虚拟现实技术对医学教育的价值重构与应用创新

 文/潘世杰 赵俊峰 孙继建   2018-07-10 23:08:53

随着云计算、互联网、物联网、大数据等被广泛应用,当前社会各个行业不断加快的信息化步伐,以及不断加深的社会整体信息化程度,使得职业教育中信息技术的影响日趋明显,并且越来越具有革命性。在党的十九大报告中,习近平总书记提出,要实施健康中国战略,为人民群众提供的健康服务必须是全方位、全周期的。国务院也明确提出,医学教育要与信息技术相融合,建设国家教学案例共享资源库,建设一批国家精品在线开放课程。虚拟现实技术可以创造出一种崭新的交互系统,它是一种计算机仿真系统,其原理是对三维世界的模拟。它具有高度的战略性、带动性和成长性,世界各国对其重要作用和市场前景日趋重视。衡量一个国家或地区科技进步和国民经济现代化水平的一个重要标志就是虚拟现实技术的发展水平。目前工业化、城镇化和人口老龄化进程不断加快,居民疾病谱、生态环境、生活方式也在不断变化,对公共医疗资源的迫切需求带来了新挑战,对医学教育和医学人才培养提出了新期待。为了深入贯彻落实党的十九大精神和国务院关于推进医学教育改革与发展的总体部署,在医学教育领域加快推进虚拟现实技术的推广与应用是目前的迫切需要,可以更好地支撑我国医疗卫生服务体系的建设、满足广大人民群众的健康需求。

一、虚拟现实技术对医学教育发展的价值重构

当前,虚拟现实技术已被视为提升创新力和生产力的前沿技术,成为堪比土地、石油和资本的重要战略资源,也成为新时期产业竞争力和商业模式创新的制高点、区域竞争力乃至国家竞争力的重要因素。提高医疗卫生服务水平有两大基础工程:推进医学教育改革与发展、加强医学人才培养。这两点也是深化医药卫生体制改革的重要目标,是推进健康中国建设的重要保障。虚拟现实技术具有构想性、沉浸感、交互性,对重构现代医学教育事业具有重要价值。

(一)虚拟现实技术重构传统教学模式

完善我国医疗体制改革、进行住院医师规范化培训,需要培养高质量、高技能的医学人才。目前传统教学已经跟不上国际日益更新的教学快车,为了接轨国内外先进医学教学模式,必须利用虚拟现实技术辅助教学。利用虚拟现实技术实现远程教学,计算机技术的先进性、网络系统的强大性,是弥补教学资金有限、师资短缺等不足的重要依托。为了摆脱规范化培训的时间和空间限制,消除地区之间的差异,可以向北京、上海等先进地区培养单位,甚至向国外发达地区学习相关教学内容,将在线教育与临床教学结合起来,保证临床教学质量,从而实现与国内外先进医学教学资源的无缝对接。例如,2016年,复旦大学附属中山医院完成1例3D腹腔镜手术——胃大部切除手术,并借助VR直播技术进行了普外科手术教学,学员可以在第一时间用现场视角观摩手术过程。

(二)虚拟现实技术重构传统教学手段

在临床医学专业学位和住院医师规范化培训并轨的教学培养中,除了接受系统的临床培训,规范化培训医师需要面临以下几方面的挑战:繁重的基础课程学习、科研能力的培训任务。要想减轻负担,有事半功倍的效果,并最大限度地节约教学资源和时间,迫切需要充分发挥虚拟现实技术发挥的教学优势。在临床教学中,规范化培训医师最直观、最形象、最真切的感知获得可以通过创设各类常规和罕见医疗病例场景和感知对象,从视、听、触等多角度考虑,让规范化培训医师与虚拟现实情境中的形象相融合,从而获得最逼近现实的体验。例如,中西医临床思维诊断系统运用数字化、信息化手段,以内科、外科、妇科和儿科等100多种临床病例为单位,通过虚拟现实技术模拟真实的临床环境,通过问诊、体检、拟诊、诊断、治疗各个环节的考察和练习,不仅让学生练习和掌握看病问诊的基本程序、诊断的流程和知识要点,而且融合中医、西医的各自优势,掌握各自的问诊和治疗的方式。基于科学的网络化数据,通过应用支撑子系统和通用及专业化服务子系统,结合各个管理模块,加强学生对临床病例程序性知识和临床应对的专业性知识的掌握和了解,解决医院临床实习人数和时间条件的限制,锻炼临床思维能力、缩短规陪时间,为更好地培养学生和实习医师的临床应对能力提供更强有力的支撑。

