的学习(包括讲义和视频学习)和MR虚实融合实训系统。

3、学生完成基本操作知识学习后,进入MR虚实融合实训系统。实训内容包括训练和考核两部分。

4、MR虚实融合实训系统会对每一步操作内容和软件操作方式进行实时提示。

5、在MR虚实融合实训系统中,学生选择操作病例,完成与操作病例的交互性术前沟通。学生通过对应器械模型和操作推车模型,完成用物准备。通过选择题的方式,完成患者正确体位和穿刺位点的选择。消毒通过动画形式展现。戴手套的过程在现实操作位置完成。铺巾和麻醉过程通过正确的虚拟操作选择后,虚拟影像与现实模拟人融合。

6、骨髓穿刺过程:学生在现实中使用具有定位的骨髓穿刺针在有定位的3D打印胫骨模型模拟人上进行操作。系统判定穿刺证的位置,操作角度及穿刺深度。骨髓抽取通过使用虚拟器械台上注射器连接在针尾抽取骨髓。系统判定是否抽取成功。穿刺结束拔针。

7、学生从虚拟器械台依次选择相应器械,完成消毒、纱布覆盖、胶布固定。

8、穿刺结束后学生主动序贯完成物品复原、手清洁和术后观察。

(1)学生交互性操作步骤,共23步


步骤

序号

步骤目标要求

步骤合理用时(秒)

目标达成度赋分模型

步骤

满分

成绩类型

1

与患者或患

者家属治

通,解释穿

刺目的,津

除紧张情绪。

60

排除禁忌症]

解释目的1分

人文关怀1分

3

☑操作成绩

☑实验报告

口预习成绩

□教师评价报告


2

操作物品准备。种类和数量齐全。

45

未准备或错误准备1个物品扣1分

3

3

核对患者信息。双核对。

10

一项1分

3

4

戴好口罩、帽子

5

口罩2.5分

帽子2.5分

5

5

操作者手清洁和消毒。

5

达成得分未达

成不得分

5

6

患者体位。

5

达成得分未达成不得分

5

7

选择穿刺点。

5

达成得分未达成不得分

5

8

穿刺点定位。

5

达成得分未达成不得分

5

9

消毒。

15

消毒范围3分

6





遍数3分




10

戴无菌手套。

60

达成得分未达

成不得分

4

11

铺孔巾。

10

达成得分未达

成不得分

2

12

核对局麻药物名称,用2%利多卡因局部麻醉。

15

药瓶名称、浓度、有效期、双核对,每项

0.5分

2

13

穿刺点作皮 内、皮下、软组织及骨膜局部麻醉,边回抽边注射,拔针后消毒纱布压迫,注意无菌操作。

15

三部分每部分

2分

6

14

检查器械,注意穿刺针是否通畅,针芯是否配套。

10

达成得分未达

成不得分

4

15

正确固定骨髓穿刺针。

30

达成得分未达

成不得分

4

16

正确的穿刺方向和手法。

300

穿刺方向4分手法3分

7

17

穿刺针在骨内固定。

30

达成得分未达

成不得分

6

18

拔出针芯,用消毒注射器抽取骨髓液0.1-0.2毫升,骨髓液打在玻片上

60

三步每步1分

3

19

取得骨髓液后,插入针芯,拔出穿

180

六步每步1分

6



刺针,消毒穿刺部位,盖以消毒纱布压迫止血1-2分钟,

至血止,胶布固定纱布。






20

物品复原,合理处理医疗废物。

20

医疗废弃物

生活垃圾、周转箱、锐器桶

每个位置1分

4

21

操作结束,再次手清洁。

20

达成得分未达

成不得分

4

22

术后观察

穿刺部位有无渗血,嘱局部注意避免污染。

20

两项告知事项

各1分

2

23

操作过程中无菌观念强。

全过程计分

操作过程中无

菌操错误一

次,扣1分,

上限6分

6

(2)交互性步骤详细说明

1、术前沟通

操作者可选择对应的文本与患者/家属进行沟通,患者/家属通过文本的形式给与回复。

对话文本

1.Q: 您好,请问您的孩子叫什么名字,您的住院号和

床号是多少?

A:医生你好,孩子名字叫XX,XX床,住院号是

XXXXXX

2.Q:我是您的主管医生,根据您的孩子的病情,我

们需要帮您的孩子做个骨随穿刺,这样能帮助我们进

一步诊断和治疗疾病

A:好的,明白。

3.Q:骨髓穿刺是一个有创操作,有可能会出现出血、

感染、干抽、多次重复穿刺等情况,有一定的风险。

不过您不用担心,一般来说骨穿是很安全的,这项操

作对于我们来说已经很熟练了,会尽量避免这些风险

发生,即使发生了,我们也有很完善的应对措施,所

以您不用担心。根据您的相关检查,目前有穿刺的适

应症,无禁忌症,如果您同意本项检查,请签署骨髓

穿刺知情同意书。

A:好的。

2、用物准备

操作者面前一定距离出现推车模型,操作者可对推车的位置进行调整,调整完成确认后,推车固定位置。操作者面前一定位置出现用物选择菜单,选择后对应器

械模型出现在操作者面前,器械需放置在虚拟铺巾上。

3、患者体位及穿刺点

通过选择题完成体位及穿刺点选择

是否正确,错误给与提示。完成正确体位选择后,虚拟患者位置与模拟器相匹配。

3、消毒

在虚拟界面的器械台选择消毒棉签,在患者虚拟模型显示对应的消毒动画,消毒

过程需要完成三遍。

4、消毒麻醉

在虚拟界面操作者完成穿刺包打开,注射器拆包装并放入无菌区的过程。在虚拟界面选择麻醉药物,选择需要核对的内容,完成麻醉注射。

5、骨髓穿刺过程

操作者手持具有定位的骨髓穿刺针在有定位的模拟人上进行穿刺操作。系统判断穿刺针穿刺的位置,操作角度及穿刺深度。根据穿刺操作的进程给予文字及图像

提示。

操作者使用虚拟器械台上的注射器连接在针尾抽取骨髓液。系统根据穿刺针深度 判断穿刺是否成功,穿刺成功则可成功抽出骨髓液,穿刺失败则无法抽出骨髓液。6、消毒、压迫止血、纱布固定

通过虚拟平台的器械台拿取消毒棉签、纱布、胶布,进行消毒、止血、纱布固定。7、穿刺结束后物品复原、注意事项告知在虚拟界面进行相关步骤的选择与完成

如在实训的练习过程中操作错误的,系统会进行实时提示与纠正,并显示正确结果。

如在实训的考核过程中进行错误操作的,则进行扣分并于显示正确结果时给予标注及解释。

实训考核完成所有步骤后,进行总体打分,并给予判断明细供学生自行学习巩固



开发技术

□VR □AR MR □3D仿真□二维动画

□HTML5

□其他





开发工具


□Unity3D 3D Studio Max Maya

ZBrush □SketchUp □Adobe Flash

Unreal Development Kit □Animate CC

Blender Visual Studio

□其他












运行环境

服务器

电脑装置:阿里云ECS

操作系统centos7

CPU:双核

硬盘:40G SSD

显卡:无

内存:4G

输入设备:无

操作系统

□Windows Server □Linux □mysql

具体版本:

数据库

Mysql □SQL Server □Oracle

□其他


相关实验
团队成员
邱甜|主治医生
负责人

Email:sunshine162@163.com

长期担医院的骨髓穿刺、腰椎穿刺操作技能培训指导老师,负责住院医师规范化培训基地的骨髓穿刺和腰椎穿刺技能培拟教学工作。