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随着医疗技术的不断发展,临床技能的要求也越来越高。在传统的临床实践教学中,往往需要学生亲身参与实际的医疗操作,这不仅需要高昂的医疗设备和器械,还需要有真实的病人和医护人员参与。内科常用的临床操作技能如胃管置入,出于医患关系和医疗安全的考虑,医学生在临床实践工作中获取的实践技能培训与考核机会明显不足,临床实践技能培训工作面临越来越多的挑战,亟需寻找新的发展方向。目前临床实践技能培训培训和考核采用标准化病人、人体模型和模拟器等方式,由于各类临床技能中心资源有限,人均培训次数较少。为了解决这个问题,虚拟仿真临床技能实践培训应运而生。

目前平台已有的“临床技能虚拟仿真在线自主训练课程:四大穿刺术”主要是纯虚拟仿真项目,不能虚拟模拟实践操作中的一些手法,使用者不能感受临床技能操作中的力度感,如穿刺突破力度等。如何更好地模拟出了更逼真的临床环境,提高了训练的真实感,是目前亟需解决的教学难题。力反馈技术通过在机械臂的末端装配力传感器来实现力触觉反馈。力传感器可以测量机械臂末端执行器施加在物体上的力和力矩,然后将这些测量值转化为数字信号,通过反馈控制算法计算出所需要的力控制指令,使得机械臂能够更加精准地控制施加在物体上的力。当机械臂末端执行器与物体接触时,力传感器可以实时感知到机械臂与物体之间的力交互作用,然后将这些数据传递给反馈控制系统。在反馈控制系统中,计算出控制器需要施加的力和力矩,并将控制指令传递给机械臂执行器,从而实现对机械臂的力控制。通过这种方式,力反馈机械臂能够对物体施加的力进行实时控制,并根据实际情况调整施加的力,从而实现更加准确和精细的操作。将力反馈结合虚拟仿真技术可以区别于传统医模教学方式,通过VR 虚拟现实技术、力反 馈技术,保留临床医学中真实器械操作感知,再现还原临床技能操作中的力度感,更好地模拟出了更逼真的临床环境,提高了训练的真实感,通过虚拟医学临床操作技能模拟教学操作台,医学生可以在安全、可控的环境中练习和提高临床操作技能。

同时结合多种技术实现虚拟模拟技术的在线共享,例如云计算、虚拟化、网络技术等,以保证虚拟仿真实验的安全性和可靠性。(1)云计算平台:通过云计算平台,可以让用户在线使用虚拟仿真实验,并且可以共享数据和结果;(2)虚拟环境:通过虚拟环境技术,可以把虚拟仿真实验环境打包成一个可在线使用的包,方便用户在线进行实验;(3)网络服务:通过网络服务,可以把虚拟仿真实验提供给全球用户,让他们在线使用。在线共享实现需要结合多。

因此,本项目拟开发基于力反馈的模拟虚拟技术的“胃管置入术(视频+虚拟仿真版)、胃管置入术(VR+力反馈版)”临床技能训练考核软件,采用手机端,

PC 端(VR+力反馈)两种不同方式呈现,通过在虚拟空间创设各种模拟情景,使为临床技能培训考核提供安全、高仿真的环境。

实验教学目标(实验后应该达到的知识、能力水平)

1.提高学生的实际操作能力

虚拟仿真临床技能实践培训可以让学生在虚拟环境中进行真实场景的临床技能练习,从而提高其实际操作能力。在虚拟环境中,学生可以反复练习,不断改进自己的技能,从而达到更加熟练的操作水平。

2.提高学生的临床判断能力

虚拟仿真临床技能实践培训可以模拟多种不同病情、病人和情境,从而提高学生的临床判断能力和决策能力。在虚拟环境中,学生可以亲身体验各种病情和情境,学习如何进行临床判断和决策。

3.提高学生的团队协作能力

虚拟仿真临床技能实践培训可以模拟各种团队协作场景,让学生在虚拟环境中学习如何与其他医护人员协同工作,提高其团队协作能力。在虚拟环境中,学生可以通过互动模拟病人和其他医护人员进行实战演练,从而更好地学习如何协同工作。

4.提高学生的安全意识

虚拟仿真临床技能实践培训可以模拟各种紧急情况和意外事件,让学生在虚拟环境中学习如何应对各种突发情况,提高其安全意识。在虚拟环境中,学生可以学习如何处理各种突发情况,提高其应变能力。