(三) 虚拟现实技术重构传统学习方式

虚拟现实具有重复操作、实时更新等特点,能够进一步提升规培效率。在现行规范化培训考核中,轮转科室存在以下问题:不够了解规范化培训的考核要求,考核标准和体系缺乏客观统一性。同时,卫生和教育主管部门并不能很好地掌控规范化培训的现状。在培训考核体系中引入虚拟现实技术,模拟出针对考核内容的具有最真实效果的临床一线医疗场景,根据应试者的反应,在双向互动的基础上,不断地进行创设情景问题,考察应试者在最逼真医疗情境中的行为举措。在考核过程中为了反馈和指导应试者的临床反应,还可以连续记录应试者操作过程的三维运动和力学数据,必要时回放观摩和分析。例如,多站式考核系统利用虚拟现实技术构建了对基本护理知识进行综合教学与评价系统。该系统涵盖了全国卫生系统护士岗位护理技术50项核心技能操作,包含心肺复苏、心电监护、除颤、气管插管、导尿术、静脉输液、人体解剖、吸氧法等,每个技能模块可以划分三个功能区:教学演示、模拟操作、考核测评,以突出重点、难点内容,细化知识要点,分节练习操作步骤,学习路径明确,易于学生接受。同时,学生还可以不受学习时间、地点限制,可利用笔记本电脑、ipad、手机等在任意场所开展网上自学、培训与练习。

二、我国医学虚拟现实技术发展的现状与存在的问题

我国对虚拟现实技术的研究起步较晚,与国外发达国家相比还有一定的差距。但现在国家有关部门和科学家们高度重视,为此制定了一系列计划以开展虚拟现实技术研究。目前把虚拟现实技术列入了研究项目的有:“九五”规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等。国内一些重点医学院校已积极投入到了医学虚拟现实领域的研究。2003年,广州中国人民解放军第一军医大学成功构建了国内首例女性“虚拟人”数据集。至此,中国成为继美国、韩国之后全球第三个建立有“虚拟人”数字平台的国家。2004年,国内首个机能学虚拟实验室在南京医科大学建立,该虚拟实验系统包括了生物仿真引擎、处理因素数据库、虚拟环境界面和网络化硬件平台等部分,其核心为计算机仿真技术。2013年,武汉大学医学虚拟仿真中心成立,构建了涵盖基础医学、临床医学和护理学三个部分的虚拟仿真实验体系,并与武汉泰乐奇信息科技有限公司共同投资开发了国内首个基于互联网的临床医学虚拟诊疗教学系统——治趣“虚拟病例”学习与分享平台。从目前现状来看,我国医学虚拟现实技术仅处于起步阶段,其原因主要有以下几个方面:

(一)缺乏顶层设计

系统性的规划设计是推动医学虚拟现实技术持续发展的关键。然而,目前由于我国整体上在虚拟现实产业领域尚未有相关的顶层设计,在医学虚拟现实领域也缺乏通盘的战略性规划,目前各省市关于医学虚拟现实的发展主要还是依据教育部《教育信息化十年发展规划(2011—2020年)》中关于虚拟仿真的政策定位。在省级层面上,结合医学教育发展实际,推动医学虚拟现实发展的顶层设计存在缺失,这种引导政策的缺失在一定程度制约了各种要素向医学虚拟现实领域集聚的进程,从而制约了我国医学虚拟现实的发展。

(二)缺乏产学研合作平台

目前在虚拟现实医学教育信息化领域,不仅存在需求与供给不对称的问题,还存在虚拟现实医学教育信息化缺乏具体的衡量标准与规范的问题,虽然医学信息化对虚拟现实技术需求很大,但由于缺乏具体标准,企业不清楚该如何切入该领域,即便知道如何切入,但是不清楚做到什么程度才能真正满足医学教育的需求,这就造成一些学校在虚拟医学信息化领域要么出现千头万绪、无从下手的状况,要么出现一拥而上、重复建设的问题。该问题的根源在于医学虚拟现实的两大主体——企业和高校融合不足,存在脱节,急需构建产学研协同平台,促进企业和高校在医学虚拟现实领域融合创新发展。