5.提高学生的自信心

通过虚拟仿真技术进行实践培训,学生可以在虚拟环境中反复练习,从而提高其自信心和实际操作能力。在虚拟环境中,学生可以不断尝试和实践,不断改进自己的技能,从而达到更加熟练的操作水平。

(1)实验原理(限 1000字以内)

1.虚拟现实技术

虚拟现实技术是虚拟仿真临床技能实践培训的核心技术之一,它可以模拟真实的临床环境和场景,让学生在虚拟环境中进行各种临床技能练习和实践。通过头戴式VR 设备和手柄等装置,学生可以在虚拟环境中进行三维立体的操作,感受真实的临床环境和场景。

2.模拟技术

模拟技术是虚拟仿真临床技能实践培训的另一个核心技术,它可以模拟各种不同的病情和病人,让学生在虚拟环境中学习如何进行临床判断和决策。通过模拟病情和病人,学生可以了解不同病情的处理方法,提高其临床判断能力。

3.人工智能技术

人工智能技术是虚拟仿真临床技能实践培训的另一个重要技术,它可以模拟各种不同的情境和紧急情况,让学生在虚拟环境中学习如何应对各种突发情况。通过人工智能技术,学生可以学习如何处理各种突发情况,提高其应变能力。

4.互动技术

互动技术是虚拟仿真临床技能实践培训的重要组成部分,它可以模拟团队协作场景,让学生在虚拟环境中学习如何与其他医护人员协同工作,提高其团队协作能力。通过互动模拟病人和其他医护人员进行实战演练,学生可以更好地学习如何协同工作。

5.力反馈技术

运用了虚拟医学临床操作技能模拟教学操作台(以下简称操作台),该操作台包含1 个虚拟现实头显、2 个力反馈机械臂,1 套肌体板、1 套医用器械模拟效应器。操作者进行临床基本技能虚拟模拟训练时,需使用操作台配合临床操作技能模拟训练考核系统软件(以下简称软件系统)进行训练及考核。

6.软件技术

本项目中的软件系统能够实现如下功能:(1)虚拟仿真模拟临床操作技能考试全流程,包含确认患者信息、辅助检查、操作目的考核、环境准备、器械准备、患者准备、手术过程、检查、术后人文关怀、送检及物品回收、知识点问答等环节;(2)该系统实现训考分开,训练模式可基于单个子模块进行反复训练;(3)该系统全新融入医学人文素养、临床思维,综合考虑临床医学知识及考试考点;(4)系统具备自动评分考核系统。操作过程全程精确记录,操作结果自动评判,无需人工监考,摆脱主观因素;(5)其“操作日志”功能全流程记录判定每条操作步骤正确性,精确跟踪操作过程中的各项位置、速度、角度、力度、操作顺序等信息,多种考核方式、量化操作评分标准。

知识点:共3 个

1.胃管置入适应症和禁忌症

2.胃管置入操作流程

3. 胃管置入术中及术后并发症的发生和处理

(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.系统或对象的仿真模型

将真实的临床设备或病人模拟到虚拟环境中,让学生在虚拟环境中进行实践。例如,可以将各种手术设备、医疗器械、病人病历等模拟到虚拟环境中,让学生进行实际操作和处理。

2.操作场景

将真实的临床环境和场景模拟到虚拟环境中,让学生在虚拟环境中进行实践。例如,可以将手术室、病房等场景模拟到虚拟环境中,让学生进行实际操作和处理。

3.运动规律

将真实的临床操作和处理模拟到虚拟环境中,让学生在虚拟环境中进行实践。例如,可以将手术操作、物品选择等操作模拟到虚拟环境中,让学生进行实际操作和处理。

1.视频教学法:采用视频教学的形式,让学生观看临床技能实践操作的视频,学习操作技巧和注意事项。

2.模拟操作法:采用虚拟仿真技术,将真实的临床环境和场景模拟到虚拟环境中,让学生在虚拟环境中进行实践。

3.病例分析法:采用实际病例进行分析和讨论,让学生了解临床实践中的问题和解决方法。

4.互动讨论法:采用互动讨论的形式,让学生在老师的引导下进行问题讨论和思考,提高学生的临床思维能力和判断能力。

(1)学生交互性操作步骤,共 10步


步骤

序号

步骤目标

要求

步骤合理

用时

目标达成度

赋分模型

步骤

满分

成绩类型


1

病房术前患者信息确认

1min

规定时间内完

成得5分,每

一个错误扣1

5

√操作成绩

√实验报告

√预习成绩

√教师评价报告

2

手术室环境准备

1min

规定时间内完成得5分,每一个错误扣1 分

5

3

操作者准备

1min

规定时间内完成得5分,每一个错误扣1 分

5

4

物品准备

1min

规定时间内完成得5分,每一个错误扣1 分

5

5

体位选择

1min

规定时间内完成得5分,每

5





一个错误扣1分



6

患者准备

1min

规定时间内完成得5分,每一个错误扣1 分

5


7

操作过程

8min

规定时间内完成得40 分,每一个错误扣1 分

40


8

检查操作完成情况

1min

规定时间内完成得10分,每一个错误扣1 分

10


9

物品整理

1min

规定时间内完成得5分,每一个错误扣1 分

5


10

选择问答

5min

系统自动打分

15


(2)交互性步骤详细说明

操作流程:

1.病房术前患者信息确认:

查看病例信息,测量生命体征,操作目的判断,签署知情同意书

2.手术室环境准备

进行手术室环境准备:关门、调节温度、调节灯光

3.操作者准备

七步洗手法、带口罩、戴帽子

4.物品准备

选择手术所需器械物品,核对物品,判断物品有效期,考核无菌操作

5.体位选择

选择患者正确手术体位

6.患者准备

戴无菌手套,检查操作区,消毒铺治疗巾

7.操作过程

结合各操作流程

8.检查操作完成情况

9.物品整理

穿刺物品基本复原,废物废料销毁、丢弃在适当的位置

10.选择问答

以选择题形式询问术后注意事项、并发症处理等其他考核点。

评分步骤:

1.操作步骤:对学生的操作步骤进行评估,看是否按照正确的顺序进行,是否遗漏了任何步骤。

2.操作技巧:评估学生的操作技巧,看是否熟练地使用了相关的工具和器械,是否能够减少损伤和并发症的风险。

3.操作速度:评估学生的操作速度,看是否能在适当的时间内完成操作。

4.沟通技巧:评估学生与患者和其他医务人员的沟通技巧,看是否能够进行有效的沟通,以确保操作的顺利进行。

5.无菌操作:评估学生的操作是否符合无菌原则,看是否有任何危害患者的行为。6.操作精准度:实时抓取学生操作时的数据,如穿刺角度、深度等,对学生的操作进行实时评估。

1.通过虚拟仿真实验进行操作训练,可以显著提高学生的技能水平和操作成功率。

2. 在不同的模拟场景下,如模拟不同的病人情况、不同的置管部位等,学生的置管技能和成功率可能会有所不同。

3. 在操作过程中,学生可能会遇到不同的困难和问题,如穿刺失败、穿刺出血等,这些问题需要及时诊断和解决,以提高操作成功率和安全性。

该系统主要包括三个部分:客户端、服务器

和数据库。

1.客户端:学生通过客户端进入虚拟仿真课程,进行交互式的实践操作,包括模拟手术、诊断、治疗等。

服务器:服务器作为虚拟仿真课程的核心,

课程内容的管理、模型的加载和渲染、动画算和反馈等任务。

数据库:数据库存储虚拟仿真课程的各种数包括学生信息、课程内容、模型数据等。

开发技术

√VR AR MR √3D 仿真二维动画

HTML5

其他

开发工具

√Unity3D 3DStudio Max Maya

ZBrush SketchUp Adobe Flash

UnrealDevelopmentKit AnimateCC

BlenderVisualStudio

其他

运行环境

服务器

CPU 核、内存 GB、磁盘 GB、

显存 GB、GPU型号

操作系统

√WindowsServer Linux其他

具体版本:

数据库

Mysql √SQLServer Oracle

其他

备注说明(需要其他硬件设备或服务器数量

多于1台时请说明)

是否支持云渲染:√是○否

相关实验
团队成员
陈世耀|教授/博导
负责人

Email:chen.shiyao@zs-ital.sh.cn

研究方向:消化病及消化内镜基础与临床研究。以门静脉高压的临床与基础研究为主要研究方向,致力于慢性肝病的筛查和管理、门脉高压食管胃静脉曲张患者的内镜处理与综合诊疗,提出并推广多项食管胃静脉曲张内镜治疗新技术。通过内镜、影像学等评估,遵循“个体化选择+精准治疗”原则。

个人主页:https://baike.baidu.com/item/%E9%99%88%E4%B8%96%E8%80%80/5507351