(三)要素投入不足

目前,我国医学虚拟现实领域存在着人才短缺、资金投入不足等问题。在人才方面,我国虚拟现实领域人才储备本身就短缺,而医学领域的虚拟现实人才更是凤毛麟角,这是制约我国医学虚拟现实发展的原因之一;在资金投入方面,目前主要是相关企业围绕该领域进行研发资金投入,缺乏政策性的、引导性的财政资金的投入,在我国教育系统和科技系统立项的各种科研项目中,医学虚拟现实相关的科研项目少之又少,这也在一定程度上反映了财政引导资金对医学虚拟现实领域支持力度较弱,财政资金对医学虚拟现实发展引导作用缺失,在一定程度上制约了其发展。

(四)试点示范带动机制有待完善

推动我国医学虚拟现实发展需要构建相应的试点示范机制,做到确立标杆、树立典型、以点带面,示范推动。目前,我国医学虚拟现实领域典型性的试点较少,虽然在高校建立了一批虚拟仿真实训中心,在一定程度上具备了试点示范效应,但是缺乏有一定分量的医学虚拟仿真实验教学中心的带动。试点示范带动机制的不健全,试点示范单位数量的不足,也是我国医学虚拟现实发展的一个短板。

三、利用虚拟现实技术推动医学教育创新发展的路径选择

在信息化时代,利用虚拟现实技术推动医学教育创新发展,既要抓住虚拟现实前沿技术发展的战略机遇,积极利用虚拟现实技术提升我国医学教育;又要加强载体平台建设、信息基础设施建设和科技人才培育引进工作,为医学教育信息创新发展奠定基础和提供动力。

(一)理性认识,客观对待医学虚拟现实的发展

基于虚拟现实的医学教育信息化只是支撑教育事业的一种手段,提升教育质量与效果的根本点还在于人才培养模式的改革与创新,坚持有所为有所不为。虚拟现实医学教育的范围宽领域广,其切入点和抓手至关重要,针对目前医学信息化领域的某些制约虚拟医学发展的基础技术困境,要选择可以切入的领域如护理技能,率先实现虚拟现实与护理教育的深度融合;至于涉及技术困境制约的领域,要用发展的眼光看虚拟现实医学教育,等待基础技术成熟,再逐步推进。

(二)通盘谋划,制定我国医学虚拟现实发展战略

建议邀请由虚拟现实领域的相关学者专家、医学教育机构、医院、虚拟现实企业代表组成战略咨询委员会,为我国医学虚拟现实发展问诊把脉,系统梳理我国医学虚拟现实发展的优势、劣势,以及未来发展的机遇和前景;在此基础上,从发展目标、发展定位、切入点、重点领域、政策措施等角度制定我国医学虚拟现实发展的战略规划,指导我国医学虚拟现实发展,推动我国医学教育信息化与虚拟现实技术深度融合。

(三)完善载体,构建医学虚拟现实协同创新平台

围绕虚拟现实医学教育信息化,构建产学研协同创新平台,推动校企双方联合开展虚拟医疗关键技术的研发及应用,重视创新人才的凝聚和培养,加速技术成果产业化和推广应用;并借助虚拟医学技术创新,快速提升医护人员(医院人员、医学院学生)的诊疗技能水平,并改进培育手段合理减少培育时间,加快医学教育信息化,创新医学教育模式,改革医学人才的培养模式,促进医学教育的科学发展。

(四)整合资源,加强医学虚拟现实领域要素投入

在人才方面,短期可以通过整合我国关于人才引进、科技合作等领域的优惠政策,引导医学虚拟现实人才向河南集聚;长期来看应鼓励和支持国内相关高校开设虚拟现实专业教育,鼓励支持相关企业、培训机构开展医学虚拟现实人才的社会化教育培训,作为虚拟现实产业发展的长远人才战略储备。在资金投入方面,可以整合相关部门主导的项目资金,向与医学虚拟现实相关的高校、企业进行倾斜,特别是建议设立虚拟现实产业发展引导资金,以财政资金为引导,吸纳科技金融资本,在资金投入层面形成支持我国医学虚拟现实产业发展的合力。

(作者潘世杰的单位系河南中医药大学,赵俊峰、孙继建的单位系河南省中医院)

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